基于 JFET 的 DC/DC 转换器采用 300mV 电源供电

    您可以利用 JFET 的自偏置特性构建一个 DC/DC 转换器，该转换器由太阳能电池、热电堆和单级燃料电池等电源供电，所有这些电源的电压均低于 600 mV，有时甚至低至 300 mV。图 1显示了 N 沟道 JFET 在零偏置条件下的漏极至源极特性，您可以通过将其栅极和源极连接在一起来产生该特性。施加 100 mV 的电压会导致 10 mA 的电流流过器件，在 350 mV 时电流增加至 30 mA。利用 JFET 在零偏压下传导大电流的能力，可以设计自启动、低输入电压转换器。

    图 1在漏极和源极之间（横轴）为 100 mV 时，漏极电流达到 10 mA（纵轴），并在 300 mV 时增加至 30 mA。
    该电路能够以高达 2 mA 的电流提供 5V 电压，足以满足许多微功率应用的需求，或者为更高功率的开关模式稳压器提供辅助偏置。输入电压为 300mV 时，电路在 300μA 的负载电流下启动。2 mA 的负载电流需要 475 mV 的输入。

    在图 2中，Q 1（一对并联连接的Philips Semiconductor的 BF862 JFET）和Coiltronics的 Versa-Pac 变压器 T 1形成一个振荡器，其中 T 1的次级绕组向 Q 1的栅极提供反馈。当您次通电时，Q 1的栅极处于0V，漏极电流流经T 1的初级绕组。T 1的反相次级绕组通过向Q 1的栅极传送负电压来做出响应，从而关闭Q 1并中断流经T 1的初级绕组的电流。反过来，T1的次级电压崩溃，并且开始持续振荡。尽管 BF862 公布的规格并未涵盖器件的内部几何结构，但该器件具有较低的导通电阻并保持较低的栅极导通阈值电压。Q 1使用一对并联 JFET可确保在低电源电压下工作时的低饱和电压。

    图 2一对并联 JFET 允许该 DC/DC 转换器使用低至 300 mV 的电源供电。

    对 Q 1漏极上的正向反激电压脉冲进行整流和滤波，在电容器 C 1两端产生直流电压。为了帮助电路启动，P 沟道 MOSFET Q 2需要大约 2V 的栅源电压才能导通，它初将输出负载与整流器隔离。当Q 2导通时，输出电压增加至5V。比较器 IC 1是Linear Technology LTC-1440，它从 Q 2的电源获取功率，并通过将其内部参考电压与输出电压样本进行比较来实施输出电压调节。IC 1的输出变化 Q 1通过 Q 3 的导通时间来关闭控制环路并维持输出电压调节。图 3显示了电源输出处的纹波电压。当输出电压衰减时，比较器 IC 1进行切换（迹线 B，中间）并允许 Q 1振荡。Q 1漏极（迹线 C，底部）处产生的反激事件恢复了输出电压。

    图 3直流输出（迹线 A）、比较器 IC 1的输出以及 Q 1漏极电压（迹线 C）的水平偏转因数为 5 毫秒。

  使用 Q 3作为 Q 1栅极电压的简单但有效的分流控制会导致电源消耗 25mA 的静态电流。经过修改，静态功耗降低至 1 mA（图 4）。将开关Q 4与T 1的次级绕组串联插入可以更有效地控制Q 1的栅极。自举 T 1次级绕组两端的电压为 Q 4产生负关断偏置电压。图 5说明了如何连接 T 1的绕组。当 Q 4关闭时，它会中断 T 1中流动的电流的次级绕组并驱动 T 1的引脚 5 为正。如果没有二极管D 4和D 5，峰值电压将接近15V并且反向偏置Q 4，这是不期望的情况。在正常工作条件下，引脚 5 处出现约 0.8V 的偏移，因此需要使用两个串联二极管将电压钳位在安全水平。齐纳二极管 D 3阻止偏置电源负载以帮助初始供电期间的启动。

    图 4添加 Q3、Q4 以及由 D2、D3 和 C4 组成的自举负偏置发生器可将电路的静态电流从 25 mA 降低至 1 mA。

    图 5 Coiltronics 的 VP1-1400 包含六个独立绕组，可提供 500 多种配置，在此应用中充当反馈和反激变压器组合。如图所示连接绕组。