Pencuri Joule yang Diatur: mengapa ini berhasil?

15

Tolong jelaskan kepada saya mengapa sirkuit ini dapat memberi saya 5V yang diatur? Saya mengerti bagian Pencuri Joule, tetapi mengapa bagian regulator berfungsi?

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Terutama, mengapa dioda Zener D2 sangat penting untuk mencegah 1117 dan MCU dari gorengan, dan mengapa tutup C1 tidak harus terisi penuh setiap saat?

- EDIT -

Karena kalian menyarankan desain loop tertutup, apakah ini terlihat lebih baik? (Ingatkan Anda bahwa MCU tidak akan mengambil rel listrik berdenyut terlalu baik sehingga saya hanya menjaga LDO di sana dengan ruang kepala sesedikit mungkin untuk mencapai regulasi yang tepat.)

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Skema di atas dimodifikasi untuk memasukkan resistor yang disarankan Olin.

- EDIT 2 -

Apakah ini akan bekerja dengan lebih sedikit kerugian?

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Tweak R2 dalam skema ini sehingga JFET mati ketika tegangan melintasi C1 melampaui 6V (cukup ruang kepala untuk 1117 di sini.)

Maxthon Chan
sumber
Untuk lebih meningkatkan pertanyaan Anda dengan semua umpan balik yang sudah Anda layak +1
jippie

Jawaban:

10

Itu sirkuit yang sangat jelek. Perhatikan bahwa konverter boost menjalankan loop terbuka sepenuhnya. Tidak ada umpan balik yang dimatikan ketika outputnya cukup tinggi. Anda tidak menunjukkan berapa voltase zener dan regulator linier, tetapi kemungkinan besar zener ada di sana hanya untuk memastikan input tidak mendapatkan di atas batas dan regulator linear dapat menangani. Regulator linier kemudian menghasilkan tegangan output yang bagus dan stabil.

Alasan saya mengatakan ini adalah sirkuit yang jelek karena cukup boros. Itu biasanya hal yang buruk ketika berlari dari baterai. Alih-alih menambahkan umpan balik ke boost switcher, daya ekstra justru terbuang sia-sia di zener dan regulator linier. Hanya perlu satu transistor lagi untuk hidup ketika regulator memiliki tegangan lebih dari yang sebenarnya dibutuhkan. Transistor ini akan mematikan osilasi Q1, sehingga mematikan boost converter sampai tegangan turun lagi. Ini pada dasarnya menambahkan beberapa peraturan longgar ke output switcher.

Ditambahkan:

Saya melihat dari komentar bahwa ada minat membahas bagaimana mengatur switcher sehingga tidak menjalankan loop terbuka.

Seperti yang disebutkan oleh Russell dan saya, dalam hal ini transistor NPN yang menarik basis Q1 rendah adalah salah satu cara untuk membunuh osilasi. Sekarang masalahnya menjadi menyalakan transistor ini ketika output switcher cukup tinggi. Dalam konteks sirkuit ini, seperti yang telah disebutkan Russell, cara paling sederhana adalah membiarkan bagian bawah zener masuk ke dasar transistor pembunuh osilasi kedua ini. Saya juga meletakkan resistor dari pangkalan itu ke tanah untuk memastikan transistor ini tidak muncul hanya karena kebocoran. Ketika output switcher menjadi cukup tinggi, zener melakukan, yang menyalakan transistor baru, yang membunuh osilasi sehingga switcher berhenti membuat tegangan tinggi sampai tegangan itu turun sedikit lebih rendah lagi.

Cara yang sama sekali berbeda untuk mendapatkan sinyal "tegangan cukup tinggi" adalah apa yang disinggung Russell dalam komentar. Ini menempatkan transistor PNP di sekitar regulator sedemikian rupa sehingga menyala ketika input dari regulator adalah BE drop dari transistor di atas output regulator. Transistor pendeteksi ambang itu kemudian akan digunakan untuk menyalakan transistor osilasi-pembunuh. Saya masuk ke lebih detail tentang metode mendeteksi ambang batas sebagai umpan balik ke switcher di /electronics//a/149990/4512 .

Menambahkan 2:

Saya melihat Anda sekarang telah menambahkan skema yang diperbarui. Ya, itulah yang saya dan Russell bicarakan.

Saya hanya akan membuat perbaikan kecil dengan menambahkan resistor dari dasar Q2 ke ground. Ini menjamin arus minimum melalui D2 sebelum switcher dimatikan. Jika Anda tidak melakukan ini, tegangan pada D2 bisa secara signifikan lebih kecil dari nilai zenernya. Lihatlah datasheet untuk D2. Tegangannya akan dijamin hanya di atas beberapa arus minimum. Tanpa mengetahui apa pun tentang zener itu, saya bertujuan sekitar 500 μA. Gambar tegangan basis Q2 akan menjadi 600 mV, sehingga membuat resistor 1,2 kΩ.

