在300mV供电电压下工作的JFET DC/DC转换器

　　使用JFET的自偏置特性可以建立一个 DC/DC 转换器，它能用太阳能电池、热电偶和单级燃料电池等电源工作，这些电源电压都低于600 mV，有的甚至低至300 mV。图1示出的是一个N沟道JFET在零偏置条件下的栅源特性，产生方法是连接其栅极和源极。施加100 mV电压可以使10 mA电流流经器件，350 mV时电流增加到30 mA。通过利用JFET在零偏置时导通大电流的能力，能够设计出一种自起动、低输入电压的转换器。 　　　　　　　　

　　该电路可以在大至2mA电流时提供5V电压，这足以为很多微功耗的应用提供电能，或者为更大功率的开关模式稳压器提供辅助偏压。在300 mV 输入时，电路在负载电流为 300mA下起动。2 mA的负载电流需要475 mV输入电压。

　　在图2中Q₁是一对并联的飞利浦半导体公司BF862 JFET，与Coiltronics (www.coiltronics.com)的Versa-Pac变压器T₁构成一个振荡器，其中T₁的次级绕组提供到Q₁栅级的反馈。当首次加电时，Q₁的栅级保持在0V，漏极电流流经 T₁的初级绕组。T₁的反相位次级绕组为Q₁栅极提供一个负电压作为响应，该电压使Q₁关断，中止流经T₁初级绕组的电流。于是，T₁的次级电压聚降，开始不断的振荡。虽然BF862的公开规格中并没有表明该器件的内部几何尺寸，但该器件有低的导通电阻，并可维持低的栅极导通阈值电压。Q₁使用了一对并联的JFET，可以保证在低的电源电压下有低的饱和电压。

　　对Q₁漏极的正向回扫电压作整流和滤波后，在电容器C₁上产生一个直流电压。为辅助电路的起动，用一支P沟道MOSFET Q₂将输出负载与整流器隔离，Q₂要求导通的栅源电压约为2V。当Q₂导通时，输出电压增加到5V。比较器IC₁是Linear技术公司(www.linear.com)的 LTC-1440，它从Q₂源极获取能量，通过将其内部电压基准与输出电压采样作比较，完成输出电压的稳压。IC₁的输出通过Q₃改变Q₁的导通时间，关闭控制回路，维持输出稳压。图3显示的是电源输出端的纹波电压。当输出电压降低时，比较器IC₁转换（中间B迹线），使Q₁振荡。Q₁漏极产生回扫（下方C迹线）恢复输出电压。

　　Q₃是作为Q₁栅极电压的一个简单而有效的分流控制，它从电源消耗25 mA静态漏极电流。经过改进，静态漏极电流可以降低到1 mA（图4）。在T₁次级绕组串联插入一个开关Q₄可以更有效地控制Q₁的栅极。T₁次级绕组自举的电压可为Q₄产生负关断偏压。图5显示如何连接T₁绕组。当Q₄关断时，切断了T₁次级绕组中的电流，使T₁的第5脚为正。没有二极管D₄和D₅时，峰值电压接近15V，并反向偏置D₄，这不是我们期望的情况。正常工作情况下，管脚5有近0.8V的偏移，因而须用两支串联的二极管将电压箝位在安全电平内。齐纳二极管D₃保持偏压负荷，在初始电源应用时起辅助起动作用。