CN110515415A - 电压调整装置、电源芯片及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种电压调整装置、电源芯片及电子设备，所述装置包括输入模块、钳位模块、第一晶体管、第二晶体管、控制模块及输出模块，其中：控制模块电连接于输入模块的第一端及输出模块，用于：在输出模块输出的输出电压与输入电压的差值小于或等于预设值时，输出脉冲宽度调制PWM信号到第二晶体管的栅极端，并在预设时长内输出输入电压到所述第一晶体管的栅极端；在达到预设时长时输出钳位信号到所述第一晶体管的栅极端，以便将所述输入模块两端的电压差钳位至第一电压。本公开的电压调整装置，在模式切换时，可以保持系统稳定，可以使得电压调整装置的电压调整效率维持在高的水准，从而提高电压调整效率，并降低能量损耗。
Description
技术领域
本公开涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电压调整装置、电源芯片及电子设备。
背景技术
电压调整技术在电子设备中得到普遍的应用，由于人们的需求呈现多种多样性，不同类型电子设备的额定工作状态也不相同，因此技术人员需要采用电压调整技术将同一类型的电能调整为符合电子设备安全运行需求的工作电压，以保障电子设备能够始终处于稳定的状态。通过电压调整电路能够保障电力系统能够兼容各种类型的电子设备的供电需求，不同的电子元器件接入调整后的电能，以满足用户的不同电路功能需求，从而电压调整技术的发展得到给电子设备的使用带来了极大的便利，节省了电子设备的电能供应成本，方便人们的生产生活。
然而，相关技术在进行电压调整时，常常因为模式切换导致系统不稳定、能耗升高、效率较低的问题。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种电压调整装置，所述装置包括输入模块、钳位模块、第一晶体管、第二晶体管、控制模块及输出模块，其中：
所述输入模块的第一端电连接于所述钳位模块的第一输入端，用于接收输入电压，所述输入模块的第二端电连接于所述钳位模块的第二输入端、所述第二晶体管的漏极端及所述第一晶体管的漏极端，
所述第一晶体管的栅极端及所述第二晶体管的栅极端电连接于所述控制模块，所述第一晶体管的源极端电连接于所述输出模块，所述第二晶体管的源极端接地，
所述钳位模块的输出端电连接于所述控制模块，用于输出钳位信号，
所述控制模块电连接于所述输入模块的第一端及所述输出模块，用于：
在所述输出模块输出的输出电压与所述输入电压的差值小于或等于预设值时，输出脉冲宽度调制PWM信号到所述第二晶体管的栅极端，并在预设时长内输出所述输入电压到所述第一晶体管的栅极端；
在达到所述预设时长时输出所述钳位信号到所述第一晶体管的栅极端，以便将所述输入模块两端的电压差钳位至第一电压。
在一种可能的实施方式中，所述钳位模块包括：
电流检测子模块，电连接于所述第一晶体管的漏极端、所述第二晶体管的漏极端及所述输入模块的第二端，用于检测负载电流；
钳位信号产生子模块，电连接于所述电流检测子模块及所述输入模块的第一端，用于根据所述负载电流产生所述钳位信号；
缓冲子模块，电连接于所述钳位信号产生子模块及所述控制模块，用于缓冲并输出所述钳位信号，所述缓冲子模块包括电压跟随器。
在一种可能的实施方式中，所述电流检测子模块包括电流检测单元、电流镜单元、比较单元、开关单元、编码单元，其中：
所述电流检测单元电连接于所述第一晶体管，用于根据所述第一晶体管的输出电流以预设比例输出初始检测电流；
所述电流镜单元电连接于所述电流检测单元及所述开关单元的第一端，用于输出所述初始检测电流；
所述开关单元的第二端电连接于所述比较单元，所述开关单元的控制端电连接于所述控制模块，用于接收所述PWM信号的取反信号，所述开关单元用于在被所述PWM信号的取反信号导通的情况下，输出所述初始检测电流；
所述比较单元用于将所述初始检测电流产生的电压与预设比较电压进行比较，输出比较结果；
所述编码单元电连接于所述比较单元，用于根据所述比较结果得到所述负载电流。
在一种可能的实施方式中，所述电流检测单元包括检测晶体管，所述检测晶体管的源极端电连接于所述第一晶体管的源极端，所述检测晶体管的漏极端电连接于所述第一晶体管的漏极端，所述检测晶体管的栅极端电连接于所述第一晶体管的栅极端。
在一种可能的实施方式中，所述电流镜单元包括电流镜输入子单元、及多个电流镜子单元，所述开关单元包括多个开关，其中：
所述电流镜输入子单元包括第三晶体管、第四晶体管，所述第三晶体管的漏极端电连接于所述电流检测子单元及所述第三晶体管的栅极端，所述第三晶体管的源极端电连接于所述第四晶体管的漏极端及栅极端，所述第四晶体管的源极端接地；
所述电流镜子单元包括第五晶体管、第六晶体管，所述第五晶体管的漏极端电连接于所述开关的第一端，所述第五晶体管的栅极端电连接于所述第三晶体管的栅极端，所述第五晶体管的源极端电连接于所述第六晶体管的漏极端，所述第六晶体管的栅极端电连接于所述第四晶体管的栅极端，所述第六晶体管的源极端接地。
