CN109074145B - 供电电路及供电方法 - Google Patents

Abstract

一种供电电路，该电路包括：开关电路(410)，用于接入至少一个降压型直流变换电路输出的至少一个第一电压，每个降压型直流变换电路用于对至少一个工作电路供电；控制电路(420)，用于根据工作电路所需电压和至少一个第一电压，开启相应的降压型直流变换电路；输出电路(430)，用于根据开启的所述降压型直流变换电路输出的第一电压，输出第二电压，以对工作电路进行供电，其中，第一电压的电压值大于或等于第二电压的电压值。该电路通过复用电源管理单元中的降压型直流变换电路，有效的达到了高效率，以及减少外围元器件的目的，节约了成本。

Description

供电电路及供电方法

技术领域

本申请实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种供电电路及供电方法。

背景技术

在音频电路中，功耗最大的部分往往是功率放大器Power Amplifier，PA。通过降低PA的功耗，或者提高PA的转换效率，不仅可以让终端设备(如手机)得到更长的续航时间，而且还可以减少产生的热量，降低终端设备使用过程中的发热问题。

目前业界普遍采用传统PA架构中的G类架构和H类架构来实现高保真(High-Fidelity，Hi-Fi)级的音乐播放，如图1和图2所示。

然而，只有两档电压选择的G类功放效率提升有限，对于三档以上的电压选择则需要多个电容，造成电路结构复杂。H类功放通过BUCK电路和电荷泵(Charge Pump，CP)的组合，提供了几十甚至上百个电压档位，效率较高。但因为H类功放需要每个CP需要独立的BUCK电路，以及相应的片外电感和电容器件，这不仅增加了芯片内部的设计复杂度，也会增加芯片的设计和封装测试成本，更会导致片外元器件的增加，不仅成本较高，还占用了大量的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)布板面积，不利于手机的轻薄化。

发明内容

本发明实施例提供了一种供电电路及供电方法。通过复用电源管理单元(PowerManagement Unit，PMU)中的BUCK电路，有效的达到了高效率，以及减少外围元器件的目的，节约了成本。

第一方面，提供了一种供电电路，该电路可以包括：开关电路，控制电路和输出电路。开关电路用于接入至少一个降压型直流变换电路输出的至少一个第一电压，每个降压型直流变换电路用于对至少一个工作电路供电。控制电路用于根据工作电路所需电压和至少一个第一电压，开启相应的降压型直流变换电路。输出电路用于根据开启的降压型直流变换电路输出的第一电压，输出第二电压，以对工作电路进行供电，其中，第一电压的电压值大于或等于第二电压的电压值。该电路通过对电源管理单元中的BUCK电路进行复用，有效的达到了高效率，以及节约了成本、减少了BUCK电路所需要的外围元器件，从而减少芯片面积，消除潜在的性能干扰风险，有利于手机的轻薄化和微型化设计。

在一个可选的实现中，控制电路还用于根据工作电路所需电压、至少一个第一电压和输出至少一个第一电压的相应降压型直流变换电路的工作状态，开启相应的降压型直流变换电路。

在一个可选的实现中，开关电路包括至少一个第一控制开关和至少一个第二控制开关，第一控制开关与第二控制开关的数量相等且一一对应，至少一个第一控制开关，用于接入至少一个电路输出的至少一个第一电压。控制电路具体用于当第一电压大于或等于工作电路所需电压时，向相应第二控制开关的输出触发信号。第二控制开关用于根据触发信号，触发相应的第一控制开关开启输出第一电压的所述降压型直流变换器电路。

在一个可选的实现中，控制电路还具体用于当第一电压大于或等于工作电路所需电压，且输出第一电压的降压型直流变换电路未满载时，向相应第二控制开关的输出触发信号。第二控制开关，用于根据触发信号，触发相应的第一控制开关开启输出第一电压的降压型直流变换器电路。

