CN104967306A

CN104967306A - 电压转换电路

Info

Publication number: CN104967306A
Application number: CN201510316234.1A
Authority: CN
Inventors: 卫涛; 李辉
Original assignee: EMOBILE COMM (SHANGHAI) Inc
Current assignee: EMOBILE COMM (SHANGHAI) Inc
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2015-10-07

Abstract

本发明提供一种电压转换电路，包括：供电电路、储能升压电路、正压产生电路、负压产生电路和基准电压产生电路；其中，所述储能升压电路包括升压芯片和电感；所述供电电路的输出端分别与所述升压芯片的输入端和所述电感的第一端连接；所述电感的第二端分别和所述升压芯片的控制端、所述正压产生电路的输入端、所述负压产生电路的输入端和所述基准电压产生电路的输入端连接；所述正压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生正电压；所述负压产生电路用于据所述电感两端的电压产生负电压；所述基准电压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生基准电压，降低了电压转换电路的成本。

Description

电压转换电路

技术领域

本发明实施例涉及电路技术，尤其涉及一种电压转换电路。

背景技术

移动终端、汽车电子、智能电气设备中经常要求提供基准电压、正电压、负电压进行供电，但通常的电池供电系统只能提供单极性正电压输出，因此，这些产品中都有对电池电压进行转化的集成电路(Integrated Circuit，简称IC)电路，用于满足设备的各个模块的供电需求。

图1为现有技术中产生正、负、基准电压的集成电路结构示意图。如图1所示，该电路采用一个集成电路芯片将单极性电池电压转化成基准、正电压和负电压，其中，V_IN为单极性电池电压，AVDD为产生的基准电压，VGH为产生的正电压，VGL为产生的负电压。下面以产生正电压的原理为例说明该方法的实现原理：通过单极性电池电压V_IN对电感L1进行充电储能，充电完成后电感L1两端的电压为VL1，集成芯片将单极性电池电压V_IN和电感L1两端的电压VL1进行叠加处理后再通过输出端VO1输出，该输出电压为正电压VGH，则VGH＝V_IN+VO1，从而达到了升压的目的。同理，可通过集成芯片对电感L2和电感L3两端的电压分别进行处理得到基准电压AVDD和负电压VGL。

现有技术中产生正、负、基准电压的集成电路要求集成电路芯片具有很高的处理能力，集成电路芯片价格昂贵，而且，需要额外使用三个电感L1、L2、L3进行充电储能，布局面积大，从而大大增加了集成电路的成本。

发明内容

本发明实施例提供一种电压转换电路，有效减小了电压转换电路的成本。

本发明实施例提供一种电压转换电路，包括：供电电路、储能升压电路、正压产生电路、负压产生电路和基准电压产生电路；其中，所述储能升压电路包括升压芯片和电感；

所述供电电路的输出端分别与所述升压芯片的输入端和所述电感的第一端连接；

所述电感的第二端分别和所述升压芯片的控制端、所述正压产生电路的输入端、所述负压产生电路的输入端和所述基准电压产生电路的输入端连接；

所述供电电路用于提供单极性的输入电压；

所述升压芯片用于控制所述电感两端的电压，并将所述电感两端的电压分别提供给所述正压产生电路、所述负压产生电路和所述基准电压产生电路；

所述正压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生正电压；

所述负压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生负电压；

所述基准电压产生电路用于根据所述电感两端的电压产生基准电压。

进一步地，所述正压产生电路为第一电荷泵电路，其中，所述第一电荷泵电路用于根据所述电感两端的电压产生正电压，且所述第一电荷泵电路包括N级电荷泵电路，N为大于等于1的正整数。

进一步地，所述第一电荷泵电路的第N级电荷泵电路包括第一电容、第一二极管和第二二极管；其中，

所述第一电容的负极和所述电感的第二端连接，所述第一电容的正极分别与所述第一二极管的正极和所述第第二二极管的负极连接；所述第二二极管的正极与所述第一电荷泵电路的第N-1级电荷泵电路中的第一二极管的负极连接；

所述第一二极管的负极根据所述电感两端的电压和所述第一电容的正极电压输出所述正电压。

进一步地，所述负压产生电路为第二电荷泵电路，其中，所述第二电荷泵电路用于根据所述电感两端的电压输出所述负电压，且所述第二电荷泵电路包括M级电荷泵电路，M为大于等于1的正整数。