Olin Lathrop
sumber
1
Karena penasaran, di mana transistor ini ditempatkan?
Ignacio Vazquez-Abrams
misalnya meletakkan NPN dengan basis "di bawah" D2 sehingga ketika D2 melakukan transistor menyala. Emitor ke tanah dan pengumpul ke pangkalan Q1. Ketika Vout sekitar 6V, drive basis konverter akan di-shunt.
Russell McMahon
@Ignac: Ada berbagai cara ini bisa berhasil. Reaksi spontan pertama saya adalah menempatkan CE di antara BE pada Q1. Ketika transistor kedua itu menyala, Q1 ditahan, yang akan membunuh osilasi dan karena itu berhenti membuat tegangan tinggi. Itu masih akan membuang daya melalui R1, dan Anda harus memastikan osilasi mulai lagi ketika transistor umpan balik ini dimatikan. Ada beberapa cara lain juga, seperti menggunakan FET sebagai gantinya untuk membuka koneksi ke baterai.
Olin Lathrop
Alternatif yang "baik" adalah menempatkan transistor di input-output U1 sehingga ketika regulator mendapat sekitar 0,6V ruang kepala transistor menyala. ini bisa NPN dengan emitor di Vout dan pangkalan di Vin (melalui resistor atau PNP sebaliknya. Anda kemudian menggunakannya untuk mempengaruhi osilator dalam beberapa cara. Saya melakukan ini sejak lama dan memindahkan rasio ruang tanda osilator dan ruang mendapat kontrol linier yang sangat lancar dari aksi regulator. Olin dulu juga mencatat telah melakukan hal yang sama - kami berdua tiba di iea secara independen. Osilator saya adalah 74C14 pemicu Schmitt inverter - memungkinkan SMPS berbiaya rendah dan efektif
Russell McMahon
- Ransistor di seluruh U1 dapat menyediakan ruang kepala> 0,6V jika diperlukan.
Russell McMahon
7

Dapatkah Anda memposting tautan ke tempat Anda mendapatkan klaim. Komentar C1 tidak masuk akal.

Sirkuit JT (pencuri Joule) biasanya dirancang dengan buruk atau tidak benar-benar dirancang atau menunjukkan tanda-tanda bahwa orang-orang yang menghasilkannya tidak memiliki pemahaman yang baik tentang apa yang mereka lakukan. Sirkuit ini ada di kelas itu.

LD1117 memiliki tegangan input maksimum 15V. Lebih tinggi dari itu akan membunuhnya.
Lembar data LM1117 Dioda zener dimaksudkan untuk melindungi regulator, tetapi peringkat tegangannya lebih rendah dari yang seharusnya.

The 1N4734A adalah zener 5.6V 1 Watt. Tegangan zener terlalu rendah untuk memungkinkan regulator LM1117 memiliki ruang kepala yang memadai pada arus penuh. Kemungkinan bahwa "pencuri Joule" tidak akan membuat daya yang cukup untuk membiarkan LM1117 mencapai arus keluaran terukur penuh.

JT menjalankan "openloop". Jika menghasilkan lebih dari 1 Watt, ia akan mencoba untuk menghancurkan zener dan kemudian regulator dan kemudian MCU. Tanpa zener, karena JT adalah konverter flyback, tegangan output akan menyala sampai energi yang tersedia hilang. Jika beban tidak menerima energi yang tersedia maka tegangan terus meningkat hingga LM1117 mulai menerima energi secara tidak sengaja (mis. Vin_max terlampaui).

Makna pertanyaan C1 tidak jelas. C1 dapat terisi penuh tanpa membahayakan asalkan voltase yang terlibat tidak melebihi nilai dari komponen yang terhubung lainnya.

Secara keseluruhan ini bukan sirkuit yang baik. Ada sirkuit yang jauh lebih baik yang tersedia yang tidak bergantung pada disipasi brute force dari output konverter. Juga, sirkuit ini tidak terlalu "dirancang" - sulit untuk mengatakan apa kinerja konverter akan tingkat daya atau efisiensi (tetapi keduanya mungkin kecil).

Russell McMahon
sumber
2
Mungkin saya membutuhkan Zener yang berperingkat lebih tinggi untuk melindungi input. Namun dapatkah Anda memberi tahu saya cara mengontrolnya loop tertutup (Saya dapat menggunakan MCU untuk memikirkan hal ini jika sirkuit dapat bootstrap sendiri, yaitu mulai loop terbuka dan ketika MCU booting itu menjadi loop tertutup)
Maxthon Chan
1
Saya juga akan menyimpan LDO di sana sebagai, setidaknya, beberapa peraturan lokal karena MCU tidak akan mengambil kereta listrik berdenyut dengan baik.
Maxthon Chan