在一种可能的实施方式中，所述比较单元包括多个比较子单元，所述比较子单元包括基准电流源、电容及比较器，其中：
所述基准电流源电连接于所述开关单元的第二端、所述比较器的负极端、所述电容的第一端，用于输出基准电流，
所述电容的第二端接地；
所述比较器的正极端用于输入所述预设比较电压，用于根据所述初始检测电流在电容上产生的电压与所述预设比较电压的大小关系输出所述比较结果，
其中，每个基准电流源输出的基准电流不同。
在一种可能的实施方式中，所述钳位信号产生子模块包括钳位电阻、钳位电流源，其中，所述钳位电阻的第二端电连接于所述钳位电流源的第一端，所述钳位电流源的第二端接地，所述钳位电流源用于根据所述负载电流产生钳位电流，所述钳位电阻的第一端用于根据所述钳位电流输出所述钳位信号。
在一种可能的实施方式中，所述控制模块还用于：
在所述输出电压与所述输入电压的差值大于预设值时，输出所述PWM信号到所述第一晶体管的栅极端及所述第二晶体管的栅极端。
在一种可能的实施方式中，所述控制模块包括模式切换子模块、控制子模块及占空比调整子模块，所述模式切换子模块的输入端用于接收所述输入电压及所述输出电压，所述模式切换子模块的输出端电连接于所述控制子模块的第一输入端，所述控制子模块的第二输入端电连接于所述占空比调整子模块的输出端，所述占空比调整子模块的输入端用于接收所述输出模块的反馈电压，其中，
所述模式切换子模块用于根据所述输入电压及所述输出电压的大小关系输出模式切换信号；
所述占空比调整子模块用于根据所述反馈电压调整PWM信号的占空比；
所述控制子模块用于：
根据所述模式切换信号将PWM信号输出到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极端；或
根据所述模式切换信号在预设时长内输出所述输入电压到所述第一晶体管的栅极端，在达到所述预设时长时输出所述钳位信号到所述第一晶体管的栅极端。
在一种可能的实施方式中，所述控制模块还包括开关子模块，所述开关子模块电连接于所述钳位模块、所述控制模块及所述第一晶体管的栅极端，所述控制模块还用于：
根据所述模式切换信号开始计时，在计时时长小于所述预设时长时，控制所述开关子模块的导通状态，以将所述输入电压输出到所述第一晶体管的栅极端；
在计时时长达到所述预设时长时，控制所述开关子模块的导通状态，将所述钳位信号输出到所述第一晶体管的栅极端。
在一种可能的实施方式中，所述输入模块包括电感，所述输出模块包括第一输出电阻、第二输出电阻及输出电容，其中，
所述第一输出电阻的第一端电连接于所述第一晶体管的源极端及所述输出电容的第一端，用于输出所述输出电压，
所述第一输出电阻的第二端电连接于所述第二输出电阻的第一端，
所述第二输出电阻的第二端及所述输出电容的第二端接地。
根据本公开的另一方面，提出了一种电源芯片，所述芯片包括：
所述的电压调整装置。
根据本公开的另一方面，提出了一种电子设备，所述电子设备包括：
所述的电源芯片。
根据以上装置，本公开在输出模块40输出的输出电压与所述输入电压的差值小于或等于预设值的情况下，输出脉冲宽度调制PWM信号到所述第二晶体管Q2的栅极端，在预设时长内输出所述输入电压Vin到所述第一晶体管Q1的栅极端；在达到所述预设时长时输出所述钳位信号到所述第一晶体管Q1的栅极端，以便将所述输入模块两端的电压差钳位至第一电压，从而使得电压调整装置从升压模式(boost)切换到二极管(diode)模式的情况下，避免模式切换造成系统波动，从而保持系统稳定，可以使得电压调整装置的电压调整效率维持在高的水准，从而提高电压调整效率，并降低能量损耗。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
图2示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
图3示出了根据本公开一实施方式的电流检测子模块的示意图。
图4a示出了根据本公开一实施方式的钳位信号产生子模块的示意图。
图4b示出了根据本公开一实施方式的缓冲子模块的示意图。
图5a示出了利用相关技术进行电压调整时的电感两端的示意图，图5b示出了利用本公开电压调整装置进行电压调整时的电感两端的示意图。
图6示出了根据本公开电压调整装置进行电压调整的示意图。
图7a示出了利用相关技术进行电压调整时的示意图，图7b示出了利用本公开电压调整装置进行电压调整时的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
请参阅图1，图1示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
如图1所示，所述装置包括输入模块10、钳位模块20、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、控制模块30及输出模块40，其中：
所述输入模块10的第一端电连接于所述钳位模块20的第一输入端，用于接收输入电压Vin，所述输入模块10的第二端电连接于所述钳位模块20的第二输入端、所述第二晶体管Q2的漏极端及所述第一晶体管Q1的漏极端，
