TWI460980B - 極性獨立、極低輸入電壓的步升轉換器 - Google Patents

Description

極性獨立、極低輸入電壓的步升轉換器

本發明教示係關於用於類比電路的方法與系統。特定言之，本發明教示係有關用於步升轉換器(set-upconverter)的方法與系統及合併有該步升轉換器的系統。

【相關的申請案】

本發明主張案號為61/144,216的美國臨時專利申請案之優先權，其在2009年1月13日提出申請，及主張案號為61/256,628美國臨時申請案之優先權，其在2009年10月30日提出申請，其中全部內容以引用之方式併入本文。

步升DC/DC轉換器經常使用於提升一DC輸入電壓至一較高電壓。一常見實例係將來自一單一1.5VDC鹼性電池的電壓提升至穩壓3.3VDC以提供電源至例如為在一可攜式裝置的類比或數位電路。傳統上，步升轉換器可操作於低至1V的輸入電壓，允許其可由一單一電池開啟。然而，存在有數種必須操作於大幅低於0.5V的輸入電壓之應用。數種實例包含當電池提供的電源並不實用、或是處於一郊外的環境和處於一需定期地置換電池的偏遠位置為不實用之應用情況。在這些情況中，雖然能量的替代形式可為一選擇以提供電源至電子設備，例如光電電沲(PV cells)、熱電堆(thermopiles)、及珀爾帖單體(Peltier cells)，其亦或稱為熱電致冷器(thermo-electric cooler)，此些替代能量來源產生低於1V的輸出電壓，及在一些情況下僅數百毫伏特或更小。

此等低輸入電壓對傳統式的DC/DC轉換器產生一問題，其係因為該些DC/DC轉換器不能啟動或操作於數百毫伏特或更小的輸入電壓。其原因係此一低輸入電壓並不足夠高以順向偏壓於一電晶體的射極-基極接面，或滿足一般MOSFET的臨界電壓，使其無法驅動該轉換器。

雖然一較高的電壓可藉由多個裝置串接來達到，但此一解決方案會導致體積和成本的增加。另一解決方案，其由文獻所載，係使用一空乏式的電晶體(例如一空乏式N-通道JFET)，和具有一初級對次級的高匝數比之一升壓變壓器。因為一空乏式裝置無需供應至其閘極的偏置電壓而導通電流，一自由振盪器可被導通，其可使用該變壓器以提供足夠的增益以產生振盪並提升該輸入電壓。此等設計可操作於一50mV或更小的輸入電壓，當提供一適當的變壓器匝數比，可產生數伏特或更多的一輸出電壓。

第1圖(a)顯示具有一1:100的匝數比的簡化實施。在此先前技術的解決方案中，該變壓器T1經連接至一電源105及在140處產生一輸出電壓(SEC)以傳送至一整流器。該變壓器T1(115和120)的次級繞組提供一正弦輸出，其經使用以驅動一空乏式JFET Q1(125)的開啟和關閉。一耦合電容器130提供從該次級繞組至125的該閘極之DC隔離，其係因為Q1 125的該閘極-源極接面箝位該正峰值電壓至接地端上的二極體壓降。一具有高電阻值的電阻器135，其連接該電晶體125的閘極至接地端，提供一DC接地端參考。在該次級繞組上的電壓然後可經整流以產生一提升的DC輸出電壓。在電路100觀察到的典型波形顯示於第1圖(b)，其中波形150表示在電晶體125汲極端觀察到的電壓，波形160表示流經電晶體125汲極端的電流，及波形170表示在第1圖(a)中於SEC處的電壓140。

對電壓極性維持不變的能量來源而言，描述於第1圖(a)的方法可正常運作。然而，在一些應用中，輸出電壓的極性可為未知，或可隨時間改變。舉例而言，此情形當使用一珀爾帖單體作為能量來源時將會發生。如同一般所知，一珀爾帖單體當一溫度差加在跨於單體上時產生一DC電壓，其係根據所謂的席貝克效應(Seebeck effect)。基於珀爾帖單體的輸出電壓的極性係根據跨於其上的溫度差之「極性」的事實，由一珀爾帖提供電源的步升轉換器的輸入電壓之極性則動態地改變。意即，在一些應用中，該單體的「熱」和「冷」端可根據周遭的環境來切換。於此情況，使用一珀爾帖單體的步升轉換器需要操作於單一極性的輸入電壓。目前不存在有可操作於此些情況的技術。

