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Ladrón de julios regulado: ¿por qué funciona?

Por favor, explíqueme por qué este circuito puede darme 5V regulados. Entiendo la parte del ladrón de Joule, pero ¿por qué la parte del regulador funciona?

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simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Especialmente, ¿por qué el diodo Zener D2 es crucial para evitar que el 1117 y la MCU se frían, y por qué la tapa C1 no debe estar completamente cargada en todo momento?

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Ya que ustedes sugieren un diseño de bucle cerrado, ¿se ve mejor esto? (Recordaros que el MCU no aguantará demasiado bien un raíl de alimentación pulsante, así que simplemente mantengo el LDO ahí con el menor margen de maniobra posible para conseguir una regulación adecuada).

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simular este circuito

El esquema anterior se ha modificado para incluir la resistencia que sugirió Olin.

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¿Funcionará con menos pérdidas?

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simular este circuito

Ajusta R2 en este esquema para que el JFET se apague cuando el voltaje a través de C1 supere los 6V (suficiente espacio para el 1117 aquí).

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Para mejorar aún más su pregunta con todos los comentarios que ya se merece +1

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RelaXNow Puntos 1164

Es un circuito bastante cutre. Obsérvese que el convertidor boost funciona completamente en lazo abierto. No hay retroalimentación que lo apague cuando su salida es lo suficientemente alta. No muestras cuáles son los voltajes del zener y del regulador lineal, pero lo más probable es que el zener esté ahí sólo para asegurarse de que la entrada no supere lo que la tapa y el regulador lineal pueden soportar. El regulador lineal entonces produce el voltaje de salida agradable y constante.

La razón por la que digo que este es un circuito cutre es porque es bastante derrochador. Eso es normalmente algo malo cuando se ejecuta desde una batería. En lugar de añadir retroalimentación al conmutador de refuerzo, la energía extra sólo se desperdicia en el zener y el regulador lineal. Sólo haría falta un transistor más para encender el regulador cuando tenga un poco más de tensión de la que realmente necesita. Este transistor mataría las oscilaciones de Q1, apagando así el convertidor boost hasta que el voltaje caiga de nuevo. Esto es esencialmente añadir algo de regulación suelta a la salida del conmutador.

Añadido:

Veo por los comentarios que hay interés en discutir cómo regular el conmutador para que no funcione en bucle abierto.

Como Russell y yo mencionamos, en este caso un transistor NPN que tira de la base de Q1 hacia abajo es un medio para matar las oscilaciones. Ahora el problema se convierte en encender este transistor cuando la salida del conmutador es lo suficientemente alta. En el contexto de este circuito, como Russell ya ha mencionado, la forma más sencilla es hacer que la parte inferior del zener vaya a la base de este segundo transistor que mata las oscilaciones. También pondría una resistencia desde esa base a tierra para asegurarme de que este transistor no se enciende sólo por fugas. Cuando la salida del conmutador se eleva lo suficiente, el zener conduce, lo que enciende el nuevo transistor, que mata las oscilaciones de modo que el conmutador deja de hacer alto voltaje hasta que ese voltaje vuelve a bajar un poco.

Una forma totalmente diferente de obtener una señal de "tensión suficientemente alta" es la que Russell aludió en un comentario. Se trata de poner un transistor PNP alrededor del regulador de forma que se encienda cuando la entrada del regulador sea la caída B-E del transistor por encima de la salida del regulador. Ese transistor que detecta el umbral se utilizaría entonces para encender el transistor que mata las oscilaciones. Entro en más detalles sobre este método de detección de umbral como retroalimentación de un conmutador en https://electronics.stackexchange.com/a/149990/4512 .

Añadido 2:

Veo que ahora has añadido un esquema actualizado. Sí, eso es exactamente lo que Russell y yo estamos hablando.

