Похититель джоулей (Hk]nmnmyl, ;'krlyw)

Типичный похититель джоулей, питающий красный светодиод от пальчиковой батарейки

Похититель джоулей — сленговое название для схем минималистичных повышающих преобразователей с самовозбуждением. Такие устройства отличаются простотой конструкции, минимальным набором компонентов и отсутствием регуляции напряжения. Чаще всего они используются для питания небольших нагрузок, например питания светодиода от одной пальчиковой батарейки, так как напряжения в 1,5 вольта недостаточно для практически всех светодиодов.

Своё название похититель джоулей получил за то, что может работать при напряжениях менее 1 вольта, таким образом позволяя “похищать” энергию даже у полностью разряженной батарейки. Английское название — “joule thief” является каламбуром на словосочетание “jewel thief”.

Принцип работы

Типичная схема похитителя джоулей. Катушка состоит из двух обмоток проводом 0.15 мм по 20 витков каждая. Резистор ~1 кОм 1/4 Вт. В качестве ключа может использоваться любой транзистор с напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В и мощностью не менее 0,625 Вт.

Похититель джоулей с выпрямительным диодом, конденсатором и стабилитроном для поддержания постоянного напряжения на выходе

Данная схема по сути является блокинг-генератором, формирующим кратковременные импульсы (коэффициент заполнения ≈30%). Когда устройство включается — ток проходит через первичную обмотку, соединённую с базой транзистора, открывая его. Это приводит к появлению тока во вторичной обмотке и накоплению энергии в ней. Одновременно с этим напряжение появляется и в первичной обмотке, а поскольку обмотки подключены в противоположных направления, это приводит к ещё более сильному открытию транзистора, который в конечном итоге входит в режим насыщения. Ток через вторичную обмотку перестаёт нарастать, что приводит к уменьшению электромагнитного поля в первичной обмотке, и закрытию транзистора, а затем цикл повторяется.

Типичный график напряжения на выходе преобразователя, показывающий коэффициент заполнения 30% при частоте 38 кГц

Поскольку вторичная обмотка “пытается” сохранить ток в цепи без изменений, при открытии транзистора она накапливает энергию, а при закрытии транзистора отдаёт. В результате этого при закрытии транзистора в катушке возникает ЭДС, которая складывается с напряжением батарейки, и таким образом позволяя получить повышенное напряжение, достаточное для работы светодиода.

Простейший похититель джоулей состоит из катушки с двумя обмотками, резистора, транзистора и нагрузки (светодиода). Для повышения стабильности на выход схемы могут быть добавлены выпрямительный диод, конденсатор и стабилитрон, а на сердечник может быть намотана третичная обмотка для создания гальванической развязки или получения ещё больших напряжений.

Применение

Достоинствами данной схемы является простота изготовления, дешевизна, и возможность без особых усилий получения напряжения, в несколько раз превышающего напряжение источника. Главным недостатком является отсутствие стабилизации напряжения. Чаще всего похититель джоулей используется в дешёвых маломощных фонариках, работающих от одной пальчиковой батарейки. Схемы с дополнительной обмоткой иногда используют в аккумуляторных фонарях на люминесцентных лампах для получения высокого напряжения без стартера.

Похититель джоулей является довольно популярной схемой у начинающих радиолюбителей, поскольку не требует строгих расчётов и специфичных деталей, и позволяет легко увидеть результат работы (светящийся светодиод).