CN110543202A - 电子电源电路 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电子电源电路。例如，一种电子电路包括：开关模式电源；以及线性电压调节电路，具有输入级、第一输出级和第二输出级。第一负载能够通过与调节电路串联的开关模式电源来供电，或者能够通过调节电路而不需要开关模式电源来供电。

Description

电子电源电路
相关申请的交叉参考
本申请要求于2018年5月29日提交的法国专利申请第1870617号的优先权，该申请以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及电子电路，并且在具体实施例中涉及包括开关模式电源的电路。
背景技术
开关模式电源是结合有一个或多个开关元件的DC/DC转换器。与其他类型的电源一样，开关模式电源将由源DC提供的电能传输至负载，并由此修改电流和/或电压特性。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种电子电路，其包括：开关模式电源；线性电压调节电路，包括至少一个输入级以及第一和第二输出级；以及第一负载，能够通过与调节电路串联的开关模式电源来供电，或者能够通过调节电路来供电。
根据一个实施例，开关模式电源通过电感耦合至第一节点。第一节点通过电容器耦合至地并且连接至第一输出级。
根据一个实施例，第一节点经由第一输出级耦合至第二节点。第二输出级耦合在施加有电源电压的源和第二节点之间。
根据一个实施例，调节电路包括：第一线性电压调节器，包括第一输入级和第一输出级；以及第二线性电压调节器，包括第二输入级和第二输出级。
根据一个实施例，调节电路包括单个输入级和两个输出级。
根据一个实施例，每个输入级均包括运算放大器，并且每个输出级均包括晶体管。
根据一个实施例，第一和第二输出级均通过开关耦合至第二节点。
根据一个实施例，每个输出级均包括开关。
根据一个实施例，该电路包括由开关模式电源供电的第二负载。
根据一个实施例，第二负载包括无线电信号发射/接收电路。
另一实施例提供了一种控制电子电路的方法，电子电路包括能够由与线性电压调节电路串联的开关模式电源或者由线性电压调节电路供电的第一负载。该方法包括第一步骤：启动开关模式电源和调节电路，由调节电路单独为第一负载供电。该方法还包括第二步骤：由与调节电路串联的开关模式电源为第一负载供电。
根据一个实施例，从第一步骤到第二步骤的转换发生在开关模式电源的初始化结束之后。
根据一个实施例，线性电压调节电路包括至少一个输入级以及第一和第二输出级。
根据一个实施例，在第一步骤期间，连接在第一负载和第一调节器之间的第一开关断开，而连接在第一负载和第二调节器之间的第二开关接通，并且在第二步骤期间，第一开关接通且第二开关断开。
上述和其他特征和优点将在以下结合附图的具体实施例的非限制性说明中详细讨论。
附图说明
图1是电子电路的一个实施例的简化表示；
图2是图1的电路的元件更详细的简化表示；
图3是电子电路的另一实施例的简化表示；以及
图4是电子电路另一实施例的一部分的简化表示。
具体实施方式
在不同附图中，相同的元素用相同的参考标号表示。具体地，不同实施例共同的结构和/或功能元件可以用相同的参考标号指定，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚，仅显示并详细说明有助于理解所述实施例的步骤和元件。
在本公开中，术语“连接”用于表示电路元件之间的直接电连接，而术语“耦合”用于表示电路元件之间的电连接，这种电连接可以是直接的，也可以经由一个或多个其他元件。
在下面的描述中，当提及限定绝对位置的术语(诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置的术语(诸如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)或限定方向的术语(诸如术语“水平”、“垂直”等)时，均表示附图的方向。
本文使用的术语“近似”、“基本”和“…的等级”表示所提值的正负10％、优选正负5％的公差。
图1是电子电路100的一个实施例的简化表示。电路100包括第一负载，例如电路102(CORE)。例如，电路102包括逻辑元件，例如微处理器和存储器。
