正負電壓供電電路及要求正負電壓供電的電子設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種正負電壓供電電路及要求正負電壓供電的電子設備，包括方波產生電路、整流二極管、兩個電容和一個串聯式雙二極管器件；其中，第一電容連接在方波產生電路的方波信號輸出端與所述雙二極管器件的中間節點之間，第二電容連接在所述雙二極管器件的陽極與地之間，所述雙二極管器件的陰極接地，陽極連接負電壓輸出端；所述整流二極管連接在方波產生電路的方波信號輸出端與第一正電壓輸出端之間。本實用新型利用二極管的單向導通特性、電容電壓的充放電特性、穩壓管的穩壓特性以及三極管的電流放大作用，通過搭建分立電路來產生多路正電壓和一路負電壓，最終滿足了系統對多路直流電源的用電需求，降低了設計成本，簡化了電路結構。
【專利說明】正負電壓供電電路及要求正負電壓供電的電子設備
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于供電電路【技術領域】，具體地說，是涉及一種可產生正負電壓的供電電路以及基于所述供電電路設計的電子設備。
【背景技術】
[0002]在目前的絕大多數手持電子設備以及商用無線POS終端等電子產品中，一般都配置有TFT-LCD彩色液晶顯示屏。液晶屏顯示是利用液晶分子的物理結構和光學特性進行顯示的一項技術。所謂TFT，是指薄膜場效應晶體管；對于TFT-LCD液晶顯示屏來說，其每一個液晶像素點都是由集成在其后的薄膜場效應晶體管來驅動的，由此可以達到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息的效果。
[0003]根據TFT-1XD顯示屏的顯示特性，驅動TFT-1XD顯示屏正常顯示需要多路正電壓和一路負電壓。例如，某電子產品公司生產的某款7寸TFT-LCD顯示屏，其所需要的驅動電壓就有9.6V、18V、4V和-6V等多路直流電壓，并且對于4V直流電壓來說，還需要提供比較大的工作電流。為了能夠正常地驅動TFT-1XD顯示屏工作，目前電氣工程師在進行電路設計時，普遍采用電壓轉換芯片配合外圍電路的方式來搭建供電電路，以產生多路直流電壓來驅動TFT-1XD顯示屏正常運行。
[0004]由于驅動TFT-1XD顯示屏需要多路直流電壓，并且其中還包括一路負電壓，同時負電壓的生成又比較難實現，一般需要一片單獨的電壓轉換芯片轉換生成；對于不同幅值的正電壓來說，也需要采用電壓轉換芯片轉換來生成。因此，在進行TFT-1XD供電電路設計時，傳統方法就需要使用多片電壓轉換芯片來搭建外圍電路產生各路直流電壓。這樣設計的直接弊端是會造成供電電路的整體結構設計復雜度提高，設計成本也相應提高。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種結構簡單的正負電壓供電電路，通過采用分立元器件搭建電壓轉換電路來代替傳統設計中所使用的電壓轉換芯片，從而在滿足系統對正負電壓供電需求的同時，可以有效降低整機的硬件成本。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現:
[0007]—種正負電壓供電電路，包括方波產生電路、整流二極管、兩個電容和一個串聯式雙二極管器件；其中，第一電容連接在方波產生電路的方波信號輸出端與所述雙二極管器件的中間節點之間，第二電容連接在所述雙二極管器件的陽極與地之間，所述雙二極管器件的陰極接地，陽極連接負電壓輸出端；所述整流二極管連接在方波產生電路的方波信號輸出端與第一正電壓輸出端之間。
[0008]為了獲得穩定的負電壓，將所述負電壓輸出端連接第一穩壓管的陽極，所述第一穩壓管的陰極接地，利用第一穩壓管的穩壓作用，將通過負電壓輸出端輸出的負電壓穩定在第一穩壓管的反向擊穿電壓所對應的幅值上。
[0009]優選的，在所述方波產生電路中設置有一升壓轉換芯片，所述升壓轉換芯片的輸入端連接輸入電源，對輸入電源進行升壓變換并轉換成方波信號，通過其方波信號輸出端輸出；所述第一正電壓輸出端通過第一分壓電路接地，所述第一分壓電路的分壓節點連接升壓轉換芯片的反饋端。通過調節與升壓轉換芯片的反饋端相連接的分壓電阻的阻值，以改變通過升壓轉換芯片輸出的方波信號的幅值，進而對通過第一正電壓輸出端輸出的第一正電壓的幅值實現有效的調節。
