CN113273070A - 自适应组合电源电路和充电架构 - Google Patents

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Abstract

一种自适应组合电源电路可以能够在用作三电平降压转换器与用作二分电荷泵之间进行切换。一个示例电源电路通常包括第一晶体管(Q1)；经由第一节点(202)耦合到第一晶体管的第二晶体管(Q2)；经由第二节点(204)耦合到第二晶体管的第三晶体管(Q3)；经由第三节点(206)耦合到第三晶体管的第四晶体管(Q4)；具有耦合到第一节点的第一端子和耦合到第三节点的第二端子的电容元件(Cfly)；具有耦合到第二节点的第一端子的电感元件(LI)；以及具有耦合到电感元件的第一端子的第一端子的开关(Q6)，开关具有耦合到电感元件的第二端子的第二端子。

Description

自适应组合电源电路和充电架构
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年11月14日提交的美国申请号16/683,913的优先权，该美国申请要求于2018年11月15日提交的题为“Adaptive Combination Power Supply Circuitand Charging Architecture”的美国临时专利申请序列号62/767,623的权益，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开的某些方面总体上涉及电子电路，并且更具体地涉及自适应组合电源电路。
背景技术
电压调节器理想地提供恒定的直流(DC)输出电压，而不管负载电流或输入电压的变化。电压调节器可以分为线性调节器或开关调节器。虽然线性调节器往往相对紧凑，但很多应用可以受益于开关调节器的提高的效率。例如，线性调节器可以由低压差(LDO)调节器实现。开关调节器可以例如通过开关模式电源(SMPS)来实现，诸如降压转换器、升压转换器、降压升压转换器或电荷泵。
例如，降压转换器是一种SMPS，其通常包括：(1)耦合在相对较高电压轨与开关节点之间的高侧开关，(2)耦合在开关节点与相对较低电压轨之间的低侧开关，以及(3)耦合在开关节点与负载(例如，由并联电容元件表示)之间的电感器。高侧开关和低侧开关通常用晶体管实现，但低侧开关也可以替代地用二极管实现。
电源管理集成电路(电源管理IC或PMIC)用于管理主机系统的电源需求，并且可以包括和/或控制一个或多个电压调节器(例如，降压转换器或电荷泵)。PMIC可以用于电池供电设备，诸如移动电话、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等，以控制该设备中的电力的流动和方向。PMIC可以为该设备执行各种功能，诸如DC到DC转换、电池充电、电源选择、电压缩放、功率排序等。
发明内容
本公开的某些方面总体上涉及自适应组合电源电路和用于操作这样的电源电路的方法。
本公开的某些方面提供了一种电源电路。电源电路通常包括第一晶体管；经由第一节点耦合到第一晶体管的第二晶体管；经由第二节点耦合到第二晶体管的第三晶体管；经由第三节点耦合到第三晶体管的第四晶体管；具有耦合到第一节点的第一端子和耦合到第三节点的第二端子的电容元件；具有耦合到第二节点的第一端子的电感元件；以及具有耦合到电感元件的第一端子的第一端子的开关，开关具有耦合到电感元件的第二端子的第二端子。
本公开的某些方面提供了一种包括上述电源电路的至少一部分的电源管理集成电路(PMIC)。
本公开的某些方面提供了一种包括上述电源电路的电池充电电路。
本公开的某些方面提供了一种电池充电电路。电池充电电路通常包括主充电电路和具有与主充电电路的输出并联耦合的输出的至少一个从充电电路。主充电电路或从充电电路中的至少一者包括上述电源电路。
本公开的某些方面提供了一种调节功率的方法。该方法通常包括以第一操作模式操作电源电路，电源电路包括电感元件和与电感元件并联耦合的开关，其中开关在第一操作模式下打开；以及闭合开关以便以第二操作模式操作电源电路。第一操作模式可以是三电平降压转换器模式。在这种情况下，第二操作模式可以是二分电荷泵模式。
附图说明