电路100还包括开关模式电源104(DC-DC转换器)。开关模式电源104在其输入处连接至施加有电源电压VDD的节点103，并且在其输出处连接至电感106(L)的第一端子。电感106的第二端子连接至节点108。节点108上的电压是由开关模式电源104提供的电压VDCDC。节点108通过电容器110(C)耦合至地。
电路100可包括第二负载，例如无线电(RF)信号发射/接收电路112。电路112连接在节点108和地之间，并且由开关模式电源104供电。RF信号发射/接收电路112可发射信号、可接收信号或者发射和接收信号。
电路100还包括线性电压调节器114(LDO)。调节器114在其输入处连接至节点108(电压VDCDC)和施加有电压VDD的节点103，并在其输出处连接至节点116。结合图2进一步详细描述调节器114的一个实施例。
电路102连接在节点116和地之间。因此，电路102由与调节器114串联的开关模式电源104供电。
电路100可包括另一线性电压调节器118(低功率LDO)，用于低功率操作模式。调节器118耦合在施加有电压VDD的节点103与开关120的第一端子之间。开关120的另一端子连接至节点116。
在第一操作模式下，开关模式电源104进行操作。开关模式电源104直接为电路112供电，并且经由调节器114为电路102供电。此外，开关120断开。调节器118可以被控制进行操作或者不操作，因此对电路100没有影响。
在第二种所谓的“低功率”操作模式下，开关模式电源104和调节器114不操作，并且电路112不被供电。开关120接通，并且调节器118操作，能够为电路102的至少一部分元件供电。
在第三种所谓的“待机”操作模式中，电路112缺席或断开，并且电路118缺席或断开。开关模式电源104和调节器114不操作。电路102不被供电。
与由调节器114提供的功率相比，调节器118被配置为提供相对较低的功率，例如足以为电路102的部分元件供电，具体地在待机模式中。例如，调节器118被配置为能够为电路102中包括的易失性存储器供电。
图2是线性调节器114的一个实施例的更详细的简化表示。调节器114包括两个输入，如图1所示连接至施加有电源电压VDD的节点103和节点108。调节器114还包括连接至节点116的输出。
该调节器包括输入级和输出级。输出级包括连接在端子116和108之间的晶体管202。晶体管202(例如，PMOS型晶体管)被包括运算放大器204的输入级控制。运算放大器204由电压VDD和VDCDC供电。运算放大器的正(+)和负(-)输入分别连接至节点116和施加有低于VDCDC的参考电压VREF的节点。
调节器114包括将晶体管的栅极(运算放大器204的输出)耦合至施加有电压VDD的节点103的开关206。因此，晶体管202的栅极可控制地连接或不连接至施加有电压VDD的节点103，并且电压VDD可控制地施加或不施加到晶体管202的栅极。
调节器114可进一步包括将晶体管202的衬底耦合至施加有电压VDD的节点103或节点108的开关208。因此，施加于晶体管202的衬底的电压可以是电压VDCDC或电压VDD。
可选择将线性电压调节器114与开关模式电源104并联连接，即在施加有电压VDD的节点103和形成开关模式电源输出的节点108之间。然后，电路102将在节点108和地之间与电路112并联连接。
然而，由开关模式电源104产生的噪声存在可经由电路112和102共用的衬底传输到电路112的风险。确实，电路112被配置为仅拒绝从节点108直接到达其的噪声，因此对电路102传输的噪声敏感。
在前文描述的第一操作模式期间，电路102和112由开关模式电源104和调节器114供电，开关206断开，并且开关208(如果存在的话)将晶体管202的衬底耦合至节点108。因此，由开关模式电源104产生的噪声不会传输到节点116，由此不传输到电路112和102的公共衬底。
在第二种所谓的“低压”操作模式和第三种所谓的“待机”操作模式中，开关206接通，并且开关202将晶体管的衬底耦合至施加有电压VDD的节点103。因此，电压VDD被施加给晶体管202的栅极和衬底。这能够避免节点108和节点116之间的电流泄漏。由此，这能够避免在该操作模式期间电容器110的放电。确实，晶体管202断开并且晶体管202的栅极/源极和栅极/漏极电压为负，因此可忽略漏极和源极之间的泄漏。
图3是电子电路300的另一实施例的简化表示。
