CN114142723B - 电源转换结构及包括其的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电源转换结构及包括其的电子设备，涉及电源领域，通过设置一与开关电容转换器连接的调压模块，调压模块接收开关电容转换器的第一电压，并可将第一电压转换为第二电压，第二电压高于当前的电池组的电压，而使得在电子设备的使用过程中，如输出至电子设备的负载的电压降低到阈值电压以下时，将输出至电子设备的负载的电压升高至高于当前的电池组的电压，而避免电子设备黑屏，甚至关机等客户不良体验，且开关电容转换器和调压模块配合工作，可减少开关管的数量，使得本申请提供的电源转换结构的体积小、成本低。

Description

电源转换结构及包括其的电子设备
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其是电源转换结构及包括该电源转换结构的电子设备。
背景技术
随着技术的不断进步，各种电子设备，如便携式设备（包括移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器和/或其他类似的电子设备）已经流行起来。每个电子设备可以采用多个可充电的电池单元串联和/或并联连接而形成用于存储电能的可充电电池组。可充电电池组可由连接至电子设备的适配器和电子设备内的电源转换结构进行充电，以恢复电池的能量，可充电电池组可为各种类型的电池组，如锂离子（Li-ion）电池组。
在电子设备的使用过程中，希望其能稳定可靠运行，以提高客户体验。然而电子设备常在各种恶劣环境或恶劣状态下使用，如极低温或用于供电的电池组的电压较低等情况，如此时对电子设备进行操作，如拍照，会导致输出至电子设备的负载的电压迅速降低，当输出至电子设备的负载的电压降低到阈值电压时会给客户带来不良体验，如黑屏，甚至导致电子设备关机。这里的负载为电子设备的耗电单元。
也即，目前的电子设备内的电源转换结构无法保证电子设备稳定可靠运行，或电源转换结构的成本高，体积大，与电源变换器小型化、低成本、高效率的发展趋势相悖。
发明内容
本发明提出一种电源转换结构，包括：开关电容转换器，包括至少一开关管、电源输出端和第一输出端，所述开关电容转换器用于将连接于所述开关电容转换器的电源输出端的电池组的电压转换为一第一电压，所述第一电压从所述开关电容转换器的所述第一输出端输出；调压模块，包括至少一开关管、输入端和输出端，所述调压模块的输入端连接所述开关电容转换器的所述第一输出端，用于接收所述第一电压，并将所述第一电压转换为第二电压，所述第二电压从所述调压模块的输出端输出；控制器，连接所述开关电容转换器及所述调压模块，被配置为控制所述开关电容转换器及所述调压模块内的开关管工作，其中响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，并控制所述调压模块工作，以将所述第一电压转换为所述第二电压，其中所述第二电压高于连接于所述开关电容转换器的电源输出端的电池组的电压。
本发明还提出一种电子设备，包括：上述的电源转换结构；电池组，所述电池组的第一端连接所述开关电容转换器的电源输出端，所述电池组的第二端接地；负载，所述负载连接所述调压模块的输出端。
附图说明
图1为本发明一实施例的电源转换结构示意图。
图2为本发明一实施例的电源转换系统示意图。
图3为本发明一实施例的电源转换结构的电路示意图。
图4为本发明另一实施例的电源转换结构的电路示意图。
图5为典型的buck降压变换器。
图6为典型的三电平buck降压变换器。
图7为典型的boost升压变换器。
图8为本发明另一实施例的电源转换结构的电路示意图。
图9为本发明另一实施例的电源转换结构的电路示意图。
图10为本发明一实施例的电源转换结构的工作波形示意图。
图11a为本发明一实施例的电源转换结构的第一工作阶段的工作原理示意图。
图11b为本发明一实施例的电源转换结构的第二工作阶段的工作原理示意图。
图11c为本发明一实施例的电源转换结构的第三工作阶段的工作原理示意图。
图12为本发明另一实施例的电源转换结构的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例中，在于提供一种电源转换结构，其可应用于电子设备，具体的，请参阅图1所示的本发明一实施例的电源转换结构示意图，电源转换结构包括开关电容转换器100、调压模块500和控制器400，其中开关电容转换器100包括：至少一开关管、电源输出端douts和第一输出端dout1，开关电容转换器100用于将连接于开关电容转换器100的电源输出端douts的电池组300的电压转换为第一电压V1，第一电压V1从开关电容转换器100的第一输出端dout1输出；调压模块500包括至少一开关管、输入端din2和输出端dout2，调压模块500的输入端din2连接开关电容转换器100的第一输出端dout1，用于接收第一电压V1，并将第一电压V1转换为第二电压V2，第二电压V2从调压模块500的输出端dout2输出；控制器400连接开关电容转换器100及调压模块500，被配置为控制开关电容转换器100及调压模块500内的开关管工作，其中响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，并控制调压模块500工作，以将第一电压V1转换为第二电压V2，其中第二电压V2高于连接于开关电容转换器100的电源输出端douts的电池组300的电压。
