CN106160729A - 一种新型负电压生成器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种新型负电压生成器，包括控制电路，用于产生一组开关控制信号；连接外部储能元件的工作电路，包括多个开关支路，分别与控制电路连接，于开关控制信号作用下控制输入端和第一外部连接端之间通断或输出端与第二外部连接端之间通断；及第一外部连接端与一第一接地端之间通断或第二外部连接端与一第二接地端之间通断；外部储能元件连接于第一外部连接端与第二外部连接端之间，或第一外部连接端与第二外部连接端连通，外部储能元件连接于第一外部连接端与一第三接地端之间。本发明根据负电压供电电路的实际应用需要外部链接电容或外部链接电感，以形成不用的拓扑结构，灵活控制电路的转换效率及输出纹波电压。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种负电压生成器。
背景技术
在电子系统中常常存在负电压供电场合，可以采用DC/DC变换器进行电压变换，并根据所需的电压不同，通过不同的电路拓扑结构来实现，Buck-Boost变换器是一种常见的用于生成负电压的组合电路拓扑结构，其利用电感作为主要的储能组件，为负载提供持续的电流，其可以得到在幅度上，比输入电压更高的输出电压，或者更低的输出电压，输出电压和输入电压反向，并具有相当高的转换效率，然而，这种结构存在纹波电压过高的缺点，影响系统的性能表现。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新型负电压生成器，解决以上技术问题；
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种新型负电压生成器，其中，包括，
一控制电路，用于产生一组开关控制信号；
一连接外部储能元件的工作电路，所述工作电路包括，
一输入端；
一输出端；
一第一外部连接端；
一第二外部连接端；
多个开关支路，其控制端分别与所述控制电路连接，于所述开关控制信号作用下控制所述输入端和所述第一外部连接端之间的通断或所述输出端与所述第二外部连接端之间的通断；以及所述第一外部连接端与一第一接地端之间的通断或所述第二外部连接端与一第二接地端之间的通断；
所述外部储能元件连接于所述第一外部连接端与所述第二外部连接端之间，或，所述第一外部连接端与所述第二外部连接端连通，所述外部储能元件连接于所述第一外部连接端与一第三接地端之间。
本发明的新型负电压生成器，所述工作电路包括，
第一开关支路，连接于所述输入端和所述第一外部连接端之间；
第二开关支路，连接于所述输出端和所述第二外部连接端之间；
所述第一外部连接端与所述第二外部连接端连通，所述外部储能元件采用储能电感，其连接于所述第一外部连接端与所述第三接地端之间；
所述工作电路于充电模式时，所述第一开关支路导通，所述第二开关支路断开，所述输入端向所述储能电感充电；
所述工作电路于放电模式时，所述第一开关支路断开，所述第二开关支路导通，所述储能电感向所述输出端放电。
本发明的新型负电压生成器，所述工作电路包括，
第一开关支路，连接于所述输入端和所述第一外部连接端之间；
第二开关支路，连接于所述输出端和所述第二外部连接端之间；
第三开关支路，连接于所述第一外部连接端和所述第一接地端之间；
第四开关支路，连接于所述第二外部连接端和所述第二接地端之间；
所述外部储能元件采用储能电容，其连接于所述第一外部连接端与所述第二外部连接端之间；
所述工作电路于充电模式时，所述第一开关支路和所述第四开关支路导通，所述第二开关支路和所述第三开关支路断开，所述输入端向所述储能电容充电；
所述工作电路于放电模式时，所述第二开关支路和所述第三开关支路导通，所述第一开关支路和所述第四开关支路断开，自所述储能电容两端向所述输出端放电。
本发明的新型负电压生成器，一第一PMOS管可控制地串联于所述第一开关支路上，所述第一PMOS管的栅极连接一第一控制信号，源极连接所述输入端，漏极连接所述第一外部连接端。
本发明的新型负电压生成器，一第一NMOS管可控制地串联于所述第二开关支路上，所述第一NMOS管的栅极连接一第二控制信号，源极连接所述输出端，漏极连接所述第二外部连接端。
本发明的新型负电压生成器，一第二NMOS管可控制地串联于所述第三开关支路上，所述第二NMOS管的栅极连接一第三控制信号，源极连接所述接地端，漏极连接所述第一外部连接端。
本发明的新型负电压生成器，一第三NMOS管可控制地串联于所述第四开关支路上，所述第三NMOS管的栅极连接一四四控制信号，源极连接所述接地端，漏极连接所述第二外部连接端。
