什么是焦耳小偷？LaserSaber的焦耳小偷照明電路

什么是焦耳小偷？焦耳小偷電路是一個簡約的自激振蕩升壓電路，它小型、成本低、易制作。它通常是用于驅(qū)動照明負(fù)載。它可以用盡在單節(jié)電池中幾乎所有的能量，即使是電壓電平已經(jīng)遠(yuǎn)低于在其它電路中被認(rèn)為已經(jīng)“充分放電”（“死了”）的電池。

請注意“升壓”的描述。這意味著，輸出電壓的增加是以更高的輸入電流的損失為代價的。傳統(tǒng)科學(xué)說，焦耳小偷電路永遠(yuǎn)不能達(dá)到COP>1。傳統(tǒng)的焦耳小偷電路如下圖所示，它在晶體管的集電極和發(fā)射極之間始終有一個能量損失。

適當(dāng)修改這個電路可以從環(huán)境獲取能量去給輸出。實現(xiàn)這一點相當(dāng)簡單。首先，在我們開始討論電路之前，我要告訴你關(guān)于LED的怪事：

注意，你可以只用1.5伏點亮一個發(fā)光二極管，用3伏可以得到更明亮的光芒。但如果串聯(lián)兩個發(fā)光二極管，那么3伏的電壓就會太低，因此完全無法點亮，而且電流為零。好了，奇怪的是，一個1.5V可以點亮一個LED。但是3V卻怎么都不能讓兩個串聯(lián)的LED發(fā)光。 而且，盡管電阻控制光的亮度但并不會以任何方式改變所需電壓?，F(xiàn)在，說到點上了。我把這點運(yùn)用到焦耳小偷上，而當(dāng)我這樣做時，我得到了COP>1，電路如下：

這個電路的輸入電流為2.35伏的12.5毫安（為30毫瓦），而輸出電流為6.60伏的8毫安（52.8毫瓦），即為COP=1.8，或輸入功率比輸出功率大80％。鐵氧體磁環(huán)用0.4毫米直徑的漆包銅線（美線規(guī)26號）繞制，而線匝在示圖中是傾斜的，線匝的實際方向為徑向，反正線匝的方向不影響電路性能。估計鐵氧體環(huán)直徑不是關(guān)鍵，但測試時也就只有這一個直徑。快速二極管可以FP607、UF5408或類似的，也可以把三極管的基極和發(fā)射極連接在一起而代替高速二極管。所使用的LED是8毫米直徑型的。在這個電路中發(fā)現(xiàn)輸入電壓很重要。最佳輸入電壓在2.2伏到2.5伏之間，所以兩個鎳鎘電池或兩個鎳氫電池大概是最佳的輸入了，因為更高的電壓只是導(dǎo)致更大的輸入電流，而在輸出功率上并無任何優(yōu)化。這個電路獲得自由能的關(guān)鍵是至少使用兩個串聯(lián)連接的發(fā)光二極管。將它們置于晶體管的基極，且電流流向基極，而其“奇怪的東西”所造成的電流波動，將增強(qiáng)來自輸出的能量。一個很重要的一點是必須有至少兩個LED，以及電路絕不能自啟動，因為如果這樣做，那么輸入電壓過高，而電路運(yùn)行將是COP <1。因此，你需要用手啟動電路運(yùn)行，而另一個非常重要的一點是，輸出電壓應(yīng)至少是輸入電壓的兩倍。

這種技術(shù)的特點：

?可以實現(xiàn)COP> 1，然后恰當(dāng)?shù)匦薷碾娐?，可以變成?a target="_blank">供電。?您可以提取“用盡”的電池的能量并用來自環(huán)境的能量來補(bǔ)充它。?你該干嘛就干嘛去，讓電路自行在家充電。?有趣的是，這個電路發(fā)出高頻聲，這種聲音往往能驅(qū)蚊！

微調(diào)電路：參與該電路的操作有5個參數(shù)：

1.輸入電壓，2.輸出電壓，線圈繞組，3.環(huán)形的直徑，4.LED的數(shù)量，和5.輸送電流到晶體管基極的電阻。

裝配電路的第一步是檢查一下您要用的LED。這些LED是要串聯(lián)連接的，所以從兩個開始，并跨電池連接。如果LED亮了，則添加一個LED，直到LED鏈條跨接電池不亮了。這樣做，將提高電路的性能系數(shù)COP過1，輸出功率超過輸入功率。裝環(huán)形時，記得環(huán)形上繞的線匝越多，線圈的阻抗就越大，這將會增加COP值，但太多的線匝又會導(dǎo)致更小的電流，這又意味降低了輸出的充電速率。輸出電壓應(yīng)始終是輸入電壓的兩倍以上（例如：輸入2.35V，輸出6.60V）。

