CN113541472A

CN113541472A - 降压电路及电源芯片

Info

Publication number: CN113541472A
Application number: CN202010285007.8A
Authority: CN
Inventors: 李霏
Original assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Current assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Priority date: 2020-04-13
Filing date: 2020-04-13
Publication date: 2021-10-22

Abstract

本发明实施例公开了一种降压电路及电源芯片。该降压电路包括：第一降压单元和第二降压单元；第一降压单元包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容和第二电容；第一开关管的第一端用于接收输入电压；第一开关管的第二端分别与第二开关管的第一端、第一电容的第一端连接；第二开关管的第二端分别与第三开关管的第一端、第二电容的第一端、第二降压单元的输入端连接；第三开关管的第二端分别与第四开关管的第一端、第一电容的第二端连接；第四开关管的第二端和第二电容的第二端接地；第二降压单元的输出端用于连接负载，向负载输出目标输出电压。本发明实施例的降压电路及电源芯片，能够提高转换效率。

Description

降压电路及电源芯片

技术领域

本发明涉及电路电子技术领域，尤其涉及一种降压电路及电源芯片。

背景技术

目前，终端产品的供电电路多为降压式变换(Buck)电路。输入端电压一般为几伏到十几伏，输出端电压一般不高于5伏。

当输入端电压大于两倍的输出端电压时，Buck电路的转换效率一般不超过85％，转换效率较低。

发明内容

本发明实施例提供一种降压电路及电源芯片，能够提高转换效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种降压电路，包括：第一降压单元和第二降压单元；

第一降压单元包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容和第二电容；

第一开关管的第一端用于接收输入电压；

第一开关管的第二端分别与第二开关管的第一端、第一电容的第一端连接；

第二开关管的第二端分别与第三开关管的第一端、第二电容的第一端、第二降压单元的输入端连接；

第三开关管的第二端分别与第四开关管的第一端、第一电容的第二端连接；

第四开关管的第二端和第二电容的第二端接地；

第二降压单元的输出端用于连接负载，向负载输出目标输出电压。

在本发明实施例的一些可能实现中，降压电路还包括：单刀双掷开关；

单刀双掷开关的输入端用于接收输入电压；

单刀双掷开关的第一输出端与第一开关管的第一端连接；

单刀双掷开关的第二输出端与第二降压单元的输入端连接。

在本发明实施例的一些可能实现中，降压电路还包括：第一检测单元和第一控制单元；

第一检测单元，用于检测输入电压；

第一控制单元，用于当输入电压大于两倍目标输出电压时，控制单刀双掷开关的输入端与第一输出端导通。

在本发明实施例的一些可能实现中，第一控制单元还用于：

当输入电压不大于两倍目标输出电压时，控制单刀双掷开关的输入端与第二输出端导通。

在本发明实施例的一些可能实现中，第一控制单元还用于：

控制第一开关管和第三开关管导通时，第二开关管和第四开关管关断，以及，第二开关管和第四开关管导通时，第一开关管和第三开关管关断。

在本发明实施例的一些可能实现中，降压电路还包括：第五开关管；

第五开关管的第一端与第一开关管的第一端连接；

第五开关管的第二端与第二降压单元的输入端连接。

在本发明实施例的一些可能实现中，降压电路还包括：第二检测单元和第二控制单元；

第二检测单元，用于检测输入电压；

第二控制单元，用于当输入电压大于两倍目标输出电压时，控制第五开关管关断。

在本发明实施例的一些可能实现中，第二控制单元还用于：

当输入电压不大于两倍目标输出电压时，控制第五开关管导通，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均关断。

在本发明实施例的一些可能实现中，第二控制单元还用于：

在本发明实施例的一些可能实现中，降压电路还包括：第三控制单元；

第三控制单元，用于控制第一开关管和第三开关管导通时，第二开关管和第四开关管关断，以及，第二开关管和第四开关管导通时，第一开关管和第三开关管关断。

第二方面，本发明实施例提供一种电源芯片，包括本发明实施例第一方面或第一方面任一可能的实现方式中提供的降压电路。

本发明实施例的降压电路及电源芯片，第一降压单元的转换效率约为98％，第二降压单元的转换效率约为90％，降压电路的整体转换效率约为98％*90％＝88.2％，大于现有的Buck电路的转换效率85％，因此，能够提高转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的降压电路的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电容充电的等效电路图；

图3为本发明实施例提供的电容放电的等效电路图；

图4为本发明实施例提供的降压电路的第二种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的降压电路的第三种结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1为本发明实施例提供的降压电路的第一种结构示意图。降压电路可以包括：第一降压单元101和第二降压单元102。

