低输入电压电源助力，离散式JFET仍常获设计师青睐

shuszhao

目前市场上有6种不同类型的场效晶体管(FET)，在两类主要的FET中，增强型FET比耗尽型FET的应用要广泛得多。但耗尽型FET，尤其是接面场效晶体管(JFET)在模拟设计中仍占一席之地。

目前市场上有6种不同类型的场效晶体管(FET)，在两类主要的FET中，增强型FET比耗尽型FET的应用要广泛得多。但耗尽型FET，尤其是接面场效晶体管(JFET)在模拟设计中仍占一席之地。
如图1所示，增强型MOSFET用作「常闭」压控电子阀门。在没有闸极偏置电压时，没有电流流动，当有电压施加于MOSFET的闸极时，在P基板中形成诱发的通道，电流开始流动，如图1的特征曲线所示。

                               
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图1 增强型N通道MOSFET。
图1所示的增强型MOSFET和图2所示的耗尽型JFET之间的主要区别是，增强型MOSFET需要能量才能提供电源，而耗尽型组件要求用能量去「停止」供电。由于JFET具有「自我 实现(self-actualization)」的特性，对于电路初始启动期间能量不足的应用，JFET特别适合。在这些应用中，由于输入电压过小，因而无法提供足够的偏置电压使增强型组件工作。

                               
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图2 耗尽型N通道JFET。
这种组件的一个例子是工作于极低电压轨的电源电路，比如采用单节电池供电的电路。很多情况下，电源需要从极低的电压轨产生较高的电压，但不必提供很大的电流。这类电源可以用来产生「唤醒」电压轨，以便在启动时唤醒其他电路；当电压轨的电压不足以满足电路要求、同时只需低到中等电流时，这类电源可提供更高的电压。
如图3所示，这样的电源有两个主要元素：一个是从很低电压轨唤醒的方法，但不能启动大多数增强型(常闭)组件；一个是能够产生高于输入电压的电压。

                               
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图3 JFET低输入电压反驰式电源。
第一个条件可以透过使用JFET来满足。如前所述，当没有施加控制电压时，JFET将导通，允许电流在初始低电压状态下流动。在时间t=0时，电流开始在成对的JFET Q7和Q8之间流动，进而在反驰式(flyback)变压器T1的次级绕组中感应到电压。当在T1次级的反相端产生足够的负电压并达到Q7和Q8 JFET的「关断」电压时，这两个JFET将关断，这将导致初级电流缓慢地停止流动，次级电压逐渐下降到JFET Q7和Q8的闸极电压开始再次接近0V的点，在这个点它们将再次导通，整个振荡过程得以继续，这个过程如图4和图5所示。

                               
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图4 输出电压测试点TP9。
U2会不断监视电压的上升。U2是一个比较器，用于监视输出电压，驱动Q9导通来关闭振荡，并将电压拉到由LTC1440比较器芯片的内部基准电压设定的规定参考值。参见图4和图5，它们来自实际的JFET评估板。图4显示的是次级线圈反相侧的振荡和控制讯 号，图5显示的是初级线圈的同相侧，在开关周期的启动过程中，输出电压不断爬升，而在开关周期的关闭过程中，振荡停止，电压下降。

                               
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图5 输出电压测试点12。


控制方法

D7透过一对低前向压降的萧特基二极管(Schottky Diodes)对振荡器输出进行整流，C6和/或C5为输出提供保持电容。值得注意的是Q6的功能。MOSFET提供输出上升期间与负载的隔离，只有当振荡达到足够的且可持续的输出时，才允许电流流向负载。
这种控制方法是一种简单的「继电器式」控制方法。振荡不断增加，直到输出分压器上的电压达到LTC1440比较器的内部电压基准。当达到或超过阈值时，振荡被关闭，直到输出电压降低到控制基准以下。开-关振荡周期取决于输入供电电压值(可能低于1V)和输出负载，为了演示，将一个50kΩ的电位器串联一个3kΩ的电阻用作测试负载。所有示波器图形都是在负载为3kΩ、输入供电电压为1V时捕获；然而经过验证，在轻负载时，电路将在不到0.5V和供电电压轨处工作。
虽然前面所述的简单JFET电源具有在极低输入源条件下工作的优势，但它却存在静态电流消耗相对较高的问题。在(这种电路特别有用的)电池供电应用中，这不是一个好的特性。在次级线圈低侧增加一个额外的FET开关(该开关由控制比较器驱动的高阻抗触发器触发)，可以消除在电源周期关闭阶段的低阻抗路径，极大地减少供电电路的静态电流，如此就能在稍微增加复杂性的条件下取得更高的效率。
在性能方面，除静态电流消耗外，这个低静态电流转换器非常类似于更简单的转换器。如图6所示，当JFET振荡器运行时，输出电压上升，直到比较器控制电路关闭振荡器，同时电压也一直下降到下个周期，就像前面介绍的简单转换器一样。

                               
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图6 位于测试点TP7的Vout脉冲控制讯号。