[发明专利]一种基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器

权利要求书

1.一种基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器，其特征在于，包括电压控制模块、缓冲器、第1至第7压控开关器件、第1电容、第2电容；电压控制模块的输入端作为电压E的输入端，电压控制模块的输出端与第7压控开关器件的第二端连接，缓冲器的输入端作为时钟控制信号D的输入端，缓冲器的输出端与第1电容第二端连接，第1电容第一端与第2压控开关器件的第二端、第3压控开关器件的第一端、第7压控开关器件的第一端连接，第1压控开关器件的第一端与第2电容第二端、第6压控开关器件的第一端连接，并作为整个变换器的输出端，第1压控开关器件的第二端与第2压控开关器件的第一端、第6压控开关器件的控制端连接，第1压控开关器件的控制端、第2压控开关器件的控制端分别作为电压B、电压C的输入端，第3压控开关器件的第二端作为电压D的输入端，第3压控开关器件的控制端作为时钟控制信号C的输入端，第4压控开关器件的第一端作为电压A的输入端，第4压控开关器件的第二端与第5压控开关器件的第一端、第2电容第一端连接，第4压控开关器件的控制端作为时钟控制信号A的输入端，第5压控开关器件的第二端连接至GND，第5压控开关器件的控制端作为时钟控制信号B的输入端，第6压控开关器件的第二端连接至GND，第7压控开关器件的控制端作为时钟控制信号E的输入端。

2.根据权利要求1所述的基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器，其特征在于，所述第1至第7压控开关器件均为3端口器件，其端口分别为a、b、c，即分别对应控制端、第一端、第二端；所述第1至第2电容均为2端口器件，其端口分别为a、b，即分别对应其第一端、第二端。

3.根据权利要求2所述的基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器，其特征在于，第1、3、5、6压控开关器件的工作原理为：当其a端与b端或者c端之间的电压差高于阈值电压V_TH1时导通；否则断开；第2、4、7压控开关器件的工作原理为：当其b端或者c端与a端之间的电压差高于阈值电压V_TH2时导通；否则断开。

4.根据权利要求1所述的基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器，其特征在于，电压A为电源电压；电压B和D低于阈值电压V_TH1；电压C低于阈值电压_VTH2；电压E高于阈值电压V_TH2和V_TH1。

5.根据权利要求1所述的基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器，其特征在于，当电压控制模块的输出端电压低于输入端电压时，将强制性把电压控制模块的输出端电压抬升到接近输入端电压；当电压控制模块的输出端电压高于输入端电压时，电压控制模块将停止工作。

6.根据权利要求1所述的基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器，其特征在于，时钟控制信号A、时钟控制信号B、时钟控制信号C、时钟控制信号D和时钟控制信号E为方波信号。

7.根据权利要求1所述的基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器，其特征在于，电压A、电压B、电压C、电压D和电压E为直流电压。

8.根据权利要求1至7任一所述的基于开关电容的反向降压型负压直流-直流变换器，其特征在于，该变换器工作方式包括状态A和状态B构成，两个状态周期性地轮换交替发生：

状态A：该状态下时钟控制信号A为逻辑低电平，第4压控开关器件导通，电压A通过第4压控开关器件输入到第2电容第一端，使第2电容第一端的电压变为电压A，时钟控制信号B为逻辑低电平，第5压控开关器件关断，时钟控制信号C、E为逻辑低电平而时钟控制信号D为逻辑高电平，第3压控开关器件关断而第7压控开关器件导通，电压E经电压控制模块输入，此时电压控制模块的输出端电压低于电压E，电压控制模块开始工作，将电压控制模块的输出端强制性抬升到接近电压E，此时第1电容第一端的电压接近电压E，由于时钟控制信号D为逻辑高电平，缓冲器驱动第1电容第二端的电压亦为逻辑高电平，进而将第1电容第一端的电压进一步抬升，此时电压控制模块的输出端电压高于电压E，电压控制模块停止工作；由于此时第2压控开关器件第二端的电压与电压C之间的电压差将超过阈值电压V_TH2，因此第2压控开关器件导通，加速了第6压控开关器件控制端电压的抬升；最终第6压控开关器件控制端电压超过阈值电压V_TH1，导致第6压控开关器件导通，则使整个变换器输出端电压接近为0，导致第1压控开关器件不满足导通条件而关断；最终第2电容第一端的电压为电压A而第二端电压接近为0完成充电；

状态B：该状态下时钟控制信号A为逻辑高电平，第4压控开关器件关断，时钟控制信号B为逻辑高电平，第5压控开关器件导通，导致第2电容第一端的电压降至接近为0；此时时钟控制信号C、E为逻辑高电平而时钟控制信号D为逻辑低电平，第3压控开关器件导通而第7压控开关器件关断，第二压控开关器件第二端的电压被钳至为电压D；此时由于时钟控制信号D为逻辑低电平，缓冲器驱动第1电容第二端的电压为逻辑低电平，第1电容进行放电，由于此时第2压控开关器件第二端的电压等于电压D与电压C的压差小于阈值电压V_TH2，因此第2压控开关器件将关断；此时第2电容的第一端由电压A转变约为0，整个变换器输出端电压将变成一绝对值接近电压A的负电压；当整个变换器输出端电压为负电压时，电压B与整个变换器输出端电压之间的压差大于阈值电压V_TH1，因此第1压控开关器件将导通，导致第6压控开关器件控制端电压接近整个变换器输出端电压的负电压，进而导致第6压控开关器件不满足开启条件而关断。