Sajjad Haidar
EDN
Основываясь на свойстве катушки индуктивности (V = L×di/dt), можно собрать простую схему блокинг-генератора, выполняющую функцию повышающего преобразователя напряжения. Такую схему, показанную на Рисунке 1, чаще всего называют «Похититель джоулей».
 |
||
| Рисунок 1. | Простейшая схема Похитителя джоулей. | |
Выходные импульсы схемы можно выпрямить и сгладить с помощью диода и конденсатора. Поскольку схема не имеет стабилизации, выходное напряжение будет зависеть от входного напряжения или тока нагрузки. Использование биполярного транзистора требует, чтобы для нормальной работы схемы напряжение питания было, как минимум, 0.7 В, а с MOSFET, работающими в режиме обогащения, это напряжение должно быть еще выше.
В предлагаемой схеме Похититель джоулей сделан на низкопороговом MOSFET (Q1) и двух связанных катушках L1 и L2 (Рисунок 2).
 |
||
| Рисунок 2. | Похититель джоулей на основе MOSFET. | |
Трансформатор (или связанные катушки) сделан на тороидальном ферритовом сердечнике. Проблема порогового напряжения здесь решается с помощью оптоизолятора TLP191B. Часть выходного тока питает входной светодиод оптрона, в результате чего образуется изолированный источник напряжения, включенный последовательно с затвором Q1 (AOI508). Это изолированное напряжение можно регулировать потенциометром R5. Формируемые на L1 импульсы управления транзистором проходят на затвор через конденсатор C1.
Для стабилизации напряжения используется второй MOSFET – Q2 (IRLU3103). Величина стабилизированного напряжения зависит от порогового напряжения транзистора Q2. Когда выходное напряжение достигает 5 В, делитель, образованный резисторами R1 и R2, открывает Q2, и генерация прекращается, вследствие чего выходное напряжение начинает уменьшаться. Качество стабилизации обычно бывает невысоким из-за недостаточного крутого излома проходной характеристики MOSFET.
Для того чтобы схема запускалась при включении питания, напряжение на ее входе должно превышать напряжение порога транзистора Q1. Генерация начинается при напряжении 1.9 В, при этом выходное напряжение равно 5.1 В. При снижении напряжения до 1.4 В генерация срывается. Изменяя сопротивление потенциометр R5 а в сторону увеличения, минимальное рабочее напряжение можно понизить до 0.6 В. Зависимость выходного напряжения от напряжения на входе показана на Рисунке 3.
 |
||
| Рисунок 3. | Зависимость выходного напряжения VOUT от входного напряжения VIN. |
|
При низких входных напряжениях КПД схемы ухудшается. Например, при VIN = 2.5 В КПД составляет 48%, и падает до 36% при входном напряжении 0.6 В.
В моем приложении схема подключена к ионистору с рабочим напряжением 2.5 В и емкостью 150 Ф, который заряжается до 2.3 В. Заряженный конденсатор может питать нагрузку 470 Ом в течение 38 минут, пока не разрядится до 0.6 В. Фотография описанной схемы с ионистором показана на Рисунке 4.
 |
||
| Рисунок 4. | Собранная схема. | |
Примечание:
В схеме из описания патентной заявки [1], работающей как DC/DC преобразователь с входным напряжением всего 0.1 В, используется полевой транзистор с p-n переходом или MOSFET в режиме обеднения. Результаты моделирования показывают, что КПД схемы очень невелик. Бóльшая часть мощности будет рассеиваться на полевом транзисторе и внутреннем сопротивлении источника.
