低壓直流電源升壓電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及升壓電路，公開了一種低壓直流電源升壓電路。本實用新型中包含：直流電源、變壓器、N溝道結(jié)型場效應管JFET與選頻網(wǎng)絡；直流電源的正極與變壓器的原邊的第一端口相連，直流電源的負極與N溝道JFET的源極相連；原邊的第二端口與N溝道JFET的漏極相連；變壓器的副邊的第一端口與選頻網(wǎng)絡的第一端口相連，副邊的第二端口與低壓直流電源升壓電路的最低電位相連；選頻網(wǎng)絡的第二端口與N溝道JFET的柵極相連，選頻網(wǎng)絡的第三端口與最低電位相連；低壓直流電源升壓電路的輸出端與變壓器的副邊的第一端口相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可以將極低的電壓（比如電壓低于100mV）提升到合適的電平，為負載供電。
【專利說明】低壓直流電源升壓電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及升壓電路，特別涉及低壓直流電源升壓電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，通常的低壓升壓電路均使用的是傳統(tǒng)的DC (Direct current，直流)-DC(Direct current，直流)電路或是電荷泵電路。因半導體元件的性能所限，使得通常的DC-DC電路及電荷泵電路在面對極低的電壓輸入(如低于IOOmV的直流電壓)時，均不能工作，無法將輸入電壓提升到一個合適的電平，為負載提供電力。
[0003]另外，在前端電源功率受限的情況下，即使將電壓升壓起來，后續(xù)設備也因功率太低而無法使用。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種低壓直流電源升壓電路，使得可以將極低的電壓(比如電壓低于IOOmV)提升到合適的電平，為負載供電。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種低壓直流電源升壓電路，包含:直流電源、變壓器、N溝道結(jié)型場效應管JFET與選頻網(wǎng)絡；
[0006]所述直流電源的正極與所述變壓器的原邊的第一端口相連，所述直流電源的負極與所述N溝道JFET的源極相連；所述原邊的第二端口與所述N溝道JFET的漏極相連；所述變壓器的副邊的第一端口與所述選頻網(wǎng)絡的第一端口相連，所述副邊的第二端口與所述低壓直流電源升壓電路的最低電位相連；所述選頻網(wǎng)絡的第二端口與所述N溝道JFET的柵極相連，所述選頻網(wǎng)絡的第三端口與所述最低電位相連；
[0007]其中，所述低壓直流電源升壓電路的輸出端與所述變壓器的副邊的第一端口相連。
[0008]本實用新型實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，變壓器對原邊輸入的直流電壓信號中攜帶的擾動信號進行放大，其中，擾動信號包含多種頻率；變壓器的副邊將經(jīng)變壓器放大的擾動信號輸出至選頻網(wǎng)絡；選頻網(wǎng)絡僅允許特定頻率的擾動信號通過，并將選取的該特定頻率的擾動信號輸出至N溝道JFET ;N溝道JFET將該特定頻率的擾動信號反饋回變壓器原邊，進一步加大原邊擾動信號的電壓波動；而且，電路在諧振情況下，包含選頻網(wǎng)絡的回路呈純阻抗性質(zhì)，且數(shù)值較大，這樣JFET的漏極電壓與柵極電壓將產(chǎn)生180°的相移；同時，二次線圈又引入了 180°的相移。這樣整個閉合回路的相位移為180° +180° =360°，使反饋信號滿足了電路振蕩的相位平衡條件，并產(chǎn)生振蕩信號，其中，該振蕩信號為交流電信號；振蕩信號的流向與擾動信號一致，變壓器將該振蕩信號逐次進行放大，該振蕩信號的振蕩幅度逐漸增強。由于N溝道JFET放大的非線性，最終使得該振蕩信號的振蕩幅度穩(wěn)定到一定幅值，并通過低壓直流電源升壓電路的輸出端輸出以為負載供電。本實用新型中的低壓直流電源升壓電路，使得可以將極低的電壓(比如電壓低于IOOmV)提升到合適的電平，為負載供電。[0009]另外，還包含儲能單元；
[0010]所述儲能單元串聯(lián)在所述耦合電容與所述低壓直流電源升壓電路的輸出端之間。
