一种正负电压产生电路制造技术

本发明专利技术公开了一种正负电压产生电路，其与外接电源和负载电路连接，该正负电压产生电路由至少两组结构单元按照相同方向串联构成，能够输出若干组正、负电源。其中，结构单元由一个电压限制器与一个电容器并联组成；第一组结构单元中的电压限制器的负极与外接电源的正极连接，最后一组结构单元中的电压限制器的正极与外接电源的负极连接；负载电路的地信号与电容器零电位端连接，电容器零电位端为任一相邻电容器之间的连接端点，除电容器零电位端以外的其它与负载电路连接的电容器端点为电容器电位端；外接电源的负极与电容器零电位端不共地。本发明专利技术使用功率较小的无源器件进行搭建，降低成本，节省尺寸，适用范围更广，实现简单，可靠性非常高。

A Positive and Negative Voltage Generating Circuit

The invention discloses a positive and negative voltage generating circuit, which is connected with an external power supply and a load circuit. The positive and negative voltage generating circuit consists of at least two groups of structural units in series in the same direction, and can output several groups of positive and negative power sources. The structure unit consists of a voltage limiter in parallel with a capacitor; the negative pole of the voltage limiter in the first group is connected with the positive pole of the external power supply; the positive pole of the voltage limiter in the last group is connected with the negative pole of the external power supply; the ground signal of the load circuit is connected with the zero potential terminal of the capacitor, and the zero potential terminal of the capacitor is any adjacent capacitor. The capacitor terminal connected with load circuit is capacitor potential terminal except capacitor zero potential terminal, and the negative terminal of external power supply is not in common with capacitor zero potential terminal. The invention uses passive devices with smaller power to build, reduces cost, saves size, has wider application scope, simple implementation and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种正负电压产生电路
本专利技术涉及正负电压产生电路领域，尤其是涉及一种小功率无源器件正负电压产生电路。
技术介绍
随着电子技术的提高，以及电子产品的发展，一些系统中经常会需要正负电压同时为其供电。例如，在大功率变频器中，会使用负电压为IGBT提供关断负电压，使用正电压提供开通正电压；另外，在系统的运算放大器中，也会使用正负对称的偏置电压为其供电。如何产生一个稳定可靠的正负电压已成为设计人员面临的关键问题。在现有技术中，负电压生成电路根据负载电流的不同，设计出多种方案，该方案涉及如下技术方法和特点：一、通过工频变压器增加抽头产生通过变压器增加抽头可以直接输出正负电压(适用于原边能够提供正向励磁和负向励磁)，或者通过变压器增加抽头后外部增加一定的检波电路进行处理产生负电压(适用于原边只能提供正向励磁或者负向励磁的情况)，但这种方案存在体积大、重量大、变压器需要定制、成本较高等问题。二、电源模块输出正负电压这类方法通常有如下两种方式实现正负电压的输出：其一，采用非隔离负压输出正负电压，这种方式需要一片正压芯片以及一片负压芯片；其二，采用隔离电源模块输出正负电压，适用于电力、工业、通讯等对抗干扰性能要求较高的场合，无论采用哪种方式实现正负电压的输出，这类方法均存在成本高、可靠性低的问题。三、Buck-Boost拓扑设计输出负电压Buck-Boost电路输入电压与输出电压极性是相反的，以Buck-Boost拓扑结构设计的负电压输出结构增加了储能电感、滤波电容和开关管，从而增加了体积和成本。四、电荷泵提供负压TTL电平/232电平转换芯片(如：MAX232、MAX3391等)是最典型的电荷泵器件，其可以输出较低功率的负压。其中，MAX232是+5V供电的双路RS-232驱动器，芯片的内部还包含了+5V及±10V的两个电荷泵电压转换器，由于该芯片内部开关器件多，且外围需要匹配较多的其他器件，故存在体积大，可靠性低的问题。五、反相器提供负压反相器的输出接一个电容C1，C1的另一端接二极管D1的正极和二极管D2的负极，D1的负极接地，D2的正极接电容C2，C2的另一端接地。C2的容量要大于C1。反相器的输入端加一个方波，其幅值应该能使反相器正常工作，那么在反相器的输出端就出现一个相位相反的方波，电容C2上就会出现一个负电压。该方案需要增加方波发生器，因此方案存在成本高、可靠性低等问题。综上所述，现有技术的正负电压产生电路设计复杂，出现了由电路复杂等原因导致的负电压产生模块电路的体积大、重量大、成本高、可靠性低等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是需要提供一种设计简单、成本低、功耗低、可靠性高、适用范围广的正负电压产生电路，能够产生至少一对正负电压，控制输出电源的稳定性，并对负载电路进行保护。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种正负电压产生电路，所述正负电压产生电路与外接电源和负载电路连接，该电路由至少两组结构单元按照相同方向串联构成，能够输出若干组正负电源，其中，所述结构单元由一个电压限制器与一个电容器并联组成；第一组所述结构单元中的所述电压限制器的负极与所述外接电源的正极连接，最后一组所述结构单元中的所述电压限制器的正极与所述外接电源的负极连接；所述负载电路的地信号与电容器零电位端连接，所述电容器零电位端为任一相邻所述电容器之间的连接端点，除电容器零电位端以外的其它与所述负载电路连接的电容器端点为电容器电位端；所述外接电源的负极与所述电容器零电位端不共地。优选地，所述正负电压产生电路的输出电源组数与所述结构单元的组数一致，所述输出电源包括输出正电源和输出负电源，利用如下公式表示：n＝N＝a+b其中，n表示输出电源组数，N表示所述结构单元组数，a表示输出正电源个数，b表示输出负电源个数。优选地，每个所述电容器电位端的电压满足各输出电源额定电压之比。优选地，利用如下表达式表示所述电容器电位端电压之比与所述输出电源额定电压之比的关系：其中，N＝a+b，a表示输出正电源个数，b表示输出负电源个数，N表示所述正负电压产生电路中具备所述结构单元的组数，Q表示电容电荷量，C1、C2……CN依次表示各个所述电容器的容量，U1、U2……Ua依次表示输出a个正电源对应的后端负载的额定电压，Va+1、Va+2……Va+b依次表示输出b个负电源对应的后端负载的额定电压绝对值。优选地，利用如下表达式计算所述结构单元中的电容器容量：其中，i表示当前结构单元的组数序号，Ci表示所述结构单元中电容器容量，Wi表示同组所述结构单元中输出电源的最大输出功率，fi表示同组输出电源对应的负载电路的最小工作频率，△Ui表示同组输出电源的纹波电压，Ui表示同组所述结构单元中所述电容器两端的额定电压。优选地，所述电压限制器的稳压值为同组所述结构单元中所述电容器电位端对应的所述负载电路电压波动最大值。优选地，利用如下表达式计算所述电压限制器的稳压值：UD1＝M1……UDa＝Ma，UDa+1＝Ta+1……UDN＝UDa+b＝Ta+b其中，N＝a+b，a表示输出正电源个数，b表示输出负电源个数，N表示所述正负电压产生电路中具备所述结构单元的组数，UD1……UDa依次表示输出正电源的所述结构单元中的所述电压限制器的稳压值，UDa+1……UDa+b依次表示输出负电源的所述结构单元中的所述电压限制器的稳压值，M1……Ma依次表示输出正电源对应的所述负载电路所容忍的电压波动最大值，Ta+1……Ta+b依次表示输出负电源对应的所述负载电路所容忍的电压波动最大值。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：本专利技术实施例通过数量较少、功率较小的无源器件实现了正负电压输出的功能，并且由于电压限制器不会一直工作，因此该电路具有功耗较小、体积小、可靠性高、器件选择范围广、适用范围广的特点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本申请实施例的正负电压产生电路的N组结构单元示意图。图2为本申请实施例的正负电压产生电路的结构单元示意图。图3为本申请实施例的2结构单元正负电压产生电路原理图。图4为本申请实施例的3结构单元正负电压产生电路(产生两正一负电压)原理图。图5为本申请实施例的3结构单元正负电压产生电路(产生两负一正电压)原理图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。为了克服上述现有技术中的不足，本申请实施例提出了一种正负电压产生电路，该电路将一个电压限制器与一个电容器并联作为结构单元，能够根据实际需求设计不同数量的结构单元并将其串联起来，从而实现多组正负电源的输出。图2为本申请实施例的正负电压产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正负电压产生电路，所述正负电压产生电路与外接电源和负载电路连接，其特征在于，该电路由至少两组结构单元按照相同方向串联构成，能够输出若干组正负电源，其中，所述结构单元由一个电压限制器与一个电容器并联组成；第一组所述结构单元中的所述电压限制器的负极与所述外接电源的正极连接，最后一组所述结构单元中的所述电压限制器的正极与所述外接电源的负极连接；所述负载电路的地信号与电容器零电位端连接，所述电容器零电位端为任一相邻所述电容器之间的连接端点，除电容器零电位端以外的其它与所述负载电路连接的电容器端点为电容器电位端；所述外接电源的负极与所述电容器零电位端不共地。