在一个可选的实现中，至少一个第一控制开关中的每个第一控制开关的第一端为供电电路的输入端，至少一个第一控制开关中的每个第一控制开关的第二端与输出电路的第一输入端相连，输出电路的输出端为供电电路的输出端；至少一个第一控制开关中的每个第一控制开关的第三端与至少一个第二控制开关中的每个第二控制开关的第一端相连，至少一个第二控制开关中的每个第二控制开关的第二端与控制电路的至少一个第一输出端中的一个第一输出端相连，至少一个第二控制开关中的每个第二控制开关的第三端接地，控制电路的三个第二输出端分别与输出电路的三个第二输入端相连。

在一个可选的实现中，第一控制开关为PMOS或NMOS，或NMOS和PMOS的组合。

第二方面，提供了一种供电方法，该方法可以包括：接入至少一个降压型直流变换电路输出的至少一个第一电压，每个降压型直流变换电路用于对至少一个工作电路供电。根据工作电路所需电压和至少一个第一电压，开启相应的降压型直流变换电路。根据开启的降压型直流变换电路输出的第一电压，输出第二电压，以对工作电路进行供电，其中，第一电压的电压值大于或等于第二电压的电压值。该方法通过对电源管理单元中的BUCK电路进行复用，有效的达到了高效率，以及节约了成本、减少了BUCK电路所需要的外围元器件，从而减少芯片面积，消除潜在的性能干扰风险，有利于手机的轻薄化和微型化设计。

在一个可选的实现中，根据工作电路所需电压和至少一个第一电压，开启相应的降压型直流变换电路，包括：根据工作电路所需电压、至少一个第一电压和输出至少一个第一电压的相应降压型直流变换电路的工作状态，开启相应的降压型直流变换电路。

在一个可选的实现中，根据工作电路所需电压和至少一个第一电压，开启相应的BUCK电路，包括：当第一电压大于或等于工作电路所需电压时，向相应第二控制开关的输出触发信号。根据触发信号，触发相应的第一控制开关开启输出第一电压的降压型直流变换器电路。

在一个可选的实现中，当所述第一电压大于或等于所述工作电路所需电压，且输出第一电压的所述降压型直流变换电路未满载时，向相应第二控制开关的输出触发信号。根据触发信号，触发相应的第一控制开关开启输出第一电压的降压型直流变换器电路。

附图说明

图1为传统G类功率放大器的结构示意图；

图2为传统H类功率放大器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电路系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种供电电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种输出电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种供电电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的再一种供电电路的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的再一种供电电路的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的再一种供电电路的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的再一种供电电路的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的再一种供电电路的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的一种供电方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。

本申请提供的供电电路可以应用在终端设备(如手机，平板电脑等)、助听器、虚拟现实设备等需要使用的音频播放的音频设备中。如图3所示，该音频设备可以包括电源管理单元310、供电电路320(如电荷泵电路)和至少一个工作电路330(如功率放大器)。

电源管理单元310包括至少一个BUCK(如包括BUCK1、BUCK2至BUCKn)，以用于输出电源电压，其中，每个BUCK电路可以对至少两个工作电路330进行供电。

供电电路320用于接收电源管理单元310中至少一个BUCK电路输出的电源电压，并根据工作电路330的工作模式(如音乐模式，视频模式等)，选择电源管理单元310中相应的BUCK电路，为工作电路330提供工作电压。也就是说，通过供电电路320，工作电路可以对电源管理单元310中的BUCK电路进行复用。

本申请通过供电电路根据工作电路的工作模式，对电源管理单元的BUCK电路进行复用，有效的达到了高效率，节约了成本、减少了BUCK电路所需要的外围元器件，从而减少芯片面积。

需要说明的是，供电电路320选择为工作电路330提供工作电压的BUCK电路也可以不是电源管理单元310中的BUCK电路，其他单元或模块中的BUCK电路也适用，本发明实施例在此不做限制。