如此，在电子设备的使用过程中，如输出至电子设备的负载的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制使得电子设备内的电源转换结构的开关电容转换器100和调压模块500配合工作，以将输出至电子设备的负载的电压升高，而避免电子设备黑屏，甚至关机等客户不良体验，且开关电容转换器100和调压模块500配合工作，可减少开关管的数量，使得本申请提供的电源转换结构的体积小、成本低。
在实际应用中，电子设备常处于以下两种状态中的一种，第一种状态：电池组300需要充电，此时开关电容转换器100接收一输入电压Vin，具体的，如图2所示的本发明一实施例的电源转换系统示意图，也即电子设备10通过适配器20连接外部供电电源，此时电源转换结构既为电池组300充电，又为负载200供电；第二种状态：电池组300无需充电，开关电容转换器100不接收输入电压或输入电压为0V，也即适配器20从电子设备10拔出，此时由连接于开关电容转换器100的电源输出端douts的电池组300为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电，此状态下当电子设备处在恶劣环境或恶劣状态下时，易出现输出至负载的电压迅速降低而给客户带来不良体验的问题，如上所述，此时响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，并控制调压模块500工作，以将第一电压V1转换为第二电压V2，其中第二电压V2高于连接于开关电容转换器100的电源输出端douts的电池组300的电压。也即上述的响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，并控制调压模块500工作，为：在连接于开关电容转换器100的电源输出端douts的电池组300为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电的过程中，响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，并控制调压模块500工作。以保证电子设备在没有外部电源供电的情况下稳定可靠运行。
在本发明一实施例中，所述阈值电压大于等于3.3V，小于等于3.8V。较佳的，所述阈值电压为3.6V。其可根据不同的电子设备进行适当调整。
在本发明一实施例中，开关电容转换器100可为任何开关电源转换器，只要其可以实现将其输入端的电压转换为其输出端的电压即可。在本发明一实施例中，开关电容转换器100为电荷泵变换模块，如此可保证开关电容转换器100的功率和效率。
在本发明一实施例中，请参阅图3所示的本发明一实施例的电源转换结构的电路示意图，其中开关电容转换器100包括第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1，第一开关串联支路110包括串联连接的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，第一开关管Q1的第一端形成第一开关串联支路110的第一端d11，第四开关管Q4的第二端形成第一开关串联支路110的第二端d12，第二端d12接地，第一开关管Q1与第二开关管Q2的共节点连接第一飞跨电容Cf1的第一端，第三开关管Q3与第四开关管Q4的共节点连接第一飞跨电容Cf1的第二端，第二开关管Q2与第三开关管Q3的共节点用于连接开关电容转换器100的电源输出端douts。以保证开关电容转换器100的功率和效率。
更进一步的，在本发明一实施例中，请参阅图4所示的本发明另一实施例的电源转换结构的电路示意图，开关串联支路110的第一端d11形成开关电容转换器100的第一输出端dout1，调压模块500的输入端din2连接第一开关串联支路110的第一端d11，也即第一开关串联支路110的第一端d11提供第一电压V1。
