[实用新型]一种极低输入电压DC-AC转换电路

说明书

本实用新型属于微小能量采集领域，具体涉及将采集的极低电压直流电能变换为较大幅值电压交流电能的转换电路。

在许多场合，电子器件的供电采用有线供电或电池供电不方便甚至不可能。如在智能楼宇中的无线传感器大量植入材料、墙体中，当电池耗尽，无法更换电电池；在野外农业中用于检测农作物生长的无线传感器，更换电池要花费大量人力物力；在植入式医疗中植入体内的医疗器件，更换电池可能给人体带来痛苦和风险等。因此，采用收集环境能量供电的“自供能”器件应运而生。可以通过将环境中的热能、太阳能、振动能转化为电能，给电子器件供电，但是这样的能量采集方式通常存在能量密度太小和能量不连续等缺点。比如采用温差发电器将温差能转化为电能时，根据塞贝克效应，每个温差发电器的基本单元产生约0.2mV/K的电动势，如果数百个基本单元串联，也只能产生几百mV的热电压，远低于当前电子器件正常工作需要的电压。而在许多空间受限的应用场合下，温差发电器的基本单元又不能串联过多，因此，如何利用这么低的热电压，是需要解决的关键问题之一。

可以将现有的低输入电压进行提升来解决问题，如先将低压直流提升转换成较高电压的交流，再整流成所需的直流电压给电子器件供电。目前，将低压直流提升而不借助于其他电源的方式，有两种：一是利用微机电系统设计一个开关，此开关根据器件的振动打开或关闭，设计的开关电源变换电路可以将输入电压进行提升；二是利用高变压比的变压器设计一个振荡器，进行电压提升和变换。前者需要采用微机电制造方式制造微小开关，且需要振动能辅助；后者则通常需要一个耗尽型场效应管，以及一个高变压比的变压器。本实用新型，基于后者的原理，并对现有的实现方法进行了改进。

本实用新型利用高变压比变压器、耗尽型场效应管和电容器，构成一个振荡器，将极低直流输入电压转换为幅值较大的交流电压，提供给能量采集电路中整流或其他电路使用。

本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型包括变压器、耗尽型场效应管、第一电容器和第二电容器，所述变压器的原边一端接输入直流电压，另一端接所述耗尽型场效应管的漏极，所述变压器的副边接输出电压，另一端接地；所述变压器原边接输入电压端和副边接输出电压端是同名端；所述耗尽型场效应管的源极接地，所述耗尽型场效应管的栅极接输出电压；所述第一电容器串接在输入电压和地之间；所述第二电容器串接在输出电压和地之间。

本实用新型具有如下优点：

将极低直流电压转换为较高幅值交流电压的传统解决方案是将所述第二电容器串接在所述耗尽型场效应管的栅极和输出电压之间，在所述耗尽型场效应管和地之间串接一个用来消除间歇振荡现象（Squegging）的电阻。在传统解决方案中，由于所述场效应管在栅极和源极之间存在的寄生电容Cgs，此电容与串接在所述场效应管栅极和输出电压间的电容串联后再与所述变压器的副边电感串联，形成的谐振回路，谐振频率由电感和电容大小决定，其中电感值由所述变压器副边电感决定，而电容值基本由寄生电容Cgs决定，因为寄生电容Cgs远小于串接在所述场效应管栅极和输出电压间电容。由于寄生电容Cgs的寄生特性，电容值较小，且变化较大，导致谐振频率较高且变化较大，将使能量采集电路中整流器等在效率设计方面难以优化。

将极低直流电压转换为较高幅值交流电压的传统解决方案是将所述第二电容器串接在所述耗尽型场效应管的栅极和输出电压之间，在所述耗尽型场效应管和地之间串接一个用来消除间歇振荡现象（Squegging）的电阻。在传统解决方案中，由于所述场效应管在栅极和源极之间存在的寄生电容Cgs，此电容与串接在所述场效应管栅极和输出电压间的电容串联后再与所述变压器的副边电感串联，形成的谐振回路，谐振频率由电感和电容大小决定，其中电感值由所述变压器副边电感决定，而电容值基本由寄生电容Cgs决定，因为寄生电容Cgs远小于串接在所述场效应管栅极和输出电压间电容。由于寄生电容Cgs的寄生特性，电容值较小，且变化较大，导致谐振频率较高且变化较大，将使能量采集电路中整流器等在效率设计方面难以优化。

采用本实用新型电路结构，有两个优点：

（1）所述场效应管栅极和源极间寄生电容Cgs与所述第二电容器并联，并联后电容值由所述第二电容器的电容值决定，使系统的谐振频率稳定可控。

（2）不需要在所述场效应管的栅极和地之间串接一个用来消除间歇振荡现象的电阻。因为，所述场效应管的栅极到地之间有直流通路，栅极的直流电压是0V。而传统解决方案中栅极电压与地之间没有通路，栅极电压是浮动的。

图1为本实用新型电路原理图。