【技术特征摘要】
1.一种正负电压产生电路，所述正负电压产生电路与外接电源和负载电路连接，其特征在于，该电路由至少两组结构单元按照相同方向串联构成，能够输出若干组正负电源，其中，所述结构单元由一个电压限制器与一个电容器并联组成；第一组所述结构单元中的所述电压限制器的负极与所述外接电源的正极连接，最后一组所述结构单元中的所述电压限制器的正极与所述外接电源的负极连接；所述负载电路的地信号与电容器零电位端连接，所述电容器零电位端为任一相邻所述电容器之间的连接端点，除电容器零电位端以外的其它与所述负载电路连接的电容器端点为电容器电位端；所述外接电源的负极与所述电容器零电位端不共地。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，其输出电源组数与所述结构单元的组数一致，所述输出电源包括输出正电源和输出负电源，利用如下公式表示：n＝N＝a+b其中，n表示输出电源组数，N表示所述结构单元组数，a表示输出正电源个数，b表示输出负电源个数。3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，每个所述电容器电位端的电压满足各输出电源额定电压之比。4.根据权利要求1～3中任一项所述的电路，其特征在于，利用如下表达式表示所述电容器电位端电压之比与所述输出电源额定电压之比的关系：其中，N＝a+b，a表示输出正电源个数，b表示输出负电源个数，N表示所述正负电压产生电路中具备所述结构单元的组数，Q表示电容电荷量，C1、C2……CN依次表示各个所述电容器的容量，U1、U2……Ua...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡振球，李晟，吕永宾，彭再武，毛懿坪，李军，黄炫方，黄一峰，
申请(专利权)人：湖南中车时代电动汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43