對先前技術而言，「極性獨立」的需求和操作於單一極性且非常低的輸入電壓的能力帶來一強力挑戰。所有現存的步升轉換器，其包含可工作於低輸入電壓者，若錯誤的DC極性施加於其輸入時無法啟動和操作。

本發明教示係關於可操作在極低輸入電壓情況的極性獨立的步升轉換器。在一些例示性的具體實施例中，一連接至一具有一變動極性的輸入源之步升轉換器包含：一步升變壓器，其包含：耦合至該輸入源的一初級繞組和二個次級繞組，一第一空乏式電晶體，其耦合在其端點的一者至該輸入源和其端點的另一者至一參考點，及一第二空乏式電晶體，其耦合在它的第一端點至該初級繞組與在它的第二端點至該參考點。

根據本發明教示的一些態樣，該二個次級繞組的每一者個別經電容性地耦合至第一和第二的二極體充電泵電路(diode charge pump circuit)。該第一和第二的二極體充電泵電路的輸出接著經組合以產生該步升轉換器的輸出。

在一些其它的具體實施例中，一連接至具有一變動極性的一輸入源之步升轉換器包含：一第一核心電路(core circuit)和一第二核心電路。該第一核心電路經耦合至該輸入源及該步升轉換器的輸出，和經組態為針對一第一輸入電壓極性係作用的，以輸出一第一步升電壓。該第二核心電路經耦合至輸入源和該步升轉換器的輸出，和經組態為針對一第二輸入電壓極性係作用的，以輸出一第二步升電壓。

本發明揭示用於可操作在極低輸入電壓的情況下之極性獨立步升轉換器的電路。本發明教示係解決存在於先前技術的問題。在第2圖(a)中，根據本發明教示的具體實施例顯示一例示性電路200。電路200包含一輸入電壓源205、一變壓器T1，其包含一第一繞組210和二個次級繞組215及220、二個空乏式裝置225和240、及例如為電阻器235和250及電容器230和245的額外元件。

電路200經設計以操作於單一極性輸入電壓。輸入電壓源205提供一可為單一極性的輸入電壓。在一些具體實施例中，變壓器T1的二個次級繞組之每一者，215和220具有一類似的匝數比，例如1:100(從初級至次級的比例)。在繞組之間的接地式中心抽頭提供具相同振幅但為反相之次級電壓。雖然在此使用比例1:100以作為一實例，可了解到初級至次級的匝數比可根據在應用中所需要的輸入電壓而經調整至一數值。

如同第2圖(a)所示，二個空乏式裝置(Q1 240及Q2 225)串接於輸入源和變壓器T1的初級繞組之間。注意到輸入電壓源，相較於第1圖(a)，並未接至接地參考點。空乏式裝置225的閘極透過電容器230耦合至次級繞組220，其經串接式地連接至電阻器235而接到地。在電容器230的其它端點，其連接至該次級繞組220，一輸出電壓SEC2 260經提供至一整流器。空乏式裝置240的閘極經由電容器245耦合至次級繞組215，其經串接式地連接至電阻器250而接到地。在電容器245的其它端點處，其連接至次級繞組215，一輸出電壓SEC1 255經提供至整流器。

空乏式裝置225及240由T1的中心抽頭次級繞組之反相來驅動。當首先施加輸入電壓時，Q1 240和Q2 225兩者由於其閘極皆為零電壓而導通。電路200因為每一電晶體的負閘極臨界電壓允許Q1 240和Q2 225的導通時間重疊而開始振盪。在每一週期中次級電壓的振幅增加，當其它電晶體為關閉時，一電晶體則較難導通。在重疊的導通時間內，電流從輸入源流經Q1 240及Q2 225，與T1的初級繞組。注意到電路係完全對稱，輸入電壓係單一極性，及電路200將以相同方式操作，而使其極性獨立。在一些具體實施例中，空乏式JFETs(Q1 240和Q2 225)亦可使用空乏式NMOS裝置來實施。

