Zvyšovač napětí pro LED - pro velmi malá napětí

Popis

Schéma zapojení (klikněte pro plné rozlišení)

Toto je variace obvodu známého jako "Joule thief". Jedná se o jednoduchý samokmitající měnič.

Funkční princip měniče je jednoduchý:

1. Po připojení napájení projde přes zpětnovazební/sekundární vinutí (55 závitů) a rezistor nějaký malý proud do báze tranzistoru.
2. Tranzistor začne postupně spínat - zesiluje proud tekoucí do báze. Rostoucí napětí na primární (11 z) cívce se promítne na druhou cívku pětinásobně. Kladná zpětná vazba udrží tranzistor sepnutý a proud primární cívkou začne růst.
3. Proud dosáhne hodnoty, kdy se jádro cívek saturuje, či kdy nebude zesílení tranzistoru již dostatečné pro další nárust proudu (proud do báze je omezený) → růst proudu klesne a tak klesne i napětí na primárním vinutí. Tímto klesne i napětí na zpětnovazebním vinutí a proud do báze tranzistoru. Toto způsobí ještě prudší pokles napětí - kladná zpětná vazba tranzistor rychle vypne.
4. V jádře je stále uložená nějaká energie v podobě mag. pole. Napětí na obou vinutích se obrátí (směr proudu relativně ke směru vinutí zůstává stejný, ovšem proud poteče převážně zpětnovazebním vinutím - primárním vinutím již téměř žádný proud nepoteče). Na bázi tranzistoru bude vůči emitoru záporné napětí a zůstane vypnutý, proud poteče přes LED. Rezistor R1 je v tomto směru přemostěn Schottkyho diodou D1.
5. Jak magnetické pole postupně zkolabuje, proud postupně klesne a napětí na vinutích se vrátí k nule.
6. Celý cyklus se bude opakovat.

V obvodu je použit germaniový spínací NPN tranzistor (zde GS 502). Úbytek napětí v propustném směru na PN přechodu je zde podstatně nižší (typicky okolo 0,3 V, ovšem znatelný proud již teče při vyšších desítkách mV) než u křemíkového tranzistoru. Pro Joule Thief s křemíkovým tranzistorem se minimální napájecí napětí pohybuje okolo 0,6 V. Pro takto upravený Joule thief s germaniovým tranzistorem se minimální napájecí napětí pohybuje v desítkách mV, zkonstruovaný prototyp fungoval již od napětí okolo 55 mV. Při napájecím napětí 1,3 V se již proudy v obvodu pohybovaly okolo mezních hodnot pro tranzistor GS 502, jako maximální praktické napájecí napětí se jeví cca 0,7-0,8 V. Tento obvod tedy lze použít například pro napájení LED z Peltierova článku (v režimu generátoru funguje i klasický Peltierův článek), s běžným Peltierovým modulem TEC1-12706 fungoval obvod již při rozdílu teplot okolo 2-3°C - lze tedy napájet LED např. teplem z ruky. Problém tohoto obvodu je velice špatná dostupnost vhodných tranzistorů, běžně se již nevyrábí. Ovšem by pravděpodobně bylo možné podobný obvod zkonstruovat s JFETem či MOSFETem se zabudovaným kanálem.

Jádro, na kterém jsou navinuty cívky, pochází z úsporné zářivky a má vnější průměr cca 1 cm. Pravděpodobně lze použít prakticky jakékoliv podobné malé feritové jádro. Na místě Schottkyho diody lze použít jakoukoliv podobnou. Lze použít i LED jiné barvy. Hodnoty součástek obecně nejsou kritické, kromě tranzistoru - měl by zde být germaniový spínací NPN alespoň podobný GS 502 - případně je vhodnější vyzkoušet více typů a kusů a najít nejvhodnější. Zde je tranzistor v patici.

Fotografie

Prototyp na univerzální DPS (klikněte pro plné rozlišení)

Provoz (klikněte pro plné rozlišení)