有益效果：由于采用以上技术方案，本发明根据负电压供电电路的实际应用需要外部链接电容或外部链接电感，以形成不用的拓扑结构，灵活控制电路的转换效率及输出纹波电压，以适应系统需要。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为本发明的工作电路外接电感的电路示意图；
图3为图2的工作电路处于充电模式的示意图；
图4为图2的工作电路处于放电模式的示意图；
图5为本发明的工作电路外接电容的电路示意图；
图6为图5的工作电路处于充电模式的示意图；
图7为图5的工作电路处于放电模式的示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参照图1、图2、图3，一种新型负电压生成器，其中，包括，
一控制电路11，用于产生一组开关控制信号；
一连接外部储能元件的工作电路，所述工作电路包括，
一输入端VDD；
一输出端VSS；
一第一外部连接端X；
一第二外部连接端Y；
多个开关支路，其控制端分别与控制电路11连接，于开关控制信号作用下控制输入端VDD和第一外部连接端X之间的通断或输出端VSS与第二外部连接端Y之间的通断；以及第一外部连接端X与一第一接地端GND1之间的通断或第二外部连接端Y与一第二接地端GND2之间的通断；外部储能元件连接于第一外部连接端X与第二外部连接端Y之间，或，第一外部连接端X与第二外部连接端Y连通，外部储能元件连接于第一外部连接端X与一第三接地端GND3之间。
负电压供电电源在测量仪器，便携式通信设备中有这广泛的应用，本发明根据负电压供电电路的实际应用需要以形成不用的拓扑结构，以灵活适应不同的应用场合。
本发明的新型负电压生成器，工作电路可以包括，
第一开关支路，连接于输入端VDD和第一外部连接端X之间；
第二开关支路，连接于输出端VSS和第二外部连接端Y之间；
参照图2，第一外部连接端X可以与第二外部连接端Y连接，外部储能元件采用储能电感L，其连接于第一外部连接端X与第三接地端GND3之间；
第一开关支路和第二开关支路的控制端分别与控制电路11连接；
该工作电路于充电模式时，第一开关支路导通，第二开关支路断开，输入端向储能电感L充电；此时工作电路的充电电流方向如图3所示。
该工作电路于放电模式时，第一开关支路断开，第二开关支路导通，储能电感L向输出端VSS放电，以得到负电压，此时工作电路的放电电流方向如图4所示。
图2至图4中利用电感作为主要的储能组件，以充分利用Buck-Boost变换器具有的相对较高的转换效率的优点，控制电路11可以采用现有技术的Buck-Boost变换器的控制电路实现，在此不做赘述。
本发明的新型负电压生成器，工作电路还可以包括，
第一开关支路，连接于输入端VDD和第一外部连接端X之间；
第二开关支路，连接于输出端VSS和第二外部连接端Y之间；
第三开关支路，连接于第一外部连接端X和第一接地端GND1之间；
第四开关支路，连接于第二外部连接端Y和第二接地端GND2之间；
参照图5，外部储能元件采用储能电容C，连接于第一外部连接端X与第二外部连接端Y之间；第一开关支路、第二开关支路、第三开关支路和第四开关支路的控制端分别与控制电路11连接；
工作电路于充电模式时，第一开关支路和第四开关支路导通，第二开关支路和第三开关支路断开，输入端VDD向储能电容C充电；此时工作电路的充电电流方向如图6所示。
工作电路于放电模式时，第二开关支路和第三开关支路导通，第一开关支路和第四开关支路断开，自储能电容C两端向输出端VSS放电。此时工作电路的放电电流方向如图7所示。
图5中外接储能电容C的电路构成一开关电容转换器，以电容作为能量存储和传输的载体，在控制电路的作用下先通过电容储存能量，然后用受控的方式释放能量，以实现电压反转，这种工作电路由于不需使用电感，因而电磁干扰小，且外接电路简单，通过控制电路11的控制可以实现可调的稳定的负电压输出。控制电路11可以采用开关电容转换器的具体控制电路实现，在此亦不做赘述。
本发明的新型负电压生成器，一第一PMOS管Mp1可控制地串联于第一开关支路上，第一PMOS管Mp1的栅极连接控制电路11提供的第一控制信号Mp1Ctrl，源极连接输入端VDD，漏极连接第一外部连接端X。
本发明的新型负电压生成器，一第一NMOS管Mn3可控制地串联于第二开关支路上，第一NMOS管Mn3的栅极连接控制电路11提供的第二控制信号Mn3Ctrl，源极连接输出端VSS，漏极连接第二外部连接端Y。