为了可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考各方面来进行上面简要概述的更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的某些典型方面，并且因此不应当被认为是对其范围的限制，因为本说明书可以允许其他等效的方面。
图1是用于给电池充电的示例主从充电电路的框图，其中主从充电电路包括两个并联充电电路。
图2是根据本公开的某些方面的在主充电电路中实现的示例自适应组合电源电路的框图。
图3A是根据本公开的某些方面的当跨电感器的晶体管被停用时图2中的示例自适应组合电源电路的等效电路图。
图3B是根据本公开的某些方面的当跨电感器的晶体管被激活时图2中的示例自适应组合电源电路的等效电路图。
图4是根据本公开的某些方面的在从充电电路中实现的示例自适应组合电源电路的框图。
图5是根据本公开的某些方面的示例并联充电电路的框图，其中主充电电路和从充电电路都使用自适应组合电源电路。虽然图5的框图被分为标记为图5A和图5B的多张纸，但是该框图在下文中将被称为图5。读者应当理解，该框图的各部分可以出现在图5A、图5B、或这两者中。
图6是根据本公开的某些方面的包括电源管理集成电路(PMIC)的示例设备的框图，该PMIC包括自适应组合电源电路。
图7是根据本公开的某些方面的用于调节功率的示例操作的流程图。
各图中的相同的附图标记和名称表示相同的元素。
具体实施方式
本公开的某些方面提供了一种自适应组合电源电路。自适应组合电源电路可以能够在用作三电平降压转换器与用作二分频电荷泵之间进行切换。
在下文中，将参考附图更全面地描述本公开的各个方面。然而，本公开可以以很多不同的形式体现，而不应当被解释为限于贯穿本公开呈现的任何特定结构或功能。相反，提供这些方面是为了使得本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。基于本文中的教导，本领域技术人员应当理解，本公开的范围旨在覆盖本文中公开的本公开的任何方面，无论是独立于本公开的任何方面还是与本公开的任何其他方面组合地实现。例如，使用本文中阐述的任何数目的方面，可以实现装置或者可以实践方法。另外，本公开的范围旨在覆盖这样的装置或方法，除了本文中阐述的本公开的各个方面，该装置或方法使用其他结构、功能、或结构和功能来实践。应当理解，本文中公开的本公开的任何方面可以由权利要求的一个或多个要素来体现。
词语“示例性”在本文中用来表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何方面不必被解释为比其他方面优选或有利。
如本文中使用的，动词“连接”的各种时态的术语“与……连接”可以表示元件A直接连接到元件B或者其他元件可以连接在元件A和B之间(即，元件A与元件B间接连接)。在电气组件的情况下，术语“与……连接”在本文中也可以用于表示使用导线、迹线或其他导电材料来电连接元件A和B(以及电连接在它们之间的任何组件)。
示例电池充电架构
为了给便携式设备(例如，智能电话、平板电脑等)中的电池充电，可以使用电池充电电路。对于某些方面，电池充电电路或其至少一部分可以驻留在设备中的电源管理集成电路(PMIC)中。电池充电电路可以包括两个或更多个并联充电电路，每个并联充电电路能够对电池充电，并联充电电路可以连接在一起并且连接到电池以努力提供电池的快速充电。并联充电电路可以被配置为使得这些电路在电池充电期间(例如，在主从关系中)不会彼此不利地干扰。示例主从电池充电电路在Sporck等人于2014年4月11日提交的题为“Master-Slave Multi-Phase Charging”的美国专利号9,590,436中有描述。
图1是用于对电池102充电的示例主从充电电路100的框图。主从充电电路100包括两个并联充电电路：主充电器(main charger)104(也称为主机充电器(master charger))和并联充电器106(也称为从充电器)。主充电器104和并联充电器106可以从同一电源电压轨108(例如，具有如图1所示的输入电压VIN)或从不同电源(例如，不同电源轨)接收电力。主充电器104和并联充电器106可以使用相同或不同电源电路拓扑。例如，主充电器104可以采用开关模式电源(SMPS)拓扑(例如，降压转换器拓扑)，而并联充电器106用电荷泵拓扑或相同的SMPS拓扑来实现。例如，对于降压转换器，主充电器104和并联充电器106可以分别包括或连接到电感器L1和电感器L2，以努力维持流出充电器并且进入相应负载的连续电流。主充电器104可以控制并联充电器106，但是主从充电电路100中的两个充电器都用于从耦合到电池电压节点(VBAT)的相应输出电压对电池102充电。如图1所示，对于某些方面，虽然主充电器104也可以用于向设备内的其他负载提供电力(称为系统负载电压或VSYS LOAD)，但并联充电器106可以单独用于对电池102充电。
