CN102130585A - 电荷泵电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电荷泵电路，所述电荷泵电路包括：电荷泵、电压检测模块、振荡电路；所述振荡电路分别连接电荷泵、电压检测模块；所述电压检测模块用以检测输出电压；所述电压检测电路在输出电压低于第一阈值时输出低电平，在输出电压高于第二阈值时输出高电平。本发明提出的电荷泵延长了干电池的使用寿命，使得干电池中储存的电能得到充分的利用；减低开销，绿色节能；降低对环境的破坏。

Description

电荷泵电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种电荷泵，尤其涉及一种带电压检测的电荷泵电路。

背景技术

请参考图1至图3，在很多采用干电池应用的设备中，随着电荷的释放，干电池的电压会逐渐下降。

图1为超霸(GP)碱性5号电池(6)10欧连续放电示意图。图1中，放点电阻为10欧，中止电压为0.9V。

图2为南孚聚能环5号(1)3.9欧连续放电示意图。图2中，放点电阻为3.9欧，中止电压为0.8V。

图3为双鹿碱性5号电池(1)3.9欧连续放电示意图。图3中，放点电阻为3.9欧，中止电压为0.8V。

一节新的干电池，电压在1.5V左右，电池放完一半电荷时，电压就会降到1.2V左右。在很多应用中，电池电压低于1.2V就不能保证系统的可靠运行，必须更换新电池。这样必然会造成电池使用寿命短，开销大，而且电池能量没有得到充分的释放，即浪费而且电池也会对自然环境造成破坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种带电压检测的电荷泵电路，可延长干电池的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种带电压检测的电荷泵电路，所述电荷泵电路包括：电荷泵、电压检测模块、振荡电路；

所述振荡电路分别连接电荷泵、电压检测模块；

所述电压检测模块用以检测输出电压；所述电压检测电路在输出电压低于第一阈值时输出低电平，在输出电压高于第二阈值时输出高电平。

作为本发明的一种优选方案，所述电荷泵包括二极管D1、D2、D3、泵电容C2、输出电容C3；

所述电压检测模块检测输出电容C3的输出电压VDD，并将检测结果通过所述振荡电路输出；所述电压检测电路在输出电压低于第一阈值时输出低电平，在输出电压高于第二阈值时输出高电平；电压检测电路输出低电平时，振荡电路输出方波；电压检测电路输出高电平，振荡电路输出一个直流电平；

所述泵电容C2的第一端通过二极管D2连接干电池的正极，泵电容C2的第二端连接所述振荡电路；

所述输出电容C3的第一端通过二极管D1连接干电池的正极，输出电容C3的第一端通过二极管D3、D2连接干电池的正极，输出电容C3的第二端连接干电池的负极；

所述泵电容C2根据振荡电路输出的方波充电，或者将泵电容C2中的电荷输出至输出电容C3中。

作为本发明的一种优选方案，所述振荡电路包括逻辑器件UA、UB、UC、UD、电容C6、电阻R1；

所述电压检测模块的输出接入逻辑器件UD的输入管脚12、13，逻辑器件UD的输出管脚11连接逻辑器件UC的输入管脚10，逻辑器件UC的输出管脚8连接逻辑器件UB的输入管脚4、5，逻辑器件UB的输出管脚6连接逻辑器件UA的输入管脚1、2，逻辑器件UA的输出管脚3连接泵电容C2的第二端；

逻辑器件UB的输出管脚6通过电容C6连接逻辑器件UC的输入管脚9，逻辑器件UB的输出管脚6通过电容C6、电阻R1连接逻辑器件UC的输出管脚8。

作为本发明的一种优选方案，所述逻辑器件UA/UB/UC/UD为与非门。

作为本发明的一种优选方案，所述振荡电路包括逻辑器件UA、UB、UC、UD、电容C6、电阻R1；所述逻辑器件UA/UB/UC/UD为与非门、或非门、同或门中的一个。

作为本发明的一种优选方案，所述逻辑器件UA、UB、UC、UD共同构成一芯片，或者不在一个芯片上。

作为本发明的一种优选方案，所述二极管D1、D2的正极连接干电池的正极，所述泵电容C2的第一端连接二极管D2的负极、二极管D3的正极，所述输出电容C3的第一端连接二极管D1的负极、二极管D3的负极。

本发明的有益效果在于：本发明提出的电荷泵，延长了干电池的使用寿命，使得干电池中储存的电能得到充分的利用；减低开销，绿色节能；降低对环境的破坏。

附图说明

图1为超霸(GP)碱性5号电池(6)10欧连续放电示意图。

图2为南孚聚能环5号(1)3.9欧连续放电示意图。

图3为双鹿碱性5号电池(1)3.9欧连续放电示意图。

图4为本发明电荷泵的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图4，本发明揭示了一种电荷泵，所述电荷泵包括：二极管D1、D2、D3、泵电容C2、输出电容C3，电压检测模块、振荡电路。