更进一步的，在本发明一实施例中，图4所示的电源转换结构中的调压模块500为降压变换器。则更进一步的，上述的响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，为：响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作在第一开关串联支路110的第一端d11的电压与电源输出端douts的电压之间的变比为N:1的电荷泵模式，其中N为大于等于2的整数。如此，当控制器400控制开关电容转换器100工作时，第一电压V1为电池组300的电压的N倍，也即降压变换器的输入端din2接收的电压为电池组300的电压的N倍，降压变换器工作以对该N倍的电池组300的电压进行降压调压，而使得从调压模块500的输出端dout2输出的电压高于此时的电池组300的电压，而使得负载200接收的电压由电池组300的电压升高为高于电池组300的电压，也即将负载200接收的电压回调，而保证电子设备的负载接收的电压足够高，而避免电子设备黑屏，甚至关机等客户不良体验。更进一步的，图4中的调压模块500为如图5所示的典型的buck降压变换器或图6所示的典型的三电平buck降压变换器，其均为基于电感的降压变换器，被广泛应用于电源转换结构。图5中，开关管S1、开关管S2、电感L、输入侧电容Cin以及输出侧电容Cout构成典型的降压变换器。图6中，开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、电感L、飞跨电容Cf、输入侧电容Cin以及输出侧电容Cout构成典型的三电平降压变换器。本发明并不限定降压变换器具体的结构，只要可以将其输出端的电压降低到低于其输入端的电压均可。
更进一步的，在本发明一实施例中，图4所示的电源转换结构中的调压模块500为升压变换器。则更进一步的，上述的响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，为：响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作在第一开关串联支路110的第一端d11的电压与电源输出端douts的电压之间的变比为1:1的电荷泵模式。如此，当控制器400控制开关电容转换器100工作时，第一电压V1为电池组300的电压，也即升压变换器的输入端din2接收的电压为电池组300的电压，升压变换器工作以对该电池组300的电压进行升压调压，而使得从调压模块500的输出端dout2输出的电压高于此时的电池组300的电压，而使得负载200接收的电压由电池组300的电压升高为高于电池组300的电压，也即将负载200接收的电压回调，而保证电子设备的负载接收的电压足够高，而避免电子设备黑屏，甚至关机等客户不良体验。更进一步的，如图4中的调压模块500可为典型的boost升压变换器。具体的，请参阅图7所示的典型的boost升压变换器电路示意图。图7中，开关管S1、开关管S2、电感L、输入侧电容Cin以及输出侧电容Cout构成典型的boost升压变换器。本发明并不限定升压变换器具体的结构，只要可以将其输出端的电压升高到高于其输入端的电压均可。
更进一步的，在本发明一实施例中，请参阅图8所示的本发明另一实施例的电源转换结构的电路示意图，其中，图4所示的电源转换结构中的调压模块500为升降压变换器，如图8所示调压模块500包括第十二开关管Q12、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第十五开关管Q15、第二电感单元L2和第二电容单元C2，第十二开关管Q12至第十五开关管Q15均包括第一端、第二端和控制端，第十二开关管Q12的第一端形成调压模块500的输入端din2，连接开关电容转换器100的第一输出端dout1，第十二开关管Q12的第二端连接第十三开关管Q13的第一端及第二电感单元L2的第一端，第十三开关管Q13的第二端接地，第二电感单元L2的第二端连接第十四开关管Q14的第一端及第十五开关管Q15的第二端，第十四开关管Q14的第二端接地，第十五开关管Q15的第一端连接第二电容单元C2的第一端，第二电容单元C2的第二端接地，并第十五开关管Q15的第一端连接至调压模块500的输出端dout2。如此，第一开关串联支路110的第一端d11提供第一电压V1。则更进一步的，上述的响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，并控制调压模块500工作，为：响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作在第一开关串联支路110的第一端d11的电压与电源输出端douts的电压之间的变比为N:1的电荷泵模式，其中N为大于等于2的整数，并控制调压模块500工作在降压模式，而为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电。更具体的，控制器400控制使得第十二开关管Q12和第十三开关管Q13以一定频率在导通与关断之间切换，第十五开关管Q15导通，第十四开关管Q14关断，而使得调压模块500工作在降压模式。以开关电容转换器100工作在第一开关串联支路110的第一端d11的电压与电源输出端douts的电压之间的变比为2:1的电荷泵模式为例，则调压模块500的输入端din2接收的电压为两倍的电池组电压，调压模块500工作以对该两倍的电池组300的电压进行降压调压，而使得从调压模块500的输出端dout2输出的电压高于此时的电池组300的电压，而使得负载200接收的电压由电池组300的电压升高为高于电池组300的电压，也即将负载200接收的电压回调，而保证电子设备的负载接收的电压足够高，而避免电子设备黑屏，甚至关机等客户不良体验。