當(dāng)電路建成如上，如果合上開關(guān)開始運(yùn)行，則輸入電壓會太高，所以要保持加一個LED，直到電路不再自啟動。然后，用你的手指去開始運(yùn)行它，通過用你的體電阻旁路LED鏈，非常簡單地得到電路的振蕩。這是電路的低壓部分，所以這樣做完全不會有電擊危險。另一種方法是用電阻代替你的手指，并用按鈕開關(guān)來觸發(fā)電路。進(jìn)一步改進(jìn)是增加更多的LED，直至達(dá)到令電路無法啟動的一個點上，即使你用手指試圖使它運(yùn)行。當(dāng)達(dá)到這個點，除去一個LED并使電路運(yùn)行。對比輸入和輸出功率位準(zhǔn)，然后再移去一個LED并重復(fù)那些功率測量。繼續(xù)這樣做，同時你仍然有兩個以上的LED，直到你確定在你的電路中最有效的LED數(shù)量，這就是你找到的你的電路能夠?qū)崿F(xiàn)的最好的COP性能。在這個電路中的LED是用于造成基極電流波動，以此作為一個機(jī)制去獲得COP> 1的性能，所以它們在那兒并非是為了照明。你可以增加電阻值，由此降低所用的輸入電流的量，但這樣做的結(jié)果是降低了輸出功率。在我的電路中，我用了一個1100歐姆的電阻。

進(jìn)一步實驗：

這部分是關(guān)于我曾經(jīng)做過一些實驗，看看我是否能提高焦耳小偷的性能。顯然，我還沒有嘗試到每一種可能的配置，所以我邀請你們（讀者）做進(jìn)一步的實驗，因為焦耳小偷顯然是一個很好的做實驗的電路。對于1000毫安時7.4伏鋰電池組來說，僅8毫安的充電率是太低了，所以，有必要提高充電率。這可以通過并聯(lián)兩個或多個這樣的電路做到，如下所示：

電池幾乎完全放電，比新電池有著更高的內(nèi)阻，因此通過電路汲取的電流越高，電路的效率就越低。這樣的結(jié)果，通過這個電路使用的有效輸入電壓實際上低于電路原理圖中所示的2.34伏。

因此，或許它應(yīng)該如下配置：

請記住輸出電壓始終應(yīng)為輸入電壓的兩倍。所以如果你想要給一個較低電壓的鎳鎘電池充電，則應(yīng)使用降壓變壓器，如下所示：

適當(dāng)?shù)男薷模梢猿蔀樽怨╇姷暮妥猿潆姷?，如下所示?/p>

這種電路的性能可以利用不對稱變壓器進(jìn)一步提高，如蔣振寧磁框或塞恩?海因茨的變壓器，如下所示：

永亮燈電路：電壓越高導(dǎo)致LED阻抗越低，因此通過負(fù)反饋而降低電路的效能，因此電路可以如下所示那樣變得穩(wěn)定：

蔣振寧磁框

蔣振寧磁框（Lawrence Tseung's magnetic frame）

蔣振寧最近有一個微妙的設(shè)計就應(yīng)用了非常相似的原理。他用一個類似的磁框，并嵌入一塊永磁到其中一個框臂里。然后給纏繞在框的其中一側(cè)的線圈施加尖銳的直流脈沖，并從纏繞在框另一側(cè)的線圈上取出電能。

他為裝置展示了三個各自運(yùn)行的模式，如下示：

蔣振寧對三個可能的配置予以注釋。上面的第一個是標(biāo)準(zhǔn)商用變壓器配置，是用絕緣的鐵墊片制成的一個框，以使削減“渦”電流，另外還在框內(nèi)與有用的、鏈接著框體兩側(cè)的、線圈里的磁脈沖成直角繞框循環(huán)。眾所周知，這種配置的輸出功率從來不會大于輸入功率。

然而，這種安排可以用幾個不同的方式令其多種多樣。蔣振寧選擇移走框的一部分而用一塊永磁體取代，如下圖。這會大大改變在輸入線圈施加任何交流電壓前，作為永磁體導(dǎo)致的繞框持續(xù)循環(huán)的磁通量狀況。如果脈沖輸入功率施加在錯誤的方向上，如圖中所示，脈沖輸入產(chǎn)生的磁通量就與已經(jīng)在框架里來自永磁體的流動的磁通量相反，那么輸出實際上低于本來沒有永久磁鐵時的狀況。

然而，如果脈沖輸入線圈使得線圈里的電流產(chǎn)生一個磁場以增強(qiáng)永磁體的磁場，那么就有可能使輸出功率大于輸入功率。裝置的“性能系數(shù)”或“COP”是輸出功率數(shù)值除以用戶必須輸入以使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的輸入功率數(shù)值。 在這個實例里，COP值能夠大于一：