进一步地，所述第二电荷泵电路的每一级电荷泵电路包括第二电容、第三二极管和第四二极管，其中，

所述第二电容的正极和所述电感的第二端连接，所述第二电容的负极分别与所述第三二极管的正极和所述第四二极管的负极连接；所述第三二极管的负极与所述第二电荷泵电路的第M-1级电荷泵电路中的第三二极管的正极连接

所述第四二极管的正极根据所述第二电容的负极电压输出所述负电压。

进一步地，所述基准电压产生电路包括至少一个稳压二极管，所述稳压二极管的正极与所述电感的第二端连接，所述稳压二极管的负极根据所述稳压二极管的正极电压输出所述基准电压。

本发明实施例提供电压转换电路，包括供电电路、储能升压电路、正压产生电路、负压产生电路和基准电压产生电路，其中，储能升压电路包括升压芯片U和电感，采用一个低成本的升压芯片控制电感两端的电压，并将电感两端的电压输出到正压、负压和基准电压产生电路中，从而产生正电压、负电压和基准电压，该升压芯片可以为国产的ORIENT-CHIP或者OCP8106芯片，价格只有TPS65633A芯片的三分之一，而且，只需要一个电感储能，布局面积小，从而减小了电压转换电路的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中产生正、负、基准电压的集成电路结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的电压转换电路的逻辑结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的电压转换电路的一实例的结构示意图；

图4-图7为本发明实施例提供的电压转换电路的性能仿真图。

附图标记说明：

1：供电电路；

2：储能升压电路；

3：正压产生电路；

4：负压产生电路；

5：基准电压产生电路；

6：供电电路的输出端；

7：电感的第一端；

8：电感的第二端；

9：升压芯片的输入端；

10：升压芯片的控制端；

11：正压产生电路的输入端；

12：基准电压产生电路的输入端；

13：负压产生电路的输入端；

U：升压芯片；

L、L1：电感；

V_IN、VBAT：输入电压；

VGH、Ch1：正电压；

VGL、Ch3：负电压；

AVDD、Ch2：基准电压；

C2、C4、C5、C6：电容；

D2、D3、D4、D5、D6、D7：二极管；

R3：电阻；

D1、D8、D9：稳压二极管；

21、22、23、24、25、26、27、31、32、33、34、35、36：波形。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例一提供的电压转换电路的逻辑结构示意图。如图2所示，该电压转换电路包括供电电路1、储能升压电路2、正压产生电路3、负压产生电路4和基准电压产生电路5，其中，储能升压电路2包括升压芯片U和电感L。供电电路的输出端6分别与升压芯片的输入端9和电感的第一端7连接；电感的第二端8分别和升压芯片的控制端10、正压产生电路的输入端11、负压产生电路的输入端13和基准电压产生电路的输入端12连接。供电电路6用于提供单极性的输入电压；升压芯片U用于控制电感L两端的电压，并将电感两端的电压分别提供给正压产生电路3、负压产生电路4和基准电压产生电路5；正压产生电路3用于根据电感两端的电压产生正电压；负压产生电路4用于根据电感两端的电压产生负电压；基准电压产生电路5用于根据电感两端的电压产生基准电压。

该电压转换电路的工作原理具体如下：供电电路提供单极性的输入电压V_IN，通过该输入电压V_IN为电感L充电，通过升压芯片控制电感L两端的电压，并将电感L两端的电压V1分别输出到正压产生电路3、负压产生电路4和基准电压产生电路5中，分别产生正电压VGH、负电压VGL和基准电压AVDD。

在本实施例中，供电电路1用于提供单极性的输入电压，该供电电路可以采用常用的电池、蓄电设备等提供单极性输入电压；电感L的大小和型号可根据实际需求来选择。升压芯片U的内部集成场效应开关管，通过控制场效应开关管的导通和关断，达到升压和传递能量的目的。升压芯片U通常选用低成本的控制芯片即可，例如，型号为ORIENT-CHIP或者OCP8106的国产芯片，价格比较低，但可以满足本实施例的需要。正压产生电路3、负压产生电路4和基准电压产生电路5有多种电路实现方式，本领域技术人员可根据需求选择适当的电路结构，例如，采用多级电荷泵电路或者其它的组合电路来设计正压产生电路3、负压产生电路4和基准电压产生电路5。

