专利名称：输出正负电压的电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子领域，具体而言，涉及一种输出正负电压的电源系统。
背景技术：
电源是电子产品中重要的组成部分。电子产品中使用更少的电源以简化供电要求是目前的技术趋势。然而在一些特殊的电子应用场合下，还需要使用多个电源进行供电，特别是在某些应用下，必须使用正负电源同时供电。现有同时使用的正负电源的电子应用包括:传统电话的局端接口电路、液晶显示、OLED (Organic Light-Emitting Diode)显不、CCD (Charge Coupled Device,电荷稱合器件)偏置、功率放大电路和仪器仪表模拟输入的前端部分。除仪器仪表的前端模拟部分外，其它都是大规模的电源应用，已有大量专门的成熟的商品化产品出现。针对仪器仪表的前端模拟部分由于测试的特殊要求，一般使用分立电源电路组合实现正负电源。现有的提供正负电源的电源芯片和电源电路是采用升压型的DC-DC转换器输出正电源和负电源。采用升压型转换器必须要求，输入电压与输出电压之间存在一定的负压差，也就是对于正电压部分，必须输入电压要小于输出电压，这是由于目前的双电源输出电路结构在输入输出电压高低关系不明确时无法使用，例如在输入是可能在4.5V 5.5V范围内变化、输出要求稳定5V的情况下无法直接使用现有技术中的升压型电源转换器。另外现有技术中的升压型电源转换器的输出电压噪声加大，在要求低噪声、电压稳定的电子产品中，使用该转换器是还需要附加配置电源净化电路，提高了电路的复杂程度。针对现有技术中输出正负电源的升压型电源转换器对无法应用于输入电压与输出电压接近场合的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种输出正负电压的电源系统，以解决现有技术中输出正负电源的升压型电源转换器对无法应用于输入电压与输出电压接近场合的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种输出正负电压的电源系统。该输出正负电压的电源系统包括:反相电压转换器，用于将输入正电源翻转为负电源；电压翻转电路，与反相电压转换器连接，用于将负电源转换为翻转正电源；正电压稳压器，与电压翻转电路连接，用于将翻转正电源转换为第一输出电源，并输出；负电压稳压器，与反相电压转换器连接，用于将负电源转换为第二输出电源，并输出；其中，第一输出电源为大小为第一目标电压的正电源，第二输出电源为大小为第二目标电压的负电源。进一步地，本发明提供的输出正负电压的电源系统还包括:反馈电路。该反馈电路，与正电压稳压器和负电压稳压器分别连接，用于根据第一压差和第二压差向反相电压转换器输出第三反馈信号；反相电压转换器还用于根据第三反馈信号控制负电源和翻转正电源的电压，其中，第一压差为翻转正电源与第一输出电源的电压差，第二压差为负电源与第二输出电源的电压差。进一步地，上述反馈电路包括:第一放大器、第二放大器、第三放大器，其中，第一放大器，用于采集第一压差，并根据第一压差向第三放大器发送第一反馈信号，第二放大器，用于采集第二压差，并根据第二压差向第三放大器发送第二反馈信号，第三放大器，用于采集第一反馈信号和第二反馈信号，并根据第一反馈信号和第二反馈信号向反相电压转换器输出第三反馈信号。进一步地,第一放大器和第二放大器均为差分放大器，该第一放大器的正向差分输入端连接正电压稳压器的输出端，第一放大器的反向差分输入端连接正电压稳压器的输入端；第二放大器的反向差分输入端连接负电压稳压器的输出端，第二放大器的正向差分输入端连接负电压稳压器的输入端。进一步地，第一放大器和第二放大器输出均为限幅输出，其中，当第一压差大于或等于第一预设压差时，第一放大器的输出饱和，当第二压差大于或等于第二预设压差时，第二放大器的输出饱和。进一步地,第三放大器的第一输入端与第一放大器的输出端连接，用于接收第一反馈信号；第三放大器的第二输入端与第二放大器的输出端连接，用于接收第二反馈信号；第三放大器还用于对第一反馈信号和第二反馈信号进行累加以得到反馈信号累加和，并根据反馈信号累加和向反相电压转换器输出第三反馈信号。