由于它使純粹主義者心感不安，也許應(yīng)該提及，盡管方波輸入信號施加到上述每個插圖的輸入端，輸出端將不會是方波，雖然這樣顯示只是為了明晰。相反，當(dāng)脈沖頻率完全匹配輸出繞組的共振的頻率時，輸入和輸出線圈將方波轉(zhuǎn)換為低質(zhì)量的正弦波才成為一個純正弦波。示波器在這里顯示的是一個典型的輸出功率波形，有著這樣的脈沖接近每秒390,000次。

任何特定的框架都受到制做材料的限制，因而也限制了磁通量的數(shù)量。鐵是制做這類框架的最常用的材料，而它有一個非常明確的飽和點。如果永久磁鐵是如此強(qiáng)大，它會導(dǎo)致施加輸入脈沖之前的框架材料飽和，那么直流正脈沖就不會有任何效果，如圖示。這只是個常識，但它清楚地表明，基于框架的大小，選擇磁鐵不能太強(qiáng)，以及為什么應(yīng)該這樣。

這里有一個實例，有個人復(fù)制了蔣振寧先生的設(shè)計，發(fā)現(xiàn)自己完全沒有獲得任何能量，因而咨詢蔣先生。蔣叫他拿掉磁鐵試試。他照做了，于是立刻得到標(biāo)準(zhǔn)的輸出，顯示出他的輸入配置和輸出測量系統(tǒng)都工作完美。于是他明白了他在框架中使用的三個磁鐵堆棧太強(qiáng)了。所以他減少堆棧，只用兩塊磁鐵，于是立刻獲得了一個COP的性能＝1.5（功率輸出比輸入大50%）。

LaserSaber的焦耳小偷照明電路

另一個基于焦耳小偷的非常成功的改型于2012年10月4日進(jìn)入公眾領(lǐng)域，詳情在他的網(wǎng)站上 www.laserhacker.com。他的改型在理念和結(jié)構(gòu)上都極其簡單：

而在他的視頻里：http://solarpower.energygratis.com/2012/10/09/solar-electricity-super-joule-ringer-3-0-real-world-power-made-easy/他演示了用它點亮一個市電電壓的LED燈泡（見上圖），一個市電白熾燈，一個鹵素?zé)艉鸵粋€還帶著鎮(zhèn)流器的緊湊型熒光燈，也就是商店出售的未經(jīng)任何修改的燈。這個電路是：

這種“超級焦耳套環(huán)3.0”電路的不尋常之處在于通過負(fù)載（燈泡）的反饋到2N3055晶體管的基極。該電路是一個高頻直流逆變器，簡單得不能再簡單了，但要注意那個高頻輸出電壓尖峰不是正弦波，也非電壓控制，所以這不是一個驅(qū)動像電視機(jī)一樣的東西的電路。晶體管的高頻振蕩受變壓器的72匝初級繞組的規(guī)格參數(shù)的支配。輸出電壓電平是電池電壓和變壓器匝數(shù)比的結(jié)合。若要提高輸出電壓，可以增加次級的匝數(shù)。匝數(shù)沒有具體規(guī)定，只是說線匝沿著8英寸（200mm）長的鐵氧體芯磁棒的整節(jié)，用0.32 mm直徑的漆包銅線（28號美標(biāo)線規(guī)或30號標(biāo)準(zhǔn)線規(guī)）緊密地并列纏繞。利用計算，表明大約有600匝繞在鐵氧體磁棒上。鐵氧磁棒本身有著0.625英寸（15.88mm）的直徑，似乎不太容易找到。不過，我強(qiáng)烈懷疑鐵氧體棒的直徑真有那么重要。兩個線圈在鐵氧體棒向相同的方向繞制，先繞次級，置于初級的下面，初級用1.63mm直徑（14號美線規(guī)或16號標(biāo)準(zhǔn)線規(guī)）的絕緣線繞制72匝。沒有電流被標(biāo)示出來，但看來是相當(dāng)高的，那兒剛好有兩個螺線形線圈驅(qū)動部分。在他的視頻里的110伏燈泡演示：

“LaserSaber”第二個非常實用的照明系統(tǒng)是一個焦耳小偷驅(qū)動的LED照明箱，只需一節(jié)AA可充電電池就可運(yùn)行。它看起來就像這樣：

安裝在箱子一端的是一個單片的小型太陽能電池板：

它能夠在白天的時候給電池充電。這個裝置是內(nèi)置于一個小盒子中，可以打開便于布線，并以不同角度配置LED燈。在這些圖片中沒有看到的是另外一個大的LED的集束燈光也被點亮了。略有遺憾的是能讓LED燈在太陽能電池板上發(fā)光，因為這樣可以在燈光亮起時給一些電池充電。LED是可以提供很多光的：