现有技术中集成电路要求集成电路芯片具有较高的能力，例如，采用德州仪器生产的型号为TPS65633A的芯片，价格昂贵，而且，需要额外使用三个电感分别产生正电压、负电压和基准电压，布局面积大，从而大大增加了集成电路的成本，本实施例提供的电压转换电路，采用一个低成本的升压芯片控制电感两端的电压，并将电感两端的电压输出到正压、负压和基准电压产生电路中，从而产生正电压、负电压和基准电压，该升压芯片可以为国产的ORIENT-CHIP或者OCP8106芯片，价格只有TPS65633A芯片的三分之一，而且，只需要一个电感储能，布局面积小，从而减小了电压转换电路的成本。

图3为本发明实施例二提供的电压转换电路的一实例的结构示意图。下面以图3为例详细介绍本发明实施例一的几种可能的实现方式。

在本实施例中，正压产生电路为第一电荷泵电路，其中，第一电荷泵电路用于根据电感两端的电压产生正电压，且第一电荷泵电路包括N级电荷泵电路，N为大于等于1的正整数。

在本实施例中，第一电荷泵电路的第N级电荷泵电路包括第一电容、第一二极管和第二二极管；其中，第一电容的负极和电感的第二端连接，第一电容的正极分别与第一二极管的正极和第二二极管的负极连接；第二二极管的正极与第一电荷泵电路的第N-1级电荷泵电路中的第一二极管的负极连接，第一二极管的负极根据电感两端的电压和第一电容的正极电压输出正电压。

如图3所示，正压产生电路3为一个能产生正电压的2级电荷泵电路，其中，电容C4和二极管D4、D5组成一级电荷泵电路，电容C5和二极管D6、D7组成另一级电荷泵电路。以电容C4和二极管D4、D5组成第1级电荷泵电路、电容C5和二极管D6、D7组成第2级电荷泵电路为例说明该方法的实现过程，则第一电容分别为电容C4和电容C5，第一二极管分别为D5和D7，第二二极管分别为D6和D4，第2级电荷泵电路的第一电容C5的右端为正极，左端为负极，第一电容C5的负极和电感L1的第二端(电感L1的右端)连接，第一电容C5的正极分别与第一二极管D7的正极和第二二极管D6的负极连接，第一二极管D7的负极输出正电压，第二二极管D6的正极与第1级电荷泵电路中的第一二极管D5的负极连接。

正压产生电路3的具体工作原理如下：通过输入电压VBAT对电感L1进行充电，使得电感两端的电压为VL1，通过二极管D4对电容C4充电，使得电容C4两端的电压未VC4，则正压产生电路的输出端输出的正电压VGH＝VL1+VC4，从而达到升压的目的；若去掉正压产生电路3中的电阻R3，则正电压VGH＝VL1+VC4+VC5。

可选地，在本实施例中，正压产生电路3还可以在N级电荷泵电路的输出端增加电容C6和稳压二极管D9，电容C6用于对输出的正电压进行滤波处理，稳压二极管D9用于实现稳压输出。

需要说明的是，本实施例中仅给出了2级电荷泵电路，本领域技术人员也可以根据实际需求选择其它级数的电荷泵电路产生正电压，本发明中并不加以限制。

可选地，负压产生电路为第二电荷泵电路，其中，第二电荷泵电路用于根据电感两端的电压输出负电压，且第二电荷泵电路包括M级电荷泵电路，M为大于等于1的正整数。

可选地，第二电荷泵电路的每一级电荷泵电路包括第二电容、第三二极管和第四二极管，其中，第二电容的正极和电感的第二端连接，第二电容的负极分别与第三二极管的正极和第四二极管的负极连接；第三二极管的负极与第二电荷泵电路的第M-1级电荷泵电路中的第三二极管的正极连接，第四二极管的正极根据第二电容的负极电压输出负电压。

如图3所示，负压产生电路4为一个能产生负电压的1级电荷泵电路，其中，电容C2和二极管D2、D3构成一个电荷泵电路，则第二电容为C2，且第二电容C2的左端为正极，右端为负极，第三二极管为D2，第四二极管为D3。第二电容C2的正极与电感L1的右端连接，第二电容C2的负极分别与第三二极管D2的正极和第四二极管D3的负极连接，第四二极管D3的正极输出负电压，第三二极管D2的负极接地。

负压产生电路4的具体工作原理如下：通过电感L1的输出电压先对电容C2充电，电容C2极性为左正右负，然后断开电感L1对电容C2充电通路；因为电容C2两端的电压不能突变，因此，右边的负极电压就会通过二极管D3输出得到负电压VGL。