示例自适应组合充电架构
电池充电系统趋向于更高的充电电流，这导致需要能够在更宽的电池电压范围内操作的更高效率的转换器。为了减少热问题和/或节省功率，可能需要以更高的效率操作这样的电池充电系统。
在一个示例并联充电解决方案中，主充电器基于降压转换器拓扑来实现。主充电器能够对电池充电并且自行提供功率，或者可以与一个或多个从充电器并联。每个从充电器可以使用电感器(例如，降压转换器)实现为开关电容器转换器(例如，二分(Div2)电荷泵)或开关模式电源(SMPS)拓扑。电荷泵转换器可以提供比降压转换器更高效的替代方案。
对于常规的基于电感器的两电平降压转换器，使用较小电感L可能具有挑战性。可以利用较低开关频率(Fsw)来努力降低开关损耗。然而，较低Fsw可能会导致较高电压纹波和较低电感L，从而导致更多电感器损耗。较小电感也可能产生热点。使用常规的两电平降压转换器进一步提高效率也可能很困难。在较高输入电压(Vin)下，损耗、尤其是开关损耗会更高。此外，由于功率损耗、电感器尺寸等的限制，可能难以进一步提高功率密度。
常规的Div2电荷泵也带来了若干设计挑战。例如，Div2电荷泵可以在恒流(CC)模式下高效操作，但在恒压(CV)模式下可能无法高效工作。因此，在诸如电池充电器等一些应用中，可以结合电荷泵实现另一电源拓扑(例如，基于电感器的SMPS)。此外，Div2电荷泵可能不支持使用某些适配器电缆(例如，3A电缆)的更高功率或更高充电电流。
因此，对于常规的并联充电解决方案，客户可能必须基于期望的充电电流、成本、电缆和适配器支持来在不同并联充电产品配置之间进行选择。这些不同产品配置可能有不同连接配置(例如，MID到VIN_Slave)，这可能涉及不同支持软件。这些约束为产品放置提供了较小的灵活性。
因此，本公开的某些方面提供了一种用于尤其是在重负载下进一步提高充电效率的充电器架构。在本文中称为“自适应组合电源电路”的这种充电器架构进一步提高了功率密度，以减小解决方案尺寸并且使用更小的电感器，平衡了功率损耗，避免了热点，使用现有适配器电缆(例如，3A电缆)支持更高的功率规格，和/或在不同场景中在最高效率范围内操作。
图2是根据本公开的某些方面的被实现为主充电电路的示例自适应组合电源电路200的框图。自适应组合电源电路200可以通过跨三电平降压转换器拓扑的电感元件L1添加开关201来实现。三电平降压转换器拓扑可以包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、飞跨电容元件Cfly、电感元件L1和负载203(这里由电容元件C3表示)。
晶体管Q2可以经由第一节点202耦合到晶体管Q1，晶体管Q3可以经由第二节点204耦合到晶体管Q2，并且晶体管Q4可以经由第三节点206耦合到晶体管Q3。对于某些方面，晶体管Q1-Q4可以实现为n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，如图2所示。在这种情况下，晶体管Q2的漏极可以耦合到晶体管Q1的源极，晶体管Q3的漏极可以耦合到晶体管Q2的源极，晶体管Q4的漏极可以耦合到晶体管Q3的源极。晶体管Q4的源极可以耦合到电路的参考电位节点229(例如，电接地，标记为“PGND_CHG”)。飞跨电容元件Cfly可以具有耦合到第一节点202的第一端子208和耦合到第三节点206的第二端子210。电感元件L1可以具有耦合到第二节点204(也称为“开关节点”)的第一端子212以及耦合到输出电压节点215(标记为“VPH_PWR”)和负载203的第二端子214。
开关201可以与电感元件Ll并联耦合，其具有耦合到电感元件Ll的第一端子212的第一端子216和耦合到电感元件Ll的第二端子214的第二端子218。对于某些方面，开关201可以由诸如晶体管Q6等晶体管实现，该晶体管可以是NMOS晶体管。在这种情况下，晶体管Q6的源极可以耦合到电感元件L1的第一端子212，并且晶体管Q6的漏极可以耦合到电感元件L1的第二端子214。
