在300mV供電電壓下工作的JFET DC/DC轉(zhuǎn)換器

　　使用JFET的自偏置特性可以建立一個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，它能用太陽能電池、熱電偶和單級燃料電池等電源工作，這些電源電壓都低于600 mV，有的甚至低至300 mV。圖1示出的是一個N溝道JFET在零偏置條件下的柵源特性，產(chǎn)生方法是連接其柵極和源極。施加100 mV電壓可以使10 mA電流流經(jīng)器件，350 mV時(shí)電流增加到30 mA。通過利用JFET在零偏置時(shí)導(dǎo)通大電流的能力，能夠設(shè)計(jì)出一種自起動、低輸入電壓的轉(zhuǎn)換器。 　　　　　　　　

　　該電路可以在大至2mA電流時(shí)提供5V電壓，這足以為很多微功耗的應(yīng)用提供電能，或者為更大功率的開關(guān)模式穩(wěn)壓器提供輔助偏壓。在300 mV 輸入時(shí)，電路在負(fù)載電流為 300mA下起動。2 mA的負(fù)載電流需要475 mV輸入電壓。

　　在圖2中Q₁是一對并聯(lián)的飛利浦半導(dǎo)體公司BF862 JFET，與Coiltronics (www.coiltronics.com)的Versa-Pac變壓器T₁構(gòu)成一個振蕩器，其中T₁的次級繞組提供到Q₁柵級的反饋。當(dāng)首次加電時(shí)，Q₁的柵級保持在0V，漏極電流流經(jīng) T₁的初級繞組。T₁的反相位次級繞組為Q₁柵極提供一個負(fù)電壓作為響應(yīng)，該電壓使Q₁關(guān)斷，中止流經(jīng)T₁初級繞組的電流。于是，T₁的次級電壓聚降，開始不斷的振蕩。雖然BF862的公開規(guī)格中并沒有表明該器件的內(nèi)部幾何尺寸，但該器件有低的導(dǎo)通電阻，并可維持低的柵極導(dǎo)通閾值電壓。Q₁使用了一對并聯(lián)的JFET，可以保證在低的電源電壓下有低的飽和電壓。

　　對Q₁漏極的正向回掃電壓作整流和濾波后，在電容器C₁上產(chǎn)生一個直流電壓。為輔助電路的起動，用一支P溝道MOSFET Q₂將輸出負(fù)載與整流器隔離，Q₂要求導(dǎo)通的柵源電壓約為2V。當(dāng)Q₂導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓增加到5V。比較器IC₁是Linear技術(shù)公司(www.linear.com)的 LTC-1440，它從Q₂源極獲取能量，通過將其內(nèi)部電壓基準(zhǔn)與輸出電壓采樣作比較，完成輸出電壓的穩(wěn)壓。IC₁的輸出通過Q₃改變Q₁的導(dǎo)通時(shí)間，關(guān)閉控制回路，維持輸出穩(wěn)壓。圖3顯示的是電源輸出端的紋波電壓。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，比較器IC₁轉(zhuǎn)換（中間B跡線），使Q₁振蕩。Q₁漏極產(chǎn)生回掃（下方C跡線）恢復(fù)輸出電壓。

　　Q₃是作為Q₁柵極電壓的一個簡單而有效的分流控制，它從電源消耗25 mA靜態(tài)漏極電流。經(jīng)過改進(jìn)，靜態(tài)漏極電流可以降低到1 mA（圖4）。在T₁次級繞組串聯(lián)插入一個開關(guān)Q₄可以更有效地控制Q₁的柵極。T₁次級繞組自舉的電壓可為Q₄產(chǎn)生負(fù)關(guān)斷偏壓。圖5顯示如何連接T₁繞組。當(dāng)Q₄關(guān)斷時(shí)，切斷了T₁次級繞組中的電流，使T₁的第5腳為正。沒有二極管D₄和D₅時(shí)，峰值電壓接近15V，并反向偏置D₄，這不是我們期望的情況。正常工作情況下，管腳5有近0.8V的偏移，因而須用兩支串聯(lián)的二極管將電壓箝位在安全電平內(nèi)。齊納二極管D₃保持偏壓負(fù)荷，在初始電源應(yīng)用時(shí)起輔助起動作用。