第2圖(b)顯示在電路200的不同端點上觀察的不同訊號。舉例而言，當施加輸入電壓時，在電晶體Q1 240的汲極端觀察到的電流係界於0和1.0mA之間，其對應於輸入相位的一特定部份。波形275和280個別相對應於在二個電晶體的汲極端所觀察到的電壓。波形285相對應於在SEC2 260處觀察到的輸出電壓，而波形290相對應於在SEC1 255處觀察到的輸出電壓。

圖示於第2圖(a)中的電路亦可電容性地耦合至二極體充電泵電路。此一具體實施例經圖示於第2圖(c)。特定而言，電路251類似地建構如電路200，除了SEC1 255經電容性地透過電容器252耦合至二極體充電泵，其包含：二極體256和257，及SEC2 260經電容性地透過電容器267耦合至另一個充電二極體充電泵，其包含：二極體259和261。個別的二極體充電泵電路的輸出經組合於節點Vout 267。在此說明的具體實施例中，Vout使用一1uF濾波電容器262解耦，及藉由一稽納二極體265限制為大約5V。

第3圖顯示另一例示性電路300。在此例示性具體實施例中，存在有使用類似的匝數比(例如1:100)之變壓器，其個別由L1和L3(313和317)及L2和L4(345和349)圖示說明。與每一變壓器相耦合係二組並行連接的MOSFET電晶體。如第3圖所示，該第一組MOSFET電晶體M1 311和M5 309及該第二組MOSFET電晶體M3 341和M6 339耦合於含有初級繞組L1 313和次級繞組L3 317的變壓器，其係透過變壓器耦合係數，和電容器C2 323(其係一閘極驅動耦合電容器)。變壓器耦合係數一般係在0.95和0.99之間。一耦合係數1.0代表一理想變壓器。當由VTEG1 303提供的輸入電壓係一正極性時，此形成極低電壓轉換器之核心。

類似地，另外二組MOSFET電晶體係經耦合至一由初級繞組L2 345和次級繞組L4 349模型化的變壓器。特性而言，該第一組MOSFET電晶體M2 361和M8 359及該第二組MOSFET電晶體M4 365及M7 363耦合於具有一特定耦合係數的L2/L4變壓器，和C9 353(其係另一閘極驅動耦合電容器)。當由該熱電產生器1(Thermo Electric Generator 1(or VTEG1)) 303提供的輸入電壓係一負極性時，此形成極低電壓轉換器的核心。

核心極低電壓電路二者個別經電容性地耦合至其相對應的二極體充電泵電路。特定而言，該正極性轉換器的上部極低電壓電路經電容性地耦合至一包含有二極體D5 337和D6 335的充電泵。該負極性轉換器的下部極低電壓電路經電容性地耦合至包含有二極體D1 373和D4 375的充電泵。個別的二極體充電泵電路的輸出經組合於節點VOUT 380。在說明的具體實施例中，VOUT使用一1uF濾波電容377解耦，及由一稽納二極體D11 379經限制為大約5V。

熱電產生器(Thermo Electric Generator(VTEG1))和其相關的串接電阻(其由RTEG表示) 305形成適合用於電腦模擬的熱電產生器電源的一電氣模型。在電路300中的其它元件和其功能性如下所述。電阻器R1/R2(315/307)和R3/R5(347/373)對應於個別變壓器的寄生繞組電阻。電容器C8 301係一連接跨於熱電產生器(Thermal Electric Generator(TEG))電壓源的輸入解耦電容器，其用以減少輸入端電壓漣波的效應。電容器C1 319和C3 355模型係個別變壓器的寄生繞組間電容。二極體D2/D10(327/329)和D3/D9(367/371)係稽納二極體箝位器以避免MOSFET功率開關之閘極-源極間的過電壓。