控制逻辑220可以控制自适应组合电源电路200的操作。例如，控制逻辑220可以经由到相应栅极驱动器221-224的输入的输出信号来控制晶体管Q1-Q4的操作。栅极驱动器221-224的输出耦合到晶体管Q1-Q4的相应栅极。在自适应组合电源电路200的操作期间，控制逻辑220可以循环通过四个不同阶段。在第一阶段，晶体管Q1和Q3被激活，并且晶体管Q2和Q4被停用，以对飞跨电容元件Cfly充电并且激励电感元件L1。在第二阶段，晶体管Q1被停用，并且晶体管Q4被激活，使得开关节点(第二节点204)耦合到参考电位节点(例如，PGND_CHG)，飞跨电容元件Cfly断开连接，并且电感元件L1被取消激励。在第三阶段，晶体管Q2和Q4被激活，并且晶体管Q3被停用，以对飞跨电容元件Cfly放电并且激励电感元件L1。在第四阶段，晶体管Q3被激活，并且晶体管Q2被停用，使得飞跨电容元件Cfly断开连接并且电感元件L1被取消激励。
此外，控制逻辑220具有标记为“EN_Div2”的输出信号，该输出信号被配置为控制开关201的操作并且选择性地启用二分电荷泵操作。对于某些方面，当EN_Div2信号为逻辑低时，开关201打开，并且自适应组合电源电路200使用电感元件L1作为三电平降压转换器进行操作。当EN_Div2信号为逻辑高时，开关201闭合，从而跨电感元件L1进行短路并且将电感元件L1从电路中有效地移除，使得电源电路200作为二分电荷泵进行操作。控制逻辑220可以被配置为基于电源电路200的输入电压(例如，来自通用串行总线(USB)电源的USB_IN)或操作模式中的至少一项来自动控制开关201的操作(例如，通过EN_Div2信号的逻辑电平)。
图3A是当跨电感元件L1的晶体管Q6被停用时图2中的示例自适应组合电源电路200的等效电路图。图3B是当跨电感元件L1的晶体管Q6被激活时图2中的示例自适应组合电源电路200的等效电路图。
返回图2，自适应组合电源电路200还可以包括电容元件C1、反向电流阻断晶体管Q0、电容元件C2、晶体管Q5、电池230和电池电容元件CBAT。反向电流阻断晶体管Q0(可以称为前沿场效应晶体管(FPFET))可以在节点232(标记为“MID_CHG”)处耦合在输入电压节点(USB_IN)与晶体管Q1的漏极之间。电容元件C1可以并联耦合在输入电压节点USB_IN与参考电位节点229之间，并且电容元件C2可以并联耦合在节点232与参考电位节点229之间。反向电流阻断晶体管Q0可以实现为NMOS晶体管，其中晶体管Q0的源极耦合到输入电压节点USB_IN并且晶体管Q0的漏极耦合到节点232。晶体管Q5可以称为电池场效应晶体管(BATFET)，其可以由如图所示的NMOS晶体管实现。晶体管Q5的漏极可以耦合到输出电压节点215(VPH_PWR)，并且晶体管Q5的源极可以耦合到电池的端子(标记为“VBATT_PWR”)。如图所示，晶体管Q5的栅极可以由电池逻辑234和栅极驱动器236控制。电池电容元件CBAT可以跨电池230的端子(VBATT_PWR和参考电位节点229)并联耦合。
对于某些方面，自适应组合电源电路200的至少一部分可以在集成电路250中实现。例如，如图2所示，集成电路250中可以包括至少晶体管Q0-Q5、控制逻辑220、栅极驱动器221-224、电池逻辑234和栅极驱动器236。电容元件C1、C2、C3和CBAT、电感元件L1和电池230可以在集成电路250外部实现。虽然在图2中被示出为在集成电路250外部，但是对于某些方面，开关201可以被制造为集成电路250的一部分。
如上所述，通过打开或闭合与电感器并联连接的开关，自适应组合电源电路可以能够在用作三电平降压转换器与用作二分电荷泵之间进行切换。取决于适配器类型、电缆类型、充电状态、保护能力(例如，电流限制)等，该转变可以是自适应的。关于充电状态，自适应组合电源电路可以在涓流和预充电模式期间作为3电平降压转换器进行操作，在CC模式期间作为Div2电荷泵进行操作，并且在CV模式下再次作为3电平降压转换器进行操作以完成充电。自适应组合电源电路实现了三电平降压转换器和Div2电荷泵两者的优点。其灵活的架构为不同客户规格提供了不同配置选项。也就是说，自适应组合电源电路可以取决于操作条件而被配置为3电平降压转换器、Div2电荷泵、或能够在用作3电平降压转换器或Div2电荷泵之间自动转变的自适应组合转换器。因此，自适应组合电源电路能够以最高效率支持不同适配器，并且能够以高效率支持高功率输送。
