什么是焦耳小偷？LaserSaber的焦耳小偷照明电路

什么是焦耳小偷？焦耳小偷电路是一个简约的自激振荡升压电路，它小型、成本低、易制作。它通常是用于驱动照明负载。它可以用尽在单节电池中几乎所有的能量，即使是电压电平已经远低于在其它电路中被认为已经“充分放电”（“死了”）的电池。

请注意“升压”的描述。这意味着，输出电压的增加是以更高的输入电流的损失为代价的。传统科学说，焦耳小偷电路永远不能达到COP>1。传统的焦耳小偷电路如下图所示，它在晶体管的集电极和发射极之间始终有一个能量损失。

适当修改这个电路可以从环境获取能量去给输出。实现这一点相当简单。首先，在我们开始讨论电路之前，我要告诉你关于LED的怪事：

注意，你可以只用1.5伏点亮一个发光二极管，用3伏可以得到更明亮的光芒。但如果串联两个发光二极管，那么3伏的电压就会太低，因此完全无法点亮，而且电流为零。好了，奇怪的是，一个1.5V可以点亮一个LED。但是3V却怎么都不能让两个串联的LED发光。 而且，尽管电阻控制光的亮度但并不会以任何方式改变所需电压。现在，说到点上了。我把这点运用到焦耳小偷上，而当我这样做时，我得到了COP>1，电路如下：

这个电路的输入电流为2.35伏的12.5毫安（为30毫瓦），而输出电流为6.60伏的8毫安（52.8毫瓦），即为COP=1.8，或输入功率比输出功率大80％。铁氧体磁环用0.4毫米直径的漆包铜线（美线规26号）绕制，而线匝在示图中是倾斜的，线匝的实际方向为径向，反正线匝的方向不影响电路性能。估计铁氧体环直径不是关键，但测试时也就只有这一个直径。快速二极管可以FP607、UF5408或类似的，也可以把三极管的基极和发射极连接在一起而代替高速二极管。所使用的LED是8毫米直径型的。在这个电路中发现输入电压很重要。最佳输入电压在2.2伏到2.5伏之间，所以两个镍镉电池或两个镍氢电池大概是最佳的输入了，因为更高的电压只是导致更大的输入电流，而在输出功率上并无任何优化。这个电路获得自由能的关键是至少使用两个串联连接的发光二极管。将它们置于晶体管的基极，且电流流向基极，而其“奇怪的东西”所造成的电流波动，将增强来自输出的能量。一个很重要的一点是必须有至少两个LED，以及电路绝不能自启动，因为如果这样做，那么输入电压过高，而电路运行将是COP <1。因此，你需要用手启动电路运行，而另一个非常重要的一点是，输出电压应至少是输入电压的两倍。

这种技术的特点：

•可以实现COP> 1，然后恰当地修改电路，可以变成自供电。•您可以提取“用尽”的电池的能量并用来自环境的能量来补充它。•你该干嘛就干嘛去，让电路自行在家充电。•有趣的是，这个电路发出高频声，这种声音往往能驱蚊！

微调电路：参与该电路的操作有5个参数：

1.输入电压，2.输出电压，线圈绕组，3.环形的直径，4.LED的数量，和5.输送电流到晶体管基极的电阻。

装配电路的第一步是检查一下您要用的LED。这些LED是要串联连接的，所以从两个开始，并跨电池连接。如果LED亮了，则添加一个LED，直到LED链条跨接电池不亮了。这样做，将提高电路的性能系数COP过1，输出功率超过输入功率。装环形时，记得环形上绕的线匝越多，线圈的阻抗就越大，这将会增加COP值，但太多的线匝又会导致更小的电流，这又意味降低了输出的充电速率。输出电压应始终是输入电压的两倍以上（例如：输入2.35V，输出6.60V）。

当电路建成如上，如果合上开关开始运行，则输入电压会太高，所以要保持加一个LED，直到电路不再自启动。然后，用你的手指去开始运行它，通过用你的体电阻旁路LED链，非常简单地得到电路的振荡。这是电路的低压部分，所以这样做完全不会有电击危险。另一种方法是用电阻代替你的手指，并用按钮开关来触发电路。进一步改进是增加更多的LED，直至达到令电路无法启动的一个点上，即使你用手指试图使它运行。当达到这个点，除去一个LED并使电路运行。对比输入和输出功率位准，然后再移去一个LED并重复那些功率测量。继续这样做，同时你仍然有两个以上的LED，直到你确定在你的电路中最有效的LED数量，这就是你找到的你的电路能够实现的最好的COP性能。在这个电路中的LED是用于造成基极电流波动，以此作为一个机制去获得COP> 1的性能，所以它们在那儿并非是为了照明。你可以增加电阻值，由此降低所用的输入电流的量，但这样做的结果是降低了输出功率。在我的电路中，我用了一个1100欧姆的电阻。

进一步实验：

这部分是关于我曾经做过一些实验，看看我是否能提高焦耳小偷的性能。显然，我还没有尝试到每一种可能的配置，所以我邀请你们（读者）做进一步的实验，因为焦耳小偷显然是一个很好的做实验的电路。对于1000毫安时7.4伏锂电池组来说，仅8毫安的充电率是太低了，所以，有必要提高充电率。这可以通过并联两个或多个这样的电路做到，如下所示：

电池几乎完全放电，比新电池有着更高的内阻，因此通过电路汲取的电流越高，电路的效率就越低。这样的结果，通过这个电路使用的有效输入电压实际上低于电路原理图中所示的2.34伏。