进一步地，上述反相电压转换器包括正电压输入端、输出电压反馈端、补偿输入端和开关输出端，其中，补偿输入端与反馈电路连接，用于接收第三反馈信号；正电压输入端连接输入正电源；输出电压反馈端，与负电压稳压器的输入端连接，用于输出负电源；开关输出端，通过第一电感器连接第一节点，用于输出反相电压转换器的开关信号，其中，第一节点为正电压稳压器的公共端和负电压稳压器的公共端的连接节点。进一步地，电压翻转电路为电荷泵结构的开关电源电路，其中，该电压翻转电路的输入端连接开关输出端，该电压翻转电路的输出端连接正电压稳压器，该电压翻转电路的公共端连接第一节点。进一步地，电压翻转电路包括第一电容、第一二极管、第二二极管，其中第一电容的第一端为该电压翻转电路的输入端，第一二极管的阴极端为该电压翻转电路的输出端，第二二极管的阳极端为该电压翻转电路的公共端，第一电容的第二端、第一二极管的阳极端和第二二极管的阴极端连接于第二节点。进一步地，正电压稳压器和负电压稳压器均使用三端集成稳压器。应用本发明的技术方案，本发明的技术方案采用将输入电源先翻转到负电压，再翻转回正电压的结构。而且这种反转电路结构不受到输入输出电压的限制，在输入电压与要求的输出电压接近时可以正常使用，不需要考虑输入与输出之间的升降压关系，结构简单、电路成本低。
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:图1是根据本发明实施例的输出正负电压的电源系统的示意图2是根据本发明实施例的输出正负电压的电源系统的反馈电路的示意图；图3是根据本发明实施例的输出正负电压电源系统的电压翻转电路的示意图；图4是根据本发明实施例的输出正负电压的电源系统的一种具体电路的原理图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。本发明实施例提供了一种输出正负电压的电源系统，图1是根据本发明实施例的输出正负电压的电源系统的示意图，如图1所示，该输出正负电压的电源系统包括:反相电压转换器11、电压翻转电路12、正电压稳压器13和负电压稳压器14，电压翻转电路12的输入与反相电压转换器11的输出连接，正电压稳压器13的输入与电压翻转电路12的输出连接，负电压稳压器14的输入与反相电压转换器11的输出连接，其中，反相电压转换器11用于将输入正电源翻转为负电源，电压翻转电路12用于将负电源转换为翻转正电源，正电压稳压器13用于将翻转正电源转换为第一输出电源，并输出；负电压稳压器14用于将负电源转换为第二输出电源，并输出。其中，第一输出电源为大小为第一目标电压的正电源，第二输出电源为大小为第二目标电压的负电源。本发明实施例的输出正负电压的电源系统采用将输入电源先翻转到负电压，再翻转回正电压的结构。而且这种反转电路结构利用反相电压转换器11调节其输出电压，从而使输出正负电压的电源系统不受到输入输出电压的限制，在输入电压与要求的输出电压接近时可以正常使用，不需要考虑输入与输出之间的升降压关系，结构简单、电路成本低。为了保证上述正电压稳压器13和负电压稳压器14的工作条件，本实施例的输出正负电压的电源系统还可以包括:反馈电路。该反馈电路与正电压稳压器13和负电压稳压器14的输入端和输出端分别连接。该反馈电路根据正电压稳压器13和负电压稳压器14的电路信号，向反相电压转换器11发送反馈信号，以便反相电压转换器11能够调节负电源的电压，保证实施例的输出正负电压的电源系统输出符合要求的电源。该反馈电路用于根据第一压差和第二压差向反相电压转换器输出第三反馈信号；反相电压转换器还用于根据第三反馈信号控制负电源和翻转正电源的电压，其中，第一压差为翻转正电源与第一输出电源的电压差，第二压差为负电源与第二输出电源的电压差。图2示出了根据本发明实施例的输出正负电压的电源系统的反馈电路的一种具体形式，该反馈电路包括:第一放大器Al、第二放大器A2、第三放大器A3。在电路当中，第一放大器Al,用于米集第一压差VI,并根据第一压差Vl向第三放大器A3发送第一反馈信号，第二放大器A2，用于采集第二压差V2，并根据第二压差V2向第三放大器A3发送第二反馈信号，第三放大器A3，用于采集第一反馈信号和第二反馈信号，并根据第一反馈信号和第二反馈信号向反相电压转换器11输出第三反馈信号。