在预充电条件期间，晶体管Q6可以被停用(开关201断开)，并且主充电器可以作为3电平降压转换器进行操作以将输出电压VPH_PWR调节为最小系统电压(VSYS_min)并且支持负载。在CC模式期间，一旦输入电压(例如USB_IN)和VPH_PWR在Div2窗口中，Q6就可以被激活(开关201闭合)以使电感器短路，并且主充电器以Div2电荷泵模式操作，以递增或递减输入电压以调节充电电流。一旦进入CV模式，晶体管Q6将被停用，并且主充电器可以恢复作为3电平降压转换器进行操作。类似地，如果使用额定电流电缆(例如，额定电流为3A的电缆)并且在Div2操作下的充电电流导致输入电流大于额定电流(例如，>3A)，则晶体管Q6可以被停用(开关打开)，并且该电路作为3电平降压转换器进行操作，以便以高效率支持更高功率。
自适应组合电源电路的架构可以适用于主充电器或从充电器。图4是根据本公开的某些方面的实现为从充电电路的示例自适应组合电源电路400的框图。除了上面针对图2描述的组件，图4的自适应组合电源电路400包括电容元件C4和C5。自适应组合电源电路400的输入电压节点402可以耦合到节点232并且可以接收USB_IN电压，如图所示。输出电压节点404(对于从输出电压标记为“VOUT_S”)可以耦合到负载405(在这里由并联电容元件C5表示)。
对于某些方面，自适应组合电源电路400的至少一部分可以在集成电路450中实现。例如，如图4所示，集成电路450中可以包括至少晶体管Q0-Q5、控制逻辑220和栅极驱动器221-224。电容元件C4和C5以及电感元件L1可以在集成电路450外部实现。虽然在图4中被示出为在集成电路450外部，但是对于某些方面，开关201可以被制造为集成电路450的一部分。
取决于操作条件，图4所示的架构可以以3电平降压转换器模式操作，以Div2电荷泵模式操作，或者可以在3电平降压转换器与Div2电荷泵模式之间自动转变。虽然图4中未示出，但是可以在晶体管Q1的漏极与输入电压节点402(USB_IN)之间添加反向电流阻断晶体管(其可以被称为前沿场效应晶体管(FPFET))，和/或可以在VOUT_S与负载(例如，电池)之间添加晶体管(例如，电池场效应晶体管(BATFET))，类似于图2的电源电路200。
在预充电条件期间，从充电器可以关闭(例如，如果从充电器不支持通常由主充电器提供的VPH_PWR负载)。在CC模式期间，从充电器可以接通并且可以作为三电平降压转换器或Div2电荷泵进行操作。在某些条件下(例如，特定Vin和Vout窗口)，晶体管Q6可以被激活(开关闭合)，并且Div2电荷泵操作被选择以获取更高效率。如果使用电缆进行充电并且Div2操作下的充电电流导致输入电流大于电缆的额定电流(例如，>3A)，则晶体管Q6可以被停用(开关打开)，并且电路可以作为3电平降压转换器进行操作，以便以以高效率支持更高功率。一旦进入CV模式，从充电器就可以关闭，并且主充电器可以单独使用。
组合3电平降压/Div2开关充电器提供了灵活的并联充电配置以支持不同应用和设计规范。例如，图5是根据本公开的某些方面的示例并联充电电路500的框图。并联充电电路500包括主充电电路502(例如，图2的电源电路200)和从充电电路504(例如，图4的电源电路400)，其中主充电电路和从充电电路都由自适应组合电源电路实现，如上所述。虽然图5中示出了单个从充电电路504，但是在其他并联充电解决方案中，可以使用多于一个的从充电电路(例如，两个从充电电路)来对电池充电。这些多个从充电电路中的一个或多个可以用自适应组合电源电路来实现，如本文所述。多个从充电电路中的其他从充电电路可以用传统拓扑来实现，诸如3电平或2电平降压转换器。此外，虽然从充电电路504的输出电压节点(标记为“VOUT”)在图5中被示出为连接到电池组和主充电电路502的VBATT_PWR节点，但是对于其他方面，从充电电路的VOUT节点可以连接到主充电电路的VPH_PWR节点。
在并联充电解决方案用多个自适应组合电源电路实现的情况下，单个软件参考点可以用于经由控制逻辑来支持不同配置(例如，各种输入/输出选项)。此外，不同电源电路之间的选择也显著简化，其中选项数减少。