所述第一晶体管Q1的栅极端及所述第二晶体管Q2的栅极端电连接于所述控制模块30，所述第一晶体管Q1的源极端电连接于所述输出模块40，所述第二晶体管Q2的源极端接地，
所述钳位模块20的输出端电连接于所述控制模块30，用于输出钳位信号，所述控制模块30电连接于所述输入模块10的第一端及所述输出模块40，用于：
在所述输出模块40输出的输出电压与所述输入电压的差值小于或等于预设值时，输出脉冲宽度调制PWM信号到所述第二晶体管Q2的栅极端，输出所述钳位信号到所述第一晶体管Q1的栅极端，并在预设时长内输出所述输入电压Vin到所述第一晶体管Q1的栅极端；
在达到所述预设时长时输出所述钳位信号到所述第一晶体管Q1的栅极端，以便将所述第一晶体管Q1及所述第二晶体管Q2的栅极端的电压钳位至第一电压。
根据以上装置，本公开在输出模块40输出的输出电压与所述输入电压的差值小于或等于预设值的情况下，输出脉冲宽度调制PWM信号到所述第二晶体管Q2的栅极端，在预设时长内输出所述输入电压Vin到所述第一晶体管Q1的栅极端；在达到所述预设时长时输出所述钳位信号到所述第一晶体管Q1的栅极端，以便将所述输入模块两端的电压差钳位至第一电压，从而使得电压调整装置从升压模式(boost)切换到二极管(diode)模式的情况下，避免模式切换造成系统波动，从而保持系统稳定，可以使得电压调整装置的电压调整效率维持在高的水准，从而提高电压调整效率，并降低能量损耗。
本公开提出的电压调整装置，相较于相关技术，可以将输入电压Vin的范围扩展到全电压范围，提高了装置的适应性。
在一种可能的实施方式中，升压模式可以为：输出模块40输出的输出电压Vout与输入电压Vin的差值大于预设值的情况。
在一种可能的实施方式中，二极管模式可以为：输出模块40输出的输出电压Vout与所述输入电压的差值小于或等于预设值的情况。
当电压调整装置工作在二极管模式的情况下，本公开的电压调整装置中，第一晶体管Q1的电压差对电流不敏感，功耗不会随着电流变化，可以在不同的负载情况下实现高效率，并且保持系统稳定。
且，在从升压模式切换到二极管模式的情况下，系统可以保持稳定，维持高效率。
在一种可能的实施方式中，所述预设值可以为0～500mv。
优选地，所述预设值可以为100mv，200mv，300mv等。
在一张可能的实施方式中，所述第一电压可以为输入电压Vin与输出电压Vout的差值(Vin-Vout)，本公开对第一电压的具体大小不做限制。
请参阅图2，图2示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
在一种可能的实施方式中，输入模块10可以包括输入电感L。
应该明白的是，本公开以输入模块10包括输入电感L为例进行了说明，但是，本公开不限于此，在其他的实施方式中，输入模块10可以包括其他的元器件，例如，可以包括输入电阻、或输入电阻网络，输入电感L可以替换为输入电感网络等，对此，本公开不做限制。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述钳位模块20可以包括电流检测子模块210，电连接于所述第一晶体管Q1的漏极端、所述第二晶体管Q2的漏极端及所述输入模块10的第二端，用于检测负载电流；
钳位信号产生子模块220，电连接于所述电流检测子模块210及所述输入模块10的第一端，用于根据所述负载电流产生所述钳位信号Vdac；
缓冲子模块230，电连接于所述钳位信号产生子模块220及所述控制模块30，用于缓冲并输出所述钳位信号Vdac。
通过以上装置，本公开实施例可以对装置输出的负载电流进行检测，并根据负载电流产生钳位信号，通过将钳位信号缓冲并输出到第一晶体管的栅极端，可以在装置从升压模式切换到二极管模式的情况下，将电感两端的电压差维持在一个固定值，从而避免电感电流波动，以降低功耗、保持装置(系统)的稳定，从而提高电压调整效率。
请参阅图3，图3示出了根据本公开一实施方式的电流检测子模块的示意图。
在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述电流检测子模块210可以包括电流检测单元211、电流镜单元212、比较单元214、开关单元213、编码单元215，其中：
所述电流检测单元211电连接于所述第一晶体管Q1，用于根据所述第一晶体管Q1的输出电流以预设比例输出初始检测电流；
所述电流镜单元212电连接于所述电流检测单元211及所述开关单元213的第一端，用于输出所述初始检测电流；
所述开关单元213的第二端电连接于所述比较单元214，所述开关单元213的控制端电连接于所述控制模块30，用于接收所述PWM信号的取反信号，所述开关单元213用于在被所述PWM信号的取反信号导通的情况下，输出所述初始检测电流；
所述比较单元214用于将所述初始检测电流产生的电压与预设比较电压进行比较，输出比较结果；
所述编码单元215电连接于所述比较单元，用于根据所述比较结果得到所述负载电流。
