可在260mV时启动的锗双升压电路
来源:互联网发布者:张小哥 关键词: 升压电路 更新时间: 2023/11/08
现有的升压电路虽然能在1 V电压下启动,并且也将电源拉低至1V,电压虽这么低,但电池内仍然会留有很大一部分不可用的能量。其他电源,如太阳能电池或微涡轮机,需要电路在远远低于1V的电压下启动。例如,单独一节太阳能电池在晴朗天气下的输出仅0.58V。
图1电路就是针对这个问题而设计的,该电路能在启动电压低至260mV的情况下实现双感应器升压转换功能。感应直流-直流升压电路输出的电压比其输入要高。锗晶体管平衡升压电路很简单,仅用两个NPN晶体管,但它却能无条件地在十分低的电压下启动。以前的硅晶体管升压电路需要大约1V的启动电压,需要的元件也更多。
该电路能像自激多谐振荡器一样地工作,VIN稍高于Q2的VBE 时,可重复的周期开始。随后,产生一个正的Q2基极电流 (IB = (VIN VBE)/R1) 流过L1,Q2导通,将电感L2接地。Q1关闭,L1的电流很小。D1和D2截止。当L2的电流以正di/dt 增大时,储存在L2内的磁场能随之聚集。当此电流增大时,它也流过Q2的RSAT,Q2的集电极电压足够大时,使Q1导通。
R2将Q1的基极电压接至Q2的集电极,R2也可以限制Q1的基极电流。随着Q1导通,前述驱动Q2的基极此时对地短路,Q2截止。Q2截止使L2的回扫能量给D2正向偏压,并随L1的磁场能的释放而流向负载(R3)。D1保持截止。随着L2的放电,D2返回截止。当L1的电流以正di/dt升高时,L1的磁场继续聚集。该电流流过Q1的RSAT,Q1的集电极电压足够大,从而使Q2导通。
Q2的基极电压通过R1接至Q1的集电极,R1也可限制Q2的基极电流。随着Q2的导通,前述驱动Q1的基极此时对地短路,Q1截止。Q1截止能使L1的回扫能量给D1正向偏压,并随L1磁场能的释放而流向负载(R3),D2保持截止。由于L1的放电,D1截止。
在电池电压下降至Q1或Q2的VBE前,这一自振荡行为一直重复。当输入电压升高时,储存在L1和L2中的能量增加,因此,R3的平均电压升高。
L1和L2的电感、Q1和Q2的RSAT以及Q1和Q2的开关特性决定自激振荡的周期和占空比。通过调整L和R,该电路可针对特定的负载和输入源而优化。正如图中所示,输出端的典型开关频率为88 kHz(当VIN = 0.5 V时)。100 H的电感将产生60 kHz的开关频率,39 ?H将产生152kHz的开关频率。
与单端升压结构比较,该双升压电路结构的优点是输出纹波包含的躁声低,同时,回扫期间输入源断开。对于太阳能电池或微涡轮机输入,关闭周期稍逊于最佳。
图2给出了该电路的输入/输出传输特点。给出了几种阻性负载电压增益(升压行为)。注意该升压电路是开环,所以它不调整输出电压或电流。不过,有些应用也不需要调节。
例如,该电路能直接驱动LM2901四比较器和LM2902四运放。其他应用(逻辑电路)只需对电压上界调节稍微进行限制,可在输出端采用并联稳压器或齐纳管来实现。
但是要达到最高效率,该升压电路只能短暂给特征完备的、高效率开关电源(SMPS)IC上电,将瞬时升压输出连接至IC的低电流VCC输入。一旦IC启动,升压电路即停止工作。克服这种现象的一种办法就是用P沟道JFET(NTE326)代替R1和R2,然后将其门极拉高至输入电压(VIN + 1.2 V)之上。
此外,输入电压限制在2.0 V。更大的输入电压将会使过量的电流流过Q1和 Q2的基极,Q1 和Q2通过R1、R2、L1和L2直接接至VIN。
如果该电路驱动白色LED而不是阻性负载,则电路的传输特性稍有不同。白色LED在电流为20 mA时,一般需要3.6 V才能正常工作,因此,如果电源是碱性电池,就需要升压电路。LED的亮度直接取决于流过D1和 D2的平均回扫电流。
碱性电池的标称LED电流测量值在0.53 V 时为3 mA,0.95 V为14 mA,1.19 V时为26 mA,1.27 V时为31 mA,1.53 V时为50 mA。这些结果都是Coilcraft DO1608C-683电感和Nichia BSPW500BS LED的数值。
对很多便携式电子产品(玩具、PDA等),当单节碱性电池电压到了约1V时,就必须丢弃。但是,使用本电路后,这些电池还可供LED照明之用,该电路同时能使电池更完全放电。
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