Regulierter Joule-Dieb: Warum funktioniert es?

Erklären Sie mir bitte, warum dieser Stromkreis mir geregelte 5V geben kann? Ich verstehe den Joule Thief-Teil, aber warum funktioniert der Regler-Teil?

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Insbesondere, warum die Zenerdiode D2 entscheidend ist, um zu verhindern, dass der 1117 und die MCU gebraten werden, und warum die Kappe C1 nicht immer voll aufgeladen werden sollte?

- BEARBEITEN -

Sie schlagen ein Closed-Loop-Design vor. Sieht das besser aus? (Erinnern Sie sich daran, dass die MCU eine pulsierende Stromschiene nicht allzu gut verträgt, sodass ich den LDO nur mit so wenig Spielraum wie möglich dort belasse, um eine ordnungsgemäße Regelung zu erreichen.)

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Das obige Schema ist dahingehend modifiziert, dass es den vorgeschlagenen Widerstand Olin enthält.

- EDIT 2 -

Funktioniert das mit weniger Verlust?

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Stellen Sie R2 in diesem Schema so ein, dass der JFET abschaltet, wenn die Spannung an C1 über 6 V steigt (genügend Headroom für 1117 hier).

Das ist eine ziemlich beschissene Strecke. Beachten Sie, dass der Aufwärtswandler vollständig offen läuft. Es gibt keine Rückkopplung, die es abschaltet, wenn sein Ausgang hoch genug wird. Sie zeigen nicht die Spannungen des Zener und des Linearreglers an, aber höchstwahrscheinlich ist der Zener nur da, um sicherzustellen, dass der Eingang nicht über das hinausgeht, was die Kappe und der Linearregler verarbeiten können. Der Linearregler erzeugt dann die schöne und konstante Ausgangsspannung.

Der Grund, warum ich sage, dass dies eine beschissene Strecke ist, ist, dass es ziemlich verschwenderisch ist. Das ist normalerweise eine schlechte Sache, wenn man mit einer Batterie läuft. Anstatt dem Boost-Schalter eine Rückkopplung hinzuzufügen, wird die zusätzliche Leistung nur im Zener und im Linearregler verschwendet. Das Einschalten eines Transistors würde nur einen Schritt länger dauern, wenn der Regler etwas mehr Spannung hat, als er wirklich benötigt. Dieser Transistor würde die Oszillationen von Q1 ausschalten und dadurch den Aufwärtswandler abschalten, bis die Spannung wieder abfällt. Dies fügt dem Umschalterausgang im Wesentlichen eine lose Regelung hinzu.

Hinzugefügt:

Ich sehe aus den Kommentaren, dass es ein Interesse daran gibt, zu diskutieren, wie der Umschalter so geregelt werden kann, dass er nicht in einer offenen Schleife läuft.

Wie Russell und ich beide erwähnen, ist in diesem Fall ein NPN-Transistor, der die Basis von Q1 niedrig zieht, ein Mittel, um die Oszillationen zu beseitigen. Jetzt wird das Problem beim Einschalten dieses Transistors, wenn der Ausgang des Umschalters hoch genug wird. Im Zusammenhang mit dieser Schaltung besteht, wie Russell bereits erwähnt hat, der einfachste Weg darin, den Boden des Zeners in die Basis dieses zweiten Schwingungstötungstransistors eintauchen zu lassen. Ich würde auch einen Widerstand von dieser Basis auf Masse legen, um sicherzustellen, dass dieser Transistor nicht nur wegen Leckage aufleckt. Wenn der Ausgang des Umschalters hoch genug wird, leitet der Zener, wodurch der neue Transistor eingeschaltet wird, wodurch die Oszillationen gelöscht werden, so dass der Umschalter aufhört, Hochspannung zu erzeugen, bis diese Spannung wieder etwas niedriger wird.

Ein völlig anderer Weg, ein Signal zu erhalten, bei dem die Spannung hoch genug ist, ist das, worauf Russell in einem Kommentar angespielt hat. Dies setzt einen PNP-Transistor um den Regler, so dass er einschaltet, wenn der Eingang des Reglers der BE-Abfall des Transistors über dem Reglerausgang ist. Dieser Schwellenerfassungstransistor würde dann verwendet, um den Oszillationsunterdrückungstransistor einzuschalten. Auf diese Methode der Schwellenwerterkennung als Rückmeldung an einen Switcher gehe ich unter /electronics//a/149990/4512 näher ein .

Hinzugefügt 2:

Wie Sie sehen, haben Sie jetzt einen aktualisierten Schaltplan hinzugefügt. Ja, genau darüber reden Russell und ich.

Ich würde nur eine kleine Verbesserung vornehmen, indem ich einen Widerstand von der Basis von Q2 zur Masse hinzufüge. Dies garantiert einen minimalen Strom durch D2, bevor der Umschalter heruntergefahren wird. Wenn Sie dies nicht tun, könnte die Spannung an D2 deutlich unter ihrer Zenerbewertung liegen. Schauen Sie sich das Datenblatt für D2 an. Die Spannung wird nur über einem Mindeststrom garantiert. Ohne etwas über diesen Zener zu wissen, würde ich ungefähr 500 µA anstreben. Die Q2-Basisspannung wird 600 mV betragen, so dass der Widerstand 1,2 kΩ beträgt.

Können Sie einen Link veröffentlichen, von dem Sie die Ansprüche erhalten haben? Der Kommentar zu C1 ergibt keinen Sinn.

JT-Schaltungen (Joule Thief) sind normalerweise schlecht oder nicht wirklich entworfen oder zeigen Anzeichen dafür, dass die Leute, die sie hergestellt haben, kein gutes Verständnis dafür hatten, was sie taten. Diese Schaltung ist in dieser Klasse.

Das LD1117 hat eine maximale Eingangsspannung von 15V. Höher als das wird es töten.
LM1117 Datenblatt Die Zenerdiode soll den Regler schützen, ABER die Nennspannung ist niedriger als sie sein sollte.

Der 1N4734A ist ein 5,6 V 1 Watt Zener. Die Zenerspannung ist zu niedrig, um dem LM1117-Regler bei vollem Strom genügend Headroom zu bieten. Es ist wahrscheinlich, dass der "Joule-Dieb" nicht genug Strom liefert, damit der LM1117 den vollen Ausgangsnennstrom erreicht.

Der JT führt "openloop" aus. Wenn es mehr als 1 Watt macht, wird versucht, den Zener und dann den Regler und dann die mcu zu zerstören. Ohne den Zener ist die Ausgangsspannung, da der JT ein Sperrwandler ist, so lange gleich, bis die verfügbare Energie verbraucht ist. Wenn die Last die verfügbare Energie nicht annimmt, steigt die Spannung weiter an, bis der LM1117 unbeabsichtigt Energie annimmt (dh Vin_max überschritten).

Die Bedeutung der C1-Frage ist unklar. C1 kann ohne Schaden vollständig aufgeladen werden, vorausgesetzt, die beteiligten Spannungen überschreiten nicht den Nennwert anderer angeschlossener Komponenten.

Insgesamt ist dies keine gute Strecke. Es stehen wesentlich bessere Schaltungen zur Verfügung, die nicht von der Verlustleistung des Stromrichters abhängen. Auch diese Schaltung ist nicht besonders "gestaltbar" - es ist schwierig zu sagen, wie die Leistung des Wandlers in Bezug auf den Leistungspegel oder den Wirkungsgrad sein wird (aber beide sind wahrscheinlich klein).