Ladrão de Joule Como Funciona

Introdução

O ladrão de joule ou joule thief é um tipo de conversor Direct Current (DC/CC) – DC bastante comum na eletrônica em todo o mundo por ser simples e utilizar componentes genéricos, embora seja famoso algumas pessoas não compreendem seu funcionamento ou não sabem estabilizar a saída do circuito.  Nesse artigo vamos analisá-lo a fundo e filtrar a saída para tentar esclarecer o máximo possível sobre esse “coringa” da eletrônica.

Para que Serve?

Boa parte dos circuitos eletrônicos tem a necessidade de reduzir uma voltagem para que possa realizar determinado trabalho, mas em alguns casos é necessário aumentar a voltagem, por exemplo: Uma pilha AAA ou AA tem corrente suficiente para alimentar alguns LED’s mas sua voltagem de 1.5 não consegue ligar um LED pois é necessário no mínimo 2.2v, o ladrão de joule consegue fazer essa transformação de 1.5v para mais de 2v o que possibilita o acionamento do LED ou de outras cargas com apenas uma pilha.

Diagrama do Ladrão de Joule com Capacitor

• BAT1 Fonte de alimentação;
• TR1: Transformador 1:1;
• R1:  Resistor de 10k ohms;
• Q1: Transistor Bipolar de Junção (TBJ) NPN TIP31;
• D1: Diodo retificador de alta comutação;
• D2: Diodo Zener;
• C1: Capacitor electrolítico de 100uf.

A fonte de alimentação pode ser várias, comumente é usado uma pilha de 1.5v para demonstrar seu funcionamento mas o circuito pode ser implementado em pequenos geradores que utilizam motores DC como os encontrados em DVD, dispensando assim a necessidade do uso de caixa de redução.  

Como Funciona?

Na maioria dos conversores DC – DC precisam de uma frequência para chavear o transistor que alimenta o indutor e o ladrão de joule é diferente, ao mesmo tempo que o transformador fornece energia para a carga também atua como oscilador em conjunto com o transistor, ou seja, ele eleva a tensão e oscila “ao mesmo tempo”. O funcionamento do ladrão de joule pode ser descrito em dois ciclos distintos que se alternam em um loop infinito.

1.Ciclo

A eletricidade é preguiçosa e sempre vai procurar o melhor caminho para se neutralizar, então o primeiro ciclo uma das bobinas vai se carregar e os elétrons vão passar da base do transistor para o emissor, quando isso ocorrer o transistor vai ativar o segundo ciclo. A imagem abaixo representa graficamente o caminho percorrido, sua cor representará o comportamento no osciloscópio.

2.Ciclo

No segundo ciclo o elétron vi passar pela bobina oposta a do primeiro ciclo e alimentar todo os outros circuitos mas isso dura o tempo de descarga da bobina, assim que ela descarregar vai iniciar o primeiro ciclo e assim fica nesse loop infinito. 

Quando uma bobina é alimentada, induz a outra com a polaridade invertida e soma com os 1.5v. Esse comportamento observado no osciloscópio: 

Note que ao acionar o circuito, o primeiro ciclo bate os 1.48v e logo em seguida é desligado e o segundo ciclo é ativado, ao mesmo tempo que é ativado, a bobina do primeiro ciclo é induzida pelo inverso da outra. Esse comportamento fica ocorrendo até que chegue no “limite”, quando isso ocorre as bobinas param de somar e se estabilizam, a imagem abaixo mostra isso:

O tamanho do núcleo toroidal e a quantidade de fio enrolada, tem uma  relação inversamente proporcional com a frequência.

Esse comportamento do ladrão de joule que foi apresentado até agora no osciloscópio é sem a parte de estabilização. A depender da carga que for alimentar, essa frequência pode acabar prejudicando, o capacitor vai suavizar ou até mesmo neutralizar por completo, na imagem abaixo podemos observá-lo em vermelho no osciloscópio:

Desvantagens do Ladrão Joule

O ladrão de joule não é um dos melhores circuitos para ser empregados em cargas eletrônicas pois ele não possui feedback o que ao aplicar uma carga a tensão de saída não se mantem porém outros conversores dc-dc como step-down e step-up, disponível em nossa loja.

Considerações Finais

Essa análise é um conceito teórico fundamentado no livro Eletrônica para leigos e simulado no software ISIS Proteus, e não deve ser considerado como comportamento absoluto.