基于MOSFET的焦耳小偷電路可提升電壓

簡(jiǎn)單的間歇振蕩器電路可以用來(lái)借助線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)和耦合線圈L1與L2共同組成焦耳小偷電路(圖2)。

圖1：基本的焦耳小偷電路。

圖2：基于MOSFET的焦耳小偷電路。

耦合線圈或變壓器是用環(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%。

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。