上述第一放大器Al和第二放大器A2可以具体选择使用差分放大器，该第一放大器Al的正向差分输入端连接正电压稳压器13的输出端,第一放大器Al的反向差分输入端连接正电压稳压器13的输入端；第二放大器A2的反向差分输入端连接负电压稳压器14的输出端，第二放大器A2的正向差分输入端连接负电压稳压器14的输入端。具体地，一般正电压稳压器和负电压稳压器需要输入端和输出端需要满足一般的压差关系，也就是正电压稳压器和负电压稳压器均为降压型稳压器。在这种情况下，上述反馈电路的工作原理为:预先为第一放大器Al和第二放电器A2设置预设的工作压差，即为第一放大器设置第一预设压差VD1，为第二放大器设置第二预设压差VD2。当第一压差Vl小于第一预设压差VDl时，第一反馈信号是一个与VDl-Vl的值线性相关的信号，即第一反馈信号的幅值与VDl-Vl线性相关。类似地，当第二压差V2小于第二预设压差VD2时，第二反馈信号是一个与VD2-V2的值线性相关的信号，即第二反馈信号的幅值与VD2-V2线性相关。在第一压差Vl和第二压差V2已经满足正电压稳压器13和负电压稳压器14的工作条件的情况下，可以限值第一放大器Al和第二放大器A2的输出幅值，也就是限制第一反馈信号和第二反馈信号的幅值，此时，第一放大器Al、第二放大器A2输出均为限幅输出，其中，当第一压差Vl大于或等于第一预设压差VDl时，第一放大器Al的输出饱和，当第二压差V2大于或等于第二预设压差VD2时，第二放大器A2的输出饱和。第三放大器A3的作用是将第一反馈信号和第二反馈信号进行处理，以使反相电压转换器11调整其输出，即调整负电源的电压，而翻转正电源的电压与负电源的电压直接相关，因此，反相电压转换器11控制负电源的电压以保证正电压稳压器13和负电压稳压器14的工作条件。第三放大器A3的具体结构可以是:第三放大器A3的第一输入端与第一放大器Al的输出端连接,用于接收第一反馈信号；第三放大器A3的第二输入端与第二放大器A2的输出端连接，用于接收第二反馈信号。第三放大器A3的电路特性是:对第一反馈信号和第二反馈信号进行累加以得到反馈信号累加和V1+V2，并根据反馈信号累加和向反相电压转换器11输出第三反馈信号，从而第三反馈信号直接反映了第一压差Vl和第二压差V2，反馈电路的反馈控制环路可以满足正电压稳压器13和负电压稳压器14的工作条件。第一放大器Al和第二放大器A2输出可以均为限幅输出，其中，当第一压差Vl大于或等于第一预设压差VDl时，第一放大器Al的输出饱和，当第二压差V2大于或等于第二预设压差VD2时，第二放大器A2的输出饱和。第三放大器A3在当第一放大器Al或第二放大器A2任意一路的输出饱和，而另一路保持正常范围输出时，第三放大器A3保持比例输出。在第一放大器Al和第二放大器A2两路的输出均饱和时，第三放大器A3也可以设置为输出饱和。以上第一放大器Al、第二放大器A2、第三放大器A3均可以使用现有的运算放电电路实现，只要其输入输出特性满足以上功能即可。其中第一预设压差VDl和第二预设压差VD2可以根据正电压稳压器13和负电压稳压器14的工作参数进行设置。反相电压转换器11可以使用集成的电源反转芯片，也可以使用分立电路进行搭建，具体地，该反相电压转换器11可以包括正电压输入端Vi+、输出电压反馈端Vout、补偿输入端CC和开关输出端LX，其中，补偿输入端CC与反馈电路连接，具体为补偿输入端CC连接第三放大器A3的输出端，用于接收第三反馈信号；正电压输入端Vi+连接输入正电源；输出电压反馈端Vout与负电压稳压器14的输入端连接，用于输出负电源；开关输出端LX，通过第一电感器连接第一节点，用于输出反相电压转换器11的开关信号，其中，第一节点为正电压稳压器13的公共端和负电压稳压器14的公共端的连接节点。本发明实施例的输出正负电压的电源系统优选米用一种电荷泵结构的开关电源电路作为电压翻转电路12,将负电压电源再次翻转为正电压电源，以输出正电压。图3是本发明实施例的输出正负电压电源系统的电压翻转电路的示意图，该电压翻转电路包括第一电容Cl、第一二极管D1、第二二极管D2，其中第一电容Cl的第一端为该电压翻转电路12的输入端，第一二极管Dl的阴极端为该电压翻转电路12的输出端，第二二极管D2的阳极端为该电压翻转电路12的公共端，第一电容Cl的第二端、第一二极管Dl的阳极端和第二二极管D2的阴极端连接于第二节点，电压翻转电路12的输入端连接开关输出端LX，该电压翻转电路12的输出端连接正电压稳压器13，该电压翻转电路12的公共端连接第一节点。