减小输出纹波的电源系统的制作方法

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电源系统。

背景技术：

对于采用电池供电的便携式电子产品来说，常常需要电源系统提供正负电压，现有技术的电源系统通过BUCK转换器将一输入高电压降到较低的电压后输出电压，该输出电压同时通过电荷泵电路转换以得到稳定的负电压输出。电荷泵是利用电容作为储能元件的一种开关电源，其内部通过控制开关管阵列来控制电容的充放电，实现电压转化，其特性基于线性稳压器和电感式开关电源之间，具有较高的效率和相对简单的外围电路，在需要负电源供电的系统中得到广泛的应用，结合图1的电源系统电路图及图2至图4的充放电时序图可以看出，由于BUCK转换器存在MOSFET的导通和截止，感性元件的储能和释能，以及容性元件的充放电等因素，常常会产生较大的纹波电压，而电荷泵电路中由于电荷转移因素也会引起纹波，纹波电压的干扰会使得系统出现较大的噪声，影响系统的性能表现。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种减小输出纹波的电源系统，解决以上技术问题；

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

减小输出纹波的电源系统，其中，包括，

BUCK转换器，所述BUCK转换器包括，

设置有储能元件的工作电路，于一脉宽调制信号的作用下在充电模式和放电模式之间切换，以输出一第一电压；

控制电路，于一由时钟单元产生的时钟脉冲信号、一采样自所述第一电压的电压反馈信号、一电流检测信号的作用下生成所述脉宽调制信号；

电荷泵电路，所述电荷泵电路包括，

设置有储能电容的调压电路，用于将所述第一电压变换为一负电压，所述调压电路通过于一组开关控制信号作用下于充电模式和放电模式之间切换实现电压转换；

电荷泵控制电路，与所述时钟单元连接，用于产生所述开关控制信号；

所述时钟单元的作用下，所述工作电路与所述调压电路均处于充电模式下，或所述工作电路与所述调压电路均处于放电模式下。

本发明的减小输出纹波的电源系统，所述调压电路包括，

一输入电压端，与所述第一电压连接；

一输出电压端，用于输出所述负电压；

第一开关支路，连接于所述输入电压端和一第一交汇节点之间；

第二开关支路，连接于所述第一交汇节点和接地端之间；

第三开关支路，连接于所述输出电压端和一第二交汇节点之间；

第四开关支路，连接于所述第二交汇节点和接地端之间；

所述第一开关支路、所述第二开关支路、所述第三开关支路和所述第四开关支路的控制端分别与所述开关控制信号连接；

所述储能电容连接于所述第一交汇节点和所述第二交汇节点之间；

所述调压电路于充电模式时，所述第一开关支路和所述第四开关支路导通，所述第二开关支路和所述第三开关支路断开，所述输入电压端向所述储能电容充电；

所述调压电路于放电模式时，所述第二开关支路和所述第三开关支路导通，所述第一开关支路和所述第四开关支路断开，自所述储能电容两端向所述输出电压端放电。

本发明的减小输出纹波的电源系统，还包括一输出电容，连接于所述输出电压端和接地端之间。

本发明的减小输出纹波的电源系统，所述工作电路包括，

充电控制支路，连接于一输入端与一交汇节点之间；

充放电支路，连接于所述交汇节点与一输出端之间；

放电控制支路，连接于所述交汇节点与接地端之间；

所述储能元件串联于所述充放电支路上；

所述工作电路于充电模式时，所述充电控制支路及所述充放电支路导通，所述放电控制支路断开，所述输入端输入的电流对所述储能元件充电；

所述工作电路于放电模式时，所述放电控制支路及所述充放电支路导通，所述充电控制支路断开，所述储能元件对所述输出端放电。

本发明的减小输出纹波的电源系统，所述工作电路中所述充电控制支路 导通时，所述调压电路中所述第一开关支路和所述第四开关支路导通；和/或所述工作电路中所述放电控制支路导通时，所述调压电路中所述第二开关支路和所述第三开关支路导通。

本发明的减小输出纹波的电源系统，所述第一开关支路上串联一第一PMOS管，所述第二开关支路上串联一第一NMOS管，所述第三开关支路上串联一第二NMOS管，所述第四开关支路上串联一第三NMOS管。

本发明的减小输出纹波的电源系统，所述控制电路包括，

一误差放大器，用于对一参考电压与所述电压反馈信号进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用于对所述误差放大信号与所述电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一PWM调制器，所述PWM调制器连接所述时钟脉冲信号，用于依据所述比较信号和所述时钟脉冲信号产生所述脉宽调制信号。

本发明的减小输出纹波的电源系统，所述充电控制支路上串联一第二PMOS管；所述放电控制支路上串联一第四NMOS管。

本发明的减小输出纹波的电源系统，所述输出端与所述输出电压端之间连接负载。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明通过将BUCK转换器与电荷泵电路共用同一时钟源，实现同步充电或同步放电，可以减小输出纹波电压，改善系统的性能表现。

附图说明

图1现有技术的BUCK转换器和电荷泵构成的电源系统结构图；

图2为BUCK转换器的充放电时序图；

图3为电荷泵的充放电时序图；

图4为现有技术的BUCK转换器和电荷泵构成的电源系统的充放电时序图；

图5为本发明的BUCK转换器和电荷泵构成的电源系统结构图；

图6为本发明的BUCK转换器和电荷泵构成的电源系统的充放电时序图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图5所示，减小输出纹波的电源系统，其中，包括，

