CN114337286A - 一种可降低工作电压的电路 - Google Patents

Abstract

本申请包括一种可降低工作电压的电路，具体涉及电池供电技术领域。所述电路包括外部电路和集成电路芯片；在外部电路中，供电电压通过第一引脚传输至所述升压驱动电容的第一端；升压驱动电容的第二端接入第二引脚；第二引脚还通过外部电路中的功率电感与输出电压端连接；在集成电路芯片中，第一开关管与第二开关管中存在接地的隔离岛；第一开关管的漏极与第二引脚连接；第一开关管的背栅与第二开关管的源极连接；第一开关管与第二开关管的栅极相连；第二开关管的背栅与第一开关管的源极连接；第二开关管的漏极接地。上述电路使得在保证电路运行的安全性的同时，降低了该电池供电电路的最小工作电压，从而增大了该电池供电电路的工作范围。

Description

一种可降低工作电压的电路

技术领域

本发明涉及电池供电领域，具体涉及一种可降低工作电压的电路。

背景技术

本领域常见的电池供电电路为降压变换电路，如图1所示，电池供电电路通过控制功率开关管M6的导通和关断，从而得到相应的输出电压，输出给电池负载。

其中VIN0接电池供电电路的输入端，VOUT0接电池供电电路的输出端，M6为电池供电电路的功率开关管，D6为电池供电电路的续流二极管，L为电池供电电路的功率电感，COUT0为电池供电电路的输出滤波电容，CBST0为功率开关管M6的升压驱动电容，M7为辅助下拉管，D4为第一防反二极管，防止在D6续流时，电流通过M7体二极管流向SW；D5为第二防反二极管。

电池供电电路处于轻载状态时，升压驱动电容CBST0可能会出现掉电，导致CBST0两端的电压VBTS0降低到无法打开开关管M6，集成电路芯片中设置有欠压保护升压模块，即当检测到VBTS0降到一定值VBTSU0时，关闭M6，同时每隔几个周期将辅助下拉管M7打开一小段时间给CBST0电容充电。

而在上述电路结构中，最小工作电压出现在负载很轻，输出电流较小的情况下，VIN＞VBTSU0+ VD5+VD4+VM7，而此时由于二极管D4的存在，使得电池供电电路的工作电压比较高，电池供电电路的应用范围较小。

发明内容

本申请实施例提供一种可降低工作电压的电路，所述电路包括外部电路和集成电路芯片；

所述外部电路中包含升压驱动电容；所述升压驱动电容的电压用于支撑所述集成电路芯片中功率开关管的导通；

供电电压通过第一引脚传输至所述升压驱动电容的第一端；所述升压驱动电容的第二端接入第二引脚；所述第二引脚还通过所述外部电路中的功率电感与输出电压端连接；

所述集成电路芯片中还包括第一开关管以及第二开关管；所述第一开关管与所述第二开关管中存在接地的隔离岛；所述第一开关管的漏极与所述第二引脚连接；所述第一开关管的背栅与所述第二开关管的源极连接；所述第一开关管与所述第二开关管的栅极相连；所述第二开关管的背栅与所述第一开关管的源极连接；所述第二开关管的漏极接地；

所述集成电路芯片中还存在采样模块以及逻辑控制模块，所述采样模块用于对第一引脚与所述第二引脚之间的电压进行采样，当采样电压降到目标电压值时，生成升压操作信号；所述逻辑控制模块用于根据升压操作信号，控制所述第二开关管的栅极电压，以对所述升压驱动电容进行充电。

在一种可能的实现方式中，所述集成电路芯片中还包括驱动放大器，所述驱动放大器的电源正端与所述第一引脚连接；所述驱动放大器的电源负端与所述第二引脚连接；所述驱动放大器的输出端与所述功率开关管的栅极连接。

在一种可能的实现方式中，所述集成电路芯片中还包括第一防反元器件；所述第一防反元器件用于将所述供电电压传递至所述第一引脚。

在一种可能的实现方式中，所述第一防反元器件包括第三开关管；所述第三开关管为PMOS管；

所述第三开关管的漏极用于连接所述供电电压；所述第三开关管的栅极与所述逻辑控制模块连接；所述第三开关管的源极与所述第一引脚连接。

在一种可能的实现方式中，所述集成电路芯片中还包括供电模块，所述供电模块用于与接入电压引脚连接，以将所述供电电压通过所述第三开关管传输至所述第一引脚。

在一种可能的实现方式中，所述集成电路芯片还包括逻辑模块以及第四开关管；所述逻辑模块与所述第四开关管的栅极连接；所述第四开关管的漏极与所述供电模块的输出端连接；所述第四开关管的漏极与所述接入电压引脚连接。