第一降压单元101包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一电容C1和第二电容C2；

第一开关管Q1的第一端用于接收输入电压Vin；

第一开关管Q1的第二端分别与第二开关管Q2的第一端、第一电容C1的第一端连接；

第二开关管Q2的第二端分别与第三开关管Q3的第一端、第二电容C2的第一端、第二降压单元102的输入端连接；

第三开关管Q3的第二端分别与第四开关管Q4的第一端、第一电容C1的第二端连接；

第四开关管Q4的第二端和第二电容C2的第二端接地；

第二降压单元102的输出端用于连接负载，向负载输出目标输出电压Vout。

在本发明实施例的一些可能实现中，第一电容C1和第二电容C2为相同电容。

在本发明实施例的一些可能实现中，本发明实施例的第二降压单元102可以为现有的Buck电路。本发明实施例并不对第二降压单元102的结构进行限定。

可以理解的是，本发明实施例的第一降压单元101为电荷泵(charge pump)电路。

当Vin>2Vout时，第一降压单元101和第二降压单元102工作。

首先，Q1和Q3导通，Q2和Q4关断，C1和C2串联充电，C1和C2两端的电压约为1/2Vin。

C1和C2串联充电的等效电路图如图2所示，图2为本发明实施例提供的电容充电的等效电路图。图2中R_Q1为Q1的等效电阻，R_Q3为Q3的等效电阻。

然后，Q2和Q4导通，Q1和Q3关断，C1和C2并联放电，C1和C2两端的电压约为1/2Vin。

C1和C2并联放电的等效电路图如图3所示，图3为本发明实施例提供的电容放电的等效电路图。图3中R_Q2为Q2的等效电阻，R_Q4为Q4的等效电阻。

再然后，第二降压单元102对C1和C2的放电电压进行降压，得到Vout。

也就是说，当Vin>2Vout时，Vin先经过第一降压单元101进行降压，第二降压单元102对第一降压单元降压后得到的电压再进行降压，得到Vout。将Vin经过第一降压单元101进行降压后，得到的电压约为1/2Vin，1/2Vin与Vout的差压小于Vin与Vout的差压，此时，可以利用第二降压单元102进行降压。第一降压单元101的转换效率约为98％，第二降压单元102的转换效率约为90％，降压电路的整体转换效率约为98％*90％＝88.2％，大于现有的Buck电路的转换效率85％，因此，能够提高转换效率。

当Vin≤2Vout时，第一降压单元101停止工作，第二降压单元102工作。直接利用第二降压单元102对Vin进行降压即可得到Vout。此时的转换效率约为90％。

在本发明实施例的一些可能实现中，本发明实施例的降压电路还可以包括：单刀双掷开关。图4为本发明实施例提供的降压电路的第二种结构示意图。本发明实施例图4所示实施例在图1所示实施例的基础上增加：单刀双掷开关K。

单刀双掷开关K的输入端用于接收输入电压；

单刀双掷开关K的第一输出端与Q1的第一端连接；

单刀双掷开关K的第二输出端与第二降压单元102的输入端连接。

当单刀双掷开关K的输入端与第一输出端导通时，第一降压单元101和第二降压单元102工作。

当单刀双掷开关K的输入端与第二输出端导通时，仅第二降压单元102工作。

在本发明实施例的一些可能实现中，为了防止在Vin≤2Vout时，单刀双掷开关K的输入端与第一输出端导通，第一降压单元101和第二降压单元102工作，不能得到Vout；以及，为了防止在Vin＞2Vout时，单刀双掷开关K的输入端与第二输出端导通，第二降压单元102工作，转换效率低。本发明实施例提供的降压电路还可以包括：第一检测单元和第一控制单元(图中未示出)；

第一检测单元，用于检测Vin；

第一控制单元，用于当Vin＞2Vout时，控制单刀双掷开关K的输入端与第一输出端导通。当Vin≤2Vout时，控制单刀双掷开关K的输入端与第二输出端导通。

在本发明实施例的一些可能实现中，第一控制单元，还可以用于：

控制Q1和Q3导通时，Q2和Q4关断，以及，Q2和Q4导通时，Q1和Q3关断。

也就是说，单刀双掷开关K、Q1、Q2、Q3和Q4的导通和关断均由第一控制单元进行控制。

在本发明实施例的一些可能实现中，本发明实施例的降压电路还可以包括：第五开关管。图5为本发明实施例提供的降压电路的第三种结构示意图。本发明实施例图5所示实施例在图1所示实施例的基础上增加：第五开关管Q5。

Q5的第一端与Q1的第一端连接；

Q5的第二端与第二降压单元102的输入端连接。

在本发明实施例的一些可能实现中，为了防止在Vin≤2Vout时，第一降压单元101和第二降压单元102工作，不能得到Vout；以及，为了防止在Vin＞2Vout时，仅Q5导通，第二降压单元102工作，转换效率低。本发明实施例提供的降压电路还可以包括：第二检测单元和第二控制单元(图中未示出)；