雖然在說明性的具體實施例中顯示電阻器331，其經加入以用於進行模擬。實際上，電阻器331不需存在。電阻器333和369對個別的MOSFET功率電晶體提供一DC終點至接地。電阻器325和357提供電流限制給稽納二極體箝位器(D3 367,D9 371,D2 327,D10 329)，雖然它們對電路的正常運作並非為不可或缺的。

給定一輸入電壓極性時，僅一核心電路係作用(active)的。第3圖顯示的電路300中，以一大約為+/-21mV的輸入電壓，開始傳送功率至負載。若使用較大幾何尺寸的電晶體(MN1,2,3,4)，一般的啟動電壓較低。接著，提供電路操作的一詳細描述。因為正性和負性核心電路的每一者之電路操作係相同的，這裡的討論著重於負極性轉換器(第3圖中電路300的下半部)。當施加一正電壓時，正極性核心電路的操作係相同的。

第4圖至第7圖顯示當由VTEG1提供的輸入電壓從0V慢慢增加時初始的轉換器啟動狀態。特定而言，在第4圖，上方波形圖顯示在VTEG 303處提供的輸入電壓。中間的波形圖描繪於該轉換器的起始點在電晶體M2 361的閘極端(GATE 2)測量到的電壓(見波形420)和在L2 345處測量到的初級電流(430)。第4圖的下方波形圖描繪在VOUT380測量到的輸出電壓(440)。第5圖提供類似的波形，其中波形510相對應於410、波形540相對應於440、波形530相對應於420，而除了波形520相對於第3圖中在次級繞組於端點SEC2處所觀察到的電壓。第6圖亦提供關於初始啟動程序的波形，其中波形610相對應於410，及波形640相對應於波形440。在第6圖中，個別在GATE1和GATE2觀察到的電壓經描繪如620和630，及可觀察到當在下部核心電路的GATE2為作用的(見波形620)，上部核心電路的GATE1為不作用的(見波形630)。第7圖提供描述初始啟動程序的另一變動，其波形710相對應於波形410，波形740相對應於波形440，其中在中間的二個波形代表在GATE2(730)觀察到的電壓，及電晶體M2 361的汲極端點觀察到的電壓。

第4圖中，可觀察到負極性核心電路以大約為21mV的輸入電壓開始自激振盪。在初始啟動期間，僅空乏式MOSFET,M2 361及M4 365為導通，其係因為跨在閘極至源極的非常低的電壓。此可在依據閘極2的端點所觀察到的電壓所描繪的電壓波形420中觀察得到(見第3圖中MOSFET M2 361和M4 365的閘極)。這是由於空乏式MOSFET具有一般大約為-0.5V的臨界電壓，因為標準的MOSFET的臨界電壓大約為0.75V。

如第3圖所觀察到的，具有足夠的電壓於VTEG1，MOSFET電晶體M2 361和M4 365橋接變壓器初級，L2 345，跨於VTEG1，M4 365提供返回路徑給VTEG1，而M2 361驅動初級繞組的一側，及VTEG1驅動初級繞組的相反一側。在此提供振盪器的本質描述。在M2 361的閘極(GATE2)端點電壓係在電晶體M2 361的汲極上的180度相位偏移，其係由於其係共源極放大器組態。如同以上所述，此相位偏移電壓係施加在變壓器(L2 345)的初級。該變壓器耦合此訊號至其次級(L4 349)。因為變壓器的次級或磁化電感對包含有MOSFET的輸入電容和變壓器繞組電容的有效次級電容起作用，其造成電路的共振頻率另外180度的相位偏移。為了維持振盪，需要一正回授(360度相位移)和大於1的迴路增益。當來自VTEG1的電壓足夠高以使得MOSFET M2 361離開操作的線性區域，其係藉由非常低的增益特徵化至它的飽和區，及藉由高增益來特徵化，可滿足這二者條件。

