På någon värde Joule tjuv - enda AA hög effekt vita LED driver

Det finns gott om Joule tjuv projekt runt, men de flesta verkar du måste rulla en ferritkärna transformator, en förbryllande uppgift om du är ny på elektronik, och erbjuder mycket att lära sig om dess funktionssätt utom följande kortfattade instruktioner.

Därav detta instructable erbjuder en mer tillfredsställande sätt att bygga en snygg användbar liten krets, så att du kan beräkna runt komponenter att du kanske redan har, nuvarande du vill leverera till lysdioden.

Den uppladdade bilden av Schematisk är ganska bedrövad, för en bättre fånga, Hämta joule_thief.pdf

På den första schematiskt, vänster sida, är den grundläggande utformningen, behöver du:

2 x General purpose NPN transistor (t.ex. 2n4401 eller 2n2222A eller 2n3904)
2 x 5% tolerans 1/8W rating resistor
2 x 10% tolerans kondensatorer (dessa kan vara keramiska, elektrolytisk eller polypropylen, vad passar värdet)
1 x induktor (mer om detta senare)
1 x växla (SPST eller om det behövs DPDT beroende på hur du vill att banan ska fungera)
1 x AA batteri innehavaren

Vissa* vita lysdioder - användning endast en enda diod släppa (~3.3v), ansluta i flera parallella om, men denna krets är inte lämplig för en stack av dioder, på grund av gränserna för omvänd Vbe uppdelning på ~ 5V.

* Använder diod parallellt är inte alltid perfekt, i synnerhet med vita LED, som den framåt bias spänningen inte kanske matchar väl, därför du kan få varierande ljusstyrka från var och en av dem.

Kort, hur denna krets fungerar

1. På driver upp, med en ramp leverans (0 -> 1.2V)
2. Transistor Q2 bias upp, en allt större nuvarande levereras genom en induktor, en delta ändring i nuvarande upprätthåller ett spänningsfall över induktor (V = L * di/dt), denna ström är begränsad av R1 och vinst upp av ßeta av Q2
3. Q1 också få bias upp men med en svagare ström så finns det en IR drop över R2, nedan Vbe av Q2, Vbe = kT/q*ln(Ic/Is)
4. När strömmen genom induktor slutar ökar, spänningen över induktor kollapsar till en kort till leverans järnväg, med kapacitiv koppling av C2, bogserbåtar detta basen av Q1 hög, vrida den hårt på
5. Q1 svarvning svårt på shorts ut C1 till Vcesat (~0.3V), detta också Q2 drar bort.
6. Strömmen genom induktor, inte upphör (som vad induktor bör göra) sedan dumpa sin strömmen genom lysdioden framåt bias det (~3.3v), därmed öka effekten av denna krets.
7. Under tiden laddas C1 nu upp via R1, och när spänningen över C1 når framåt bias Vbe (~0.7V) av Q2, det visar på, att kollapsa spänningen över lampa (stänga av) till Vcesat (~0.3V).
8. När detta händer, kommer C2 in i handling, störta den Vbe för Q1 under 0v, stänga av den.
9. Med Q1 off, än en gång strömmen genom R1 får ßeta upp med Q2 ladda upp induktor nuvarande och cykeln upprepas.
10. Tills batteriet utarmar ju...

Nu får för det verkliga arbetet, värdet av komponenter för att köra den aktuella behövs för din vita LED.

Stegen nedan kan du grovt beräkna värdet måste, baserat på dina val av komponenter

• Låt Vbatt = 1.2V

Batterispänningen är baserad på uppladdningsbara, men du kan fortfarande använda alkaliska = 1.5V

• Bestämma vad som är den nominella strömmen att köra du vita LED

I detta fall väljer jag en nominella jag_LED = 300mA

• Bestäm värdet av induktor kan du använda

Nu denna krets, är det möjligt att använda något värde av induktor mellan 1mH att 10uH, idealet är någonstans där emellan dessa. Valt värde används för beräkning. Induktor är oftast svårare att få rätt värde och ofta kosta mer än kondensatorer eller motstånd.

Jag väljer L = 100uH, med max märkström i + 30% av I_LED = 390mA

Du kan använda differential EMI power choke (de med 2 leder), kända skillnaden mellan dessa och de avsedd specifikt för DC omvandlare, är att byta så sa att makt choke tenderade att har distinkta förstörande parallella parasitiska impedans och undvika topp i impedans vid egen resonansfrekvens.