第二检测单元，用于检测Vin；

第二控制单元，用于当Vin＞2Vout时，控制Q5关断。当Vin≤2Vout时，控制Q5导通，Q1、Q2、Q3和Q4均关断。

也就是说，Q1、Q2、Q3、Q4和Q5的导通和关断均由第二控制单元进行控制。

在本发明实施例的一些可能实现中，第二控制单元，还可以用于：

在本发明实施例的一些可能实现中，本发明实施例提供的降压电路还可以包括：第三控制单元(图中未示出)；

第三控制单元，用于控制Q1和Q3导通时，Q2和Q4关断，以及，Q2和Q4导通时，Q1和Q3关断。

也就是说，当采用第一控制单元控制“在Vin＞2Vout时，单刀双掷开关K的输入端与第一输出端导通；在Vin≤2Vout时，单刀双掷开关K的输入端与第二输出端导通”时，可以采用第三控制单元控制“Q1和Q3导通时，Q2和Q4关断，以及，Q2和Q4导通时，Q1和Q3关断”。

当采用第二控制单元控制“在Vin＞2Vout时，Q5关断；在Vin≤2Vout时，Q5导通，Q1、Q2、Q3和Q4均关断”时，采用第三控制单元控制“Q1和Q3导通时，Q2和Q4关断，以及，Q2和Q4导通时，Q1和Q3关断”。

当然，还可以采用第一控制单元既控制“在Vin＞2Vout时，单刀双掷开关K的输入端与第一输出端导通；在Vin≤2Vout时，单刀双掷开关K的输入端与第二输出端导通”时，又可以采用第一控制单元控制“Q1和Q3导通时，Q2和Q4关断，以及，Q2和Q4导通时，Q1和Q3关断”。

当然，还可以采用第二控制单元既控制“在Vin＞2Vout时，Q5关断；在Vin≤2Vout时，Q5导通，Q1、Q2、Q3和Q4均关断”时，又可以采用第二控制单元控制“Q1和Q3导通时，Q2和Q4关断，以及，Q2和Q4导通时，Q1和Q3关断”。

本发明实施例还提供一种电源芯片，包括本发明实施例提供的降压电路。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种降压电路，其特征在于，所述降压电路包括：第一降压单元和第二降压单元；

所述第一降压单元包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容和第二电容；

所述第一开关管的第一端用于接收输入电压；

所述第一开关管的第二端分别与所述第二开关管的第一端、所述第一电容的第一端连接；

所述第二开关管的第二端分别与所述第三开关管的第一端、所述第二电容的第一端、所述第二降压单元的输入端连接；

所述第三开关管的第二端分别与所述第四开关管的第一端、所述第一电容的第二端连接；

所述第四开关管的第二端和所述第二电容的第二端接地；

所述第二降压单元的输出端用于连接负载，向负载输出目标输出电压。

2.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述降压电路还包括：单刀双掷开关；

所述单刀双掷开关的输入端用于接收输入电压；

所述单刀双掷开关的第一输出端与所述第一开关管的第一端连接；

所述单刀双掷开关的第二输出端与所述第二降压单元的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的降压电路，其特征在于，所述降压电路还包括：第一检测单元和第一控制单元；

所述第一检测单元，用于检测所述输入电压；

所述第一控制单元，用于当所述输入电压大于两倍所述目标输出电压时，控制所述单刀双掷开关的输入端与所述第一输出端导通。

4.根据权利要求3所述的降压电路，其特征在于，所述第一控制单元还用于：

当所述输入电压不大于两倍所述目标输出电压时，控制所述单刀双掷开关的输入端与所述第二输出端导通。

5.根据权利要求3所述的降压电路，其特征在于，所述第一控制单元还用于：

控制所述第一开关管和所述第三开关管导通时，所述第二开关管和所述第四开关管关断，以及，所述第二开关管和所述第四开关管导通时，所述第一开关管和所述第三开关管关断。

6.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述降压电路还包括：第五开关管；

所述第五开关管的第一端与所述第一开关管的第一端连接；

所述第五开关管的第二端与所述第二降压单元的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的降压电路，其特征在于，所述降压电路还包括：第二检测单元和第二控制单元；

所述第二检测单元，用于检测所述输入电压；

所述第二控制单元，用于当所述输入电压大于两倍所述目标输出电压时，控制所述第五开关管关断。

8.根据权利要求7所述的降压电路，其特征在于，所述第二控制单元还用于：

当所述输入电压不大于两倍所述目标输出电压时，控制所述第五开关管导通，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均关断。

9.根据权利要求7所述的降压电路，其特征在于，所述第二控制单元还用于：

10.根据权利要求4或7所述的降压电路，其特征在于，所述降压电路还包括：第三控制单元；

所述第三控制单元，用于控制所述第一开关管和所述第三开关管导通时，所述第二开关管和所述第四开关管关断，以及，所述第二开关管和所述第四开关管导通时，所述第一开关管和所述第三开关管关断。

11.一种电源芯片，其特征在于，所述电源芯片包括权利要求1至10任一项所述的降压电路。