更进一步的，在另一实施例中，上述的响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，并控制调压模块500工作，为：响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作在第一开关串联支路110的第一端d11的电压与电源输出端douts的电压之间的变比为1:1的电荷泵模式，并控制调压模块500工作在升压模式，而为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电。更具体的，控制器400控制使得第十四开关管Q14和第十五开关管Q15以一定频率在导通与关断之间切换，第十二开关管Q12导通，第十三开关管Q13关断，而使得调压模块500工作在升压模式。则调压模块500的输入端din2接收的电压为电池组电压，调压模块500工作以对该电池组300的电压进行升压调压，而使得从调压模块500的输出端dout2输出的电压高于此时的电池组300的电压，而使得负载200接收的电压由电池组300的电压升高为高于电池组300的电压，也即将负载200接收的电压回调，而保证电子设备的负载接收的电压足够高，而避免电子设备黑屏，甚至关机等客户不良体验。
更进一步的，在本发明一实施例中，开关串联支路110中的第一开关管Q1与第二开关管Q2的共节点形成开关电容转换器100的第一输出端dout1，调压模块500的输入端din2连接第一开关管Q1与第二开关管Q2的共节点，也即第一开关串联支路110的第一开关管Q1与第二开关管Q2的共节点提供第一电压V1。更进一步的，请参阅图9所示的本发明另一实施例的电源转换结构的电路示意图，调压模块500包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第一电感单元L1和第一电容单元C1，第五开关管Q5和第六开关管Q6均包括第一端、第二端和控制端，第五开关管Q5的第一端形成调压模块500的输入端din2，连接第一开关管Q1与第二开关管Q2的共节点，也即开关电容转换器100的第一输出端dout1，第五开关管Q5的第二端连接第一电感单元L1的第一端及第六开关管Q6的第一端，第一电感单元L1的第二端连接第一电容单元C1的第一端，第一电容单元C1的第二端接地，第一电感单元L1的第二端连接调压模块500的输出端dout2，第六开关管Q6的第二端连接第三开关管Q3与第四开关管Q4的共节点，第五开关管Q5和第六开关管Q6的控制端用于接收一开关控制信号。如此，调压模块500的输入端din2连接第一开关管Q1与第二开关管Q2的共节点，也即开关电容转换器100的第一开关管Q1与第二开关管Q2的共节点提供第一电压V1。则更进一步的，上述的响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，并控制调压模块500工作，为：响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作在第一开关串联支路110的第一端d11的电压与电源输出端douts的电压之间的变比为N:1的电荷泵模式，其中N为大于等于2的整数，并控制第五开关管Q5和第六开关管Q6工作，而为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电。上述的第五开关管Q5和第六开关管Q6工作指第五开关管Q5和第六开关管Q6以一定频率在导通与关断之间切换。如下以N等于2为例讲明其原理，具体的，请参阅图10所示的本发明一实施例的电源转换结构的工作波形示意图，其中横坐标为时间t，纵坐标为开关控制信号SC。首先，在t0时刻，第一开关管Q1、第三开关管Q3和第五开关管Q5导通，第二开关管Q2、第四开关管Q4和第六开关管Q6关断，则第一飞跃电容Cf1放电，第一电感单元L1进行储能，第一电感单元L1的电流IL升高，第一电感单元L1的第一端的电压为电池组300的电压的两倍，具体的，可参阅图11a所示的本发明一实施例的电源转换结构的第一工作阶段的工作原理示意图；然后，在t1时刻，第六开关管Q6导通，第五开关管Q5关断，则第一电感单元L1续流，第一电感单元L1的电流IL逐渐减小，第一电感单元L1的第一端的电压为电池组300的电压，具体的，可参阅图11b所示的本发明一实施例的电源转换结构的第二工作阶段的工作原理示意图；然后，在t2时刻，第一开关管Q1、第三开关管Q3和第六开关管Q6关断，第二开关管Q2、第四开关管Q4和第五开关管Q5导通，则第一飞跃电容Cf1充电，第一电感单元L1继续续流，第一电感单元L1的电流IL逐渐减小，第一电感单元L1的第一端的电压为电池组300的电压，具体的，可参阅图11c所示的本发明一实施例的电源转换结构的第三工作阶段的工作原理示意图，直至t3时刻，然后进入下一个开关周期，如此实现将第一电感单元L1的第一端的电压（在电池组电压与两倍的电池组电压间切换）进行调压而实现将输出至负载200的电压由电池组电压升高为高于电池组电压。而避免负载200接收的电压低于阈值电压而导致电子设备黑屏，甚至关机等客户不良体验。