一旦電路開始振盪，耦合電容器C10 351，其在一側連接至SEC2而在另一側連接至二極體充電泵D1 373和D4 375，當振盪極性係正的並經由D1 373再充電C10 351及當振盪電壓極性係負的，經由D4 375傳輸電流至VOUT 380。橫跨在C10 351的穩態電壓大約等於振盪波形的p-p振幅之1/2，其可在變壓器的次級，SEC2，觀察得到。在說明的具體實施例中，在SEC2觀察得到的振盪振幅係施加於變壓器初級的電壓之函數，其係處於理想狀況，例如VTEG1和變壓器匝數比，100:1。應了解到可使用其它的變壓器匝數比。

一般而言，一較低的匝數比需要一較高的啟動電壓，而將使用一較大的施加電壓Vin來傳遞較大的功率，其係當較高的匝數比允許較低的啟動電壓，而在高輸入電壓為較低的輸出功率。第8圖至第11圖顯示當施加瞬間+/-100mV輸入電壓時，在電路300的電晶體M2 361閘極端點(GATE2)和電晶體M1 311的閘極端點(GATE1)觀察到的波形。稽納箝位器D3/D9(367/371)及D2/D10限制在這些閘極端點(GATE1和GATE2)的電壓大約為+/-5V，其為所使用的特定IC處理之要求。應注意到當GATE2係作用的，GATE1並不作用，及當電壓極性切換時，相反的情況則會發生。當閘極驅動增加時，轉換器則從該輸入電壓源VTEG1 303取出更多的電流。

此可從第8圖中觀察到，其中當該VTEG從一輸入電壓-100mV切換至+100mV(見波形810)，電晶體M2 361從作用的切換為非作用的(見波形820)，而電晶體M1 311從非作用的切換為作用的(見波形830)。在GATE2測量得到的電壓由稽納二極體箝位器限制為大約+/-5V(820)，在GATE1測量得到的電壓亦是如此(830)。在830處測量得到的電壓VOUT維持在其正規值5V，而無關於施加在轉換器的輸入電壓極性(見波形840)。

第9圖顯示輸入和輸出電壓關係，和在電路300中不同端點上觀察到的電壓。波形910代表具有一特定極性的輸入電壓。波形950代表輸出電壓VOUT380。如同可觀察到的，輸出電壓呈現為在轉換器的振盪頻率跨在公稱5V DC的一小1.4m峰對峰漣波。波形920代表變壓器L2的初級電壓，波形930代表在SEC2觀察到的次級電壓，及波形940代表在GATE2觀察到的閘極驅動電壓。

第10圖類似地根據個別在GATE2和SEC2觀察到的電壓，顯示輸出電壓波形1070和電壓波形1050及1060。一旦電路300經調整為具有一足夠的閘極驅動，波形1020代表在空乏式裝置M4 365的汲極端點觀察到的電流，其經顯示與電晶體M7 373的標準MOSFET臨界1010的汲極電流之振幅相比較。類似地，當電路300經調整為具有一足夠的閘極驅動，波形1040代表在並行連接的空乏式裝置M2 361汲極端點觀察到的電流，其經顯示與電晶體M8 359的標準MOSFET臨界1030的汲極電流之振幅相比較。

第11圖中，除了如顯示在第9圖和第10圖之類似的波形以外(代表在GATE2和SEC2觀察到的電壓之輸出電壓1170和電壓波形1150和1160)，上方二個波形顯示當輸出電壓經調整後，該轉換器的兩個半邊之標準臨界MOSFET的相對振幅。注意到在模擬中M8 359和M6 339(非作用)側的汲極電流實質上如何為零。

在說明的具體實施例中，VTEG1以一1.5ohm的電源電阻模型化，結果，降低施加橫跨在初級的實際電壓，及在電路操作~mS以後可觀察到最終的閘極驅動電壓依比例性地降低至約+/-3.5V。具有非零的電源阻抗裝置，例如熱電產生器(TEG)，其希望將功率轉換器的輸入電阻與TEG的電源電阻相匹配，以取出最大的可獲用功率。在此顯示自然的負回授特性，雖然並非完美，其欲保持功率轉換器操作於最大功率轉移的最佳點附近。

