淺析采用雙極型晶體管的直流250mV轉換器
發布時間：2018-11-30 責任編輯：lina
【導讀】直流250mV轉換器描述如下：它基於一個矽雙極型晶體管(BJT)，可在低於250mV電壓下工作，這對一個不是基於結型場效應管或鍺晶體管的轉換器來說幾乎是創記錄的。
直流250mV轉換器描述如下：它基於一個矽雙極型晶體管(BJT)，可在低於250mV電壓下工作，這對一個不是基於結型場效應管或鍺晶體管的轉換器來說幾乎是創記錄的。如何實現這種可能性呢? VBE的閾值並不是確定的，它決於電流密度和其他因素。 但250 mV遠遠低於能接受的最小值。這就需要用到一點竅門，實際上這裏麵也有幾分訣竅。
最zui大da的de困kun難nan在zai於yu啟qi動dong。一yi旦dan啟qi動dong，即ji使shi電dian壓ya下xia降jiang到dao遠yuan低di於yu傳chuan輸shu極ji限xian，轉zhuan換huan器qi可ke以yi輕qing鬆song地di提ti供gong足zu夠gou的de電dian壓ya。訣jue竅qiao在zai於yu使shi用yong第di三san根gen線xian連lian接jie電dian源yuan輸shu入ru來lai觸chu發fa振zhen蕩dang器qi，當dang開kai關guan還hai處chu於yu關guan斷duan狀zhuang態tai時shi，第di三san根gen線xian經jing由youR3給C2充電(圖1)。
該電路通過R4，給C2充電到電源電壓。當開關閉合時，C2負極為V+，也就是說它有相當於兩倍電源的電壓，即500mV。這一電壓經由變壓器T1給Q1提供偏置。500mV雖然比較小，但足夠產生一小電流流進晶體管Q1，使振蕩器開始工作，直到最後進入截止區。
此電路的第二個特點，是使用電流變壓器而不是通常的在主線圈外增加一個輔助饒組 來獲得電壓反饋。這樣可以通過減少電壓變動的影響並在負載增大時增加反饋量來確保足夠穩定的振蕩。
這種電流變壓器繞製在一個小的可飽和鐵氧體磁環或磁珠上，初級饒兩圈，次級饒50個線圈。線圈的數量並不是關鍵的，可以根據所用的器件進行調整以取得最好的效果。
在這個例子中， Q1工作在β=25，輸出經由一個肖特基二極管D2，在主電感L2上取得。該電路顯示在給一個白光LED供電，但其它的電壓和應用也可以通過更換一個合適的齊納二極管來實現。當電壓大於5V時，最好在L2上使用一個升壓線圈，這是因為當升壓比超過30時，L2必須保證良好性能。
C3和D3是可選的，方便提高效率。C4和L2諧振，D3則利用存儲在T1中的部分能量，可以提高越5%的效率。然而，這些器件會導致啟動更加困難。
輸入電流為269mA時， 原型樣機可以在輸出電壓為3.02V時，提供8.85mA的電流。振蕩頻率為8.3kHz。根據元器件和調整的程度，效率在30%到50%之間。一旦開始工作，轉換器可以持續工作在低至110mV電壓的電壓下，盡管如此，在低於150mV的情況下，將不能得到任何有用的能量。
如ru果guo需xu要yao更geng多duo能neng量liang，一yi個ge明ming顯xian的de解jie決jue方fang案an就jiu是shi使shi用yong輸shu出chu電dian壓ya去qu驅qu動dong一yi個ge開kai關guan模mo式shi的de電dian源yuan控kong製zhi芯xin片pian。一yi個ge比bi較jiao簡jian單dan的de方fang法fa即ji使shi直zhi接jie使shi用yong轉zhuan換huan器qi的de波bo形xing去qu驅qu動dong一yi個ge低di導dao通tong阻zu抗kang的deMOSFET Q2。箝位網絡R1，R2，C1，和D1對基極驅動波形進行電平轉換以保證Q2基極有適當的電平。 使用合適元件，可以成10倍地增加輸出能量。
為了最大限度地提高效率，必須減少線圈和元器件的損耗。包括線圈的阻抗，開關的接觸阻抗，電容的等效串聯阻抗和Q1的飽和電壓。每毫歐姆都可以影響到最終結果。
2SC1983(Q1)是一個早期型號的超β放大係數晶體管，更新的型號，如Zetex的產品，會有更好的表現。通過在多種Zetex樣品上的測試證實了這點(ZTX1047， ZTX869和NPN加肖基特組合產品ZX3CDBS1M832；見www.zetex.com上的更多信息)。輸出功率由原來的26.7mW提高到102mW，效率由原來的39.7%提高到了52%。這意味著許多應用就不需要額外的轉換器.
該電路使能量采集得到很大範圍的應用，使得使用像單一的太陽能電池、熱電發電機、電滲透電池、燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)和(he)低(di)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)的(de)化(hua)學(xue)電(dian)池(chi)等(deng)變(bian)得(de)可(ke)行(xing)。你(ni)甚(shen)至(zhi)可(ke)以(yi)把(ba)一(yi)對(dui)不(bu)同(tong)金(jin)屬(shu)製(zhi)成(cheng)的(de)金(jin)屬(shu)棒(bang)插(cha)在(zai)土(tu)壤(rang)中(zhong)來(lai)獲(huo)取(qu)有(you)用(yong)的(de)能(neng)量(liang)。該(gai)電(dian)路(lu)沒(mei)有(you)提(ti)供(gong)調(tiao)節(jie)功(gong)能(neng)，因(yin)為(wei)把(ba)多(duo)餘(yu)的(de)能(neng)量(liang)堆(dui)積(ji)在(zai)諸(zhu)如(ru)齊(qi)納(na)二(er)極(ji)管(guan)等(deng)地(di)方(fang)對(dui)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)來(lai)說(shuo)是(shi)一(yi)種(zhong)浪(lang)費(fei)。
從圖示2的電路變換形式可發現一些問題：該電路並不是真正在250mV下開始工作，並且“第三線”有幾分”欺騙”成分。該變形電路是一個雙線電路。L1和C2組成共振電路，獲得能量後，在L1和C2的節點處會產生阻尼振蕩。經過半個周期後，電壓翻轉到正極， 給T1提供500mv的電壓。
該電路更多的是一種可行性的描述，而不是一種實用的陳述。正常工作時，L1和C2必須是低損耗型的， C2是塑料介質的，L1是鐵氧體磁芯的，它們取值盡可能大。即便如此，它的表現仍然不及觸發版本：相對於三線電路的235mv啟動電壓，該電路需要255mV才能可靠啟動。
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