[0011]其中，所述儲能單元包含充放電管理子單元；
[0012]所述充放電管理子單元與所述儲能單元相連。
[0013]通過充放電管理子單元對儲能單元中的電能進行監(jiān)測，使儲能單元在充電過程中電壓達到預設的上閾值時打開供電通道，為負載供電；當儲能單元在為負載供電過程中由于電力消耗使電壓低于預設的下閾值時關(guān)閉供電通道，停止為負載供電；利用設置上、下閾值的方式對儲能單元中的電能進行高效的存儲及供電管理。
[0014]另外，還包含耦合電容；
[0015]所述耦合電容串聯(lián)在所述變壓器的副邊的第一端口與所述低壓直流電源升壓電路的輸出端之間。
[0016]耦合電容用于將交流電信號耦合輸出，以為負載供電，防止后續(xù)負載對升壓電路的影響。由于耦合電容是現(xiàn)有的成熟器件，保證了本實用新型實施方式的可行性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本實用新型第一實施方式的低壓直流電源升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是根據(jù)本實用新型第二實施方式的低壓直流電源升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是根據(jù)本實用新型第二實施方式中的充放電管理子單元的邏輯示意圖；
[0020]圖4是根據(jù)本實用新型第三實施方式的低壓直流電源升壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實用新型各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。
[0022]本實用新型的第一實施方式涉及一種低壓直流電源升壓電路，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含:直流電源、變壓器、N溝道結(jié)型場效應管(Junction Field Effect Transistor,簡稱JFET)、選頻網(wǎng)絡、耦合電容與低壓直流電源升壓電路的輸出端。
[0023]在圖1中，I為直流電源，2為變壓器，3為N溝道結(jié)型場效應管，4為耦合電容，5為低壓直流電源升壓電路的輸出端。
[0024]其中，直流電源的正極輸出帶有擾動信號的直流電壓信號，擾動信號包含多種頻率。
[0025]直流電源的正極與變壓器的原邊的第一端口相連，直流電源的負極與N溝道JFET的源極相連；原邊的第二端口與N溝道JFET的漏極相連；變壓器的副邊的第一端口與選頻網(wǎng)絡的第一端口相連，副邊的第二端口與低壓直流電源升壓電路的最低電位相連；選頻網(wǎng)絡的第二端口與N溝道JFET的柵極相連，選頻網(wǎng)絡的第三端口與低壓直流電源升壓電路的最低電位相連；其中，低壓直流電源升壓電路的輸出端與變壓器的副邊的第一端口相連；耦合電容串聯(lián)在變壓器的副邊的第一端口與低壓直流電源升壓電路的輸出端之間。[0026]在本實用新型中，低壓直流電源升壓電路的最低電位為直流電源的負極；變壓器的原邊的第一端口與副邊的第一端口為同名端。
[0027]接下來，結(jié)合附圖介紹本實用新型中低壓直流電源升壓電路的工作原理。
[0028]如圖1所示，直流電源的正極輸出攜帶有微小擾動信號的直流電壓信號至變壓器的原邊。該直流電壓信號的電壓值極低(比如低于100mV)。
[0029]變壓器對原邊輸入的直流電壓信號中攜帶的擾動信號進行放大，變壓器的副邊將經(jīng)變壓器放大的擾動信號輸出至選頻網(wǎng)絡。
[0030]選頻網(wǎng)絡僅允許特定頻率的擾動信號通過，并將選取的該特定頻率的擾動信號輸出至N溝道JFET。
[0031]N溝道JFET將該特定頻率的擾動信號反饋回變壓器原邊，進一步加大原邊擾動信號的電壓波動。
[0032]具體地說，N溝道JFET的柵極的電壓極低，且有波動，源極與直流升壓電路的最低電位相連，N溝道JFET的柵極與源極之間的電勢差在O伏左右。當N溝道JFET的柵極與源極之間的電勢差在O伏左右時，對漏極與源極之間的電流均可以控制?；诖?，利用N溝道JFET將經(jīng)變壓器放大的擾動信號反饋回變壓器原邊，進一步加大原邊擾動信號的電壓波動；而且，電路在諧振情況下，包含選頻網(wǎng)絡的回路呈純阻抗性質(zhì)，且數(shù)值較大，這樣JFET的漏極電壓與柵極電壓將產(chǎn)生180°的相移；同時，二次線圈又引入了 180°的相移。這樣整個閉合回路的相位移為180° +180° =360°，使反饋信號滿足了電路振蕩的相位平衡條件，并產(chǎn)生振蕩信號，其中，該振蕩信號為交流電信號。