當發明根據特定說明的具體實施例描述時，此在所使用的文字僅為描述性的，而非限制性。在隨附的申請專利範圍內，不偏離本發明在其態樣的範疇和精神的情況下，可對其做出改變。雖然本發明在此根據特定的結構、動作、及題材來描述，本發明並非限於特定的揭露，其可用各種不同的方式來實施，其中一些與所揭示的具體實施例相當的不同，且延伸至例如落在隨附申請專利範圍的範疇中的所有等效結構、動作和題材。

100．．．電路

105．．．電源

110,115,120．．．繞組

125．．．電晶體

130．．．耦合電容器

135．．．電阻

140．．．節點

150,160,170．．．波形

200．．．電路

205．．．輸入電壓源

210,215,220．．．繞組

225,240．．．空乏式裝置

230．．．電容器

235,250．．．電阻器

252．．．電容器

255．．．SEC1端點處

256,257,259,261．．．二極體

260．．．端點處

262．．．濾波電容器

267．．．電容器

270,275,280,285,290．．．波形

300．．．電路

301．．．電容器

303．．．熱電產生器

305,307,315,325,331,333,343,347,357,369．．．電阻

309,311,339,341,359,361,363,365．．．電晶體

313,345．．．初級繞組

317,349．．．次級繞組

319,321,323,351,353,355．．．電容

327,329,335,337,373,375．．．二極體

367,371．．．稽納二極體

375．．．解耦電容

377．．．濾波電容

379．．．稽納二極體

380．．．輸出點

410,420,430,440,510,520,530,540,610,620,630,640,710,720,730,740,810,820,830,840,910,920,930,940,950,1010,1020,1030,1040,4050,1060,1070,1110,1120,1130,1150,1160,1170．．．波形

在此所主張及/或描述的發明進一步以例示性的具體實施例來描述。此些例示性的具體實施例根據圖式更詳盡地描述。這些具體實施例係非限制性的例示性具體實施例，其中在整個圖式中類似的參考編號代表類似的結構，及其中：

第1圖(a)(先前技術)顯示一簡化的先前技術之步升轉換器；

第1圖(b)顯示如第1圖(a)描繪的電路中在不同端點觀察到的波形；

第2圖(a)根據本發明教示的一具體實施例，描繪一極性獨立和極低輸入電壓的步升轉換器之例示性電路；

第2圖(b)根據本發明教示的一具體實施例，顯示如第2圖(a)描繪在電路的不同端點觀察到的波形；

第2圖(c)根據本發明教示的一具體實施例，顯示一極性獨立和極低輸入電壓的步升轉換器之不同的例示性電路；

第3圖根據本發明教示的一具體實施例，描繪另一極性獨立和極低輸入電壓的步升轉換器之例示性電路；

第4圖至第7圖根據本發明教示的一具體實施例，顯示在第3圖所描繪在電路中不同端點觀察到的不同波形；及

第8圖至第11圖根據本發明教示的一具體實施例，顯示在第3圖所描繪在電路中不同端點觀察到的不同波形。

200．．．電路

205．．．輸入電壓源

210,215,220．．．繞組

225,240．．．空乏式裝置

230．．．電容器

235,250．．．電阻器

Claims (32)