本发明的新型负电压生成器，一第二NMOS管Mn1可控制地串联于第三开关支路上，第二NMOS管Mn1的栅极连接控制电路11提供的第三控制信号Mn1Ctrl，源极连接第一接地端GND1，漏极连接第一外部连接端X。
本发明的新型负电压生成器，一第三NMOS管Mn2可控制地串联于第四开关支路上，第三NMOS管Mn2的栅极连接控制电路11提供的第四控制信号Mn2Ctrl，源极连接第二接地端GND2，漏极连接第二外部连接端Y，其栅极连接控制电路11。本发明的第一接地端GND1与第二接地端GND2为等电位。
上述的第一外部连接端X可以包括第一端X1和第二端X2，第一PMOS管Mp1的漏极连接第一端X1，第二NMOS管Mn1的漏极连接第二端X2，根据工作电路的连接拓扑结构不同第一端X1和第二端X2断开或通过导线连接。
上述的第二外部连接端Y可以包括第三端Y1和第四端Y2。第一NMOS管Mn3的漏极连接第三端Y1，第三NMOS管Mn2的漏极连接第四端Y2，根据工作电路的连接拓扑结构不同第三端Y1和第四端Y2断开或通过导线连接。
本发明根据负电压供电电路的实际应用需要外部链接电容或外部链接电感，以形成不用的拓扑结构，灵活控制电路的转换效率及输出纹波电压，以适应系统需要，可以适用于多种应用场合。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种新型负电压生成器，其特征在于，包括，
一控制电路，用于产生一组开关控制信号；
一连接外部储能元件的工作电路，所述工作电路包括，
一输入端；
一输出端；
一第一外部连接端；
一第二外部连接端；
多个开关支路，其控制端分别与所述控制电路连接，于所述开关控制信号作用下控制所述输入端和所述第一外部连接端之间的通断或所述输出端与所述第二外部连接端之间的通断；以及所述第一外部连接端与一第一接地端之间的通断或所述第二外部连接端与一第二接地端之间的通断；
所述外部储能元件连接于所述第一外部连接端与所述第二外部连接端之间，或，所述第一外部连接端与所述第二外部连接端连通，所述外部储能元件连接于所述第一外部连接端与一第三接地端之间。
2.根据权利要求1所述的新型负电压生成器，其特征在于，所述工作电路包括，
第一开关支路，连接于所述输入端和所述第一外部连接端之间；
第二开关支路，连接于所述输出端和所述第二外部连接端之间；
所述第一外部连接端与所述第二外部连接端连通，所述外部储能元件采用储能电感，其连接于所述第一外部连接端与所述第三接地端之间；
所述工作电路于充电模式时，所述第一开关支路导通，所述第二开关支路断开，所述输入端向所述储能电感充电；
所述工作电路于放电模式时，所述第一开关支路断开，所述第二开关支路导通，所述储能电感向所述输出端放电。
3.根据权利要求1所述的新型负电压生成器，其特征在于，所述工作电路包括，
第一开关支路，连接于所述输入端和所述第一外部连接端之间；
第二开关支路，连接于所述输出端和所述第二外部连接端之间；
第三开关支路，连接于所述第一外部连接端和所述第一接地端之间；
第四开关支路，连接于所述第二外部连接端和所述第二接地端之间；
所述外部储能元件采用储能电容，其连接于所述第一外部连接端与所述第二外部连接端之间；
所述工作电路于充电模式时，所述第一开关支路和所述第四开关支路导通，所述第二开关支路和所述第三开关支路断开，所述输入端向所述储能电容充电；
所述工作电路于放电模式时，所述第二开关支路和所述第三开关支路导通，所述第一开关支路和所述第四开关支路断开，自所述储能电容两端向所述输出端放电。
4.根据权利要求2或3所述的新型负电压生成器，其特征在于，一第一PMOS管可控制地串联于所述第一开关支路上，所述第一PMOS管的栅极连接一第一控制信号，源极连接所述输入端，漏极连接所述第一外部连接端。
5.根据权利要求2或3所述的新型负电压生成器，其特征在于，一第一NMOS管可控制地串联于所述第二开关支路上，所述第一NMOS管的栅极连接一第二控制信号，源极连接所述输出端，漏极连接所述第二外部连接端。
6.根据权利要求3所述的新型负电压生成器，其特征在于，一第二NMOS管可控制地串联于所述第三开关支路上，所述第二NMOS管的栅极连接一第三控制信号，源极连接所述接地端，漏极连接所述第一外部连接端。
7.根据权利要求3所述的新型负电压生成器，其特征在于，一第三NMOS管可控制地串联于所述第四开关支路上，所述第三NMOS管的栅极连接一四四控制信号，源极连接所述接地端，漏极连接所述第二外部连接端。
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