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可提升電壓的焦耳小偷電路設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2015-05-08 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】簡(jiǎn)單的間歇振蕩器電路可以用來(lái)借助線(xiàn)圈電感的屬性提升電壓,常見(jiàn)的叫法是焦耳小偷電路。本設(shè)計(jì)實(shí)例使用了一個(gè)低閾值的MOSFET(Q1)和耦合線(xiàn)圈L1與L2共同組成焦耳小偷電路。
 
簡(jiǎn)單的間歇振蕩器電路可以用來(lái)借助線(xiàn)圈電感的屬性提升電壓(V=L di/dt)。這種電路如圖1所示,它更常見(jiàn)的叫法是焦耳小偷(Joule Thief)電路。
 
上述電路的輸出是電壓脈沖,可以接二極管和電容進(jìn)行濾波。由于沒(méi)有調(diào)節(jié)電路,輸出電壓會(huì)隨著輸入電壓或負(fù)載變化。因?yàn)檫@個(gè)電路使用了一個(gè)雙極結(jié)型晶體管(BJT),所以供電電壓至少需要0.7V才能工作;如果使用的是增強(qiáng)型MOSFET,供電電壓通常需要更高。
 
本設(shè)計(jì)實(shí)例使用了一個(gè)低閾值的MOSFET(Q1)和耦合線(xiàn)圈L1與L2共同組成焦耳小偷電路(圖2)。
基本的焦耳小偷電路
圖1:基本的焦耳小偷電路。
基于MOSFET的焦耳小偷電路
圖2:基于MOSFET的焦耳小偷電路。
 
耦合線(xiàn)圈或變壓器是用環(huán)形鐵氧體磁芯制作的。光伏光耦TLP191B用于避免與閾值電壓有關(guān)的問(wèn)題。輸出的一部分用于給TLP191B供電,形成與Q1(AOI508)柵極串聯(lián)的隔離電壓源。這個(gè)隔離電壓可由電位器R5控制;電容C1用于將L1產(chǎn)生的脈沖傳送給Q1的柵極,實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
 
Q2(IRLU3103)是用于調(diào)節(jié)的另外一個(gè)MOSFET。Q2的閾值電壓用于調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)輸出達(dá)到5V時(shí),由R1和R2組成的分壓電路使得Q2導(dǎo)通,振蕩停止,進(jìn)而導(dǎo)致輸出電壓下降。由于這個(gè)閾值電壓的變化不是很急劇,調(diào)節(jié)效果通常不是很好。
 
為了啟動(dòng)工作,電路最初需要有比Q1的Vth更高的電壓。在1.9V時(shí),電路開(kāi)始振蕩,輸出電壓是5.1V。隨著輸入電壓下降,振蕩器將在1.4V時(shí)停止工作。通過(guò)將電位器R5調(diào)節(jié)到更高的值,最小工作電壓可以低至0.6V。(圖3)在輸入電壓較低時(shí)效率會(huì)下降。Vin=2.5V時(shí)的效率是48%,在0.6V時(shí)下降到36%。
Vin vs. Vout
圖3:Vin vs. Vout
 
在本文的應(yīng)用中,電路連接到了一個(gè)150F/2.5 V的超級(jí)電容(下圖),該電容被充電至2.3V。充好電的電容給負(fù)載(470Ω)持續(xù)供電38分鐘,直到電壓達(dá)到0.6V。
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