因此，或许它应该如下配置：

请记住输出电压始终应为输入电压的两倍。所以如果你想要给一个较低电压的镍镉电池充电，则应使用降压变压器，如下所示：

适当的修改，它可以成为自供电的和自充电的，如下所示：

这种电路的性能可以利用不对称变压器进一步提高，如蒋振宁磁框或塞恩•海因茨的变压器，如下所示：

永亮灯电路：电压越高导致LED阻抗越低，因此通过负反馈而降低电路的效能，因此电路可以如下所示那样变得稳定：

蒋振宁磁框

蒋振宁磁框（Lawrence Tseung's magnetic frame）

蒋振宁最近有一个微妙的设计就应用了非常相似的原理。他用一个类似的磁框，并嵌入一块永磁到其中一个框臂里。然后给缠绕在框的其中一侧的线圈施加尖锐的直流脉冲，并从缠绕在框另一侧的线圈上取出电能。

他为装置展示了三个各自运行的模式，如下示：

蒋振宁对三个可能的配置予以注释。上面的第一个是标准商用变压器配置，是用绝缘的铁垫片制成的一个框，以使削减“涡”电流，另外还在框内与有用的、链接着框体两侧的、线圈里的磁脉冲成直角绕框循环。众所周知，这种配置的输出功率从来不会大于输入功率。

然而，这种安排可以用几个不同的方式令其多种多样。蒋振宁选择移走框的一部分而用一块永磁体取代，如下图。这会大大改变在输入线圈施加任何交流电压前，作为永磁体导致的绕框持续循环的磁通量状况。如果脉冲输入功率施加在错误的方向上，如图中所示，脉冲输入产生的磁通量就与已经在框架里来自永磁体的流动的磁通量相反，那么输出实际上低于本来没有永久磁铁时的状况。

然而，如果脉冲输入线圈使得线圈里的电流产生一个磁场以增强永磁体的磁场，那么就有可能使输出功率大于输入功率。装置的“性能系数”或“COP”是输出功率数值除以用户必须输入以使设备运转的输入功率数值。 在这个实例里，COP值能够大于一：

由于它使纯粹主义者心感不安，也许应该提及，尽管方波输入信号施加到上述每个插图的输入端，输出端将不会是方波，虽然这样显示只是为了明晰。相反，当脉冲频率完全匹配输出绕组的共振的频率时，输入和输出线圈将方波转换为低质量的正弦波才成为一个纯正弦波。示波器在这里显示的是一个典型的输出功率波形，有着这样的脉冲接近每秒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数量。铁是制做这类框架的最常用的材料，而它有一个非常明确的饱和点。如果永久磁铁是如此强大，它会导致施加输入脉冲之前的框架材料饱和，那么直流正脉冲就不会有任何效果，如图示。这只是个常识，但它清楚地表明，基于框架的大小，选择磁铁不能太强，以及为什么应该这样。

这里有一个实例，有个人复制了蒋振宁先生的设计，发现自己完全没有获得任何能量，因而咨询蒋先生。蒋叫他拿掉磁铁试试。他照做了，于是立刻得到标准的输出，显示出他的输入配置和输出测量系统都工作完美。于是他明白了他在框架中使用的三个磁铁堆栈太强了。所以他减少堆栈，只用两块磁铁，于是立刻获得了一个COP的性能＝1.5（功率输出比输入大50%）。

LaserSaber的焦耳小偷照明电路

另一个基于焦耳小偷的非常成功的改型于2012年10月4日进入公众领域，详情在他的网站上 www.laserhacker.com。他的改型在理念和结构上都极其简单：

而在他的视频里：http://solarpower.energygratis.com/2012/10/09/solar-electricity-super-joule-ringer-3-0-real-world-power-made-easy/ 他演示了用它点亮一个市电电压的LED灯泡（见上图），一个市电白炽灯，一个卤素灯和一个还带着镇流器的紧凑型荧光灯，也就是商店出售的未经任何修改的灯。这个电路是：

这种“超级焦耳套环3.0”电路的不寻常之处在于通过负载（灯泡）的反馈到2N3055晶体管的基极。该电路是一个高频直流逆变器，简单得不能再简单了，但要注意那个高频输出电压尖峰不是正弦波，也非电压控制，所以这不是一个驱动像电视机一样的东西的电路。晶体管的高频振荡受变压器的72匝初级绕组的规格参数的支配。输出电压电平是电池电压和变压器匝数比的结合。若要提高输出电压，可以增加次级的匝数。匝数没有具体规定，只是说线匝沿着8英寸（200mm）长的铁氧体芯磁棒的整节，用0.32 mm直径的漆包铜线（28号美标线规或30号标准线规）紧密地并列缠绕。利用计算，表明大约有600匝绕在铁氧体磁棒上。铁氧磁棒本身有着0.625英寸（15.88mm）的直径，似乎不太容易找到。不过，我强烈怀疑铁氧体棒的直径真有那么重要。两个线圈在铁氧体棒向相同的方向绕制，先绕次级，置于初级的下面，初级用1.63mm直径（14号美线规或16号标准线规）的绝缘线绕制72匝。没有电流被标示出来，但看来是相当高的，那儿刚好有两个螺线形线圈驱动部分。在他的视频里的110伏灯泡演示：

“LaserSaber”第二个非常实用的照明系统是一个焦耳小偷驱动的LED照明箱，只需一节AA可充电电池就可运行。它看起来就像这样：

安装在箱子一端的是一个单片的小型太阳能电池板：

它能够在白天的时候给电池充电。这个装置是内置于一个小盒子中，可以打开便于布线，并以不同角度配置LED灯。在这些图片中没有看到的是另外一个大的LED的集束灯光也被点亮了。略有遗憾的是能让LED灯在太阳能电池板上发光，因为这样可以在灯光亮起时给一些电池充电。LED是可以提供很多光的：