CN106371491B - 高电压发生电路、方法、电源控制电路以及电子系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高电压发生电路、方法、电源控制电路以及电子系统，该高电压发生电路应用于电子系统，包括：整形芯片、升压电路和电压比较电路；三者两两连接；整形芯片将时钟信号转换为脉冲信号输出到升压电路，升压电路根据电压比较电路输出的第一控制信号停止输出脉冲信号，根据第二控制信号输出脉冲信号；升压电路与电子系统电源连接，根据输出的脉冲输出一个比电子系统电源高的电压；电压比较电路将当前输出的电压与预设阀值进行比较，若当前输出的电压大于预设阀值输出第一控制信号，若当前输出的电压等于预设阀值输出第二控制信号给整形芯片。本发明的这种高电压发生电路使得电源分割时使用N‑MOS成为可能；并且电路结构简单，成本低。

Description

高电压发生电路、方法、电源控制电路以及电子系统

技术领域

本发明涉及电压转换领域，具体涉及一种高电压发生电路、方法、电源控制电路以及电子系统。

背景技术

当前电子系统通常使用不同电压的电源，而同等电压的电源有时也需要根据时序或者用电模块的要求做不同的分割形成后端电源。电源分割最常用的就是使用MOS管，由于制作工艺本身的特性N-MOS相对于P-MOS的导通电阻要小很多。但是由于N-MOS导通需要有一个高于通过N-MOS电压的高电位存在，P-MOS导通条件是只要满足栅极小于通过的电压就可以导通，而电子系统中没有比电源高很多的电位存在，所以大部分的情况下只能选择P-MOS进行电源分割。然而使用P-MOS进行电源分割时，由于P-MOS的导通电阻的功耗大，形成的压降常常会影响后端电源的不足。

发明内容

本发明提供了一种高电压发生电路、方法、电源控制电路以及电子系统，用于解决不存在比电源高很多的电位，无法使用N-MOS进行电源分割的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种高电压发生电路，该高电压发生电路应用于电子系统中，该高电压发生电路包括：整形芯片、升压电路和电压比较电路；所述整形芯片是一个基于有源放大器的整形电路芯片，所述升压电路包括储能元件电容和具有单向导通性的二极管；所述电压比较电路包括一个基于比较器的电压侦测芯片；

整形芯片与升压电路和电压比较电路分别连接，电压比较电路与升压电路连接；

整形芯片还与电子系统的时钟信号输出端连接，将时钟信号转换为脉冲信号，输出到升压电路，并根据电压比较电路输出的第一控制信号停止输出脉冲信号，以及根据电压比较电路输出的第二控制信号输出脉冲信号；

升压电路还与电子系统的电源连接，根据整形芯片输出的脉冲信号控制输出一个比电子系统的电源电压高的电压；

电压比较电路，将升压电路当前输出的电压与预设阀值进行比较，若当前输出的电压大于预设阀值则输出第一控制信号给整形芯片，若当前输出的电压等于预设阀值则输出第二控制信号给整形芯片。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电源控制电路，该电源控制电路应用于电子系统中，该电源控制电路包括：N-MOS管和本发明一个方面提供的高电压发生电路；

高电压发生电路的输出电压引脚与N-MOS管的栅极连接；

N-MOS管的源极与电子系统的后端电源连接；

N-MOS管的漏极与电子系统的电源连接。

根据本发明的又一个方面，提供了一种电子系统，该电子系统包括本发明另一个方面提供的电源控制电路。

根据本发明的再一个方面，提供了一种高电压发生方法，与前述的高电压发生电路相对应，该方法包括：

接收电子系统的时钟信号并将时钟信号转换为脉冲信号并输出；

根据脉冲信号输出一个比电子系统的电源电压高的电压；

判断当前输出的电压是否大于预设阀值，是则，停止输出脉冲信号，若当前输出的电压等于预设阀值，则输出脉冲信号。

本发明的这种高电压发生电路，能够将系统电源的低电位升压到一个高电位输出，使得在进行电源分割时使用N-MOS成为可能，另外，与现有技术相比本发明的高电压发生电路结构简单，成本低；而且节省空间可以让电子系统制作的尽可能的小。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种高电压发生电路的框图；