例如，当电源电路的输入电压(VIN，其可以是USB_IN)等于约12V或9V时，自适应组合转换器架构可以将高于2A的负载效率提高约2-3％，与常规方法相比，这可以表示200mW至400mW的功率损耗减少。
例如，当一个或多个条件满足时，自适应组合充电器可以自动切换到Div2模式。当以Div2模式操作时，自适应组合电源电路将具有更少功率损耗和更高效率。例如，对于某些方面，在4A负载下以Div2模式操作的自适应组合电路的峰值效率约为97％。
具有自适应组合转换器的示例设备
应当理解，本公开的各方面可以用于多种应用。虽然本发明不限于此，但本文中公开的电路可以用于很多应用，诸如通信系统的电源、电池充电电路或电源管理电路、视频编解码器、诸如音乐播放器和麦克风等音频设备、电视、相机设备、和诸如示波器等测试设备。仅作为示例，旨在被包括在本公开的范围内的通信系统包括蜂窝无线电话通信系统、卫星通信系统、双向无线电通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通信系统(PCS)、个人数字助理(PDA)等。
图6示出了可以在其中实现本公开的各方面的示例设备600。设备600可以是电池供电设备，诸如蜂窝电话、PDA、手持设备、无线设备、膝上型计算机、平板电脑、智能电话、可穿戴设备等。
设备600可以包括控制设备600的操作的处理器604。处理器604也可以被称为中央处理单元(CPU)。可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)两者的存储器606向处理器604提供指令和数据。存储器606的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(NVRAM)。处理器604通常基于存储在存储器606内的程序指令来执行逻辑和算术运算。
在某些方面，设备600还可以包括壳体608，该壳体608可以包括发射器610和接收器612以允许在设备600与远程位置之间传输和接收数据。对于某些方面，发射器610和接收器612可以组合成收发器614。一个或多个天线616可以附接到或以其他方式耦合到壳体608并且电连接到收发器614。设备600还可以包括(未示出)多个发射器、多个接收器和/或多个收发器。
设备600还可以包括可以用于努力检测和量化由收发器614接收的信号的电平的信号检测器618。信号检测器618可以检测诸如总能量、每符号每子载波能量、和功率谱密度等等信号参数。设备600还可以包括用于处理信号的数字信号处理器(DSP)620。
设备600还可以包括用于为设备600的各种组件供电的电池622。设备600还可以包括用于管理从电池到设备600的各种组件的电力的电源管理集成电路(电源管理IC或PMIC)624。PMIC 624可以为设备执行各种功能，诸如DC到DC转换、电池充电、电源选择、电压缩放、功率排序等。在某些方面，PMIC 624可以包括自适应组合电源电路625的至少一部分。自适应组合电源电路625可以由本文中描述的任何自适应组合电源电路来实现，诸如由图2的自适应组合电源电路200来实现。设备600的各种组件可以通过总线系统626耦合在一起，该总线系统626除了数据总线之外还可以包括功率总线、控制信号总线和/或状态信号总线。
用于功率调节的示例操作
图7是根据本公开的某些方面的用于调节功率的示例操作700的流程图。操作700可以由诸如电源电路200或400等自适应组合电源电路来执行。
操作700可以在框702处开始，其中电源电路以第一操作模式(例如，三电平降压转换器模式)操作。电源电路通常包括电感元件(例如，电感元件L1)和与电感元件并联耦合的开关(例如，开关201)。开关可以在第一操作模式下断开。在框704处，开关可以闭合以便以第二操作模式(例如，二分电荷泵模式)操作电源电路。