[0033]振蕩信號的流向與擾動信號一致，變壓器將該振蕩信號逐次進行放大，該振蕩信號的振蕩幅度逐漸增強。由于N溝道JFET放大的非線性，最終使得該振蕩信號的振蕩幅度穩(wěn)定到一定幅值。
[0034]最后，經(jīng)過放大并穩(wěn)定在一定幅值的振蕩信號(即交流電信號)通過耦合電容由低壓直流電源升壓電路的輸出端輸出，為負載供電，且防止后續(xù)負載對升壓電路的影響。其中，耦合電容的值由后續(xù)的負載電路決定。本實用新型中的低壓直流電源升壓電路，使得可以將極低的電壓(比如電壓低于IOOmV)提升到合適的電平，為負載供電。也就是說，能將外界環(huán)境獲能設備極低電壓的微弱能量升壓至合適的電平加以利用。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用變壓器對原邊輸入的直流電壓信號中攜帶的擾動信號進行放大；變壓器的副邊將經(jīng)變壓器放大的擾動信號輸出至選頻網(wǎng)絡進行濾波；選頻網(wǎng)絡選取特定頻率的擾動信號并輸出至N溝道JFET ；N溝道JFET將該特定頻率的擾動信號反饋回變壓器原邊，進一步加大原邊擾動信號的電壓波動；而且，在諧振情況下，反饋信號滿足了電路振蕩的相位平衡條件，電路產(chǎn)生振蕩信號，該振蕩信號的流向與擾動信號一致；變壓器將振蕩信號逐次進行放大，該振蕩信號的振蕩幅度逐漸增強。由于N溝道JFET放大的非線性，最終使得該振蕩信號的振蕩幅度穩(wěn)定到一定幅值，并通過低壓直流電源升壓電路的輸出端輸出，以為負載供電。本實用新型中的低壓直流電源升壓電路，使得可以將極低的電壓匕如電壓低于IOOmV)提升到合適的電平，為負載供電。
[0036]本實用新型的第二實施方式涉及一種低壓直流電源升壓電路。第二實施方式在第一實施方式的基礎上作了進一步改進。在本實用新型的第二實施方式中，還包含整流單元、儲能單元與穩(wěn)壓單元；其中，儲能單元還包含充放電管理子單元，具體如圖2所示，可以對電能進行高效的存儲及供電管理。
[0037]在本實用新型中，儲能單元串聯(lián)在耦合電容與低壓直流電源升壓電路的輸出端之間，其中，儲能單元包含充放電管理子單元，充放電管理子單元與儲能單元相連；整流單元串聯(lián)在耦合電容與儲能單元之間；穩(wěn)壓單元串聯(lián)在儲能單元與低壓直流電源升壓電路的輸出端之間。也就是說，整流單元的一端與耦合單元相連，另一端與儲能單元的一端相連；儲能單元的另一端與穩(wěn)壓單元的一端相連；穩(wěn)壓單元的另一端與低壓直流電源升壓電路的輸出端相連。
[0038]整流單元對從耦合電容接收的振蕩信號進行整流，即將交流的振蕩信號轉(zhuǎn)換為直流信號，并輸出至儲能單元。
[0039]儲能單元將直流信號攜帶的電能進行存儲，并在為負載供電時經(jīng)穩(wěn)壓單元穩(wěn)壓處理后輸出至負載。
[0040]其中，儲能單元包含充放電管理子單元，充放電管理子單元與儲能單元相連。充放電管理子單兀是米用CM0S(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)元件搭建的，用以實現(xiàn)電能的滯回曲線充放電管理。充放電管理子單元的充放電管理的邏輯如圖3所示，橫軸為電壓，縱軸為表示供電通道的開或關(guān)的狀態(tài)。充放電管理子單元對儲能單元中的電能進行監(jiān)測，使儲能單元在充電過程中電壓達到預設的上閾值3.0伏時打開供電通道，為負載供電；當儲能單元在為負載供電過程中由于電力消耗使電壓低于預設的下閾值2.5伏時關(guān)閉供電通道，停止為負載供電；利用設置上、下閾值的方式對儲能單元中的電能進行高效的存儲及供電管理，并實現(xiàn)利用儲能單元在上、下閾值間儲存的電能為負載供電。
[0041]另外，本實用新型中的低壓直流電源升壓電路，可以將極低電壓升壓到合適電平，若配合相應的低功耗設備及低功耗設備間歇休眠的運行方式即能實現(xiàn)采用微弱能源連續(xù)給設備供電的目的，使得低功耗設備能夠無需供電、減少維護，進一步的拓寬低功耗設備的應用范圍。