电路300包括先前结合图1描述的元件，并且类似地连接。具体地，电路300包括开关模式电源104、电感106、电容器110、无线电信号发射和/或接收电路112以及电路102。电路300还包括线性电压调节电路301。在图3的示例中，调节电路包括替代调节器114的调节器302(LDO1)，其例如可以包括与调节器144相同的部件(具体是晶体管202以及开关206和208)或者可以是另一种类型的线性电压调节器。调节电路还包括另一线性电压调节器306(LDO2)。例如，调节器306类似于调节器114。每个调节器302或306均包括输入级(包括运算放大器)以及输出级(包括晶体管)。
在该实施例中，调节器302通过开关304耦合至节点116(形成电路102的输入)。此外，线性电压调节器306耦合在施加有电压VDD的节点103与开关308的第一端子之间，该开关的另一端子连接至节点116。然后，调节器306可经由其输出级的晶体管耦合在节点103和节点116之间。调节器306能够为电路102供电。例如，调节器306类似于调节器302，并且能够提供比图1的调节器118提供的功率更大的功率。更具体地，例如，调节器306能够提供足以一般性地操作电路102的功率。
作为变型，开关304和308可以不存在。然后，调节器302和306的输出级的晶体管用作开关。
开关模式电源104的初始化(即，开关模式电源104接通的时间到开关模式电源104能够为电路112和102供电的时间)比线性调节器(诸如调节器306)的初始化时间长，例如至少长30到1000倍。
图4是电子电路的另一实施例的一部分的简化表示。更具体地，图4示出了调节电路301的一个实施例。
在图4的示例中，调节电路包括单个输入级和两个输出级。第一输出级包括连接在节点108和节点116之间的晶体管202a，并且第二输出级包括连接在节点103和节点116之间的晶体管202b。晶体管202a和202b类似于图2的晶体管202。晶体管202a和202b分别起到开关304和308的作用。如图2的晶体管202，晶体管202a的栅极例如可以经由开关206可控制地连接或不连接至施加有电压VDD的节点103。例如，晶体管202a的衬底可经由开关208连接至节点103(VDD)或节点108(VDCDC)。
晶体管202a和晶体管202b由同一电路(这里为输入级的运算放大器204)控制。运算放大器204包括两个输出，一个连接至晶体管202a的栅极，另一个连接至晶体管202b的栅极。运算放大器的正输入(+)连接至节点116，并且其负输入(-)接收参考电压VREF。结合图4描述的电路的操作类似于结合图3描述的电路。
控制电路300的方法的一个实施例包括第一步骤，期间开关304或晶体管202a断开，并且开关308或晶体管202b接通。因此，电路102(例如，包括至少一个微处理器)由调节电路的第二输出级供电，并且能够进行操作。在该步骤期间，开关模式电源104和调节器的第一输出级接通，并且发生开关模式电源的初始化。
在第二步骤期间，开关304或晶体管202a接通，并且开关308或晶体管202b断开。因此，电路102由开关模式电源104和调节电路的第一输出级供电。然后，可以关断调节电路的第二输出级。
例如，第二步骤发生在开关模式电源104的初始化结束之后，开关模式电源104随后可为电路102和112供电。
在第三步骤(旁路模式)期间，调节电路的第二输出级重新导通，并且调节电路的第一输出级关断。电容器110保持被充电。因此，在旁路模式结束之后重新导通调节器302，效率瞬间达到最佳。
结合图3描述的实施例的优点是：无需等待开关模式电源104的初始化结束，电路102即可操作。
已经描述了各种实施方式和变型。这些各种实施例和变型可以组合，并且本领域技术人员可以实施其他变型。
最后，基于上文给出的功能指示，所述实施例和变型的实际实施在本领域技术人员的能力范围内。
这种修改、变化和改进作为本公开的一部分，并且在本发明的精神和范围内。相应地，前面的描述仅作为示例而不用于限制。本发明仅限于以下权利要求及其等效物中所定义的范围。

Claims (23)

1.一种电子电路，包括：
开关模式电源；
线性电压调节电路，包括输入级、第一输出级和第二输出级；以及
第一负载，能够通过与所述调节电路串联的所述开关模式电源来供电，或者能够通过所述调节电路而不需要所述开关模式电源来供电。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述开关模式电源通过电感耦合至第一节点，所述第一节点经由电容器耦合至地并且连接至所述第一输出级。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述第一节点经由所述第一输出级耦合至第二节点，所述第二输出级耦合在施加有电源电压的源与所述第二节点之间。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述第一输出级通过第一开关耦合至所述第二节点，并且所述第二输出级通过第二开关耦合至所述第二节点。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述调节电路包括：
