專利名稱：一種實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子通信技術領域，更具體地說，涉及一種電荷泵。
背景技術：
在電子通信技術中，很多控制電路都需要使用正、負雙電源，特別是在電子產品中，往往需要正負電源或幾種不同電壓供電。對電池供電的便攜式產品來說,增加電池數量必然影響產品的體積及重量，而采用電壓反轉式電路則可以在便攜式產品中省去一組電池。一般負電源也可用于給運放或液晶的背光提供偏置電壓，這些場合需要有足夠低的電壓輸出，其輸出的電流都很小，通常只有幾毫安到十毫安。而傳統產生負電源的方法可以通過DC/DC電源芯片產生負電源，但這些芯片一般都需要電感，不利于電路體積的小型化和電路的簡化；也有一些方法采用IC可以代替電感產生負電壓，但這些IC的價格相對比較聞，導致生廣成本的提聞。現階段也有能產生負電源的簡化電路，如圖1所示，該電路由正電壓轉換為負電壓，但是該電路輸出電壓僅僅是由正電壓轉為負電壓，并沒有實現輸出電壓幅度的升高。因此該電路對于3.3V和5V的供電系統而言，此輸出電壓給運放提供的電源電壓太低，更不適用于給液晶的背光提供偏置電壓。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供一種實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，該電荷泵不需要電感元件且所需的電器元件數量少，則可簡化電荷泵的電路并降低生產成本，使得電路體積小型化并適用于便攜式應用產品，該電荷泵特別適合3.3V和5V的供電系統使用。 為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現:一種實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:包括:信號輸入電路；用于將所述信號輸入電路的輸入信號相位反轉的反相電路；用于將正電壓轉換為兩倍負電壓的電壓轉換電路；用于控制所述電壓轉換電路中電容器的充電和放電的開關電路；以及輸出電路；所述信號輸入電路的輸出端通過反相電路與開關電路連接，所述開關電路的輸出依次連接電壓轉換電路和輸出電路。在上述方案中，電荷泵的電容先貯存能量，然后通過開關電路的控制釋放能量以獲得所需的輸出電壓。本發明的電荷泵采用的電器元件數量少使得可簡化電荷泵的電路，從而實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的輸出，降低電荷泵的生產成本；同時，輸出電流能達到10毫安，滿足給運放供電和給液晶的背光提供偏置電壓。
所述電壓轉換電路由電容和PIN 二極管連接組成。更具體地說，所述電壓轉換電路由電容和PIN 二極管連接組成是指電容一、PIN 二極管二和電容二依次連接，電容一和PIN二極管二之間連接有PIN二極管一；所述電容二與PIN 二極管二之間通過PIN 二極管三與輸出電路連接；所述電容一另一端連接在信號輸入電路和反相電路的連接處。所述開關電路由N型MOS晶體管和P型MOS晶體管連接組成；所述N型MOS晶體管的柵極和P型MOS晶體管的柵極均與反相電路的輸出端連接；所述N型MOS晶體管的漏極和P型MOS晶體管的漏極均與電壓轉換電路連接；所述N型MOS晶體管的襯底和源極與電源連接；所述P型MOS晶體管的襯底和源極與電壓轉換電路連接。所述N型MOS晶體管的漏極和P型MOS晶體管的漏極均與電壓轉換電路連接是指N型MOS晶體管的漏極和P型MOS晶體管的漏極均與電壓轉換電路的電容二的一端連接；所述P型MOS晶體管的襯底和源極與電壓轉換電路連接是指P型MOS晶體管的襯底和源極連接在電壓轉換電路的電容一與PIN 二極管二之間。所述反相電路由邏輯芯片構成的反相器與外圍電路連接組成，或者反相電路由PNP三極管與外圍電路連接組成。所述反相電路由PNP型三極管與外圍電路連接組成是指PNP型三極管的基極與電阻三與電阻四的并聯端連接，發射極與電源連接，集電極通過串聯電阻五接地。所述信號輸入電路為由斯密特觸發器產生方波信號的電路，或者信號輸入電路為由微控制器產生PWM信號的電路。 所述與電壓轉換電路連接的輸出電路為輸出整流電路。
本發明電荷泵的電容先貯存能量，然后通過開關電路的控制釋放能量以獲得所需的輸出電壓。本發明電荷泵的工作原理:本發明的電荷泵由信號輸入電路、反相電路、電壓轉換電路、開關電路和輸出電路組成。設二極管正向導通降壓為Vf，輸入方波的幅度是V。。。(I)當信號輸入電路輸出的脈沖為正半周期，輸入的正電壓向電壓轉換電路中的電容一 Cl充電，Cl先貯存能量，其兩端的電壓為Va=Vcx-Vf ；同時，信號輸入電路輸出的正半周期脈沖經反相電路反相后控制開關電路中的N型MOS晶體管Q2導通，P型MOS晶體管Ql閉合，則N型MOS晶體管Q2與電壓轉換電路中的電容二 C2、PIN 二極管二 D2和PIN 二極管一 Dl回路導通，則電容二 C2充電，其兩端的電壓為VC2=Vee-2Vf ;此時，電容一 Cl與PIN 二極管二 D2之間A點的電壓Va為Vf, N型MOS晶體管Q2與電容二 C2之間B點的電壓Vb為