1. 一種極性獨立(polarity independent)、極低輸入電壓的步升轉換器，包含：一輸入源，該輸入源具有一變動極性；一步升變壓器，該步升變壓器包含：一初級繞組和二個次級繞組，其中該初級繞組耦合至該輸入源；一第一空乏式電晶體，該第一空乏式電晶體在該第一空乏式電晶體之第一端點處耦合至該輸入源，且在該第一空乏式電晶體之第二端點處耦合至一參考點；及一第二空乏式電晶體，該第二空乏式電晶體在該第二空乏式電晶體之第一端點處耦合至該初級繞組，且在該第二空乏式電晶體之第二端點處耦合至該參考點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之步升轉換器，其中該輸入源包括：珀爾帖單體(Peltier cells)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之步升轉換器，其中該步升變壓器的該二個次級繞組具有：自初級至次級的一特定匝數比。
4. 如申請專利範圍第1項所述之步升轉換器，其中該第一空乏式電晶體和該第二空乏式電晶體包括：N-通道JFET。
5. 如申請專利範圍第1項所述之步升轉換器，其中該第一空乏式電晶體和該第二空乏式電晶體之每者經組態以：在不需施加偏置電壓至該第一空乏式電晶體和該第二空乏式電晶體之閘極端點的情況下導通電流。
6. 如申請專利範圍第1項所述之步升轉換器，其中該第一空乏式電晶體的該閘極端點耦合至該等二個次級繞組的一個端點，且該第二空乏式電晶體的該閘極端點經耦合至該等二個次級繞組的一相對的端點。
7. 如申請專利範圍第1項所述之步升轉換器，其中該步升轉換器的輸出耦合至一整流電路。
8. 如申請專利範圍第6項所述之步升轉換器，其中該等二個次級繞組的每一端點分別電容性地耦合至第一二極體充電泵電路和第二二極體充電泵電路。
9. 如申請專利範圍第8項所述之步升轉換器，其中該第一二極體充電泵電路和該第二二極體充電泵電路之輸出經組合以產生該步升轉換器的一輸出。
10. 如申請專利範圍第8項所述之步升轉換器，其中該第一充電泵電路包含： 串行連接之第一二極體和第二二極體，其中該第一二極體之陽極(anode)連接至地，且該第一二極體之陰極(cathode)與該第二二極體之陽極相連接；該第二二極體之陰極連接至該步升轉換器的輸出；以及該第一次級繞組的一個端點電容性地連接至該第一二極體之該陰極和該第二二極體之陽極。
11. 如申請專利範圍第8項所述之步升轉換器，其中該第二充電泵電路包含：串行連接之第三二極體和第四二極體，其中該第三二極體之陽極經連接至地，且該第三二極體之陰極(cathode)連接至該第四二極體之陽極；該第四二極體之陰極連接至該步升轉換器的輸出；以及該第二次級繞組的一個端點電容性地連接至該第三二極體之該陰極和該第四二極體之陽極。
12. 如申請專利範圍第10項或第11項所述之步升轉換器，其中該第一充電泵電路和該第二充電泵電路中的該等二極體被替換為低損失MOSFET開關，以改善整體的轉換效率。
13. 一種極性獨立、極低輸入電壓的步升轉換器，包含：一輸入源，該輸入源具有一變動極性；一第一核心電路，該第一核心電路耦合至該輸入源和 該步升轉換器的一輸出，該第一核心電路經組態以針對一第一輸入電壓極性作用而輸出一第一步升電壓；以及一第二核心電路，該第二核心電路耦合至該輸入源和該步升轉換器的該輸出，該第二核心電路經組態以針對一第二輸入電壓極性作用而輸出一第二步升電壓，其中該第一核心電路包含：一第一步升變壓器，該第一步升變壓器包含：一第一初級繞組和一第一次級繞組，其中該第一初級繞組耦合至該輸入源；一第一空乏式電晶體，該第一空乏式電晶體在該第一空乏式電晶體之第一端點處耦合至該輸入源，且在該第一空乏式電晶體之第二端點處耦合至一參考點；及一第二空乏式電晶體，該第二空乏式電晶體在該第二空乏式電晶體之第一端點處耦合至該第一初級繞組，且在該第二空乏式電晶體之第二端點處耦合至該參考點。