[0042]本實用新型的第三實施方式涉及一種低壓直流電源升壓電路。第三實施方式為第二實施方式的進一步細化。在本實用新型的第三實施方式中，選頻網(wǎng)絡包含電容和電阻。本實施方式中的低壓直流電源升壓電路，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0043]在圖4中，I為直流電源，2為變壓器，3為N溝道結(jié)型場效應管，4為耦合電容，5為低壓直流電源升壓電路的輸出端，6為電容，7為電阻。
[0044]在本實施方式中，選頻網(wǎng)絡包含電容和電阻。電容一端與選頻網(wǎng)絡的第一端口相連，另一端與選頻網(wǎng)絡的第二端口相連；電阻的一端與選頻網(wǎng)絡的第二端口相連，另一端與選頻網(wǎng)絡的第三端口相連。電阻和電容共同組成RC選頻網(wǎng)絡。
[0045]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本實用新型的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實用新型的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種低壓直流電源升壓電路，其特征在于，包含:直流電源、變壓器、N溝道結(jié)型場效應管JFET與選頻網(wǎng)絡； 所述直流電源的正極與所述變壓器的原邊的第一端口相連，所述直流電源的負極與所述N溝道JFET的源極相連；所述原邊的第二端口與所述N溝道JFET的漏極相連；所述變壓器的副邊的第一端口與所述選頻網(wǎng)絡的第一端口相連，所述副邊的第二端口與所述低壓直流電源升壓電路的最低電位相連；所述選頻網(wǎng)絡的第二端口與所述N溝道JFET的柵極相連，所述選頻網(wǎng)絡的第三端口與所述最低電位相連； 其中，所述低壓直流電源升壓電路的輸出端與所述變壓器的副邊的第一端口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓直流電源升壓電路，其特征在于，還包含耦合電容； 所述耦合電容串聯(lián)在所述變壓器的副邊的第一端口與所述低壓直流電源升壓電路的輸出端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓直流電源升壓電路，其特征在于，還包含儲能單元； 所述儲能單元串聯(lián)在所述耦合電容與所述低壓直流電源升壓電路的輸出端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓直流電源升壓電路，其特征在于，所述儲能單元包含充放電管理子單元； 所述充放電管理子單元與所述儲能單元相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓直流電源升壓電路，其特征在于，還包含整流單元； 所述整流單元串聯(lián)在所述耦合電容與所述儲能單元之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓直流電源升壓電路，其特征在于，還包含穩(wěn)壓單元； 所述穩(wěn)壓單元串聯(lián)在所述儲能單元與所述低壓直流電源升壓電路的輸出端之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓直流電源升壓電路，其特征在于，所述低壓直流電源升壓電路的最低電位為所述直流電源的負極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓直流電源升壓電路，其特征在于，所述原邊的第一端口與所述副邊的第一端口為同名端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓直流電源升壓電路，其特征在于，所述選頻網(wǎng)絡包含電容和電阻； 所述電容一端與所述選頻網(wǎng)絡的第一端口相連，另一端與所述選頻網(wǎng)絡的第二端口相連；所述電阻的一端與所述選頻網(wǎng)絡的第二端口相連，另一端與所述選頻網(wǎng)絡的第三端口相連。
【文檔編號】H02M3/335GK203775038SQ201420119899
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】徐吉, 鄭春雷, 賈根團, 鄭洪渠, 陳明, 金軍, 李鵬宇 申請人:上海新物科技有限公司