图2是本发明一个实施例的一种高电压发生电路的电路图；

图3是本发明一个实施例的另一种高电压发生电路的电路图；

图4是本发明一个实施例的电源控制电路的电路图；

图5是本发明一个实施例的一种电子系统的框图；

图6是本发明一个实施例的一种高电压发生方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的核心思想是，针对电子系统不能使用N-MOS管进行电源控制、分割的现有状况，使用电子系统中已有时钟信号，利用有源放大器增加时钟的能量，然后通过储能元件电容和具有单向导通性的二极管，把系统电源低电位形成高电位。本方案利用电子系统已有的时钟资源，低成本的电子元器件形成高电位，成本低而且节省了空间可以让电子系统制作的尽可能的小。

图1是本发明一个实施例的一种高电压发生电路的框图；

参见图1，本发明的这种高电压发生电路应用于电子系统，该高电压发生电路100包括：整形芯片101、升压电路102和电压比较电路103；整形芯片101与升压电路102和电压比较电路103分别连接，电压比较电路103与升压电路102连接；

整形芯片101还与电子系统的时钟信号输出端连接，将时钟信号转换为脉冲信号，输出到升压电路102；并根据电压比较电路103的输出的第一控制信号停止输出脉冲信号；

升压电路102还与电子系统的电源连接，根据整形芯片101输出的脉冲信号控制输出一个比电子系统的电源电压高的电压；

电压比较电路102，将升压电路102当前输出的电压与预设阀值进行比较，若当前输出的电压大于预设阀值时输出第一控制信号给整形芯片101，若当前输出的电压等于预设阀值时输出第二控制信号给整形芯片101。

本实施例中，通过利用电子系统已有的时钟信号，对该时钟信号进行处理输出脉冲信号，并根据该脉冲信号控制输出一个比系统电源高的电压，达到将系统中已有的低电压电源升压成高电压并输出。另外设置电压比较电路，比较当前输出的电压是否大于预设的一个电压阀值，通过整形芯片控制是否停止输出脉冲信号，即如果当前输出的电压值大于预设值时，输出第一控制信号，控制停止输出脉冲信号，待电压值下降到预设值时输出第二控制信号给整形芯片恢复输出脉冲信号，以此将输出的高电压值维持在预设电压值，将该N-MOS管与输出高电压的引脚连接进行电源控制，这样可以使得电子系统在进行电源控制分割时，使用导通损耗小的N-MOS管，降低功耗损失，减少对系统后端电源的影响。

图2是本发明一个实施例的一种高电压发生电路的电路图，参见图2，本发明的这种电路包括:整形芯片U1、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、输出电压引脚；以及比较器U2、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3和第四分压电阻R4；

整形芯片U1与电子系统的时钟信号输出端(U3的输出端)连接，将小信号时钟转换为矩形脉冲信号输出；

第一电容C1的一端与整形芯片U1的输出端连接；第一电容C1的另一端分别与第一二极管D1的负极以及第二二极管D2的正极连接；

第一二极管D1的正极与电子系统的电源连接；

第二电容C2的一端分别与第二二极管D2的负极以及输出电压引脚连接；第二电容C2的另一端接地；

第一分压电阻R1的一端与电子系统的电源连接，另一端分别与比较器U2的第一输入端和第二分压电阻R2的一端连接；

第二分压电阻R2的另一端接地；第三分压电阻R3的一端与输出电压引脚连接；

第三分压电阻R3的另一端分别与第四分压电阻R4的一端以及比较器U2的第二输入端连接；

第四分压电阻R4的另一端接地；比较器U2的输出端与整形芯片U1的侦测端连接。

参见图2，在本实施例中U1是一个基于有源放大器的整形电路芯片，能够将小信号正弦时钟转换为脉冲信号，U1的侦测引脚(图2中的detect端)侦测到高电平会停止脉冲输出。

U2是一个基于比较器的电压侦测芯片，当侦测到第二输入端大于第一输入端时会输出高电平，U1的侦测端根据该高电平信号停止输出脉冲信号；U3是电子系统已有的芯片可以产生时钟信号并输出到U1。

第一电阻R1与第二电阻R2是系统电源的分压器；第三电阻R3和第四电阻R4是输出电压引脚输出的高电位的分压器。

本实施例的电路中，利用第一电容C1储能，利用第二电容C2进行储能和滤波。D1、D2是单向导通的二极管，起到续流作用，第一二极管D1与第二二极管D2之间的连接点为储能节点。为了描述方便，将系统电源定义为V1，输出电压引脚的预设输出的高电位定义为V2。本发明的这种高电压发生电路的具体工作过程为：