通过以上装置，本公开实施例可以利用电流检测单元得到对第一晶体管Q1输出的电流进行采样，得到初始检测电流，开关模块可以在控制模块的控制下降初始检测电流输出到比较单元，从而使得比较单元可以根据初始检测电流产生的电压与预设比较电压进行比较，输出比较结果，以使得编码单元可以利用比较结果得到负载电流(编码信号)。
在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述电流检测单元211可以包括检测晶体管Qd，所述检测晶体管Qd的源极端电连接于所述第一晶体管Q1的源极端，所述检测晶体管Qd的漏极端电连接于所述第一晶体管Q1的漏极端，所述检测晶体管Qd的栅极端电连接于所述第一晶体管Q1的栅极端。
在一种可能的实施方式中，检测晶体管Qd可以选取第一晶体管Q1的一个单元(cell)，例如，当第一晶体管包括2000个单元时，可以选择其中一个作为检测晶体管Qd，这样可以使得所述预设比例为2000:1。
当然，以上描述是示例性的，本领域技术人员可以根据需要设置所述预设比例，在一个示例中，所述预设比例可以为1000:1，3000:1等等，对此本公开不做限定。
在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述电流镜单元212可以包括电流镜输入子单元、及多个电流镜子单元，所述开关单元213可以包括多个开关(例如K1～Kn)，其中：
所述电流镜输入子单元包括第三晶体管Q3、第四晶体管Q4，所述第三晶体管Q3的漏极端电连接于所述电流检测子单元211及所述第三晶体管Q3的栅极端，所述第三晶体管Q3的源极端电连接于所述第四晶体管Q4的漏极端及栅极端，所述第四晶体管Q4的源极端接地；
所述电流镜子单元包括第五晶体管Q5、第六晶体管Q6，所述第五晶体管Q5的漏极端电连接于所述开关(例如K1)的第一端，所述第五晶体管Q5的栅极端电连接于所述第三晶体管Q3的栅极端，所述第五晶体管Q5的源极端电连接于所述第六晶体管Q6的漏极端，所述第六晶体管Q6的栅极端电连接于所述第四晶体管Q4的栅极端，所述第六晶体管Q6的源极端接地。
在一个示例中，每个电流镜子单元可以在开关导通的情况下，将初始检测电流(isen_1、isen_2等)输出到比较子单元中。
本公开对电流镜子单元的数目不做限定，对开关的数目也不做限定，同时对开关的类型也不做限定。本领域技术人员可以根据需要设置电流镜子单元、开关的数目、开关的类型。
在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述比较单元212可以包括多个比较子单元，每个比较子单元可以包括基准电流源(例如iref_1)、电容(例如C_1)及比较器(例如oc_1)，其中：
所述基准电流源电连接于所述开关单元的第二端、所述比较器的负极端、所述电容的第一端，用于输出基准电流，
所述电容的第二端接地；
所述比较器的正极端用于输入所述预设比较电压，用于根据所述初始检测电流在电容上产生的电压与所述预设比较电压的大小关系输出所述比较结果，
其中，每个基准电流源输出的基准电流不同。
在一种可能的实施方式中，所述预设比较电压例如可以为1/2*Vin等，当然，在其他的实施方式中，预设比较电压还可以是其他，对此本公开不做限定。
在一种可能的实施方式中，基准电流源输出的基准电流例如可以等差变化，例如，iref_1、iref_2、iref_3、…、iref_n例如可以我100mA、200mA、300mA、…、n*100mA，其中，n为大于0的整数。
当然，以上描述是示例性的，基准电流源输出的基准电流还可以是其他，本领域技术人员可以根据需要确定，对此，本公开不做限定。
本公开利用比较单元，可以将初始检测电流的平均值与基准电流进行比较(通过电容的积分功能)，在初始检测电流的平均值大于基准电流时，电容上产生的电压大于预设比较电压，比较器反转输出比较结果，这样，当多个比较单元利用不同的基准电流对初始检测电流进行检测时，编码单元215可以根据多个比较结果得到负载电流的编码信号，当比较单元的数目较多，每个比较单元中基准电流源输出的基准电流相差较小(即精度较高)时，编码单元215可以得到较为精确的负载电流(编码信号)；当比较单元的数目较少时，编码单元215可以得到负载电流的一个范围(例如在300mA～400mA)。
可见，本领域可以根据需要的精度调整基准电流源的数目、大小，获得满足需要的精度的负载电流。
当然，本公开对编码单元215的具体实施方式不做限制，本领域技术人员可以利用已有的编解码器实现，或者利用专门设计的编码单元实现，对此，本公开不做限定。
请参阅图4a，图4a示出了根据本公开一实施方式的钳位信号产生子模块的示意图。
在一种可能的实施方式中，如图4a所示，所述钳位信号产生子模块220可以包括钳位电阻Rdac、钳位电流源，其中，所述钳位电阻Rdac的第二端电连接于所述钳位电流源的第一端，所述钳位电流源的第二端接地，所述钳位电流源用于根据所述负载电流(Icode<1:k>，其中，k为大于0、小于n的整数)产生钳位电流，所述钳位电阻的第一端用于根据所述钳位电流输出所述钳位信号Vdac。