BUCK转换器，BUCK转换器包括，

设置有储能元件的工作电路，于一脉宽调制信号的作用下在充电模式和放电模式之间切换，以输出一第一电压VDD2；

控制电路，由一由时钟单元5产生的时钟脉冲信号、一采样自第一 电压VDD2的电压反馈信号Vfb、一电流检测信号的作用下生成脉宽调制信号；

电荷泵电路，电荷泵电路包括，

设置有储能电容的调压电路，将第一电压VDD2变换为一负电压VSS，该调压电路于一组开关控制信号作用下于充电模式和放电模式之间切换实现电压转换；

电荷泵控制电路12，与时钟脉冲信号连接，用于产生开关控制信号；

时钟单元的作用下，工作电路与调压电路均于充电模式下同步工作，或均于放电模式下同步工作。

现有技术中提高开关频率可以降低输出纹波，但是高的开关频率会提高开关损耗、电磁干扰及降低系统的稳定性，提高滤波电容也可以降低输出纹波，然而，增加提高滤波电容会增加电荷泵的建立时间，本发明创新性地使得BUCK转换器和负电荷泵受到同一时钟控制，开关动作同步，两个电路充电和放电相互协调。

本发明的减小输出纹波的电源系统，调压电路包括，

一输入电压端，与第一电压VDD2连接；

一输出电压端，用于输出负电压VSS；

第一开关支路，连接于输入电压端和一第一交汇节点Lx1之间；

第二开关支路，连接于第一交汇节点Lx1和接地端GND之间；

第三开关支路，连接于输出电压端和一第二交汇节点Lx2之间；

第四开关支路，连接于第二交汇节点Lx2和接地端GND之间；

第一开关支路、第二开关支路、第三开关支路和第四开关支路的控制 端分别与开关控制信号连接；

储能电容连接于第一交汇节点Lx1和第二交汇节点Lx2之间；

调压电路于充电模式时，第一开关支路和第四开关支路导通，第二开关支路和第三开关支路断开，输入电压端向储能电容C1充电；

调压电路于放电模式时，第二开关支路和第三开关支路导通，第一开关支路和第四开关支路断开，自储能电容C1两端向输出电压端放电。

本发明的减小输出纹波的电源系统，电荷泵控制电路12可以包括，

时钟信号产生电路，与时钟脉冲信号连接，用于产生两路反相非交叠的时钟信号；

电平转换电路，与时钟信号连接，用于产生开关控制信号。

由于调压电路工作时，第一开关支路、第二开关支路、第三开关支路、第四开关支路不能同时导通和截止，所以通过产生反相非交叠的时钟信号，以保证开关支路的功能实现。

电荷泵控制电路12内部可以包含其他必须的功能模块，或者业界的技术人员所熟知的其他方案实现，在此不做赘述。

本发明的减小输出纹波的电源系统，第一开关支路上串联一第一PMOS管Mp1，第二开关支路上串联一第一NMOS管Mn1，第三开关支路上串联一第二NMOS管Mn3，第四开关支路上串联一第三NMOS管Mn2。

本发明的减小输出纹波的电源系统，还包括一输出电容C2，连接于输出电压端和接地端GND之间。调压电路于放电模式时，自储能电容C1两端向输出电容C2放电。

本发明的减小输出纹波的电源系统，工作电路可以包括，

充电控制支路，连接于一输入端VDD与一交汇节点Lx之间；

充放电支路，连接于交汇节点Lx与一输出端VDD2之间；

放电控制支路，连接于交汇节点Lx与接地端GND之间；

储能元件L串联于充放电支路上；

工作电路于充电模式时，开关器件组控制充电控制支路及充放电支路导通，并控制放电控制支路断开，使输入端VDD输入的电流对储能元件L充电；

工作电路于放电模式时，开关器件组控制放电控制支路及充放电支路导通，并控制充电控制支路断开，使储能元件L对输出端VDD2放电。

本发明的减小输出纹波的电源系统，工作电路中充电控制支路导通时，调压电路中第一开关支路和第四开关支路导通；和/或工作电路中放电控制支路导通时，调压电路中第二开关支路和第三开关支路导通。

本发明的减小输出纹波的电源系统，控制电路可以包括，

一误差放大器6，用于对一参考电压Vref与电压反馈信号Vfb进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器2，用于对误差放大信号与电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一PWM调制器1，PWM调制器连接时钟信号，用于依据比较信号和时钟信号产生脉宽调制信号。

控制电路还进一步包含电流采样电路3和过零检测电路7，具体实现方法在此不做赘述。

本发明的减小输出纹波的电源系统，充电控制支路上串联一第二PMOS管Mp；放电控制支路上串联一第四NMOS管Mn。

本发明的减小输出纹波的电源系统，第一电压VDD2与负电压VSS之间连接负载Rload。

结合图5的电路图及图6的充放电时序图可以看出，第一PMOS管Mp1和第三NMOS管Mn2导通，第一NMOS管Mn1和第二NMOS管Mn3断开，输入电压端向储能电容C1充电时，充电控制支路上第二PMOS管Mp也导通，而放电控制支路上第四NMOS管Mn断开，BUCK转换器同步工作于充电模式；而当第一NMOS管Mn1和第二NMOS管Mn3导通，第一PMOS管Mp1和第三NMOS管Mn2断开时，自储能电容C1两端向输出电压端的输出电容C2放电时，放电控制支路上第四NMOS管Mn也导通，而充电控制支路上第二PMOS管Mp断开，BUCK转换器同步工作于放电模式。参照图6的充放电时序图可以看出，本发明通过将BUCK转换器与电荷泵电路共用同一时钟源，实现同步充电或同步放电，可以减小输出纹波电压，改善系统的性能表现。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。