[0010]進一步的，在所述升壓轉換芯片的輸入端與方波信號輸出端之間還連接有電感；在所述第一正電壓輸出端與升壓轉換芯片的反饋端之間連接有電容，以穩定通過第一正電壓輸出端輸出的第一正電壓的幅值。
[0011]為了滿足系統對多路正電壓的使用需求，將所述方波產生電路的方波信號輸出端通過第三電容連接另一串聯式雙二極管器件的中間節點，所述另一串聯式雙二極管器件的陽極連接第一正電壓輸出端，陰極連接第二正電壓輸出端，并通過第四電容接地。
[0012]進一步的，將所述第二正電壓輸出端連接第二穩壓管的陰極，所述第二穩壓管的陽極接地，利用第二穩壓管的穩壓作用，將通過第二正電壓輸出端輸出的第二正電壓穩定在第二穩壓管的反向擊穿電壓所對應的幅值上。
[0013]為了獲得第三路正電壓，在所述第一正電壓輸出端還連接有第二分壓電路，通過第二分壓電路的分壓節點輸出第三正電壓。
[0014]為了獲得大電流的第三正電壓，在所述第一正電壓輸出端連接第二分壓電路，所述第二分壓電路的分壓節點連接一 NPN型三極管的基極，所述NPN型三極管的集電極連接第一正電壓輸出端，發射極連接第三正電壓輸出端，并通過限流電阻接地，利用三極管的電流放大作用，以滿足系統對大電流直流正電壓的使用需求。
[0015]基于上述正負電壓供電電路的結構設計，本實用新型還提出了一種采用所述正負電壓供電電路設計的要求正負電壓供電的電子設備，包括方波產生電路、整流二極管、兩個電容和一個串聯式雙二極管器件；其中，第一電容連接在方波產生電路的方波信號輸出端與所述雙二極管器件的中間節點之間，第二電容連接在所述雙二極管器件的陽極與地之間，所述雙二極管器件的陰極接地，陽極連接負電壓輸出端；所述整流二極管連接在方波產生電路的方波信號輸出端與第一正電壓輸出端之間。
[0016]進一步的，在所述電子設備上設置有TFT-1XD顯示屏，通過所述正負電壓供電電路輸出的正電壓和負電壓傳輸至所述TFT-LCD顯示屏的不同供電端子，以滿足TFT-LCD顯示屏對多路驅動電壓的使用要求。
[0017]與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是:本實用新型的正負電壓供電電路利用二極管的單向導通特性、電容電壓的充放電特性、穩壓管的穩壓特性以及三極管的電流放大作用，通過巧妙地搭建外圍電路來產生多路正電壓和一路負電壓，最終滿足了系統對多路直流電源的用電需求，在很大程度上降低了電路的設計成本，簡化了電路結構，易于實現。將所述正負電壓供電電路應用在具有TFT-LCD顯示屏的電子設備中，可以有效解決TFT-LCD顯示屏需要多路驅動電壓以及電路不容易產生負電壓或者負電壓產生電路設計比較復雜的問題。
[0018]結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優點將變得更加清楚。【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型所提出的正負電壓供電電路中方波產生電路部分的一種實施例的電路原理圖；
[0020]圖2是負電壓產生電路部分的一種實施例的電路原理圖；
[0021]圖3是正電壓產生部分的一種實施例的電路原理圖；
[0022]圖4是本實用新型所提出的正負電壓供電電路的整體電路原理圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細地說明。
[0024]實施例一，本實施例的正負電壓供電電路采用方波產生電路配合電容、二極管、穩壓管等分立元器件搭建而成。其中，方波產生電路可以采用分立元器件搭建而成，也可以直接利用專門的集成芯片配合簡單的外圍電路組建實現。本實施例提出了一種采用升壓轉換芯片配合外圍電路構建方波產生電路的設計方案，在產生方波信號的同時，對輸入的直流電源進行升壓變換處理，進而為后續正電壓和負電壓的生成提供基礎。如圖1所示，Ui為升壓轉換芯片，將其輸入端VCC連接輸入電源Vin，所述輸入電源Vin為正極性的直流電源，例如+5V的直流電源，輸出端LX連接后續的負電壓產生電路和正電壓產生電路，為負電壓產生電路和正電壓產生電路提供方波信號Vo。