需要说明的是，在本实施例中，若M大于等于2，则第三二极管D2的负极与第M-1级电荷泵电路中的第三二极管的正极连接，如此形成多级电荷泵电路。

可选地，在本实施例中，负压产生电路4还可以在M级电荷泵电路的输出端增加电容C3和稳压二极管D8，电容C3用于对输出的负电压进行滤波处理，稳压二极管D8实现稳压输出。

可选地，基准电压产生电路包括至少一个稳压二极管，稳压二极管的正极与电感的第二端连接，稳压二极管的负极根据稳压二极管的正极电压输出基准电压。

如图3所示，基准电压产生电路5包括稳压二极管D1，稳压二极管D1的正极与电感L1的右端连接，负极输出负电压VGL。基准电压产生电路5还可以增加一个电容C1，电容C1用于对输出的负电压进行滤波处理。

本实施例提供的电压转换电路，采用多级电荷泵电路分别实现正电压、负电压的输出，通过改变电荷泵电路的级数来改变输出的正电压和负电压的大小，电路结构简单，而且灵活可调。

为了测试本发明实施例提供的电压转换电路的性能，申请人做了仿真测试，图4-图7为本发明实施例提供的电压转换电路的性能仿真图。在图4-图7中，Ch1表示正电压，Ch2表示基准电压，Ch3表示负电压。如图4所示，正电压Ch1＝7.04V，基准电压Ch2＝4.56V，说明电压转换电路正常工作，并且，能够正常输出正电压和负电压。波形23和波形24是电感L1两端的测试电压，说明电感L1在不停的开关储能，并且已经把电压升高了。图5中的波形25、26、27分别表示正电压、基准电压和负电压的电压值，其中，正电压Ch1＝6.99V，基准电压Ch2＝4.55V，负电压Ch3＝-4.28V，说明电压转换电路正常工作，能够正常输出正电压、基准电压和负电压。图6中的波形31、32、33分别代表产生正电压、基准电压和负电压的开启时序，最终输出的正电压Ch1＝5.08V，基准电压Ch2＝1.88V，负电压Ch3＝-2.09V。图7中的波形34、35、36分别代表正电压、基准电压和负电压的波纹系数，正电压Ch1＝29.0mV，基准电压Ch2＝39.0mV，负电压Ch3＝-34.0mV，则正电压的波纹系数Pk1＝0.029/7＝0.004，基准电压的波纹系数Pk2＝0.039/4.55＝0.009，负电压的波纹系数Pk3＝0.034/4.28＝0.008，由此可见，本实施例提供的电压转换电路的输出电压的精度较高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种电压转换电路，其特征在于，包括：供电电路、储能升压电路、正压产生电路、负压产生电路和基准电压产生电路；其中，所述储能升压电路包括升压芯片和电感；

所述供电电路用于提供单极性的输入电压；

2.根据权利要求1所述电压转换电路，其特征在于，所述正压产生电路为第一电荷泵电路，其中，所述第一电荷泵电路用于根据所述电感两端的电压产生正电压，且所述第一电荷泵电路包括N级电荷泵电路，N为大于等于1的正整数。

3.根据权利要求2所述的电压转换电路，其特征在于，所述第一电荷泵电路的第N级电荷泵电路包括第一电容、第一二极管和第二二极管；其中，

4.根据权利要求1-3任一项所述的电压转换电路，其特征在于，所述负压产生电路为第二电荷泵电路，其中，所述第二电荷泵电路用于根据所述电感两端的电压输出所述负电压，且所述第二电荷泵电路包括M级电荷泵电路，M为大于等于1的正整数。

5.根据权利要求4所述的电压转换电路，其特征在于，所述第二电荷泵电路的每一级电荷泵电路包括第二电容、第三二极管和第四二极管，其中，

所述第二电容的正极和所述电感的第二端连接，所述第二电容的负极分别与所述第三二极管的正极和所述第四二极管的负极连接；所述第三二极管的负极与所述第二电荷泵电路的第M-1级电荷泵电路中的第三二极管的正极连接；

6.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述基准电压产生电路包括至少一个稳压二极管，所述稳压二极管的正极与所述电感的第二端连接，所述稳压二极管的负极根据所述稳压二极管的正极电压输出所述基准电压。