其中，所述钳位电流源根据负载电流产生钳位电流，可以包括：
根据电流检测子模块210输出的负载电流的编码信号Icode输出所述钳位电流。
在一个示例中，电流检测子模块210输出的负载电流可以为负载电流的一个范围，钳位电流源可以根据负载电流的编码信号Icode输出该范围中的一个钳位电流。
请参阅图4b，图4b示出了根据本公开一实施方式的缓冲子模块的示意图。
在一种可能的实施方式中，如图4b所示，所述缓冲子模块230可以为电压跟随器。
在一个示例中，电压跟随器的增益为1。
在一个示例中，所述缓冲子模块230可以包括：
电流源Ib的第一端接收输入电压Vin，第二端电连接于电阻Rbuff1的第一端、晶体管nm3、晶体管nm5的栅极，
电阻Rbuff1的第二端电连接于晶体管nm3的漏极、晶体管nm4的栅极、晶体管nm6的栅极，
晶体管nm3的栅极电连接于晶体管nm5的栅极，
晶体管nm3的源极电连接于晶体管nm4的漏极，
晶体管nm4的栅极电连接于晶体管nm6的栅极，
晶体管nm5的源极电连接于晶体管nm6的漏极，晶体管nm5的漏极电连接于电阻Rbuff2的第一端、晶体管pm2的栅极、晶体管pm5的栅极、晶体管pm6的栅极、晶体管pm8的栅极，
电阻Rbuff2的第二端电连接于晶体管pm2的漏极、晶体管pm1的栅极、晶体管pm7的栅极，
晶体管pm2的源极电连接于晶体管pm1的漏极，
晶体管pm1的源极电连接于晶体管pm3的源极、晶体管pm4的源极、晶体管pm7的源极，用于接收输入电压Vin，
晶体管nm3～晶体管nm12形成电流镜，晶体管nm7～晶体管nm12的具体连接关系在此不再赘述。
晶体管nm1的栅极用于输入钳位信号Vdac，晶体管nm1的源极电连接于晶体管nm7的漏极及晶体管nm2的源极，晶体管nm1的漏极电连接于晶体管pm3的漏极及晶体管pm5的源极，
晶体管nm2的漏极电连接于晶体管pm4的漏极及晶体管pm6的源极，
晶体管pm3的栅极、晶体管pm4的栅极电连接于晶体管pm5的漏极，
晶体管pm6的漏极电连接于晶体管pm9的栅极、晶体管nm11的漏极及电容Cd的第一端，
晶体管nm4、nm6、nm8、nm10、nm12的源极、电容Cd的第二端、晶体管pm9的漏极接地，
晶体管pm7的漏极电连接于晶体管pm8的源极，
晶体管pm8的漏极电连接于晶体管pm9的源极及晶体管nm2的栅极，用于输出钳位信号Vdac，
通过以上电压缓冲子模块，本公开可以对钳位信号Vdac进行缓冲，输出缓冲后的钳位信号Vdac。
当然，应该明白的是，以上对电压缓冲子模块的描述是示例性的，在其他的实施方式中，本领域技术人员可以作出改变、改进，只要可以实现缓冲功能即可。
本公开对缓冲子模块的具体实施方式不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要选择。
在一种可能的实施方式中，所述控制模块30还可以用于：
在所述输出电压与所述输入电压的差值大于预设值的情况下，输出所述PWM信号到所述第一晶体管Q1的栅极端及所述第二晶体管Q2的栅极端。
在这种情况下，电压调整装置工作在升压模式下，第一晶体管Q1及第二晶体管Q2都受PWM信号所控制，通过不同的占空比，达到对输出的输出电压Vout的调制的功能，在这种情况下，开关轮流导通保证输入电感L的电流的连续性。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述控制模块30可以包括模式切换子模块310、控制子模块320及占空比调整子模块330。
在一种可能的实施方式中，所述模式切换子模块310的输入端可以用于接收所述输入电压Vin及所述输出电压Vout，所述模式切换子模块310的输出端电连接于所述控制子模块320的第一输入端，所述控制子模块320的第二输入端电连接于所述占空比调整子模块330的输出端，所述占空比调整子模块330的输入端可以用于接收所述输出模块40的反馈电压Vfb，其中，
所述模式切换子模块310可以用于根据所述输入电压及所述输出电压的大小关系输出模式切换信号；
所述占空比调整子模块330可以用于根据所述反馈电压调整PWM信号的占空比；
所述控制子模块320可以用于：
根据所述模式切换信号将PWM信号输出到所述第一晶体管Q1及所述第二晶体管Q2的栅极端；或
根据所述模式切换信号在预设时长内输出所述输入电压Vin到所述第一晶体管Q1的栅极端，在达到所述预设时长时输出所述钳位信号到所述第一晶体管Q1的栅极端。
当在预设时长内输出所述输入电压Vin到所述第一晶体管Q1的栅极端时，第一晶体管Q1的栅极端被钳位到输入电压Vin，在这种情况下，PWM信号为零且第二晶体管Q2断开，由于第一晶体管Q1的钳位作用，此时第一晶体管Q1及第二晶体管的连接点SW的电压为Vin+Vth+Ilin/gm，导致电感两端的电压由之前的Vin-Vout，切换到-Vth-Ilin/gm上，其中Vth为Q1管的阈值电压，Ilin为此时的电感电流，gm为Q1管的等效电导数值。
