Joule Thief - operación y la versión 'sobrealimentada'

Este tiene un año, pero lo necro porque creo que puedo decir algo útil.

Los circuitos Joule Thief tuvieron una mala reputación hace algún tiempo porque algunas personas en la multitud de energía libre y unidad excesiva se volvieron locas por eso, por lo que mucha gente realmente no pasará tiempo hablando de eso. Resulta que todavía no puedes conseguir algo gratis. Entonces, siguiendo adelante.

Pretenda por un momento, la batería en ese momento no está conectada. Sin corriente, sin voltaje en ningún otro lugar del circuito. Ese es nuestro punto de partida.

Cuando la batería se conecta por primera vez, el único camino para que la corriente fluya realmente es hacia la base del transistor. A medida que el transistor se polariza, la corriente del colector al emisor aumentará rápidamente como un múltiplo de la corriente que fluye hacia la base, según el transistor exacto utilizado. La corriente creciente comenzará a almacenar energía en el devanado secundario, como cualquier otro inductor.

¿Ves esos puntos en la parte superior e inferior del transformador? Una corriente que fluya hacia la parte superior de la bobina de la izquierda se convertirá en una corriente que fluirá desde la parte inferior de la bobina de la derecha. Esta corriente particularmente no podrá conducir el LED, por lo que atraviesa el transistor.

Lo que sucede a continuación es un poco difícil de explicar. La forma más fácil de explicarlo es seguir esos puntos. La corriente que ahora fluye de arriba hacia abajo en ambos lados del transformador genera polaridades de voltaje opuestas entre sí. Y la corriente del lado derecho es mayor, gracias a la acción amplificadora de los transistores. Entonces, la bobina de la izquierda recibe un aumento de voltaje de la bobina de la derecha, y este impulso se opone a la pequeña corriente que fluye hacia la base del transistor, apagándolo.

Bueno, la corriente en la bobina de la derecha no puede detenerse exactamente; almacenó energía en el campo magnético mutuo que tiene que ir a alguna parte. A medida que ese campo comienza a colapsar por falta de algo que lo sostenga, comienza a empujar a voltajes cada vez más altos. Eventualmente, este voltaje aumenta lo suficiente como para polarizar hacia adelante ese LED, y la bobina de la derecha completa su ciclo de descarga mientras el LED emite luz.

El Joule Thief no es mágico, funciona exactamente de la misma manera que cualquier otro convertidor de impulso. Da la casualidad de que es un uso muy inteligente de la inductancia mutua para configurar un interruptor oscilante para crear la patada inductiva, de modo que pueda funcionar desde fuentes de voltaje extremadamente bajo.

Entonces, solo hay tres cosas reales para cambiar: el transformador, el transistor y el LED. Algunos LED son bastante tenues por diseño, incluso cuando se suministran correctamente. Suponiendo que este no sea el problema, eso deja el transistor y el toroide.

Sin hacer los cálculos, diría que es seguro decir que desea un transistor con un valor beta bastante alto (la relación entre la corriente del colector y la corriente base) que pueda manejar bastante corriente.

Los sitios web publicados en los comentarios son bastante precisos. Necesita la menor cantidad posible de bobinas alrededor de un toroide de tamaño razonable para almacenar la mayor cantidad de energía posible en muy poco tiempo. No olvide que 1 voltio a través de un cable de muy baja resistencia aún puede generar una cantidad significativa de corriente, así que no use un cable magnético diminuto. La otra bobina de retroalimentación (mano izquierda) puede ser relativamente débil, en comparación: la corriente de base del transistor a través de esa resistencia debe ser del orden de microamperios.

Los LED se atenuarían en estos circuitos en el devanado primario que tenía demasiada inductancia, el transistor tenía una resistencia de estado relativamente alta o, muy posiblemente, por no tener las bobinas enrolladas entre sí: el LED podría encontrar solo suficiente jugo de la batería para polarizar débilmente, y la ruta de retroalimentación simplemente mantendría el transistor en un estado de polarización inversa difícil.

Sé que esta es una vieja pregunta, pero recientemente experimenté un poco con este circuito y encontré un par de cosas que agregaron un poco más al diseño.

Especialmente si está trabajando con algo con una potencia ultrabaja como un pequeño panel solar. Voy a dibujar mi toroide un poco diferente a @SeanBoddy pero es lo mismo. Encontré un tamaño más pequeño (núcleo de ferrita T35, 16 mm x 9,6 mm x 6,3 mm, 3,87 uH) parte: 495-76691-ND, enrollado en paralelo, 12x con, bueno, usé dos cables cat 6e rectos cortados del cable más grande, unos 30 cm largo)

*Tenga en cuenta que, debido a que Circuit Lab no tiene este toroide en su colección, este esquema no se ejecutará:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Esto es lo que encontré. El uso de un inductor adicional en el colector (el experimento con diferentes tamaños es IMPRESCINDIBLE) proporciona diferentes voltajes y salidas de potencia. Puede dar ligeras variaciones a su ciclo de trabajo y definitivamente a su frecuencia.

La resistencia adicional en el emisor agregará un sesgo de CC a su señal, lo que puede ser bueno si está tratando de conducir un mosfet en su próxima etapa. De cualquier manera, su salida de voltaje será mayor. Esta resistencia aumentará absolutamente su ciclo de trabajo a costa de su amplitud Vpp. Encuentra un buen equilibrio.

Siempre obtendrá una mejor corriente si su inductor no se descarga por completo, por lo que si coloca un capacitor aquí que pueda cargarse y descargarse lo suficientemente rápido (dependiendo de la potencia de salida de su fuente de batería), funcionará mejor. Si se trata de una fuente de energía ultrabaja, un capacitor muy pequeño podría ser lo mejor.

Estas son las cosas con las que he experimentado. Con la misma batería tengo resultados que van desde 5V a 22V Vpp y bajo carga en el capacitor de salida de 1mA a 32mA simplemente cambiando estas tres cosas.