在如图10所示的工作过程中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第一飞跨电容Cf1形成开关电容转换器，第一开关串联支路110的第一端的d11的电压与电源输出端douts的电压之间的变比为2:1。第一电感单元L1的第一端的电压可在电池组电压与2倍的电池组电压间切换，而可实现将输出至负载200的电压升高。在另一实施例中，第一开关串联支路110的第一端的d11的电压与电源输出端douts的电压之间的变比还可为N:1，其中N为大于2的整数。更具体的，在一实施例中，在如图10所示的工作过程中，可通过控制第五开关管Q5的占空比调节调压模块500的输出端dout2输出的电压的大小，如此使输出至负载200的电压可调。如当第五开关管Q5的占空比为1时，由第一电感单元L1和第一电容单元C1形成的滤波单元对第一电感单元L1的第一端的电压（在电池组电压与两倍的电池组电压间切换，如开关电容转换器100工作在第一开关串联支路110的第一端d11的电压与电源输出端douts电压之间的变比为2:1的电荷泵模式）进行滤波，则调压模块500的输出端dout2的电压为一点五倍的电池组电压，也即将输出至负载200的电压由电池组电压升高到一点五倍的电池组电压。
如上所述，在一实施例中，响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，并控制所述调压模块工作，为：响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作在电荷泵模式，并控制所述调压模块内的至少一开关管工作以对第一电压V1进行调压。
在实际应用的一实施例中，当电子设备常处于第一种状态，也即电池组300需要充电，此时开关电容转换器100接收一输入电压Vin，电源转换结构工作而为电池组300充电，并为负载200供电。具体的，在第一种状态，控制器400还被配置为控制使得：开关电容转换器100和调压模块500配合工作，或调压模块500工作，而为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电，并给连接至开关电容转换器100的电源输出端douts的电池组300充电，也即第一工作模式；或，开关电容转换器100工作在电荷泵模式，而为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电，并给连接至开关电容转换器100的电源输出端douts的电池组300充电，也即第二工作模式；或，开关电容转换器100和调压模块500配合工作，或调压模块500工作，而为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电，也即第三工作模式。
其中，对于第一工作模式，当电源转换结构为如图9所示时，更具体的，控制器400控制第七开关管Q7处于饱和状态或完全导通状态，第二开关管Q2和第三开关管Q3关断，第一开关管Q1、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6工作，而为连接在输出端dout2的负载200供电，并给电池组300充电，也即开关电容转换器100和调压模块500配合工作在三电平降压变换器模式；当调压模块500为降压变换器、升压变换器或如图8所示时，更具体的，控制器400控制第七开关管Q7导通，并调压模块500工作而为连接在输出端dout2的负载200供电，并给电池组300充电，也即调压模块500工作。 在第一工作模式中，对电池组300进行涓流充电、预充电和恒压充电。
其中，对于第二工作模式，控制器400控制使得开关电容转换器100工作在电荷泵模式，而为连接至调压模块500的输出端dout2的负载200供电，并给连接至开关电容转换器100的电源输出端douts的电池组300充电。在第二工作模式中，对电池组300进行恒流充电。
其中，对于第三工作模式，当电源转换结构为如图9所示时，更具体的，控制器400控制第七开关管Q7关断，第二开关管Q2和第三开关管Q3关断，第一开关管Q1、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6工作，而为连接在输出端dout2的负载200供电，也即开关电容转换器100和调压模块500配合工作在三电平降压变换器模式；当调压模块500为降压变换器、升压变换器或如图8所示时，更具体的，控制器400控制第七开关管Q7关断，并调压模块500工作而为连接在输出端dout2的负载200供电，也即调压模块500工作。在第三工作模式中，第七开关管Q7关断，电池处于放电状态。
其中上述的开关电容转换器100和调压模块500配合工作指：开关电容转换器100内的至少一开关管和调压模块500内的至少一开关管以一定频率在导通与关断之间切换。