下面以复用电源管理单元中的BUCK电路为例进行详细描述。

图4为本发明实施例提供的一种供电电路的结构示意图。如图4所示，该供电电路可以包括：开关电路410、控制电路420和输出电路430。

开关电路410可以包括至少一个第一控制开关K和至少一个第二控制开关S，第一控制开关K与第二控制开关S的数量相等且一一对应。

至少一个第一控制开关K中的每个第一控制开关K的第一端为供电电路的输入端，至少一个第一控制开关K中的每个第一控制开关K的第二端与输出电路430的第一输入端相连，输出电路430的输出端为供电电路的输出端；至少一个第一控制开关K中的每个第一控制开关K的第三端与至少一个第二控制开关S中的每个第二控制开关S的第一端相连，至少一个第二控制开关S中的每个第二控制开关S的第二端与控制电路420的至少一个第一输出端中的一个第一输出端相连，至少一个第二控制开关S中的每个第二控制开关S的第三端接地。控制电路420的三个第二输出端分别与输出电路440的三个第二输入端相连。

开关电路410中的至少一个第一控制开关K，用于接入至少一个BUCK电路输出的至少一个第一电压。其中，每个BUCK电路可以对至少一个工作电路供电。

可选地，至少一个BUCK电路输出的第一电压的电压值可以全部相同、部分相同或完全不同。例如，四个BUCK电路输出的第一电压的电压值可以为1.2V、1.4V、1.6V和1.8V构成的均匀电压分布。

控制电路420，用于根据工作电路所需的电压和至少一个第一电压，开启相应的BUCK电路。

控制电路420将工作电路所需的电压与至少一个第一电压分别进行比较，当第一电压大于或等于工作电路所需电压时，控制电路420通过第一输出端向相应的第二控制开关S输出触发信号。第二控制开关S根据触发信号，触发相应的第一控制开关K开启输出第一电压的BUCK电路。

可选地，控制电路420，还可以根据工作电路所需电压、至少一个第一电压和输出至少一个第一电压的相应BUCK电路的工作状态(如满载状态或未满载状态)，开启相应的BUCK电路。

控制电路420将工作电路所需的电压与至少一个第一电压分别进行比较，当第一电压大于或等于工作电路所需电压，且输出该第一电压的BUCK电路未满载时，控制电路420通过第一输出端向相应的向相应第二控制开关S输出触发信号；第二控制开关S根据触发信号，触发相应的第一控制开关K开启输出第一电压的降压型直流变换器电路。

可选地，当存在至少两个第一电压大于或等于工作电路所需电压，且输出该至少两个第一电压的BUCK电路都未满载时，控制电路420可以根据设计需要来选择第一电压，从而开启该第一电压对应的BUCK电路。例如，控制电路420根据设计需要(如提高BUCK电路的使用率，降低成本等)，可以优先选择空闲的BUCK电路对应的第一电压、最接近工作电路所需电压的第一电压，或者复用工作电路最少的BUCK电路对应的第一电压。

可以理解的是，本发明实施例中的选择方式不限于上述三种方式，还可以有其他的选择方式，本发明实施例在此不再赘述。

在一个例子中，以工作电路是PA为例，控制电路420存储了t时刻至少一个BUCK电路的相关信息，相关信息可以如表1所示。

表1

BUCK电路	第一电压(V)	工作状态
			BUCK1	1.2	空闲
BUCK2	1.4	未满载
			BUCK3	1.7	满载
BUCK4	1.9	未满载

如表1所示，BUCK1电路输出的第一电压为1.2V,处于空闲状态；BUCK2电路输出的第一电压为1.4V,处于未满载状态；BUCK3电路输出的第一电压为1.7V,处于满载状态；BUCK4电路输出的第一电压为1.9V,处于未满载状态。