所述电压检测模块检测输出电容C3的输出电压VDD，并将检测结果通过所述振荡电路输出一方波；所述泵电容C2的第一端通过二极管D2连接干电池的正极，泵电容C2的第二端连接所述振荡电路；所述输出电容C3的第一端通过二极管D1连接干电池的正极，输出电容C3的第一端通过二极管D3、D2连接干电池的正极，输出电容C3的第二端连接干电池的负极；所述泵电容C2根据振荡电路输出的方波充电，或者将泵电容C2中的电荷输出至输出电容C3中。

具体地，所述二极管D1、D2的正极连接干电池的正极，所述泵电容C2的第一端连接二极管D2的负极、二极管D3的正极，所述输出电容C3的第一端连接二极管D1的负极、二极管D3的负极。

本实施例中，所述振荡电路包括逻辑器件UA、UB、UC、UD、电容C6、电阻R1；所述电压检测模块的输出接入逻辑器件UD的输入管脚12、13，逻辑器件UD的输出管脚11连接逻辑器件UC的输入管脚10，逻辑器件UC的输出管脚8连接逻辑器件UB的输入管脚4、5，逻辑器件UB的输出管脚6连接逻辑器件UA的输入管脚1、2，逻辑器件UA的输出管脚3连接泵电容C2的第二端；逻辑器件UB的输出管脚6通过电容C6连接逻辑器件UC的输入管脚9，逻辑器件UB的输出管脚6通过电容C6、电阻R1连接逻辑器件UC的输出管脚8。

所述逻辑器件UA/UB/UC/UD为与非门。所述逻辑器件UA、UB、UC、UD共同构成一芯片，或者不在一个芯片上。

此外，所述逻辑器件UA/UB/UC/UD还可以为或非门、同或门。

综上所述，本发明提出的电荷泵，延长了干电池的使用寿命，使得干电池中储存的电能得到充分的利用；减低开销，绿色节能；降低对环境的破坏。

实施例二

一种带电压检测的电荷泵电路，所述电荷泵电路包括：电荷泵、电压检测模块、振荡电路；所述振荡电路分别连接电荷泵、电压检测模块；所述电压检测模块用以检测输出电压；所述电压检测电路在输出电压低于第一阈值时输出低电平，在输出电压高于第二阈值时输出高电平。

本实施例中，所述电荷泵包括二极管D1、D2、D3、泵电容C2、输出电容C3；所述电荷泵控制电路为振荡电路；所述电压检测模块检测输出电容C3的输出电压VDD，并将检测结果通过所述振荡电路输出；所述电压检测电路在输出电压低于第一阈值时输出低电平，在输出电压高于第二阈值时输出高电平；电压检测电路输出低电平时，振荡电路输出方波；电压检测电路输出高电平，振荡电路输出一个直流高电平。

所述泵电容C2的第一端通过二极管D2连接干电池的正极，泵电容C2的第二端连接所述振荡电路；所述输出电容C3的第一端通过二极管D1连接干电池的正极，输出电容C3的第一端通过二极管D3、D2连接干电池的正极，输出电容C3的第二端连接干电池的负极；所述泵电容C2根据振荡电路输出的方波充电，或者将泵电容C2中的电荷输出至输出电容C3中。

具体地，所述二极管D1、D2的正极连接干电池的正极，所述泵电容C2的第一端连接二极管D2的负极、二极管D3的正极，所述输出电容C3的第一端连接二极管D1的负极、二极管D3的负极。

所述振荡电路包括逻辑器件UA、UB、UC、UD、电容C6、电阻R1；所述电压检测模块的输出接入逻辑器件UD的输入管脚12、13，逻辑器件UD的输出管脚11连接逻辑器件UC的输入管脚10，逻辑器件UC的输出管脚8连接逻辑器件UB的输入管脚4、5，逻辑器件UB的输出管脚6连接逻辑器件UA的输入管脚1、2，逻辑器件UA的输出管脚3连接泵电容C2的第二端；逻辑器件UB的输出管脚6通过电容C6连接逻辑器件UC的输入管脚9，逻辑器件UB的输出管脚6通过电容C6、电阻R1连接逻辑器件UC的输出管脚8。

实施例三

本实施例采用一种带电压检测模块的电荷泵的电路结构，通过电荷泵抬升输出电压以满足系统需要；过电压检测模块，检测输出电压，当输出电压低于阈值-时，启动电荷泵，当输出电压高于阈值+时，停止电荷泵，以此保证输出电压在一定的范围内。

