可在260mV时启动的锗双升压电路

可在260mV时启动的锗双升压电路,Can be activated at 260mV germanium boost circuit

无论使用哪种便携式电源，启动电压越低，电路工作性能就越好。启动电压低也可以最大限度地延长运行时间。此外，要使电源完全放电，电路必须在更低的电压和电流下工作。

现有的升压电路虽然能在1 V电压下启动，并且也将电源拉低至1V，电压虽这么低，但电池内仍然会留有很大一部分不可用的能量。其他电源，如太阳能电池或微涡轮机，需要电路在远远低于1V的电压下启动。例如，单独一节太阳能电池在晴朗天气下的输出仅0.58V。

图1电路就是针对这个问题而设计的，该电路能在启动电压低至260mV的情况下实现双感应器升压转换功能。感应直流-直流升压电路输出的电压比其输入要高。锗晶体管平衡升压电路很简单，仅用两个NPN晶体管，但它却能无条件地在十分低的电压下启动。以前的硅晶体管升压电路需要大约1V的启动电压，需要的元件也更多。

该电路能像自激多谐振荡器一样地工作，V_IN稍高于Q2的V_BE 时，可重复的周期开始。随后，产生一个正的Q2基极电流 (IB = (V_IN V_BE)/R1) 流过L1，Q2导通，将电感L2接地。Q1关闭，L1的电流很小。D1和D2截止。当L2的电流以正di/dt 增大时，储存在L2内的磁场能随之聚集。当此电流增大时，它也流过Q2的RSAT，Q2的集电极电压足够大时，使Q1导通。

R2将Q1的基极电压接至Q2的集电极，R2也可以限制Q1的基极电流。随着Q1导通，前述驱动Q2的基极此时对地短路，Q2截止。Q2截止使L2的回扫能量给D2正向偏压，并随L1的磁场能的释放而流向负载(R3)。D1保持截止。随着L2的放电，D2返回截止。当L1的电流以正di/dt升高时，L1的磁场继续聚集。该电流流过Q1的RSAT，Q1的集电极电压足够大，从而使Q2导通。

Q2的基极电压通过R1接至Q1的集电极，R1也可限制Q2的基极电流。随着Q2的导通，前述驱动Q1的基极此时对地短路，Q1截止。Q1截止能使L1的回扫能量给D1正向偏压，并随L1磁场能的释放而流向负载(R3)，D2保持截止。由于L1的放电，D1截止。

在电池电压下降至Q1或Q2的V_BE前，这一自振荡行为一直重复。当输入电压升高时，储存在L1和L2中的能量增加，因此，R3的平均电压升高。

L1和L2的电感、Q1和Q2的RSAT以及Q1和Q2的开关特性决定自激振荡的周期和占空比。通过调整L和R，该电路可针对特定的负载和输入源而优化。正如图中所示，输出端的典型开关频率为88 kHz(当V_IN = 0.5 V时)。100 H的电感将产生60 kHz的开关频率，39 ?H将产生152kHz的开关频率。

与单端升压结构比较，该双升压电路结构的优点是输出纹波包含的躁声低，同时，回扫期间输入源断开。对于太阳能电池或微涡轮机输入，关闭周期稍逊于最佳。

图2给出了该电路的输入/输出传输特点。给出了几种阻性负载电压增益（升压行为）。注意该升压电路是开环，所以它不调整输出电压或电流。不过，有些应用也不需要调节。

例如，该电路能直接驱动LM2901四比较器和LM2902四运放。其他应用（逻辑电路）只需对电压上界调节稍微进行限制，可在输出端采用并联稳压器或齐纳管来实现。

但是要达到最高效率，该升压电路只能短暂给特征完备的、高效率开关电源(SMPS)IC上电，将瞬时升压输出连接至IC的低电流V_CC输入。一旦IC启动，升压电路即停止工作。克服这种现象的一种办法就是用P沟道JFET(NTE326)代替R1和R2，然后将其门极拉高至输入电压(V_IN + 1.2 V)之上。

此外，输入电压限制在2.0 V。更大的输入电压将会使过量的电流流过Q1和 Q2的基极，Q1 和Q2通过R1、R2、L1和L2直接接至V_IN。

如果该电路驱动白色LED而不是阻性负载，则电路的传输特性稍有不同。白色LED在电流为20 mA时，一般需要3.6 V才能正常工作，因此，如果电源是碱性电池，就需要升压电路。LED的亮度直接取决于流过D1和 D2的平均回扫电流。

碱性电池的标称LED电流测量值在0.53 V 时为3 mA，0.95 V为14 mA，1.19 V时为26 mA，1.27 V时为31 mA，1.53 V时为50 mA。这些结果都是Coilcraft DO1608C-683电感和Nichia BSPW500BS LED的数值。

对很多便携式电子产品（玩具、PDA等），当单节碱性电池电压到了约1V时，就必须丢弃。但是，使用本电路后，这些电池还可供LED照明之用，该电路同时能使电池更完全放电。

作者：Clayton B. Grantham，测试工程师, 美国国家半导体公司, Email address: clayton.grantham@msc.com