Vcc (2)當信號輸入電路輸出的脈沖為負半周期，電容一 Cl兩端電壓不能突變并放電，則電容一 Cl與PIN 二極管二 D2之間A點的電壓Va為-(Vee-Vf)。信號輸入電路輸出的負半周期脈沖經反相電路反相后控制開關電路中的P型MOS晶體管Ql導通，N型MOS晶體管Q2閉合，此時N型MOS晶體管Q2與電容二 C2之間B點的電壓Vb=Va=- (Vcc-Vf)；電容二 C2兩端電壓不能突變并放電，則電容二 C2與PIN 二極管三D3之間C點電壓Vc=VB-VC2=-2Vee+3Vf。最后輸出整流電路的輸出電壓為Vtl=Vc-Vf=I (Vcc-Vf)，即Vci=IVcit5與現有技術相比，本發明具有如下優點與有益效果:1、本發明的電荷泵電路采用的電器元件數量少使得可簡化電荷泵的電路，從而實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的輸出，可避免使用價格較高的電源芯片，降低電荷泵的生產成本。2、本發明的電荷泵特別適合3.3V和5V的供電系統使用，滿足給運放供電和給液晶的背光提供偏置電壓。3、本發明電荷泵電路體積小型化并適用于便攜式應用產品，如蜂窩式電話、尋呼機、藍牙系統等便攜式電子設備；對采用電池供電的便攜式電子產品來說，采用本發明的電荷泵來獲得兩倍負電源，不僅僅減少電池的數量、減少產品的體積、重量，并且在減少能耗和延長電池壽命等方面起到極大的作用。


圖1是現有的由正電壓轉換為負電壓的電路圖；圖2是本發明電荷泵的電路圖；圖3是本發明電荷泵反相電路的電路圖；圖4是本發明電荷泵的信號輸入電路為由斯密特觸發器產生方波信號電路的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的描述。實施例一 本實施例以采用的反相電路由PNP三極管與外圍電路連接組成，采用信號輸入電路為由斯密特觸發器產生方波信號的電路為例對以下進行說明。本發明實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵包括:信號輸入電路、用于將所述信號輸入電路的輸入信號相位反轉的反相電路、用于將正電壓轉換為兩倍負電壓的電壓轉換電路、用于控制所述電壓轉換電路中電容器的充電和放電的開關電路以及輸出整流電路，其中，信號輸入電路的輸出端通過反相電路與開關電路連接，開關電路的輸出依次連接電壓轉換電路和輸出整流電路。本發明電荷泵的電路圖如圖2所示，電壓轉換電路由電容和PIN 二極管連接組成，電容一 C1、PIN 二極管二 D2和電容二 C2依次連接，電容一 Cl和PIN 二極管二 D2之間連接有PIN 二極管一 D1，電容二 C2與PIN 二極管二 D2之間通過PIN 二極管三D3與輸出電路連接；電容一 Cl另一端則連接在信號輸入電路和反相電路的連接處。開關電路由N型MOS晶體管Q2和P型MOS晶體管Ql連接組成，N型MOS晶體管Q2的柵極和P型MOS晶體管Ql的柵極均與反相電路的輸出端連接；N型MOS晶體管Q2的漏極和P型MOS晶體管Ql的漏極均與電壓轉換電路中的電容二 C2的一端連接；N型MOS晶體管Q2的襯底和源極與電源連接；P型MOS晶體管Ql的襯底和源極連接在電壓轉換電路的電容一 Cl與PIN 二極管二D2之間。如圖3所示，電荷泵的反相電路由PNP三極管與外圍電路連接組成。其中，PNP型三極管Q3的基極與電阻三R3與電阻四R4的并聯端連接，其發射極與電源連接，其集電極通過串聯電阻五R5接地。如圖4所示，信號輸入電路為由斯密特觸發器產生方波信號的電路。本發明電荷泵的電容先貯存能量，然后通過開關電路的控制釋放能量以獲得所需的輸出電壓。本發明電荷泵的工作原理:本發明的電荷泵由信號輸入電路、反相電路、電壓轉換電路、開關電路和輸出電路組成。設二極管正向導通降壓為Vf，輸入方波的幅度是V。。。(I)當信號輸入電路輸出的脈沖為正半周期，輸入的正電壓向電壓轉換電路中的電容一 Cl充電，Cl先貯存能量，其兩端的電壓為Va=Vcx-Vf ；同時，信號輸入電路輸出的正半周期脈沖經反相電路反相后控制開關電路中的N型MOS晶體管Q2導通，P型MOS晶體管Ql閉合，則N型MOS晶體管Q2與電壓轉換電路中的電容二 C2、PIN 二極管二 D2和PIN 二極管一 Dl回路導通，則電容二 C2充電，其兩端的電壓為VC2=Vee-2Vf ;此時，電容一 Cl與PIN 二極管二 D2之間A點的電壓Va為Vf, N型MOS晶體管Q2與電容二 C2之間B點的電壓Vb為