如上所述，当电子设备处于第一种状态，开关电容转换器100和调压模块500工作而为电池组300充电，并为负载200供电。当电子设备处于第二种状态，并响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，开关电容转换器100和调压模块500工作而将输出至负载200的电压回调。也即在电压回调模式中，调压模块500复用电源转换结构中固有的部件，而无需为实现电压回调功能增加器件。因而本申请的电源转换结构在实现为对负载供电的同时，又能实现对电池组300充电全过程的高效率，且能避免负载200接收的电压低于阈值电压而导致电子设备黑屏，甚至关机等客户不良体验，而实现电子设备稳定可靠运行。
更进一步的，上述的电源转换结构均还包括第七开关管Q7，第七开关管Q7包括第一端、第二端和控制端，第七开关管Q7的第一端连接调压模块500的输出端dout2，第七开关管Q7的第二端连接开关电容转换器100的电源输出端douts，第七开关管Q7的控制端用于接收开关控制信号，并响应于连接至调压模块500的输出端dout2的负载200接收的电压降低到阈值电压以下时，控制器400控制开关电容转换器100工作，并控制调压模块500工作，还包括：控制第七开关管Q7关断。也即由此前的由电池组300为负载200供电变为由开关电容转换器100和调压模块500形成的电源转换结构为负载200供电。更进一步的，通过使第七开关管Q7被配置为导通而实现对负载200供电的同时，实现对电池组300充电，或使电池组300为负载200供电，通过使第七开关管Q7被配置为关断而实现只对负载200供电，也即第七开关管Q7实现功率路径管理的功能。
对于如图9所示的电源转换结构，在实际应用的一实施例中，当第二开关管Q2和第三开关管Q3处于关断状态时，希望第二开关管Q2和第三开关管Q3完全截止。在上述的实施例中，两个寄生的背靠背反串联的二极管并联在第二开关管Q2和第三开关管Q3的两端，具体的，以第二开关管Q2为例，两个二极管的阳极连接在一起，其中一个二极管的阴极连接第二开关管Q2的第一端，另一个二极管的阴极连接第二开关管Q2的第二端，而使得两个二极管反串联。第三开关管Q3与第二开关管Q2结构相同，再次不再赘述。更进一步的，在实际应用的一实施例中，当第七开关管Q7处于关断状态时，存在截止的场景（如运输模式，shipmode），也即第七开关管Q7可采用与第二开关管Q2相同的结构。实际应用的另一实施例中，第二开关管Q2的衬底引出，以连接第一选择开关。第三开关管Q3的衬底引出，以连接第二选择开关。当工作于电荷泵模式时，第一选择开关连接第二开关管Q2的源极（以MOSFET为例）；当工作于三电平降压变换器模式时，第一选择开关连接一补偿电压，以使第二开关管Q2完全截止。同样的，当工作于开关电容转换器模式时，第二选择开关连接第三开关管Q3的源极（以MOSFET为例）；当工作于三电平降压变换器模式时，第二选择开关连接补偿电压，以使第三开关管Q3完全截止。在本申请一实施例中，补偿电压小于电池组300电压。在本申请一实施例中，第七开关管Q7的衬底也引出。
更进一步的，在本发明一实施例中，请参阅图12所示的本发明另一实施例的电源转换结构的电路示意图，在图3所示的电源转换结构的基础上还包括第二飞跨电容Cf2和第二开关串联支路120，第二开关串联支路120包括串联连接的第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q10和第十一开关管Q11，第八开关管Q8的第一端形成第二开关串联支路120的第一端d21，连接第一开关串联支路110的第一端d11，第十一开关管Q11的第二端形成第二开关串联支路120的第二端d22，连接第一开关串联支路110的第二端d12，第八开关管Q8与第九开关管Q9的共节点连接第二飞跨电容Cf2的第一端，第十开关管Q10与第十一开关管Q11的共节点连接第二飞跨电容Cf2的第二端，第九开关管Q9与第十开关管Q10的共节点连接第二开关管Q2与第三开关管Q3的共节点。其中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管4及第一飞跨电容Cf1形成第一相开关电容转换器，第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q10、第十一开关管Q11及第二飞跨电容Cf2形成第二相开关电容转换器，也即图12为双相开关电容转换器，进一步提高电源转换结构的功率等级。当然，本申请一实施例中，可包括n个如图12所示的第二相开关电容转换器并联连接，其中n为正整数，而实现n+1相开关电容转换器。图12仅以两相讲明原理。
本发明一实施例中，上述的开关管均包括一控制端，用于接收控制器400输出的开关控制信号，以处于导通或关断状态。
本发明一实施例中，上述的开关管均为MOSFET，均包括源极、漏极和栅极。其中，每一开关管的第一端为漏极，第二端源极，控制端为栅极，控制端用于接收一开关控制信号。
本发明一实施例中，上述的开关管也可为双极结型晶体管、超结晶体管、绝缘栅双极晶体管、基于氮化镓的功率器件和/或类似器件。业界能接收一开关控制信号而导通或关断的器件均可。
本发明一实施例中，上述的开关管均以包括单个开关管来实现为例，在实际应用中，每一开关管均可包括多个开关管串联和/或并联。