电子系统已有的芯片U3输出的时钟信号经过整形芯片U1转换之后形成矩形脉冲；

当脉冲处于低电位时，由于C1的瞬时导通作用储能节点也处于低电位，同时由于第一二极管D1的单向导通性，系统电源V1通过D1流向储能节点。

当脉冲处于高电位时，第二二极管D2导通，储能节点的电能通过第二二极管D2流向第二电容C2。这样随着输出的高低脉冲不断切换第二电容C2会不断的储存电能，从而在输出电压引脚产生高电位V2。将系统电源V1转换成比系统电源V1高的电压V2并通过输出电压引脚输出。

另外，设第一分压电阻R1与电压侦测芯片U2的第一输入端和第二分压电阻R2的一端连接的连接点为A点，设第三分压电阻R3与第四分压电阻R4的一端以及电压侦测芯片的第二输入端连接的连接点为B点；电子系统的电源电压、输出电压引脚的电压以及第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻的阻值之间满足：A点的电压V1*R2/(R1+R2)等于B点的电压V2*R4/(R3+R4)，以保证V1、V2分压后A点的电压和B点的电压相等。

参见图2，B点经输出电压反馈线接入电压侦测芯片U2的第二输入端，A点接入电压侦测芯片U2的第一输入端，若当前输出高电位大于V2时，U2的第二输入端的电压也会大于第一输入端的电压，此时，U2会输出高电平；U1的侦测端(detect引脚)侦测到高电平之后会停止脉冲输出，若当前输出高电平降到预设的阀值V2时，U2的第一输入端与第二输入端相等，U2输出一个低电平，则U1根据侦测端侦测到低电平则继续输出脉冲信号，这样就把输出电压引脚的电压值维持在预设电压值V2。

图3是本发明一个实施例的另一种高电压发生电路的电路图，参见图3，本实施例中的电路结构与图2的区别仅在于，该高电压发生电路还包括一个限流电阻R5；限流电阻R5的一端与电子系统的电源连接，另一端与第一二极管D1的正极连接，以保护电路。

图3所示电路的工作过程与图2的电路的工作过程类似，因此，图3中电路的原理和工作方式可以参见前述图2部分的相应说明，此处不再赘述。

在本发明的一个实施例中，高电压发生电路能够利用电子系统已有的时钟信号，将低电压系统电源转换为一个高电压输出，使得电子系统可以使用导通电阻较小的N-MOS管进行电源分割和控制，本发明的这种高电压发生电路结构简单，占据电子系统的空间较小；而且使用低成本的电子元器件实现输出高电压的功能，成本较低。

另外，本发明还提供了一种电源控制电路，该电源控制电路包括：N-MOS管和上述的高电压发生电路；

在本发明的一个实施例中，高电压发生电路的输出电压引脚与N-MOS管的栅极连接；N-MOS管的源极与电子系统的后端电源连接；N-MOS管的漏极与电子系统的电源连接。

图4是本发明一个实施例的电源控制电路的电路图,下面结合图4对本发明的这种电源控制电路进行具体说明。

图4是将前述图2或者图3中的电路结构应用于电子系统的电源分割中的一种方式。电源分割可以理解为：对一个电源根据时序或者用电模块的要求做不同的分割，例如，两个用电模块共同使用一个3.3V的电源，而这两个用电模块存在时序上的差别，此时通过N-MOS管作为开关控制一个用电模块先使用该3.3V的电源，另一用电模块后使用该3.3V的电源，可以看作是对该3.3V的电源进行了分割。其中，后使用的这3.3V的电源相对于时序在先使用的3.3V的电源称为后端电源。

参见图4，将图2或者图3中的电路应用到电子系统中，利用N-MOS管对电子系统的电源进行分割的控制过程为：

高电压发生电路的输出电压引脚输出比系统电源V1高的高电压V2，N-MOS的栅极接所述输出高电位V2，当N-MOS管的栅极电压大于源极电压时，N-MOS导通，源极与漏极之间有电流流过。通过高电压发生电路产生的高电位以及N-MOS控制后端电源的开关，以配合时序要求，满足不同用电模块使用需求。