[0025]在所述升壓轉換芯片Ul的輸入端VCC與輸出端LX之間連接電感LI，使能端EN通過電阻Rl連接輸入電源Vin，并通過濾波電容C2接地。本實施例的升壓轉換芯片U1，其使能信號高電平有效，將其使能端EN通過電阻Rl連接輸入電源Vin，當有輸入電源Vin接入時，升壓轉換芯片Ul可以自動進入運行狀態，即執行上電運行的控制模式。將濾波電容Cl連接在輸入電源Vin與地之間，用于濾除輸入電源Vin中的干擾信號，以提高輸入電源Vin的穩定性。
[0026]將通過升壓轉換芯片Ul輸出的方波信號Vo傳輸至整流二極管D5，利用整流二極管D5整流生成第一正電壓，通過第一正電壓輸出端+VOUTl輸出。
[0027]為了對第一正電壓的幅值進行調節，以滿足不同系統的用電需求，本實施例在升壓轉換芯片Ul的反饋端FB配置分壓電阻R4、R5，通過分壓電阻R4、R5形成第一分壓電路連接在整流二極管D5的陰極與地之間。通過升壓轉換芯片Ul的輸出端LX輸出的方波信號Vo經由整流二極管D5傳輸至第一分壓電路，通過分壓電路的分壓節點(即電阻R4、R5的中間節點)生成反饋電壓傳輸至升壓轉換芯片Ul的反饋端FB。升壓轉換芯片Ul將接收到的反饋電壓與其基準電壓進行比較，通過改變其輸出的方波信號Vo的高電平幅值，使反饋電壓剛好等于其基準電壓。由此一來，通過合理地配置兩個分壓電阻R4、R5的阻值，即可方便地改變方波信號Vo的高電平幅值，進而經由整流二極管D5獲得不同系統所需的第一正電壓。
[0028]為了使通過第一正電壓輸出端+VOUTl輸出的第一正電壓穩定，本實施例在所述第一正電壓輸出端+VOUTl與升壓轉換芯片Ul的反饋端FB之間還連接有一電容C9，如圖1所示，即并聯在分壓電阻R5的兩端，以穩定第一正電壓的輸出。
[0029]對于系統所需的負電壓可以采用如圖2所示的負電壓產生電路轉換生成，具體包括第一電容C3、串聯式雙二極管器件D1、第二電容C6、第一穩壓管D3等分立兀器件。將所述第一電容C3連接在升壓轉換芯片Ul的輸出端LX與串聯式雙二極管器件Dl的中間節點之間，將雙二極管器件Dl的陰極接地，陽極通過第二電容C6接地，并通過電阻R2連接負電壓輸出端-VOUT。為了對通過負電壓輸出端-VOUT輸出的直流負電壓起到穩壓作用，本實施例在所述負電壓輸出端-VOUT與地之間還連接有第一穩壓管D3和由電阻R3、電容C5并聯形成的濾波電路，通過穩壓濾波處理，以為系統提供恒定的直流負電壓。
[0030]該負電壓產生電路的工作原理是:當電路上電工作后，由升壓轉換芯片Ul輸出的方波信號Vo傳輸到第一電容C3。假設輸出方波信號Vo的高電平為VI,低電平為0V。當方波信號Vo為高電平時,對第一電容C3充電,并在第一電容C3的兩端形成Vl的電壓差；當方波信號Vo變為低電平時，第一電容C3的左端電壓突變為0V，由于電容兩端電壓差不能突變，因此第一電容C3的右端電壓變為-VI，電容C3對外放電，控制雙二極管器件Dl單向導通，在負電壓輸出端-VOUT形成負電壓。由于第一穩壓管D3的陽極連接負電壓輸出端-V0UT，陰極接地，因此第一穩壓管D3反向擊穿導通，將通過負電壓輸出端-VOUT輸出的負電壓的幅值鉗位在其反向導通壓降所對應的幅值上，進而形成系統所需的直流恒定負電壓。
[0031]為了滿足系統對多路正電壓的使用需求，本實施例在所述正負電壓供電電路中還設計了正電壓倍壓產生電路和大電流正電壓產生電路，參見圖3所示。對于倍壓產生電路來說，主要由第三電容C4、串聯式雙二極管器件D2、第四電容C7和第二穩壓管D4等分立元器件組成。將第三電容C4連接在升壓轉換芯片Ul的輸出端LX與串聯式雙二極管器件D2的中間節點之間，將雙二極管器件D2的陽極連接第一正電壓輸出端+V0UT1，陰極通過第四電容C7接地，并通過電阻R6連接第二正電壓輸出端+V0UT2。
[0032]為了使通過第二正電壓輸出端+V0UT2輸出的第二正電壓更加穩定，本實施例在所述第二正電壓輸出端+V0UT2與地之間還連接有第二穩壓管D4和由電阻R7、電容C8并聯形成的濾波電路。通過第二穩壓管D4的穩壓作用和電阻R7、電容CS的濾波處理，進而生成一路恒定的、且幅值較高的直流正電壓，以滿足系統的用電需求。