当PA所需电压为1.2V时，由于1.7V对应的BUCK3电路处于满载状态，因此控制电路420可以选择1.2V、1.4V、1.9V对应的BUCK1电路、BUCK2电路和BUCK4电路中任意一个。故控制电路420向BUCK1电路、BUCK2电路或BUCK4电路所在的第二控制开关S发送触发信号，以开启BUCK1电路、BUCK2电路或BUCK4电路。当PA所需电压为1.5V时，控制电路420将从1.7V和1.9V中选择合适的第一电压，由于1.7V对应的BUCK3电路处于满载状态，故控制电路420向BUCK4电路所在的第二控制开关S发送触发信号，以开启BUCK4电路。

可见，控制电路420通过对至少一个BUCK电路输出的至少一个第一电压加以选择，选择合适的BUCK对工作电路进行供电。

可以理解的是，当复用的至少一个BUCK电路的档位足够多且输出的电源电压分布均匀时，包括该供电电路的功率方法器的效率几乎等同于传统的H类功率方法器。但是却不需要H类功率方法器额外所需要的电感和电容，节约成本、减少外围元器件。

输出电路430，用于根据开启的BUCK电路输出的第一电压，输出第二电压，以对工作电路进行供电。其中，第一电压的电压值大于或等于第二电压的电压值。

可选地，输出电路430可以包括控制开关k1、控制开关k2、控制开关k3、电容C1和电容C2，如图5所示。电容C1的第一端为输出电路430的第一输入端，控制开关k1的第一端与电容C1的第一端相连，电容C1的第二端与控制开关k2的第二端相连，控制开关k2的第一端与电容C2的第一端相连，控制开关k2的第三端为输出电路430的第一个第二输入端；控制开关k3的第一端与电容C1的第二端相连，控制开关k3的第二端接地，控制开关k3的第三端为输出电路430的第二个第二输入端；电容C2的第二端与控制开关k1的第二端的交点为输出电路430的输出端。其中，控制开关k1、控制开关k2和控制开关k3可以是NMOS，也可以是PMOS。

可选地，第一控制开关K可以是PMOS(如图6所示)、NMOS(如图7所示)或者是NMOS和PMOS的组合(如图8所示)。第二控制开关S可以是三端可控开关，也可以是PMOS、NMOS或者是NMOS和PMOS的组合。

其中，第一控制开关的开关类型的选择方法可以取决于至少一个BUCK电路提供的第一电压和工作电路需要的电压之间的差值，若该差值大于PMOS的阈值电压，则选择PMOS；若该差值小于PMOS的阈值电压，则选择NMOS，该选择方法可以有效的减小芯片面积。然而，对于第一控制开关的开关类型的选择方法并不限于上述方法，还可以通过其他方式进行选择，如通过实际设计计算的方法，本发明实施例在此不再赘述。

可选地，该供电电路还可以包括误差放大器EA，如图9所示。EA的第一输入端输入工作电路所需电压，EA的第二输入端输入开启的BUCK电路输出的第一电压，EA的输出端与至少一个第二控制开关S中的每个第二控制开关S的第三端相连，以输出工作电路所需电压与该第一电压的差值。

EA，用于提供该BUCK的闭环控制，通过使用EA来控制供电电路的输出达到工作电路所需的电压值。在控制环路中，误差放大器将误差信号放大，实现对BUCK提供的电源的PSRR(电源电压抑制比)，以提高控制系统的灵敏度，提高调节精度(降低调节误差)。由于BUCK电路的供电环境比较复杂，可能会产生音频带内可见的噪声源，所以通过增加EA可以提供40dB及以上的PSRR，从而使工作电路(如PA)的输出不容易受到干扰。

可选地，EA的数量可以为至少一个，一个EA可以与至少一个第二控制开关S相连。

需要说明的是，在输出电路430中，EA还可以控制控制开关k1、控制开关k2和控制开关k3中的任意一个，如图10-图12。

由此可见，本申请提供的供电电路通过对电源管理单元中的BUCK电路进行复用，有效的达到了高效率，以及节约了成本、减少了BUCK电路所需要的外围元器件，从而减少芯片面积，消除潜在的性能干扰风险，有利于手机的轻薄化和微型化设计。