而在达到预设时长时，输出所述钳位信号Vdac到所述第一晶体管Q1的栅极端，第一晶体管Q1的栅极端电压为VX＝Vin-Vdac，那么可以通过调整钳位信号Vdac使得在切换后输入模块10(电感L)两端的电压保持Vin-Vout。
可以通过如下方式确定钳位信号Vdac的大小：
因为需要保持输入模块10两端电压为Vin-Vout，可得，第一晶体管Q1的栅极端电压为VX＝Vout-Vth-Ilin/gm，根据不同的负载电流可以调整Vdac的数值，那么就可以满足上述等式，使得：Vout-Vth-Ilin/gm＝Vin＝Vdac，即：Vdac＝Vin-Vout+Vth+Ilin/gm。
这样，本公开通过负载电流可以改变钳位信号Vdac的大小，从而保证切换前后输入模块两端的电压差始终为Vin-Vout。如此，则电感电流不发生突变，而输出电压也不发生额外的瞬态响应的状况。本公开提出的电压调整装置，可以在模式切换时保持稳定，及高效率。
在一种可能的实施方式中，模式切换子模块310可以包括比较器、减法器等，可以将输出电压Vout与预设电压Vdif的差值输入到比较器的正极端，将输入电压Vin输入到比较器的负极端，并根据二者的大小关系输出模式切换信号。
本公开对预设电压Vdif的具体大小不做限制，本领域技术人员可以根据需要设定该预设电压Vdif。
本公开对占空比控制子模块330的具体实施方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要确定占空比控制子模块330的实现方式，只要其可以根据反馈信号Vfb实现对占空比的控制接口。
同样的，本公开对控制子模块320的具体实施方式不做限定。
当然，控制子模块320可以根据占空比调整信号输出PWM信号，并可以输出各个开关的控制信号，因此，控制子模块320可以聚成有PWM逻辑控制器等。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述控制模块30还可以包括开关子模块340，所述开关子模块340电连接于所述钳位模块20(缓冲子模块230)、所述控制子模块320及所述第一晶体管的栅极端，所述控制模块30还可以用于：
根据所述模式切换信号开始计时，在计时时长小于所述预设时长时，控制所述开关子模块的导通状态，以将所述输入电压Vin输出到所述第一晶体管Q1的栅极端；
在计时时长达到所述预设时长时，控制所述开关子模块的导通状态，将所述钳位信号Vdac输出到所述第一晶体管Q1的栅极端。
在一种可能的实施方式中，开关子模块340可以包括第一开关S1、第二开关S2，第三开关S3。
其中，第一开关S1的第一端电连接于所述控制子模块320，用于接收PWM信号，第一开关S1第第二端电连接于第一晶体管Q1的栅极端。
第二开关S2的第一端电连接于输入模块10的第一端，用于接收输入电压Vin，第二开关S2的第二端电连接于所述第一晶体管Q1的栅极端。
第三开关S3的第一端电连接于缓冲子模块S230的输出端，用于接收钳位信号，第三开关S3的第二端电连接于第一晶体管Q1的栅极端。
在一个示例中，控制子模块320可以在升压模式下输出开关信号控制第一开关S1导通、第二开关S2断开、第三开关S3断开，从而将PWM信号输出到第一晶体管Q1的栅极端。
在一个示例中，控制子模块320可以在二极管模式下开始计时，在计时时长小于所述预设时长时，输出开关控制信号控制第一开关S1断开、第二开关S2导通，以将所述输入电压Vin输出到所述第一晶体管Q1的栅极端；
在计时时长达到所述预设时长时，输出控制信号控制第二开关S2断开，并控制第三开关S3导通，将所述钳位信号Vdac输出到所述第一晶体管Q1的栅极端。
在一种可能的实施方式中，所述预设时长可以在10ns～20ns，当然，在其他的实施方式中，预设时长也可以是其他。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述输出模块40可以包括第一输出电阻R1、第二输出电阻R2及输出电容Cout，其中，
所述第一输出电阻R1的第一端电连接于所述第一晶体管Q1的源极端及所述输出电容Cout的第一端，用于输出所述输出电压Vout，
所述第一输出电阻R1的第二端电连接于所述第二输出电阻R2的第一端，所述第二输出电阻R2的第二端及所述输出电容Cout的第二端接地。
在一种可能的实施方式中，所述反馈信号Vfb可以是第二输出电阻R2的电压。
当然，以上对输出模块40的描述是示例性的，不应视为是对本公开的限制，在其他的实施方式中，输出模块40可以有其他的实现方式，本公开不做限定。
请参阅图5a及5b，图5a示出了利用相关技术进行电压调整时的电感两端的示意图，图5b示出了利用本公开电压调整装置进行电压调整时的电感两端的示意图。
如图5a所示，利用相关技术进行电压调整时，当从升压模式切换到二极管模式的情况下，输入模块(电感)两端的电压从固定值切换到Vth-Ilin/gm。
如图5b所示，本公开电压调整装置在模式切换后电感两端的压差一直保持一个固定值(Vin-Vout)。