14. 如申請專利範圍第13項所述之步升轉換器，其中該輸入源包括：珀爾帖單體。
15. 如申請專利範圍第13項所述之步升轉換器，其中該第一次級繞組具有：自初級至次級的一特定匝數比。
16. 如申請專利範圍第13項所述之步升轉換器，其中該第一空乏式電晶體和該第二空乏式電晶體的該等閘極端點耦合至該第一次級繞組。
17. 如申請專利範圍第13項所述之步升轉換器，進一步包含：一第一電晶體，該第一電晶體並行地與該第一空乏式電晶體相連接；一第二電晶體，該第二電晶體並行地與該第二空乏式電晶體相連接，其中該第一電晶體和該第二電晶體經組態以增強該第一核心電路的功率傳遞能力。
18. 如申請專利範圍第17項所述之步升轉換器，其中該第一電晶體和該第二電晶體係N-通道MOSFET。
19. 如申請專利範圍第18項所述之步升轉換器，其中該N-通道MOSFET具有一正臨界電壓。
20. 如申請專利範圍第13項所述之步升轉換器，其中該第二核心電路包含：一第二步升變壓器，該第二步升變壓器包括：一第二初級繞組和一第二次級繞組，其中該第二初級繞組耦合至該輸入源； 一第三空乏式電晶體，該第三空乏式電晶體在該第三空乏式電晶體之第一端點處耦合至該輸入源，且在該第三空乏式電晶體之第二端點處耦合至該參考點；及一第四空乏式電晶體，該第四空乏式電晶體在該第四空乏式電晶體之第一端點處耦合至該第二初級繞組，且在該第四空乏式電晶體之第二端點處耦合至該參考點。
21. 如申請專利範圍第20項所述之步升轉換器，其中該第二次級繞組具有：自初級至次級的一特定匝數比。
22. 如申請專利範圍第20項所述之步升轉換器，其中該第三和第四空乏式電晶體的該等閘極端點耦合至該第二次級繞組。
23. 如申請專利範圍第20項所述之步升轉換器，進一步包含：一第三電晶體，該第三電晶體並行地與該第三空乏式電晶體相連接；一第四電晶體，該第四電晶體並行地與該第四空乏式電晶體相連接，其中該第三和第四電晶體經組態以增強該第二核心電路的功率傳遞能力。
24. 如申請專利範圍第20項所述之步升轉換器，其中該 第三和第四電晶體係N-通道MOSFET。
25. 如申請專利範圍第24項所述之步升轉換器，其中該等N-通道MOSFET具有一標準臨界值。
26. 如申請專利範圍第13項或第20項所述之步升轉換器，其中該等空乏式電晶體包括：N-通道JFET。
27. 如申請專利範圍第13項或第20項所述之步升轉換器，其中該等空乏式電晶體之每者經組態以：在不需施加偏置電壓至該等空乏式電晶體之閘極端點的情況下導通電流。
28. 如申請專利範圍第13項所述之步升轉換器，其中該第一核心電路的輸出經電容性地耦合至一第一二極體充電泵電路；及該第二核心電路的該輸出經電容性地耦合至一第二二極體充電泵電路。
29. 如申請專利範圍第28項所述之步升轉換器，其中該第一二極體充電泵和該第二二極體充電泵的輸出經組合以產生該步升轉換器的一輸出。
30. 如申請專利範圍第28項所述之步升轉換器，其中該 第一充電泵電路包含：串行連接之第一二極體和第二二極體，其中該第一二極體之陽極(anode)連接至地，且該第一二極體之陰極(cathode)與該第二二極體之陽極相連接；該第二二極體之陰極連接至該步升轉換器的該輸出；以及該第一核心電路的該輸出連接至該第一二極體之該陰極和該第二二極體之陽極。
31. 如申請專利範圍第28項所述之步升轉換器，其中該第二充電泵電路包含：串行連接之第三二極體和第四二極體，其中該第三二極體之陽極連接至地，且該第三二極體之陰極(cathode)連接至該第四二極體之陽極；該第四二極體之陰極連接至該步升轉換器的該輸出；以及該第二核心電路的該輸出連接至該第三二極體之該陰極和該第四二極體之陽極。
32. 如申請專利範圍第30項或第31項所述之步升轉換器，其中該第一充電泵電路和該第二充電泵電路中的該等二極體被替換為低損失MOSFET開關，以改善整體的轉換效率。