本发明的这种电源控制电路是在本发明提供的高电压发生电路能产生一个比系统电源高的预设高电位的基础上，利用比P-MOS管导通电阻小的N-MOS管对电源进行分割和控制，功耗小，不影响后端电源的使用。

本发明还提供了一种电子系统，图5是本发明一个实施例的一种电子系统的框图，该电子系统500包括图4所示的电源控制电路，该电子系统由于集成了电源控制电路，进行电源控制分割时的功耗少，并且可以让电子系统制作的尽可能的小，从而节省了空间。

本发明又提供了一种高电压发生方法，图6是本发明一个实施例的一种高电压发生方法的流程图；参见图6，该高电压发生方法包括：

步骤S610，接收电子系统的时钟信号并将时钟信号转换为脉冲信号；

该方法应用于电子系统，利用电子系统已有的时钟信号，接收时钟信号并将小信号的正弦时钟进行放大和整形处理，输出矩形脉冲。

步骤S620，根据脉冲信号输出一个比电子系统的电源电压高的电压；

根据脉冲信号的高低，控制输出一个比电子系统的电源高的电压，供后续电路使用。

步骤S630，判断当前输出的电压是否大于预设阀值，是则，停止输出脉冲信号，若当前输出的电压等于预设阀值，则输出脉冲信号。

对当前电路输出的电压进行比较判断，是否大于预设阀值，该预设阀值是一个比系统电源高的一个高电位电压值。如果当前输出的电压大于预设阀值时，停止输出脉冲信号，等待电压值下降到预设阀值时，再继续输出脉冲信号，以将输出电压维持在预设阀值。

本发明的这种高电压发生方法是与前述的高电压发生电路相对应的，该高电压发生方法的具体实现步骤参见前述高电压发生电路部分的相应说明，在此不再赘述。

综上所述，本发明的这种高电压发生电路能够将低电压的电子系统电源转换成高电压并输出，使用价格低廉的电子元件实现了升压的目的，该电路结构简单，因而成本小。并且该高电压发生电路节省了空间，使得电子系统可以制作的非常小。

在本发明提供的这种高电压发生电路的基础上提出了一种电源控制电路，该电源控制电路使用导通电阻小的N-MOS管对电子系统的电源进行分割和控制，功耗少，并且不会对后端电源造成不利影响。

本发明还提供了一种使用上述电源控制电路的电子系统，该电子系统能够使用N-MOS管对电源进行控制和分割，无须使用导通电阻大，功耗大的P-MOS管，具有功耗小的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高电压发生电路，该高电压发生电路应用于电子系统中，其特征在于，所述高电压发生电路包括:整形芯片、升压电路和电压比较电路；所述整形芯片是一个基于有源放大器的整形电路芯片，所述升压电路包括储能元件电容和具有单向导通性的二极管；所述电压比较电路包括一个基于比较器的电压侦测芯片；

所述整形芯片与所述升压电路和电压比较电路分别连接，所述电压比较电路与所述升压电路连接；

所述整形芯片还与所述电子系统的时钟信号输出端连接，将所述时钟信号转换为脉冲信号，输出到升压电路，并根据所述电压比较电路输出的第一控制信号停止输出脉冲信号，以及根据所述电压比较电路输出的第二控制信号输出脉冲信号；

所述升压电路还与所述电子系统的电源连接，根据所述整形芯片输出的脉冲信号控制输出一个比所述电子系统的电源电压高的电压；

所述电压比较电路，将所述升压电路当前输出的电压与预设阀值进行比较，若当前输出的电压大于预设阀值则输出第一控制信号给所述整形芯片，若当前输出的电压等于预设阀值则输出第二控制信号给所述整形芯片。