可以看出，利用本公开提出的电压调整装置进行电压调整，在从升压模式切换到二极管模式时，电感两端的电压保持在一个固定值，电感电流本身不会有很大的波动，因此在模式切换的前后，输出电压Vout一直保持一个稳定的状态。
相较于相关技术，本公开提出的电压调整装置电压波动小，输出稳定，电压调整效率高。
请参阅图6，图6示出了根据本公开电压调整装置进行电压调整的示意图。
如图6所示，在升压模式下，控制子模块320可以输出高电平使得第一开关S1导通，输出低电平使得第二开关S2、第三开关S3断开，第一晶体管Q1及第二晶体管Q2的栅极端都接收PWM信号，第一晶体管Q1及第二晶体管Q2在PWM信号的控制下轮流导通，第一晶体管的栅极端电压Pgate随着PWM信号变化，第一晶体管及第二晶体管的连接点SW的电压信号如图6所示。
在二极管模式下，控制子模块320可以输出低电平以断开第一开关S1，控制子模块320在预设时长内输出高电平信号导通第二开关S2，以将所述输入电压Vin输出到所述第一晶体管Q1的栅极端；
在计时时长达到所述预设时长时，控制子模块320输出低电平信号断开第二开关S2，并输出高电平信号导通第三开关S3，将所述钳位信号Vdac输出到所述第一晶体管Q1的栅极端。
从图6可以看出，在二极管模式，PWM信号的低电平期间，控制子模块320通过控制开关子模块在预设时长内输出输入电压Vin到第一晶体管Q1的栅极端，这时，第一晶体管Q1的栅极端的电压从输出电压Vout上升到Vin+Vth+Ilin/gm，且第一晶体管Q1的栅极端电压具有微小的波动；在达到预设时长时，控制子模块320输出钳位信号Vdac到第一晶体管Q1的栅极端，输出电压Vout逐渐稳定到固定值，且第一晶体管Q1的栅极端电压也稳定到固定值。本公开通过在输出钳位信号Vdac到第一晶体管Q1的栅极端之前，将输入电压Vin输出到第一晶体管Q1的栅极端预设时长，可以避免第一晶体管Q1在导通时产生的开关噪声不会影响到钳位模块20。
本公开的电压调整装置中，SW点的电压差对于电流不敏感，切换前后电感两端的压差始终为Vin-Vout。如此，则电感电流不发生突变，而输出电压也不发生额外的瞬态响应，可见本公开的电压调整装置在模式切换时具有稳定的特性。
请参阅图7a及图7b，图7a示出了利用相关技术进行电压调整时的示意图，图7b示出了利用本公开电压调整装置进行电压调整时的示意图。
如图7a及7b所示，在利用相关技术进行电压调整时，相对于利用本公开电压调整装置进行电压调整，输出电压Vout的波动更大。
可见，利用本公开电压调整装置进行电压调整时，输出电压Vout较为稳定，波动较小，能量耗散低，相对于相关技术，由于系统波动小，因此具有更高的电压调整效率。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (13)
1.一种电压调整装置，其特征在于，所述装置包括输入模块、钳位模块、第一晶体管、第二晶体管、控制模块及输出模块，其中：
所述输入模块的第一端电连接于所述钳位模块的第一输入端，用于接收输入电压，所述输入模块的第二端电连接于所述钳位模块的第二输入端、所述第二晶体管的漏极端及所述第一晶体管的漏极端，
所述第一晶体管的栅极端及所述第二晶体管的栅极端电连接于所述控制模块，所述第一晶体管的源极端电连接于所述输出模块，所述第二晶体管的源极端接地，
所述钳位模块的输出端电连接于所述控制模块，用于输出钳位信号，
所述控制模块电连接于所述输入模块的第一端及所述输出模块，用于：
在所述输出模块输出的输出电压与所述输入电压的差值小于或等于预设值时，输出脉冲宽度调制PWM信号到所述第二晶体管的栅极端，并在预设时长内输出所述输入电压到所述第一晶体管的栅极端；
在达到所述预设时长时输出所述钳位信号到所述第一晶体管的栅极端，以便将所述输入模块两端的电压差钳位至第一电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钳位模块包括：
电流检测子模块，电连接于所述第一晶体管的漏极端、所述第二晶体管的漏极端及所述输入模块的第二端，用于检测负载电流；
钳位信号产生子模块，电连接于所述电流检测子模块及所述输入模块的第一端，用于根据所述负载电流产生所述钳位信号；
缓冲子模块，电连接于所述钳位信号产生子模块及所述控制模块，用于缓冲并输出所述钳位信号，所述缓冲子模块包括电压跟随器。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述电流检测子模块包括电流检测单元、电流镜单元、比较单元、开关单元、编码单元，其中：
所述电流检测单元电连接于所述第一晶体管，用于根据所述第一晶体管的输出电流以预设比例输出初始检测电流；
所述电流镜单元电连接于所述电流检测单元及所述开关单元的第一端，用于输出所述初始检测电流；
所述开关单元的第二端电连接于所述比较单元，所述开关单元的控制端电连接于所述控制模块，用于接收所述PWM信号的取反信号，所述开关单元用于在被所述PWM信号的取反信号导通的情况下，输出所述初始检测电流；