Vcc (2)當信號輸入電路輸出的脈沖為負半周期，電容一 Cl兩端電壓不能突變并放電，則電容一 Cl與PIN 二極管二 D2之間A點的電壓Va為-(Vee-Vf)。信號輸入電路輸出的負半周期脈沖經反相電路反相后控制開關電路中的P型MOS晶體管Ql導通，N型MOS晶體管Q2閉合，此時N型MOS晶體管Q2與電容二 C2之間B點的電壓Vb=Va=- (Vcc-Vf)；電容二 C2兩端電壓不能突變并放電，則電容二 C2與PIN 二極管三D3之間C點電壓Vc=VB-VC2=-2Vee+3Vf。最后輸出整流電路的輸出電壓為Vtl=Vc-Vf=I (Vcc-Vf)，即Vci=IVcit5令C1=C2=C，信號輸入電路方波信號的頻率為f，則電荷泵電路的輸出阻抗為
權利要求
1.一種實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:包括: 信號輸入電路； 用于將所述信號輸入電路的輸入信號相位反轉的反相電路； 用于將正電壓轉換為兩倍負電壓的電壓轉換電路； 用于控制所述電壓轉換電路中電容器的充電和放電的開關電路； 以及輸出電路； 所述信號輸入電路的輸出端通過反相電路與開關電路連接，所述開關電路的輸出依次連接電壓轉換電路和輸出電路。
2.根據權利要求1所述的實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:所述電壓轉換電路由電容和PIN 二極管連接組成。
3.根據權利要求2所述的實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:所述電壓轉換電路由電容和PIN 二極管連接組成是指電容一、PIN 二極管二和電容二依次連接，電容一和PIN二極管二之間連接有PIN二極管一；所述電容二與PIN二極管二之間通過PIN 二極管三與輸出電路連接；所述電容一另一端連接在信號輸入電路和反相電路的連接處。
4.根據權利要求3所述的實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:所述開關電路由N型MOS晶體管和P型MOS晶體管連接組成；所述N型MOS晶體管的棚極和P型MOS晶體管的柵極均與反相電路的輸出端連接；所述N型MOS晶體管的漏極和P型MOS晶體管的漏極均與電壓轉換電路連接；所述N型MOS晶體管的襯底和源極與電源連接；所述P型MOS晶體管的襯底和源極與電壓轉換電路連接。
5.根據權利要求4所述的實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:所述N型MOS晶體管的漏極和P型MOS晶體管的漏極均與電壓轉換電路連接是指N型MOS晶體管的漏極和P型MOS晶體管的漏極均與電壓轉換電路的電容二的一端連接；所述P型MOS晶體管的襯底和源極與電壓轉換電路連接是指P型MOS晶體管的襯底和源極連接在電壓轉換電路的電容一與PIN 二極管二之間。
6.根據權利要求1所述的實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:所述反相電路由邏輯芯片構成的反相器與外圍電路連接組成，或者反相電路由PNP三極管與外圍電路連接組成。
7.根據權利要求6述的實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:所述反相電路由PNP型三極管與外圍電路連接組成是指PNP型三極管的基極與電阻三與電阻四的并聯端連接，發射極與電源連接，集電極通過串聯電阻五接地。
8.根據權利要求1所述的實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:所述信號輸入電路為由斯密特觸發器產生方波信號的電路，或者信號輸入電路為由微控制器產生PWM信號的電路。
9.根據權利要求1所述的實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，其特征在于:所述與電壓轉換電路連接的輸出電路為輸出整流電路。
全文摘要
本發明提供一種實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的電荷泵，該電荷泵包括信號輸入電路，用于將所述信號輸入電路的輸入信號相位反轉的反相電路，用于將正電壓轉換為兩倍負電壓的電壓轉換電路，用于控制所述電壓轉換電路中電容器的充電和放電的開關電路以及輸出電路；所述信號輸入電路的輸出端通過反相電路與開關電路連接，所述開關電路的輸出依次連接電壓轉換電路和輸出電路。本發明的電荷泵電路采用的電器元件數量少使得可簡化電荷泵的電路，從而實現由正電壓轉換為兩倍負電壓的輸出，可避免使用價格較高的電源芯片，降低電荷泵的生產成本。該電荷泵特別適合3.3V和5V的供電系統使用，滿足給運放供電和給液晶的背光提供偏置電壓。
文檔編號H02M3/07GK103248220SQ20131016932
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月9日 優先權日2013年5月9日
發明者潘儉斌 申請人:廣東寬普科技股份有限公司