2.根据权利要求1所述的高电压发生电路，其特征在于，

所述升压电路包括:第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管以及输出电压引脚；

所述电压比较电路包括：比较器、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；

所述第一电容的一端与所述整形芯片的输出端连接；

所述第一电容的另一端分别与所述第一二极管的负极以及所述第二二极管的正极连接；

所述第一二极管的正极与所述电子系统的电源连接；

所述第二电容的一端分别与所述第二二极管的负极以及所述输出电压引脚连接；

所述第二电容的另一端接地；

所述第一分压电阻的一端与所述电子系统的电源连接，另一端分别与所述比较器的第一输入端和所述第二分压电阻的一端连接；

所述第二分压电阻的另一端接地；

所述第三分压电阻的一端与所述输出电压引脚连接；

所述第三分压电阻的另一端分别与所述第四分压电阻的一端以及所述比较器的第二输入端连接；

所述第四分压电阻的另一端接地；

所述比较器的输出端与所述整形芯片的侦测端连接。

3.根据权利要求2所述的高电压发生电路，其特征在于，所述升压电路还包括：限流电阻；

所述限流电阻的一端与所述电子系统的电源连接，另一端与所述第一二极管的正极连接。

4.根据权利要求2所述的高电压发生电路，其特征在于，设所述第一分压电阻与所述电压侦测芯片的第一输入端和所述第二分压电阻的一端连接的连接点为A点，设所述第三分压电阻的与所述第四分压电阻的一端以及所述电压侦测芯片的第二输入端连接的连接点为B点；

所述电子系统的电源电压V1、所述输出电压引脚的电压V2以及所述第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4之间满足：V1*R2/(R1+R2)等于V2*R4/(R3+R4)，即：

所述A点的电压等于B点的电压。

5.一种电源控制电路，该电源控制电路应用于电子系统中，其特征在于，所述电源控制电路包括：N-MOS管和权利要求1至4中任一项所述的高电压发生电路；

所述高电压发生电路的输出电压引脚与所述N-MOS管的栅极连接；

所述N-MOS管的源极与所述电子系统的后端电源连接；

所述N-MOS管的漏极与所述电子系统的电源连接。

6.一种电子系统，其特征在于，所述电子系统包括权利要求5所述的电源控制电路。

7.一种高电压发生方法，其特征在于，与权利要求1所述的高电压发生电路相对应，所述方法包括：

接收电子系统的时钟信号并将所述时钟信号转换为脉冲信号并输出；

根据所述脉冲信号输出一个比所述电子系统的电源电压高的电压；

判断当前输出的电压是否大于预设阀值，是则，停止输出脉冲信号，若当前输出的电压等于预设阀值，则输出脉冲信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接收电子系统的时钟信号并将所述时钟信号转换为脉冲信号并输出包括：

在电路中设置整形芯片，将所述整形芯片的输入端与所述电子系统的时钟信号的输出端连接，将接收的时钟信号转换为脉冲信号并输出；

所述根据所述脉冲信号输出一个比所述电子系统的电源电压高的电压包括：

在电路中设置第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管以及输出电压引脚；

将所述第一二极管的正极与所述电子系统的电源连接；

将所述第一电容的一端与所述整形芯片的输出端连接；

将所述第一电容的另一端分别与所述第一二极管的负极以及所述第二二极管的正极连接；

将所述第二电容的一端分别与所述第二二极管的负极以及所述输出电压引脚连接；

将所述第二电容的另一端接地；

所述判断当前输出的电压是否大于预设阀值，是则，停止输出脉冲信号包括：

在电路中设置比较器、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；

将所述第一分压电阻的一端与所述电子系统的电源连接，另一端分别与所述比较器的第一输入端和所述第二分压电阻的一端连接；

将所述第二分压电阻的另一端接地；

将所述第三分压电阻的一端与所述输出电压引脚连接；

将所述第三分压电阻的另一端分别与所述第四分压电阻的一端以及所述比较器的第二输入端连接；

将所述第四分压电阻的另一端接地；

将所述比较器的输出端与所述整形芯片的侦测端连接；

当所述整形芯片的侦测端侦测到所述比较器的输出端为高电平时，停止输出脉冲信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述脉冲信号输出一个比所述电子系统的电源电压高的电压还包括：设置限流电阻；

将所述限流电阻的一端与所述电子系统的电源连接，另一端与所述第一二极管的正极连接。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，设所述第一分压电阻与所述电压侦测芯片的第一输入端和所述第二分压电阻的一端连接的连接点为A点，设所述第三分压电阻的与所述第四分压电阻的一端以及所述电压侦测芯片的第二输入端连接的连接点为B点；所述电子系统的电源电压V1、所述输出电压引脚的电压V2以及所述第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4之间满足：V1*R2/(R1+R2)等于V2*R4/(R3+R4)，即：

所述A点的电压等于B点的电压。