本实施例中的正电压稳压器和所述负电压稳压器可以选用三端集成稳压器，这种集成稳压器的运用范围较广，成本较低。具体的型号可以根据输出电压进行选择，例如输出±3V时，可以选用78L03和79L03，在输出±5V时，可以选用78L05和79L05。下面结合本实施例的一种具体电路的电路图，对本实施例的输出正负电压的电源系统的工作工程进行说明。图4是本发明实施例的输出正负电压的电源系统的一种具体电路的原理图，该电路使用MAX735芯片作为反相电压转换器11实现±3V的电源输出。图4中MAX735为电感储能的翻转电源，其输出电压受第三放大器A3输出的第三反馈信号的控制；78L03和79L03分别是正电压和负电压的三端集成稳压器，电阻Rl和电阻R2用来设置正电压稳压器13的输出电压，电阻R3和电阻R4用来设置负电压稳压器14的输出电压。第一放大器Al和第二放大器A2分别用来检查在78L03和79L03输入输出端上的压差与预置的工作压差VD的差异。第一放大器Al、第二放大器A2、第三放大器A3全部都是输出限幅的放大器，其特性设计为当第一放大器Al和第二放大器A2检测到压差大于预设压差VD时，其输出饱和，当压差接近和小于VD时，输出一个与压差与VD的差值成比例的反馈信号，第三放大器A3则把第一放大器Al和第二放大器A2的输出加和后输出以控制MAX735的输出电压，其中第三放大器A3当第一放大器Al或第二放大器A2任意一路饱和，另一路保持正常范围输出时保持比例输出。以上控制环路保证了 MAX735的输出电压能满足78L03和79L03的最低压差要求，而78L03和79L03各自控制自己的输出。图中MAX735的其它管脚的含义为=Vref为参考电压输出，输出一个1.23V的参考电压，SS为软起动端。本发明采用一个电感储能结构的开关电源实现极性翻转的负电源输出，然后利用电荷泵结构开关电源把负电源翻转到正极性输出，电路结构比现有技术简单。同时由于这种翻转结构，当输入、输出电压接近时不需要考虑使用升降压。另外，结合仪器仪表应用的特点，电路里面可以插入净化环节，进一步简化了整个电源系统的设计。另外以上电路仅为本实施例的一种具体实现形式，实际上电路中所使用的芯片器件均可以使用其它功能的电路芯片或者分立器件搭建的电路来实现。应用本发明的技术方案，本发明的技术方案采用将输入电源先翻转到负电压，再翻转回正电压的结构。而且这种反转电路结构不受到输入输出电压的限制，在输入电压与要求的输出电压接近时可以正常使用，不需要考虑输入与输出之间的升降压关系，结构简单、电路成本低。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种输出正负电压的电源系统，其特征在于，包括: 反相电压转换器，用于将输入正电源翻转为负电源； 电压翻转电路，与所述反相电压转换器连接，用于将所述负电源转换为翻转正电源； 正电压稳压器，与所述电压翻转电路连接，用于将所述翻转正电源转换为第一输出电源，并输出； 负电压稳压器，与所述反相电压转换器连接，用于将所述负电源转换为第二输出电源，并输出； 其中，所述第一输出电源为大小为第一目标电压的正电源，所述第二输出电源为大小为第二目标电压的负电源。
2.根据权利要求1所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于，还包括:反馈电路， 所述反馈电路，与所述正电压稳压器和所述负电压稳压器分别连接，用于根据第一压差和第二压差向所述反相电压转换器输出第三反馈信号； 所述反相电压转换器还用于根据所述第三反馈信号控制所述负电源和所述翻转正电源的电压， 其中，所述第一压差为所述翻转正电源与所述第一输出电源的电压差，所述第二压差为所述负电源与所述第二输出电源的电压差。