根据某些方面，电源电路还包括第一晶体管(例如，晶体管Ql)；经由第一节点(例如，第一节点202)耦合到第一晶体管的第二晶体管(例如，晶体管Q2)；经由第二节点(例如，第二节点204)耦合到第二晶体管的第三晶体管(例如，晶体管Q3)；经由第三节点(例如，第三节点206)耦合到第三晶体管的第四晶体管(例如晶体管Q4)；以及具有耦合到第一节点的第一端子(例如，端子208)和耦合到第三节点的第二端子(例如，端子210)的电容元件(例如，电容元件Cfly)。在这种情况下，电感元件可以具有耦合到第二节点的第一端子(例如，端子212)；开关可以具有耦合到电感元件的第一端子的第一端子(例如，端子216)；并且开关可以具有耦合到电感元件的第二端子(例如，端子214)的第二端子(例如，端子218)。
根据某些方面，操作700可以可选地进一步需要在框706处断开开关以便以第一操作模式操作电源电路。
根据某些方面，在框702处闭合开关(或打开开关)涉及基于输入电压、耦合到电源电路并且提供输入电压的适配器的类型、或电源电路的负载(例如，电池230)的充电状态中的至少一项来自动闭合(或断开)开关。
根据某些方面，在框702处的第一操作模式或框704处的第二操作模式中的至少一个下操作电源电路包括：在第一阶段，激活第一晶体管和第三晶体管并且停用第二晶体管与第四晶体管；在第二阶段，激活第三晶体管和第四晶体管并且停用第一晶体管和第二晶体管；在第三阶段，激活第二晶体管和第四晶体管并且停用第一晶体管和第三晶体管；以及在第四阶段，激活第三晶体管和第四晶体管并且停用第一晶体管和第二晶体管。对于某些方面，在操作期间，第二阶段在第一阶段之后，第三阶段在第二阶段之后，第四阶段在第三阶段之后，并且第一阶段在第四阶段之后。对于其他方面或基于特定电路条件，这四个阶段可以以不同顺序进行。
本公开的某些方面实现了三电平降压转换器和Div2电荷泵两者的优点，以允许自适应组合电源电路针对不同场景在不同模式之间切换，以努力以最优化模式进行操作。本公开的某些方面为不同客户应用规范提供了灵活的架构配置，以提供作为自适应组合转换电路、仅三电平降压转换器和/或仅Div2电荷泵的配置。因此，可以使用单一解决方案以最高效率支持各种合适的适配器中的任何一种。此外，电源电路可以使得能够使用较小电感，诸如0.47μH和/或0.33μH电感器。与常规电源电路相比，本公开的某些方面可以以高效率支持高功耗。此外，本公开的某些方面提供了灵活的并联充电配置以支持不同应用和规范。在这样的并联充电配置中，与常规解决方案相比，用本文中描述的自适应组合电源电路实现的主充电器和从充电器可以具有更统一的设计。
上述方法的各种操作可以通过能够执行对应功能的任何合适的装置来执行。该装置可以包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。通常，在有图中所示的操作的地方，这些操作可以具有带有相似编号的对应装置加功能组件。
如本文中使用的，术语“确定”包括多种动作。例如，“确定”可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理、导出、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、确定等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。此外，“确定”可以包括解析、选择(selecting)、选择(choosing)、建立等。
如本文中使用的，指代项目列表中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖：a、b、c、ab、ac、bc和abc、以及与同一元素的倍数的任何组合(例如，aa、aaa、aab、aac、abb、acc、bb、bbb、bbc、cc和ccc、或a、b和c的任何其他顺序)。
本文中公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，除非指定了步骤或动作的特定顺序，否则在不脱离权利要求的范围的情况下，可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
应当理解，权利要求书不限于以上示出的精确配置和组件。在不脱离权利要求书的范围的情况下，可以对上述方法和装置的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化。

Claims (14)

1.一种电源电路，包括：
第一晶体管；
第二晶体管，经由第一节点耦合到所述第一晶体管；
第三晶体管，经由第二节点耦合到所述第二晶体管；
第四晶体管，经由第三节点耦合到所述第三晶体管；