如上，以开关串联支路110的第一端d11形成开关电容转换器100的第一输出端dout1，以及开关串联支路110中的第一开关管Q1与第二开关管Q2的共节点形成开关电容转换器100的第一输出端dout1，来提供第一电压V1为例进行说明。在实际应用的实施例中，开关电容转换器100内的任何可提供一电压的节点均可作为开关电容转换器100的第一输出端dout1。本申请对此不做限定。
本发明一实施例中，还提供一种电子设备10，该电子设备10可为如便携式设备（包括移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器和/或其他类似的电子设备）。具体的，请参阅图2所示的本发明一实施例的电源转换系统示意图，电子设备10包括上述的电源转换结构；电池组300，电池组300的第一端连接开关电容转换器100的电源输出端douts，电池组300的第二端接地；负载200，负载200连接调压模块500的输出端dout2。
在一实施例中，负载200可为一电子设备的耗电单元，如便携式设备（包括移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器和/或其他类似的电子设备）的耗电单元。在一实施例中，电池组300可为电子设备内的可充电电池组，如便携式设备（包括移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器和/或其他类似的电子设备）内的可充电电池组。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (17)

1.一种电源转换结构，其特征在于，包括：
开关电容转换器，包括至少一开关管、电源输出端和第一输出端，所述开关电容转换器用于将连接于所述开关电容转换器的电源输出端的电池组的电压转换为一第一电压，所述第一电压从所述开关电容转换器的所述第一输出端输出；
调压模块，包括至少一开关管、输入端和输出端，所述调压模块的输入端连接所述开关电容转换器的所述第一输出端，用于接收所述第一电压，并将所述第一电压转换为第二电压，所述第二电压从所述调压模块的输出端输出；
控制器，连接所述开关电容转换器及所述调压模块，被配置为控制所述开关电容转换器及所述调压模块内的开关管工作，其中在连接于所述开关电容转换器的电源输出端的电池组为连接至所述调压模块的输出端的负载供电的过程中，响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，并控制所述调压模块工作，以将所述第一电压转换为所述第二电压，其中所述第二电压高于连接于所述开关电容转换器的电源输出端的电池组的电压。
2.根据权利要求1所述的电源转换结构，其特征在于，所述开关电容转换器为电荷泵变换模块。
3.根据权利要求1所述的电源转换结构，其特征在于，所述阈值电压大于等于3.3V，小于等于3.8V。
4.根据权利要求1或2所述的电源转换结构，其特征在于，所述开关电容转换器包括第一开关串联支路及第一飞跨电容，所述第一开关串联支路包括串联连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的第一端形成所述第一开关串联支路的第一端，所述第四开关管的第二端形成所述第一开关串联支路的第二端，所述第一开关串联支路的第二端接地，所述第一开关管与所述第二开关管的共节点连接所述第一飞跨电容的第一端，所述第三开关管与所述第四开关管的共节点连接所述第一飞跨电容的第二端，所述第二开关管与所述第三开关管的共节点连接所述开关电容转换器的电源输出端。
5.根据权利要求4所述的电源转换结构，其特征在于，所述第一开关串联支路的所述第一端形成所述开关电容转换器的所述第一输出端。
6.根据权利要求5所述的电源转换结构，其特征在于，所述调压模块为降压变换器，并响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，为：
响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作在第一开关串联支路的第一端的电压与所述电源输出端的电压之间的变比为N:1的电荷泵模式，其中N为大于等于2的整数。
7.根据权利要求5所述的电源转换结构，其特征在于，所述调压模块为升压变换器，并响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，为：
响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作在第一开关串联支路的第一端的电压与所述电源输出端的电压之间的变比为1:1的电荷泵模式。
