Joule Thief 计算：铁氧体参数和匝数

焦耳小偷阻塞振荡器设计与组装：实现低压供电

焦耳小偷阻塞振荡器可将耗尽电池的低电压（0.3–0.6 V）转换为脉冲，驱动LED发光。其工作周期包含五个阶段：晶体管通过基极电阻Rb导通，集电极绕组W1中电流线性增加并在铁氧体磁芯中储存能量，磁芯饱和，晶体管Q1突然关闭，输出绕组W3产生高压脉冲点亮LED。

工作频率约为20 kHz，提供连续可见光。该电路功耗极低，适用于导航照明，LED电流为5–20 mA。

电路与元件

经典拓扑结构：晶体管Q1（BC547C或KT3102）、电阻Rb、铁氧体环形磁芯上的三绕组变压器（10×6×4 mm或14×9×5 mm）。

优点：

• 元件数量最少
• 0.6 V电压下可靠启动
• 输出电压可调
• 频率>17 kHz时无噪音

铁氧体参数实验测定

实际铁氧体特性与数据表值不同。为计算，需绕制双线测试线圈（15匝带中心抽头）。

截面积Se = (D - d) × h / 2。对于10×6×4 mm环形磁芯：Se = (0.01 - 0.006) × 0.004 / 2 = 8×10^{-6} m²。

饱和状态通过对称多谐振荡器测试台确定。在分流电流示波图中，注意曲线拐点——电感下降导致斜率急剧增加。

饱和磁感应强度Bsat = (U × T) / (2 × w × Se)。

示例：

• U = 1.28 V
• T = 39.8 µs
• w = 15
• Se = 8×10^{-6} m²

Bsat = (1.28 × 3.98×10^{-5}) / (2 × 15 × 8×10^{-6}) ≈ 0.106 T。

计算基极电阻Rb

初始数据：

• Uin = 1.5 V
• U_LED = 3.15 V（带5%压降）
• I_LED = 10 mA
• 效率η = 70%

Pout = 3.15 × 0.01 = 0.0315 W

Pin = 0.0315 / 0.7 ≈ 0.045 W

Iavg = 0.045 / 1.5 = 0.03 A

Icpk = 2 × 0.03 = 0.06 A

Ib = (Icpk / h21e) × s，其中h21e = 584（用RLC表测量），s = 2。

Ib ≈ (0.06 / 584) × 2 ≈ 0.205 mA

Rb = (1.5 - 0.7) / 0.000205 ≈ 3.9 kΩ。

频率与Rb的关系：

| Rb | f |

|-------|-------|

| 1 kΩ | 16 kHz|

| 3 kΩ | 20 kHz|

| 6 kΩ | 24 kHz|

最佳频率为18–25 kHz，以避免可闻噪音。

选择频率与导通时间

目标f = 22 kHz。占空比D = 40%（来自集电极示波图）。

ton = D / f = 0.4 / 22000 ≈ 18 µs。

计算变压器匝数

N1 = (Uin × ton) / (Bsat × Se) = (1.5 × 1.8×10^{-5}) / (0.106 × 8×10^{-6}) ≈ 32匝。

基极绕组N2 = 1.2–1.5 × N1，便于低Uin下启动。选择1.5：N2 = 48匝。

N2/N1比例：

• 0.5：启动困难
• 1.0：正常
• 1.2：良好
• 1.5：非常容易
• 2.0：基极过载

用双线并绕。输出绕组N3 = N1 × (Vout / Vpulse)，其中Vpulse来自集电极示波图。

组装与测试

绕制后，在0.6 V下测试启动、频率和LED电流。根据铁氧体差异调整匝数10–20%。成品转换器可用AA/AAA电池为LED供电直至完全放电。

关键要点

• 实验测定Bsat：铁氧体数据表数据不可靠。
• 选择Rb使频率为18–25 kHz，避免噪音和损耗。
• N2/N1比例=1.5确保在0.4–0.6 V下启动。
• 在真实测试台上用示波器测试以确保准确性。
• 通过正确选择晶体管，在I_LED为5–20 mA时实现70%效率。

— Editorial Team