所述比较单元用于将所述初始检测电流产生的电压与预设比较电压进行比较，输出比较结果；
所述编码单元电连接于所述比较单元，用于根据所述比较结果得到所述负载电流。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电流检测单元包括检测晶体管，所述检测晶体管的源极端电连接于所述第一晶体管的源极端，所述检测晶体管的漏极端电连接于所述第一晶体管的漏极端，所述检测晶体管的栅极端电连接于所述第一晶体管的栅极端。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电流镜单元包括电流镜输入子单元、及多个电流镜子单元，所述开关单元包括多个开关，其中：
所述电流镜输入子单元包括第三晶体管、第四晶体管，所述第三晶体管的漏极端电连接于所述电流检测子单元及所述第三晶体管的栅极端，所述第三晶体管的源极端电连接于所述第四晶体管的漏极端及栅极端，所述第四晶体管的源极端接地；
所述电流镜子单元包括第五晶体管、第六晶体管，所述第五晶体管的漏极端电连接于所述开关的第一端，所述第五晶体管的栅极端电连接于所述第三晶体管的栅极端，所述第五晶体管的源极端电连接于所述第六晶体管的漏极端，所述第六晶体管的栅极端电连接于所述第四晶体管的栅极端，所述第六晶体管的源极端接地。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述比较单元包括多个比较子单元，所述比较子单元包括基准电流源、电容及比较器，其中：
所述基准电流源电连接于所述开关单元的第二端、所述比较器的负极端、所述电容的第一端，用于输出基准电流，
所述电容的第二端接地；
所述比较器的正极端用于输入所述预设比较电压，用于根据所述初始检测电流在电容上产生的电压与所述预设比较电压的大小关系输出所述比较结果，
其中，每个基准电流源输出的基准电流不同。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述钳位信号产生子模块包括钳位电阻、钳位电流源，其中，所述钳位电阻的第二端电连接于所述钳位电流源的第一端，所述钳位电流源的第二端接地，所述钳位电流源用于根据所述负载电流产生钳位电流，所述钳位电阻的第一端用于根据所述钳位电流输出所述钳位信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：
在所述输出电压与所述输入电压的差值大于预设值时，输出所述PWM信号到所述第一晶体管的栅极端及所述第二晶体管的栅极端。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括模式切换子模块、控制子模块及占空比调整子模块，所述模式切换子模块的输入端用于接收所述输入电压及所述输出电压，所述模式切换子模块的输出端电连接于所述控制子模块的第一输入端，所述控制子模块的第二输入端电连接于所述占空比调整子模块的输出端，所述占空比调整子模块的输入端用于接收所述输出模块的反馈电压，其中，
所述模式切换子模块用于根据所述输入电压及所述输出电压的大小关系输出模式切换信号；
所述占空比调整子模块用于根据所述反馈电压调整PWM信号的占空比；
所述控制子模块用于：
根据所述模式切换信号将PWM信号输出到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极端；或
根据所述模式切换信号在预设时长内输出所述输入电压到所述第一晶体管的栅极端，在达到所述预设时长时输出所述钳位信号到所述第一晶体管的栅极端。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括开关子模块，所述开关子模块电连接于所述钳位模块、所述控制模块及所述第一晶体管的栅极端，所述控制模块还用于：
根据所述模式切换信号开始计时，在计时时长小于所述预设时长时，控制所述开关子模块的导通状态，以将所述输入电压输出到所述第一晶体管的栅极端；
在计时时长达到所述预设时长时，控制所述开关子模块的导通状态，将所述钳位信号输出到所述第一晶体管的栅极端。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入模块包括电感，所述输出模块包括第一输出电阻、第二输出电阻及输出电容，其中，
所述第一输出电阻的第一端电连接于所述第一晶体管的源极端及所述输出电容的第一端，用于输出所述输出电压，
所述第一输出电阻的第二端电连接于所述第二输出电阻的第一端，所述第二输出电阻的第二端及所述输出电容的第二端接地。
12.一种电源芯片，其特征在于，所述芯片包括：
如权利要求1-11任一项所述的电压调整装置。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
如权利要求12所述的电源芯片。
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