3.根据权利要求2所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于，所述反馈电路包括:第一放大器、第二放大器、第三放大器，其中， 所述第一放大器，用于采集第一压差，并根据所述第一压差向所述第三放大器发送第一反馈信号， 所述第二放大器，用于采集第二压差，并根据所述第二压差向所述第三放大器发送第二反馈信号， 所述第三放大器，用于采集所述第一反馈信号和所述第二反馈信号，并根据所述第一反馈信号和所述第二反馈信号向所述反相电压转换器输出所述第三反馈信号。
4.根据权利要求3所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器均为差分放大器，该第一放大器的正向差分输入端连接所述正电压稳压器的输出端，所述第一放大器的反向差分输入端连接所述正电压稳压器的输入端；所述第二放大器的反向差分输入端连接所述负电压稳压器的输出端，所述第二放大器的正向差分输入端连接所述负电压稳压器的输入端。
5.根据权利要求4所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器输出均为限幅输出，其中，当所述第一压差大于或等于第一预设压差时，所述第一放大器的输出饱和，当所述第二压差大于或等于第二预设压差时，所述第二放大器的输出饱和。
6.根据权利要求3所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于， 所述第三放大器的第一输入端与所述第一放大器的输出端连接，用于接收所述第一反馈信号； 所述第三放大器的第二输入端与所述第二放大器的输出端连接，用于接收所述第二反馈信号； 所述第三放大器还用于对所述第一反馈信号和所述第二反馈信号进行累加以得到反馈信号累加和，并根据所述反馈信号累加和向所述反相电压转换器输出所述第三反馈信号。
7.根据权利要求2所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于，所述反相电压转换器包括正电压输入端、输出电压反馈端、补偿输入端和开关输出端，其中， 所述补偿输 入端与所述反馈电路连接，用于接收所述第三反馈信号； 所述正电压输入端连接所述输入正电源；所述输出电压反馈端，与所述负电压稳压器的输入端连接，用于输出所述负电源； 所述开关输出端，通过第一电感器连接第一节点，用于输出所述反相电压转换器的开关信号，其中，所述第一节点为所述正电压稳压器的公共端和所述负电压稳压器的公共端的连接节点。
8.根据权利要求7所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于，所述电压翻转电路为电荷泵结构的开关电源电路，其中，该电压翻转电路的输入端连接所述开关输出端，该电压翻转电路的输出端连接所述正电压稳压器，该电压翻转电路的公共端连接所述第一节点。
9.根据权利要求8所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于，所述电压翻转电路包括第一电容、第一二极管、第二二极管，其中所述第一电容的第一端为该电压翻转电路的输入端，所述第一二极管的阴极端为该电压翻转电路的输出端，所述第二二极管的阳极端为该电压翻转电路的公共端，所述第一电容的第二端、所述第一二极管的阳极端和所述第二二极管的阴极端连接于第二节点。
10.根据权利要求1所述的输出正负电压的电源系统，其特征在于，所述正电压稳压器和所述负电压稳压器均使用三端集成稳压器。
全文摘要
本发明提供了一种输出正负电压的电源系统。该输出正负电压的电源系统包括反相电压转换器，用于将输入正电源翻转为负电源；电压翻转电路，与反相电压转换器连接，用于将负电源转换为翻转正电源；正电压稳压器，与电压翻转电路连接，用于将翻转正电源转换为第一输出电源，并输出；负电压稳压器，与反相电压转换器连接，用于将负电源转换为第二输出电源，并输出；其中，第一输出电源为大小为第一目标电压的正电源，第二输出电源为大小为第二目标电压的负电源。本发明的电源系统不受到输入输出电压的限制，在输入电压与要求的输出电压接近时可以正常使用，不需要考虑输入与输出之间的升降压关系，结构简单、电路成本低。
文档编号H02M1/10GK103178697SQ201310066320
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者姚若亚, 谭磊 申请人:圣邦微电子(北京)股份有限公司