Sólo haría un pequeño refinamiento añadiendo una resistencia desde la base de Q2 a tierra. Esto garantiza un mínimo de corriente a través de D2 antes de que el conmutador se apague. Si no haces esto, el voltaje a través de D2 podría ser significativamente menor que su valor nominal de zener. Mira la hoja de datos de D2. Su voltaje estará garantizado sólo por encima de una corriente mínima. Sin saber nada de ese zener, yo apuntaría a unos 500 µA. Calcula que el voltaje de la base del Q2 será de 600 mV, por lo que la resistencia será de 1,2 kΩ.

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Sólo por curiosidad, ¿dónde se colocaría este transistor?

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Por ejemplo, pon un NPN con base "debajo" de D2 para que cuando D2 conduzca el transistor se encienda. Emisor a tierra y colector a la base de Q1. Cuando Vout es alrededor de 6V el convertidor de la base de la unidad será derivado.

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@Ignac: Hay varias formas de que esto funcione. Mi primera reacción instintiva es poner la C-E entre la B-E de la Q1. Cuando ese segundo transistor se enciende, Q1 se mantiene apagado, lo que mataría las oscilaciones y por lo tanto dejaría de hacer alto voltaje. Eso todavía desperdiciaría algo de energía a través de R1, y tendrías que asegurarte de que las oscilaciones comienzan de nuevo cuando este transistor de retroalimentación se apaga. Hay otras maneras también, como el uso de un FET en lugar de abrir la conexión a la batería.

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aryeh Puntos 1594

Puedes poner un enlace de donde has sacado las afirmaciones. El comentario sobre el C1 no tiene mucho sentido.

Los circuitos JT (ladrón de Joules) suelen estar mal diseñados o no están realmente diseñados o muestran signos de que las personas que los produjeron no tenían una buena comprensión de lo que estaban haciendo. Este circuito está en esa clase.

El LD1117 tiene una tensión de entrada máxima de 15V. Un voltaje superior lo matará.
Ficha técnica del LM1117 El diodo zener está destinado a proteger el regulador PERO su tensión nominal es inferior a la que debería tener.

El 1N4734A es un zener de 5,6V y 1 vatio. El voltaje del zener es demasiado bajo para permitir que el regulador LM1117 tenga un margen adecuado a plena corriente. Es probable que el "ladrón de Joules" no produzca suficiente energía para que el LM1117 alcance la corriente nominal de salida completa.

El JT funciona "en bucle abierto". Si hace más de 1 vatio tratará de destruir el zener y luego el regulador y luego el mcu. Sin el zener, debido a que el JT es un convertidor flyback, el voltaje de salida se reducirá hasta que se disipe la energía disponible. Si la carga no está aceptando la energía disponible entonces el voltaje sigue subiendo hasta que el LM1117 empieza a aceptar energía involuntariamente (es decir, Vin_max excedido).

El significado de la pregunta C1 no está claro. C1 puede cargarse por completo sin que se produzcan daños, siempre que las tensiones implicadas no superen el valor nominal de los demás componentes conectados.

En general, este no es un buen circuito. Hay circuitos sustancialmente mejores que no dependen de la disipación por fuerza bruta de la salida del convertidor. Además, este circuito no es especialmente "diseñable" - es difícil decir cuál será el rendimiento del convertidor en cuanto a nivel de potencia o eficiencia (pero ambos son probablemente pequeños).

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Quizá necesite un Zener de mayor potencia para proteger las entradas. Sin embargo, ¿puede usted decirme cómo controlar el lazo cerrado (puedo utilizar el MCU para la mente esto si el circuito puede arrancar a sí mismo, es decir, iniciar el lazo abierto y cuando el MCU botas se convierte en lazo cerrado)

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También mantendría el LDO ahí como, al menos, alguna regulación local ya que el MCU no tomará un carril de alimentación pulsante demasiado bien.

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No entiendo "wrt" -- Has dicho: "Hay circuitos sustancialmente mejores que no dependen de la disipación por fuerza bruta de la salida del convertidor". Además, este circuito no es especialmente "diseñable" - es difícil decir cuál será el rendimiento del convertidor wrt nivel de potencia o eficiencia (pero ambos son probablemente pequeños)". Además, ¿podría darnos uno de esos "mejores circuitos"? ¡Gracias de antemano, Russel!

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