电容元件，具有耦合到所述第一节点的第一端子和耦合到所述第三节点的第二端子；
电感元件，具有耦合到所述第二节点的第一端子；以及
开关，所述开关具有的第一端子耦合到所述电感元件的所述第一端子，所述开关具有的第二端子耦合到所述电感元件的第二端子。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其中：
所述第二晶体管的漏极耦合到所述第一晶体管的源极；
所述第三晶体管的漏极耦合到所述第二晶体管的源极；以及
所述第四晶体管的漏极耦合到所述第三晶体管的源极，其中所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管包括n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其中当所述开关打开时，所述电源电路被配置为三电平降压转换器。
4.根据权利要求1所述的电源电路，其中当所述开关闭合时，所述电源电路被配置为二分电荷泵。
5.根据权利要求1所述的电源电路，还包括逻辑电路，所述逻辑电路被耦合到所述开关并且被配置为基于所述电源电路的输入电压或操作模式中的至少一项来自动控制所述开关的操作。
6.根据权利要求1所述的电源电路，其中：
所述第一晶体管耦合到所述电源电路的输入电压节点；
所述第四晶体管耦合到所述电源电路的参考电位节点；以及
所述电感元件的所述第二端子耦合到所述电源电路的输出电压节点。
7.一种电池充电电路，包括：
主充电电路；以及
至少一个从充电电路，具有与所述主充电电路的输出并联耦合的输出，所述主充电电路或所述从充电电路中的至少一者包括根据权利要求1所述的电源电路。
8.一种调节功率的方法，包括：
以第一操作模式操作电源电路，所述第一操作模式是三电平降压转换器模式，并且所述电源电路包括：
电感元件；以及
开关，与所述电感元件并联耦合并且在所述第一操作模式下打开；以及
闭合所述开关以便以第二操作模式操作所述电源电路，所述第二操作模式是二分电荷泵模式。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括断开所述开关以便以所述第一操作模式操作所述电源电路。
10.根据权利要求8所述的方法，其中闭合所述开关包括基于输入电压、耦合到所述电源电路并且提供所述输入电压的适配器的类型、或所述电源电路的负载的充电状态中的至少一项来自动闭合所述开关。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述电源电路还包括：
第一晶体管；
第二晶体管，经由第一节点耦合到所述第一晶体管；
第三晶体管，经由第二节点耦合到所述第二晶体管；
第四晶体管，经由第三节点耦合到所述第三晶体管；
电容元件，具有耦合到所述第一节点的第一端子和耦合到所述第三节点的第二端子，其中：
所述电感元件具有耦合到所述第二节点的第一端子；
所述开关具有的第一端子耦合到所述电感元件的所述第一端子；以及
所述开关具有的第二端子耦合到所述电感元件的第二端子。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述第一晶体管耦合到所述电源电路的输入电压节点；
所述第四晶体管耦合到所述电源电路的参考电位节点；以及
所述电感元件的所述第二端子耦合到所述电源电路的输出电压节点。
13.根据权利要求11所述的方法，其中以所述第一操作模式或所述第二操作模式中的至少一项操作所述电源电路包括：
在第一阶段，激活所述第一晶体管和所述第三晶体管并且停用所述第二晶体管和所述第四晶体管；
在第二阶段，激活所述第三晶体管和所述第四晶体管并且停用所述第一晶体管和所述第二晶体管；
在第三阶段，激活所述第二晶体管和所述第四晶体管并且停用所述第一晶体管和所述第三晶体管；以及
在第四阶段，激活所述第三晶体管和所述第四晶体管并且停用所述第一晶体管和所述第二晶体管。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述操作期间，所述第二阶段在所述第一阶段之后，所述第三阶段在所述第二阶段之后，所述第四阶段在所述第三阶段之后，并且所述第一阶段在所述第四阶段之后。
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