第一线性电压调节器，包括所述输入级和所述第一输出级；以及
第二线性电压调节器，包括第二输入级和所述第二输出级。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述调节电路包括单个输入级和两个输出级。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述输入级包括运算放大器，并且每个输出级均包括晶体管。
8.根据权利要求1所述的电路，其中每个输出级均包括开关。
9.根据权利要求1所述的电路，还包括由所述开关模式电源供电的第二负载。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述第二负载包括无线电信号发射/接收电路。
11.一种控制电子电路的方法，所述电子电路包括开关模式电源和线性电压调节电路，所述方法包括：
通过启动所述开关模式电源和所述调节电路并且单独通过所述调节电路为第一负载供电来执行第一步骤；以及
通过使用与所述调节电路串联的所述开关模式电源为所述第一负载供电来在所述第一步骤之后执行第二步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中从所述第一步骤到所述第二步骤的转换发生在所述开关模式电源的初始化之后。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述线性电压调节电路包括输入级、第一输出级和第二输出级。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第一步骤期间，连接在所述第一负载和所述第一输出级之间的第一开关断开，并且连接在所述第一负载和所述第二输出级之间的第二开关接通，以及其中在所述第二步骤期间，所述第一开关接通且所述第二开关断开。
15.一种电子电路，包括：
开关模式电源；以及
线性电压调节电路；
其中所述电子电路被配置为通过启动所述开关模式电源和所述线性电压调节电路以及单独通过所述调节电路为第一负载供电来执行第一步骤，然后通过使用与所述调节电路串联的所述开关模式电源为所述第一负载供电来执行第二步骤。
16.根据权利要求15所述的电路，其中所述线性电压调节电路包括输入级、第一输出级和第二输出级。
17.根据权利要求16所述的电路，其中所述开关模式电源通过电感耦合至第一节点，所述第一节点经由电容器耦合至地并且连接至所述第一输出级；并且
其中所述第一节点经由所述第一输出级耦合至第二节点，所述第二输出级耦合在施加有电源电压的源与所述第二节点之间。
18.根据权利要求17所述的电路，其中所述第一输出级通过第一开关耦合至所述第二节点，并且所述第二输出级通过第二开关耦合至所述第二节点。
19.根据权利要求16所述的电路，其中所述调节电路包括：
第一线性电压调节器，包括所述输入级和所述第一输出级；以及
第二线性电压调节器，包括第二输入级和所述第二输出级。
20.根据权利要求16所述的电路，其中所述输入级包括运算放大器，并且每个输出级均包括晶体管。
21.一种电子电路，包括：
DC-DC功率转换器；
晶体管，具有耦合在所述DC-DC功率转换器的输出与负载端子之间的电流路径；
运算放大器，具有耦合至所述晶体管的控制端子的输出；
第一开关，耦合在所述运算放大器的输出与电源节点之间；以及
第二开关，具有耦合至所述运算放大器的输出的第一端子以及在所述电源节点与所述DC-DC功率转换器的输出之间可切换的第二端子。
22.根据权利要求21所述的电路，还包括：具有位于所述电源节点与所述负载端子之间的电流路径的第二晶体管。
23.根据权利要求21所述的电路，还包括：
电感器，具有耦合至所述DC-DC功率转换器的输出的第一端子和耦合至所述晶体管的第二端子；以及
电容器，具有耦合至所述电感器的第二端子的第一板和耦合至参考节点的第二板。
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