基于MOSFET的焦耳小偷電路可提升電壓

簡單的間歇振蕩器電路可以用來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行濾波。由于沒有調節電路，輸出電壓會隨著輸入電壓或負載變化。因為這個電路使用了一個雙極結型晶體管(BJT)，所以供電電壓至少需要0.7V才能工作;如果使用的是增強型MOSFET，供電電壓通常需要更高。

本設計實例使用了一個低閾值的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的問題。輸出的一部分用于給TLP191B供電，形成與Q1(AOI508)柵極串聯的隔離電壓源。這個隔離電壓可由電位器R5控制;電容C1用于將L1產生的脈沖傳送給Q1的柵極，實現開關動作。

Q2(IRLU3103)是用于調節的另外一個MOSFET。Q2的閾值電壓用于調節輸出電壓。當輸出達到5V時，由R1和R2組成的分壓電路使得Q2導通，振蕩停止，進而導致輸出電壓下降。由于這個閾值電壓的變化不是很急劇，調節效果通常不是很好。

為了啟動工作，電路最初需要有比Q1的Vth更高的電壓。在1.9V時，電路開始振蕩，輸出電壓是5.1V。隨著輸入電壓下降，振蕩器將在1.4V時停止工作。通過將電位器R5調節到更高的值，最小工作電壓可以低至0.6V。(圖3)在輸入電壓較低時效率會下降。Vin=2.5V時的效率是48%，在0.6V時下降到36%。

圖3：Vin vs. Vout

在本文的應用中，電路連接到了一個150F/2.5 V的超級電容(下圖)，該電容被充電至2.3V。充好電的電容給負載(470Ω)持續供電38分鐘，直到電壓達到0.6V。