8.根据权利要求5所述的电源转换结构，其特征在于，所述调压模块包括第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第二电感单元和第二电容单元，所述第十二开关管至所述第十五开关管均包括第一端、第二端和控制端，所述第十二开关管的第一端形成所述调压模块的输入端，所述第十二开关管的第二端连接所述第十三开关管的第一端及所述第二电感单元的第一端，所述第十三开关管的第二端接地，所述第二电感单元的第二端连接所述第十四开关管的第一端及所述第十五开关管的第二端，所述第十四开关管的第二端接地，所述第十五开关管的第一端连接所述第二电容单元的第一端，所述第二电容单元的第二端接地，并所述第十五开关管的第一端连接至所述调压模块的输出端。
9.根据权利要求8所述的电源转换结构，其特征在于，响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，并控制所述调压模块工作，为：
响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作在第一开关串联支路的第一端的电压与所述电源输出端的电压之间的变比为N:1的电荷泵模式，其中N为大于等于2的整数，并控制所述调压模块工作在降压模式。
10.根据权利要求8所述的电源转换结构，其特征在于，响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，并控制所述调压模块工作，为：
响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作在第一开关串联支路的第一端的电压与所述电源输出端的电压之间的变比为1:1的电荷泵模式，并控制所述调压模块工作在升压模式。
11.根据权利要求4所述的电源转换结构，其特征在于，所述调压模块包括一第五开关管和一第六开关管、第一电感单元和第一电容单元，所述第五开关管和所述第六开关管均包括第一端、第二端和控制端，所述第五开关管的第一端形成所述调压模块的输入端，连接所述第一开关管与所述第二开关管的共节点，所述第五开关管的第二端连接所述第一电感单元的第一端及所述第六开关管的第一端，所述第一电感单元的第二端连接所述第一电容单元的第一端，所述第一电容单元的第二端接地，并所述第一电感单元的第二端连接所述调压模块的输出端，所述第六开关管的第二端连接所述第三开关管与所述第四开关管的共节点，所述第五开关管和所述第六开关管的控制端用于接收一开关控制信号。
12.根据权利要求11所述的电源转换结构，其特征在于，
响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，并控制所述调压模块工作，为：
响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作在第一开关串联支路的第一端的电压与所述电源输出端的电压之间的变比为N:1的电荷泵模式，其中N为大于等于2的整数，并控制所述第五开关管和所述第六开关管工作。
13.根据权利要求12所述的电源转换结构，其特征在于，通过控制所述第五开关管的占空比调节所述调压模块的输出端输出的电压的大小。
14.根据权利要求1所述的电源转换结构，其特征在于，电源转换结构 还包括第七开关管，所述第七开关管包括第一端、第二端和控制端，所述第七开关管的第一端连接所述调压模块的输出端，所述第七开关管的第二端连接所述开关电容转换器的电源输出端，所述第七开关管的控制端用于接收开关控制信号，并响应于连接至所述调压模块的输出端的负载接收的电压降低到阈值电压以下时，所述控制器控制所述开关电容转换器工作，并控制所述调压模块工作，还包括：控制所述第七开关管关断。
15.根据权利要求4所述的电源转换结构，其特征在于，还包括第二飞跨电容和第二开关串联支路，所述第二开关串联支路包括串联连接的第八开关管、第九开关管、第十开关管和第十一开关管，所述第八开关管的第一端形成所述第二开关串联支路的第一端，连接所述第一开关串联支路的第一端，所述第十一开关管的第二端形成所述第二开关串联支路的第二端，连接所述第一开关串联支路的第二端，所述第八开关管与所述第九开关管的共节点连接所述第二飞跨电容的第一端，所述第十开关管与所述第十一开关管的共节点连接所述第二飞跨电容的第二端，所述第九开关管与所述第十开关管的共节点连接所述第二开关管与所述第三开关管的共节点。
16.根据权利要求1所述的电源转换结构，其特征在于，所述控制器还被配置为：在所述开关电容转换器接收一输入电压时，控制使得：
所述开关电容转换器和所述调压模块配合工作，或所述调压模块工作，而为连接至所述调压模块的输出端的一负载供电，并给连接至所述开关电容转换器的电源输出端的电池组充电；或
所述开关电容转换器工作在电荷泵模式，而为连接至所述调压模块的输出端的一负载供电，并给连接至所述开关电容转换器的电源输出端的电池组充电；或
所述开关电容转换器和所述调压模块配合工作，或所述调压模块工作，而为连接至所述调压模块的输出端的一负载供电。
17.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求1所述的电源转换结构；
电池组，所述电池组的第一端连接所述开关电容转换器的电源输出端，所述电池组的第二端接地；
负载，所述负载连接所述调压模块的输出端。
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