与上述供电电路对应的本发明实施例还提供了一种供电方法。如图13所示，该方法可以包括：

步骤1310、接入至少一个降压型直流变换电路输出的至少一个第一电压，每个降压型直流变换电路用于对至少一个工作电路供电。

步骤1320、根据工作电路所需电压和至少一个第一电压，开启相应的降压型直流变换电路。

步骤1330、根据开启的降压型直流变换电路输出的第一电压，输出第二电压，以对该工作电路进行供电。其中，第一电压的电压值大于或等于第二电压的电压值。

可选地，根据工作电路所需电压和至少一个第一电压，开启相应的BUCK电路，包括：

根据工作电路所需电压、至少一个第一电压和输出至少一个第一电压的相应降压型直流变换电路的工作状态，开启相应的降压型直流变换电路。

可选地，根据工作电路所需电压和至少一个第一电压，开启相应的BUCK电路，包括：

当第一电压大于或等于该工作电路所需电压时，向相应第二控制开关的输出触发信号，并根据触发信号，触发相应的第一控制开关开启输出第一电压的降压型直流变换器电路。

可选地，当第一电压大于或等于工作电路所需电压，且输出第一电压的降压型直流变换电路未满载时，向相应第二控制开关的输出触发信号，并根据触发信号，触发相应的第一控制开关开启输出第一电压的降压型直流变换器电路。

该方法通过复用电源管理单元的BUCK电路，实现了去除H类功率放大器专用的BUCK电路，减少了芯片面积，节约了成本，同时还消除了可能潜在存在的干扰源。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令处理器完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质是非短暂性(non-transitory)介质，例如随机存取存储器，只读存储器，快闪存储器，硬盘，固态硬盘，磁带(magnetic tape)，软盘(floppy disk)，光盘(optical disc)及其任意组合。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种供电电路，用于音频设备，所述音频设备包括所述供电电路和电源管理单元，其特征在于，所述供电电路包括：

开关电路，用于接入所述电源管理单元的至少一个降压型直流变换电路输出的至少一个第一电压，每个所述降压型直流变换电路用于对至少一个工作电路供电，所述工作电路为功率放大器；

控制电路，用于根据所述工作电路所需电压和至少一个所述第一电压，开启相应的所述降压型直流变换电路；

输出电路，用于根据开启的所述降压型直流变换电路输出的所述第一电压，输出第二电压，以对所述工作电路进行供电，其中，所述第一电压的电压值大于或等于所述第二电压的电压值；

其中，所述开关电路包括至少一个第一控制开关和至少一个第二控制开关，所述第一控制开关与所述第二控制开关的数量相等且一一对应，至少一个所述第一控制开关，用于接入至少一个所述降压型直流变换电路输出的至少一个所述第一电压；所述控制电路，具体用于当所述第一电压大于或等于所述工作电路所需电压时，向相应的所述第二控制开关输出触发信号；所述第二控制开关，用于根据所述触发信号，触发相应的所述第一控制开关开启输出所述第一电压的所述降压型直流变换器电路；

所述供电电路还包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端输入所述工作电路所需电压，所述误差放大器的第二输入端输入开启的所述降压型直流变换电路输出的所述第一电压，所述误差放大器的输出端与至少一个所述第二控制开关中的每个所述第二控制开关的第三端相连，以输出所述工作电路所需电压与所述第一电压的差值。

2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述控制电路，还用于根据工作电路所需电压、至少一个所述第一电压和输出至少一个所述第一电压的相应的所述降压型直流变换电路的工作状态，开启相应的所述降压型直流变换电路。

3.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述控制电路，还具体用于当所述第一电压大于或等于所述工作电路所需电压，且输出所述第一电压的所述降压型直流变换电路未满载时，向相应所述第二控制开关的输出触发信号；