[0033]當升壓轉換芯片Ul上電后，輸出方波信號Vo施加到第三電容C4上。當方波信號Vo為高電平Vl時，對第三電容C4充電，并在第三電容C4的兩端形成電壓差Vl ;當方波信號Vo變為低電平時,第三電容C4對外放電,控制雙二極管器件D2單向導通。由于雙二極管器件D2的陽極連接第一正電壓輸出端+VOUTI，而通過第一正電壓輸出端+VOUTI輸出的第一正電壓為方波信號Vo經過整流二極管D5整流后得到的直流電壓V2=Vl-0.4V，因此，在雙二極管器件D2的中間節點處兩個電壓Vl、V2疊加，并正向導通形成一個幅值接近于兩倍Vl的直流正電壓，通過第二穩壓管D4穩壓后得到實際所需的電壓值(在這里，實際所需的電壓值一般要小于兩倍VI，在此通過第二穩壓管D4進行準確調節)，即第二正電壓，經由第二正電壓輸出端+V0UT2輸出。這其中，對于第二正電壓的大小可以通過改變電阻R4、R5的阻值以及第二穩壓管D4的反向擊穿壓降進行調節。
[0034]若系統還需要使用第三路直流正電壓，本實施例可以采用在第一正電壓輸出端+VOUTl上連接第二分壓電路，通過第二分壓電路對第一正電壓進行分壓處理，以生成滿足幅值要求的第三正電壓，并通過第三正電壓輸出端+V0UT3輸出。
[0035]考慮到某些系統要求使用大電流直流正電源的情況，本實施例在第三正電壓生成電路中加入三極管Ql，利用三極管Ql的電流放大特性，形成電流放大電路。[0036]具體參見圖3所示，將第一正電壓輸出端+VOUTl通過第二分壓電路接地，所述第二分壓電路可以采用兩個分壓電阻R8、R9連接而成。將所述第二分壓電路的分壓節點(即分壓電阻R8、R9的中間節點)連接至一 NPN型三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極連接第一正電壓輸出端+V0UT1，發射極通過并聯的限流電阻RlO和濾波電容ClO接地，并連接第三正電壓輸出端+V0UT3。
[0037]當通過第一正電壓輸出端+VOUTl輸出第一正電壓Vl后，所述第一正電壓Vl經過電阻R8、R9分壓后，形成電壓V3作用于三極管Ql的基極，控制三極管Ql飽和導通，進而通過三極管Ql的發射極輸出幅值為V3-0.7V的第三正電壓V3，經由第三正電壓輸出端+V0UT3輸出。調節分壓電阻R8、R9的阻值，即可改變第三正電壓的幅值大小。由于三極管Ql對電流具有放大作用，因此通過第三正電壓輸出端+V0UT3可以輸出較大的直流電流，滿足系統對大電流直流正電源的使用需求。
[0038]圖4是將圖1-圖3所示的三部分電路組合后形成的正負電壓供電電路的整體電路原理圖，下面以某公司生產的TFT-1XD顯示屏為例，結合圖4，對本實施例所提出的正負電壓供電電路的具體工作原理進行詳細的闡述。
[0039]假設該款TFT-1XD顯示屏需要的驅動電壓包括四路，分別為三路正電壓9.6V、18V、4V和一路負電壓-6V，且其中4V電壓需要比較大的工作電流。為了滿足該款TFT-1XD顯示屏的用電需求，本實施例調節電阻R4、R5的阻值，使升壓轉換芯片Ul輸出0-10V的方波信號Vo。
[0040]當輸入電源Vin建立后，升壓轉換芯片Ul通過其輸出端LX輸出0-10V的方波信號Vo。當輸出的方波信號Vo為高電平IOV時，對第一電容C3充電，并在電容C3的兩端形成IOV的電壓差；當方波信號Vo變為低電平時，電容C3的左端電壓突變為0V，因為電容兩端的電壓不能突變，因此在電容C3的右端形成-1OV電壓，使雙向二極管Dl單向導通，將電容C3中的電荷通過雙向二極管Dl對外放電，并經由反向擊穿電壓為6V的第一穩壓管D3穩壓后，得到負電壓-6V，通過負電壓輸出端-VOUT輸出。當方波信號Vo再次變為高電平時，又開始對第一電容C3充電，低電平時，第一電容C3再次放電，依次循環，這樣利用高速連續的方波信號Vo就可以對外提供穩定的直流負電壓。
[0041]與此同時，通過升壓轉換芯片Ul輸出的方波信號Vo經過整流二極管D5整流后，得到9.6V的直流電壓，作為第一正電壓，通過第一正電壓輸出端+VOUTl輸出。
