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标题: 采用双极型晶体管的直流250mV转换器 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-11 13:23
标题: 采用双极型晶体管的直流250mV转换器
　　该转换器描述如下：它基于一个硅双极型晶体管(BJT)，可在低于250mV电压下工作，这对一个不是基于结型场效应管或锗晶体管的转换器来说几乎是创记录的。如何实现这种可能性呢? VBE的阈值并不是确定的，它决于电流密度和其他因素。但250 mV远远低于能接受的最小值。这就需要用到一点窍门，实际上这里面也有几分诀窍。

　　最大的困难在于启动。一旦启动，即使电压下降到远低于传输极限，转换器可以轻松地提供足够的电压。诀窍在于使用第三根线连接电源输入来触发振荡器，当开关还处于关断状态时，第三根线经由R3给C2充电(图1)。

　　该电路通过R4，给C2充电到电源电压。当开关闭合时，C2负极为V+，也就是说它有相当于两倍电源的电压，即500mV。这一电压经由变压器T1给Q1提供偏置。500mV虽然比较小，但足够产生一小电流流进晶体管Q1，使振荡器开始工作，直到最后进入截止区。

　　此电路的第二个特点，是使用电流变压器而不是通常的在主线圈外增加一个辅助饶组来获得电压反馈。这样可以通过减少电压变动的影响并在负载增大时增加反馈量来确保足够稳定的振荡。

　　这种电流变压器绕制在一个小的可饱和铁氧体磁环或磁珠上，初级饶两圈，次级饶50个线圈。线圈的数量并不是关键的，可以根据所用的器件进行调整以取得最好的效果。

　　在这个例子中， Q1工作在β=25，输出经由一个肖特基二极管D2，在主电感L2上取得。该电路显示在给一个白光LED供电，但其它的电压和应用也可以通过更换一个合适的齐纳二极管来实现。当电压大于5V时，最好在L2上使用一个升压线圈，这是因为当升压比超过30时，L2必须保证良好性能。

　　C3和D3是可选的，方便提高效率。C4和L2谐振，D3则利用存储在T1中的部分能量，可以提高越5%的效率。然而，这些器件会导致启动更加困难。

　　输入电流为269mA时，原型样机可以在输出电压为3.02V时，提供8.85mA的电流。振荡频率为8.3kHz。根据元器件和调整的程度，效率在30%到50%之间。一旦开始工作，转换器可以持续工作在低至110mV电压的电压下，尽管如此，在低于150mV的情况下，将不能得到任何有用的能量。

　　如果需要更多能量，一个明显的解决方案就是使用输出电压去驱动一个开关模式的电源控制芯片。一个比较简单的方法即使直接使用转换器的波形去驱动一个低导通阻抗的MOSFET Q2。箝位网络R1，R2，C1，和D1对基极驱动波形进行电平转换以保证Q2基极有适当的电平。使用合适元件，可以成10倍地增加输出能量。

　　为了最大限度地提高效率，必须减少线圈和元器件的损耗。包括线圈的阻抗，开关的接触阻抗，电容的等效串联阻抗和Q1的饱和电压。每毫欧姆都可以影响到最终结果。

　　2SC1983(Q1)是一个早期型号的超β放大系数晶体管，更新的型号，如Zetex的产品，会有更好的表现。通过在多种Zetex样品上的测试证实了这点(ZTX1047， ZTX869和NPN加肖基特组合产品ZX3CDBS1M832；见www.zetex.com上的更多信息)。输出功率由原来的26.7mW提高到102mW，效率由原来的39.7%提高到了52%。这意味着许多应用就不需要额外的转换器.

　　该电路使能量采集得到很大范围的应用，使得使用像单一的太阳能电池、热电发电机、电渗透电池、燃料电池和低转换效率的化学电池等变得可行。你甚至可以把一对不同金属制成的金属棒插在土壤中来获取有用的能量。该电路没有提供调节功能，因为把多余的能量堆积在诸如齐纳二极管等地方对能量收集来说是一种浪费。

　　从图示2的电路变换形式可发现一些问题：该电路并不是真正在250mV下开始工作，并且“第三线”有几分”欺骗”成分。该变形电路是一个双线电路。L1和C2组成共振电路，获得能量后，在L1和C2的节点处会产生阻尼振荡。经过半个周期后，电压翻转到正极，给T1提供500mv的电压。

　　该电路更多的是一种可行性的描述，而不是一种实用的陈述。正常工作时，L1和C2必须是低损耗型的， C2是塑料介质的，L1是铁氧体磁芯的，它们取值尽可能大。即便如此，它的表现仍然不及触发版本：相对于三线电路的235mv启动电压，该电路需要255mV才能可靠启动。

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