所述第二控制开关，用于根据所述触发信号，触发相应的所述第一控制开关开启输出所述第一电压的所述降压型直流变换器电路。

4.根据权利要求1或3所述的供电电路，其特征在于，

所述至少一个第一控制开关中的每个所述第一控制开关的第一端为所述供电电路的输入端，所述至少一个第一控制开关中的每个所述第一控制开关的第二端与所述输出电路的第一输入端相连，所述输出电路的输出端为所述供电电路的输出端；所述至少一个第一控制开关中的每个所述第一控制开关的第三端与所述至少一个第二控制开关中的每个所述第二控制开关的第一端相连，所述至少一个第二控制开关中的每个所述第二控制开关的第二端与所述控制电路的至少一个第一输出端中的一个所述第一输出端相连，所述至少一个第二控制开关中的每个所述第二控制开关的第三端接地，所述控制电路的三个第二输出端分别与所述输出电路的三个第二输入端相连。

5.根据权利要求1或3所述的供电电路，其特征在于，所述第一控制开关为PMOS或NMOS，或NMOS和PMOS的组合。

6.一种供电方法，用于音频设备，所述音频设备包括供电电路和电源管理单元，所述供电电路包括开关电路、控制电路和输出电路，其特征在于，所述供电方法包括：

所述开关电路接入所述电源管理单元的至少一个降压型直流变换电路输出的至少一个第一电压，每个所述降压型直流变换电路用于对至少一个工作电路供电，所述工作电路为功率放大器；

所述控制电路根据所述工作电路所需电压和至少一个所述第一电压，开启相应的降压型直流变换电路；

所述输出电路根据开启的所述降压型直流变换电路输出的所述第一电压，输出第二电压，以对所述工作电路进行供电，其中，所述第一电压的电压值大于或等于所述第二电压的电压值；

其中，所述开关电路包括至少一个第一控制开关和至少一个第二控制开关，所述第一控制开关与所述第二控制开关的数量相等且一一对应，至少一个所述第一控制开关，用于接入至少一个所述降压型直流变换电路输出的至少一个所述第一电压；所述控制电路，具体用于当所述第一电压大于或等于所述工作电路所需电压时，向相应所述第二控制开关输出触发信号；所述第二控制开关，用于根据所述触发信号，触发相应的所述第一控制开关开启输出所述第一电压的所述降压型直流变换器电路；

所述供电电路还包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端输入所述工作电路所需电压，所述误差放大器的第二输入端输入开启的所述降压型直流变换电路输出的所述第一电压，所述误差放大器的输出端与至少一个所述第二控制开关中的每个所述第二控制开关的第三端相连，以输出所述工作电路所需电压与所述第一电压的差值。

7.根据权利要求6所述的供电方法，其特征在于，所述根据工作电路所需电压和至少一个所述第一电压，开启相应的所述降压型直流变换电路，包括：

根据所述工作电路所需电压、至少一个所述第一电压和输出至少一个所述第一电压的相应的所述降压型直流变换电路的工作状态，开启相应的所述降压型直流变换电路。

8.根据权利要求6所述的供电方法，其特征在于，所述根据工作电路所需电压和至少一个所述第一电压，开启相应的所述降压型直流变换电路，包括：

当所述第一电压大于或等于所述工作电路所需电压时，向相应的所述第二控制开关输出触发信号；

根据所述触发信号，触发相应的所述第一控制开关开启输出所述第一电压的所述降压型直流变换器电路。

9.根据权利要求7所述的供电方法，其特征在于，当所述第一电压大于或等于所述工作电路所需电压，且输出所述第一电压的所述降压型直流变换电路未满载时，向相应的所述第二控制开关的输出触发信号；

根据所述触发信号，触发相应的所述第一控制开关开启输出所述第一电压的所述降压型直流变换器电路。

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