[0042]此外,通過升壓轉換芯片Ul輸出的方波信號Vo同時傳輸至第三電容C4,在第三電容C4的兩端產生IOV的電壓差。當方波信號Vo變為低電平OV時，通過單向導通的雙向二極管D2疊加形成9.6V-0.7V- (-1OV)-0.7V 乂 18V的直流正電壓，經由第二穩壓管D4穩壓后，得到第二正電壓18V，通過第二正電壓輸出端+V0UT2輸出。
[0043]將9.6V的第一正電壓通過分壓R8、R9的分壓后，導通三極管Q1，調節分壓電阻R8和R9的阻值，以產生具有較大電流且幅值為4V的第三正電壓，通過第三正電壓輸出端+V0UT3 輸出。
[0044]由此便產生了此款TFT-1XD顯示屏所需的各路驅動電壓。
[0045]將三路正電壓輸出端+V0UT1、+V0UT2、+V0UT3和一路負電壓輸出端-VOUT分別連接至TFT-1XD顯示屏的相應供電端子，以滿足該款TFT-1XD顯示屏的驅動要求。
[0046]本實施例的正負電壓供電電路，結構簡單、易于實現、成本較低，輸出的正負電壓大小可以在一定范圍內自由調節，從而有效地擴展了本實施例在TFT-LCD顯示屏供電電路上的適用范圍，可以廣泛地應用在各種要求正負電壓供電的電子產品中。
[0047]當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種正負電壓供電電路，其特征在于:包括方波產生電路、整流二極管、兩個電容和一個串聯式雙二極管器件；其中，第一電容連接在方波產生電路的方波信號輸出端與所述雙二極管器件的中間節點之間，第二電容連接在所述雙二極管器件的陽極與地之間，所述雙二極管器件的陰極接地，陽極連接負電壓輸出端；所述整流二極管連接在方波產生電路的方波信號輸出端與第一正電壓輸出端之間。
2.根據權利要求1所述的正負電壓供電電路，其特征在于:所述負電壓輸出端連接第一穩壓管的陽極，所述第一穩壓管的陰極接地。
3.根據權利要求1所述的正負電壓供電電路，其特征在于:在所述方波產生電路中設置有一升壓轉換芯片，所述升壓轉換芯片的輸入端連接輸入電源，對輸入電源進行升壓變換并轉換成方波信號，通過其方波信號輸出端輸出；所述第一正電壓輸出端通過第一分壓電路接地，所述第一分壓電路的分壓節點連接升壓轉換芯片的反饋端。
4.根據權利要求3所述的正負電壓供電電路，其特征在于:在所述升壓轉換芯片的輸入端與方波信號輸出端之間連接有電感；在所述第一正電壓輸出端與升壓轉換芯片的反饋端之間連接有電容。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的正負電壓供電電路，其特征在于:所述方波產生電路的方波信號輸出端通過第三電容連接另一串聯式雙二極管器件的中間節點，所述另一串聯式雙二極管器件的陽極連接第一正電壓輸出端，陰極連接第二正電壓輸出端，并通過第四電容接地。
6.根據權利要求5所述的正負電壓供電電路，其特征在于:所述第二正電壓輸出端連接第二穩壓管的陰極，所述第二穩壓管的陽極接地。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的正負電壓供電電路，其特征在于:在所述第一正電壓輸出端還連接有第二分壓電路，通過第二分壓電路的分壓節點輸出第三正電壓。
8.根據權利要求1至4中任一項所述的正負電壓供電電路，其特征在于:在所述第一正電壓輸出端還連接有第二分壓電路，所述第二分壓電路的分壓節點連接一 NPN型三極管的基極，所述NPN型三極管的集電極連接第一正電壓輸出端，發射極連接第三正電壓輸出端，并通過限流電阻接地。
9.一種要求正負電壓供電的電子設備，其特征在于:在所述電子設備中設置有如權利要求I至8中任一項權利要求所述的正負電壓供電電路。
10.根據權利要求9所述的要求正負電壓供電的電子設備，其特征在于:在所述電子設備上設置有TFT-LCD顯示屏，通過所述正負電壓供電電路輸出的正電壓和負電壓傳輸至所述TFT-1XD顯示屏的不同供電端子。
【文檔編號】H02M3/06GK203522529SQ201320671040
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2013年10月29日
【發明者】馬超, 馬季 申請人:青島海信智能商用系統有限公司