基于J-FET的DC/DC转换器 从300mV电源实现起动和运行

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  J-FET的自偏压特性可被用来设计一个从低至300mV的电压获取电源的DC/DC转换器。太阳能电池、热电堆和单级燃料电池等均具有低于600mV的输出电压,它们是这种转换器的常用电源。
  图1为N沟道J-FETI-V曲线图,它示出了零偏压(栅极和源极连接在一起)条件下的漏源极导通情况。该特性可被用来制成一个可在0.3V至1.6V输入电压条件下运行的自起动DC/DC转换器。
  


  图2示出了该电路。Q1和T1形成了一个振荡器,由T1的副端提供至Q1栅极的再生反馈。当施加电源时,Q1的栅极电压为0V,而其漏极则通过Tl的主端传导电流。T1的反相副端通过使Q1的栅极电压变至负值来做出响应,从而将其关闭。T1的主端电流停止,其副端骤降,并且开始振荡。T1的主端动作将在Q1的漏极上引发正向“反激”事件(它们被整流和滤波)。约2V的Q2接通电位起到了隔离负载的作用,因而对启动有所帮助。当Q2接通时,电路输出将逐渐接近5V。从Q2的源极来供电的C1通过把输出的一部分与其内部电压基准进行比较来执行输出稳压。C1的开关输出通过Q3来控制Q1的接通时间,从而形成了一个控制环路。
  电路的波形包括AC耦合输出(图3,扫迹A)、C1的输出(扫迹B)和Q1的漏极反激事件(扫迹C)。当输出降至5V以下时,C1走低,从而导通Q1。Q1的合成反激事件将继续,直到5V输出恢复为止。该模式重复进行,使输出得以维持。
  5V输出可提供高达2mA的电流,足以满足电路供电的要求,或在需要更大电流时向一个功率较高的开关稳压器提供偏压。在300mV输入的条件下,该电路将能够起动300μA的负载;起动2mA负载将需要一个475mV电源。图4示出了某一负载范围内最小输入电压与输出电流的关系曲线。
  Q3对Q1的并联控制简单而有效,但会导致25mA的静态漏电流。图5电路所做的改进利用串联开关T1的副端把该漏电流的数值减小至1mA。这里,Q3对串联的Q4进行开关操作,从而能够更加有效地控制Q1的栅极驱动。由T1的副端对用于Q4的负关断偏压进行自举;在初始加电期间,6.8V的齐纳二极管将偏置电源负载保持于关闭状态,从而对启动有所帮助。如图4所示,增设静态电流控制电路所带来的不良影响非常之小。
  注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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