• Beräkna värdet av R1

Se (2) på hur denna krets fungerar... ßeta = jag_collector/I_bas av en bipolär transistor

Låt ßeta₂ i Q2 = 30, Vbe₂ = 0.8V, Vbatt = 1,2, jag_Lmax = 390mA

VBE₂ = 0,8 för samlare nuvarande (I_LED) i hundratals mA
VBE₂ = 0,7 för samlare nuvarande (I_LED) i tiotals mA

ßeta väljs vid 30 eftersom när en bipolär transistor är mättnad, dess ßeta svansar av och kan släppa så lågt som 10, från en nominell 100.

R1 = (Vbatt - Vbe₂ ) * ßeta₂ / jag_Lmax= 30.77, runda upp till närmaste standard värde, 33 ohm.

• Hitta 'å' tid LED, är detta (6) och (7) om hur denna krets fungerar...

Induktor spänning V_L = L * di/dt

V_L = Vbatt - Vcesat₂, di eller delta i är 30% av I_ledde x 2 = 180mA

Anledningen till att välja delta jag = +/-30% av I_LED är att vi inte den nuvarande induktor är vara diskontinuerlig (dvs nuvarande flyter genom induktor bör inte gå till noll/avsluta)

där jag valde, transistor Vce mättnad spänning, Vcesat₂ = 0.3V, vanligt detta är mellan 0,1 ~ 0.4V, beroende på nominellt jag_LED du har valt och transistorn, för samlare nuvarande i tiotals mA, använda 0.1V, för överskott av hundratals mA använder 0.3V

Ersätta värdena dt = (L * di) / (Vbatt - Vcesat2) = (100u * 180mA) / (1.2V - 0.3V) = 20us

DT eller LED 'på' tid blir 20us

• Hitta C1 på Schematisk

R1 * C1 uppsättningar tidskonstanten där LED lyser, och vi har tidigare få figur 20us (dt)

Så C1 kostnaderna upp från Vcesat₁ (av Q1) till Vbe₂ (Q2 tur på på 0.7V)

Sedan Q1 sjunker en samlare ström av endast tio av mA, l5At Vcesat₁ = 0.1V

C1 =-(dt / R1) / ln ((Vbe₂ - Vcesat₁) / Vbatt)

C1 =-(20us / 33 ohm) / ln ((0.7V - 0.1V)/1.2V) = 420nF, ett perfekt runda ner till närmaste standard värde (att säkerställa induktor går aldrig diskontinuerligt) eller nästa närmaste bruksvärde som är 470nF, därav jag använder detta.

• Hitta R2 och C2

Nu här är en genväg till dessa R2 = 100 * R1 och R1 * C1 = 1,5 * R2 * C2, därav C1 = 150 * C2

Så R1 = 33 ohm, R2 = 3.3kohm
Och C1 = 470nF C2 = 3.13nF, avrundning eller närmaste närmaste värde = 2.2nF

• Resumé av komponenter du hade träna

För jag_LED = 300mA:
L = 100uH
R1 = 33 ohm
R2 = 3.3Kohm
C1 = 470nF
C2 = 2.2nF
Q1 och Q2 = 2n4401

• En övning för jag_LED = 50mA, wimpy 5 mm LED

Valde L = 47uH, med max jag_Lmax = 50mA + 30% = 65mA

R1 = (Vbatt - Vbe₂ ) * ßeta₂ / jag_Lmax

Låt Vbatt = 1.2V, Vbe2 = 0.7V (tiotals mA för jag_LED), ßeta2 = 30, jag_Lmax = 65mA

R1 = 230.76 ohm ~ 220 ohm

R2 = 100 * R1 = 22Kohm

LED 'å' tid dt = (L * di) / (Vbatt - Vcesat₂)

För Vcesat₂ = 0.1V (jag_LED är tiotals mA) och di = 30% av 50mA * 2 = 30mA

DT = 1.28us

C1 =-(dt / R1) / ln ((Vbe₂ - Vcesat₁) / Vbatt), Vbe₂ = 0.7V och Vcesat₁ = 0,1

C1 = 8.39nF ~ 10nF

C2 = 10nF / 150 = 66.7pF ~ 100pF

• För 2AA batteridrift

Den schematiska 2 visar hur du kan inkludera en boost-läget, så att du har en växla mellan normal ljusstyrka och hög ljusstyrka, eller ens några variabelt motstånd att styra ljusstyrkan.