请参阅图4，电路中U4为电压检测模块，检测VDD电压。阈值+和阈值-是U4内置的。如果VDD低于阈值-时，输出低电平；如果VDD高于阈值+时，输出高电平。

C2为泵电容，当U8A输出为低电平时，干电池通过D2向C2充电，当U8A输出为高时，C2电容电压也太高，D2反向不导通，D3导通，把C2中的电荷输出到C3中。

C3为输出滤波电容，C3储存从泵电容输入的电容，供系统使用。

U8(包括U8A、U8B、U8C、U8D)，R1，C6构成一个振荡电路，通过U8输出一个方波。

D1连接在干电池的正端和输出电容C3正端。

系统工作过程如下：

1、系统开始工作时，首先干电池通过两条路径向C3充电，第一条通过D1直接向C3充电，第二条，通过泵电路D2，D3向C3充电。

2、电压检测模块检测输出电压VDD低于阈值-时，输出低电平。

3、U8D的12，13脚输入低电平，输出11脚为高电平。

4、U8C的10脚位高电平，假设9脚也为低电平，则输出8脚为高；由于9脚和8脚之间连接电阻R1，8脚和6脚之间有C6，8脚就会有电流经过R1流向C6，C6电压慢慢上升，当C6电位达到一定的值后，9脚从低电平转为高电平，此时输出8脚变低；由于此时6脚位高电平，导致C6和R1相连端电压更高，C6通过R1向8脚放电，当C6电压降到一定的值后，9脚从高电平转为低电平，如此实现8脚电位的振荡。

5、U8B的4，5脚位高电平，输出6脚为低电平；U8B的4，5脚位低电平，输出6脚为高电平。

6、U8A的1，2脚输入低电平，则输出3脚位高电平；U8A的1，2脚输入高电平，则输出3脚位低电平。

7、由于8脚的振荡，导致U83脚产生一个具有固定振荡周期的方波。此振荡周期和C6和R1的取值有关。

8、由于C2一端电压为振荡的方波，所以C2与D2，D3相连的一端电位忽高忽低，低时，干电池通过D2向C2充电；高时，C2通过D3向C3充电。以此C2起到一个搬运的功能，把低电位干电池的电能，转移到高电位输出电容C3上。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种电荷泵电路，其特征在于，所述电荷泵电路包括：电荷泵、电压检测模块、振荡电路；

所述振荡电路分别连接电荷泵、电压检测模块；

所述电压检测模块用以检测输出电压；所述电压检测电路在输出电压低于第一阈值时输出低电平，在输出电压高于第二阈值时输出高电平。

2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：

所述电荷泵包括二极管D1、D2、D3、泵电容C2、输出电容C3；

所述电压检测模块检测输出电容C3的输出电压VDD，并将检测结果通过所述振荡电路输出；所述电压检测电路在输出电压低于第一阈值时输出低电平，在输出电压高于第二阈值时输出高电平；电压检测电路输出低电平时，振荡电路输出方波；电压检测电路输出高电平，振荡电路输出一个直流电平；

所述泵电容C2的第一端通过二极管D2连接干电池的正极，泵电容C2的第二端连接所述振荡电路；

所述输出电容C3的第一端通过二极管D1连接干电池的正极，输出电容C3的第一端通过二极管D3、D2连接干电池的正极，输出电容C3的第二端连接干电池的负极；

所述泵电容C2根据振荡电路输出的方波充电，或者将泵电容C2中的电荷输出至输出电容C3中。

3.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于：

所述振荡电路包括逻辑器件UA、UB、UC、UD、电容C6、电阻R1；

所述电压检测模块的输出接入逻辑器件UD的输入管脚12、13，逻辑器件UD的输出管脚11连接逻辑器件UC的输入管脚10，逻辑器件UC的输出管脚8连接逻辑器件UB的输入管脚4、5，逻辑器件UB的输出管脚6连接逻辑器件UA的输入管脚1、2，逻辑器件UA的输出管脚3连接泵电容C2的第二端；

逻辑器件UB的输出管脚6通过电容C6连接逻辑器件UC的输入管脚9，逻辑器件UB的输出管脚6通过电容C6、电阻R1连接逻辑器件UC的输出管脚8。

4.根据权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于：

所述逻辑器件UA/UB/UC/UD为与非门。

5.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于：

所述振荡电路包括逻辑器件UA、UB、UC、UD、电容C6、电阻R1；

所述逻辑器件UA/UB/UC/UD为与非门、或非门、同或门中的一个。

6.根据权利要求3至5之一所述的电荷泵电路，其特征在于：

所述逻辑器件UA、UB、UC、UD共同构成一芯片，或者不在一个芯片上。

7.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于：

所述二极管D1、D2的正极连接干电池的正极，所述泵电容C2的第一端连接二极管D2的负极、二极管D3的正极，所述输出电容C3的第一端连接二极管D1的负极、二极管D3的负极。

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