在一种可能的实现方式中，所述逻辑模块用于检测所述接入电压引脚的电压，以当所述接入电压引脚的电压小于第一电压阈值时，导通所述第四开关管。

在一种可能的实现方式中，所述外部电路中还包括第一电阻与第二电阻；所述集成电路芯片中还包括误差放大器、基准电压模块以及目标比较器；

所述第二引脚依次通过所述功率电感、第一电阻以及第二电阻接地；

所述误差放大器的同相输入端与所述基准电压模块连接；所述误差放大器的反相输入端与采样引脚连接；所述采样引脚为所述第一电阻与第二电阻之间的连接节点；

所述误差放大器的输出端连接至目标比较器的第一输入端；所述目标比较器的输出端连接至所述逻辑控制模块。

在一种可能的实现方式中，所述逻辑控制模块还用于当检测到功率电感的电流小于第一电流阈值，且所述接入电压引脚的供电电压小于第二电压阈值时，按照指定周期导通所述第一开关管以及第二开关管。

在一种可能的实现方式中，所述目标电压值为将功率开关管饱和打开的临界电压值。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在降压变换电路中，当欠压保护升压模块检测到第一引脚与第二引脚之间的电压，也就是升压驱动电容两端的电压较小时，可以通过控制第一开关管和第二开关管的栅极电压，从而导通第一开关管和第二开关管，以对升压驱动电容进行充电，在此情况下，电路中的工作电压至少需要大于第一引脚与第二引脚之间的电压、第一开关管漏源极之间的电压以及第二开关管漏源极之间的电压的三者之和，即将第一防反二极管替换为第一开关管后，由于第一开关管漏源极之间的电压小于第一防反二极管的正向导通电压，从而减小了电池供电电路的最小工作电压，并且为了使得第一开关管也具有防反的作用，该降压变换电路中将第一开关管与第二开关管设计为带隔离岛的功率管组合，保证电路正常工作的基础上，其体二极管不存在从第二开关管流向第二引脚的电流，因此通过上述电路结构，使得降压变换电路在保证电路运行的安全性的同时，降低了该降压变换电路的最小工作电压，从而增大了该电池供电电路的工作范围；

并且在降压变化电路中，还可以将现有技术中的防反二极管用第三开关管替代，从而进一步降低最小工作电压；

在该降压变换电路中，在低工作电压大占空比轻负载时，可以每过几个周期导通第一开关管以及第二开关管一小段时间，给升压驱动电容充电，以确保电压小于3.6V时，芯片不会进入欠压保护升压模式，从而减小输出电压波纹；

在该降压变化电路中，还可以通过降低欠压保护升压模块的触发阈值（也就是目标电压值），即将目标电压值降低至将功率开关管饱和打开的临界电压值，在确保功率开关管可以饱和导通的前提下，进一步降低最小工作电压；

在该降压变换电路中，还可以在检测到接入电压引脚的电源电压较低时，导通第五开关管，从而使得供电模块的输出直接被拉到电源电压，从而确保升压驱动电容可以被充到充足的电量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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是本领域常见的电池供电电路的结构示意图。

图2是根据本申请一个示例性实施例示出的一种可降低工作电压的电路的结构示意图。

图3示出了本申请实施例涉及的一种寄生二极管的辅助下拉管及续流二极管结构。

图4示出了通过第一开关管替换第一防反二极管后的电路结构图。

图5示出了本申请实施例涉及的一种带隔离岛的功率管组合的电路结构示意图。

图6示出了一种带隔离岛的功率管组合的电路结构简化示意图。

图7是根据本申请一个示例性实施例示出的一种可降低工作电压的电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应理解，在本申请的实施例中提到的“指示”可以是直接指示，也可以是间接指示，还可以是表示具有关联关系。举例说明，A指示B，可以表示A直接指示B，例如B可以通过A获取；也可以表示A间接指示B，例如A指示C，B可以通过C获取；还可以表示A和B之间具有关联关系。

在本申请实施例的描述中，术语“对应”可表示两者之间具有直接对应或间接对应的关系，也可以表示两者之间具有关联关系，也可以是指示与被指示、配置与被配置等关系。

本申请实施例中，“预定义”可以通过在设备（例如，包括终端设备和网络设备）中预先保存相应的代码、表格或其他可用于指示相关信息的方式来实现，本申请对于其具体的实现方式不做限定。

图2是根据本申请一个示例性实施例示出的一种可降低工作电压的电池供电的结构示意图。如图2所示，该电池供电包括外部电路和集成电路芯片；

该外部电路中包含升压驱动电容CBST；该升压驱动电容CBST的电压用于支撑该集成电路芯片中功率开关管M1的导通；

供电电压通过第一引脚BST传输至该升压驱动电容的第一端；该升压驱动电容CBST的第二端接入第二引脚SW；该第二引脚SW还通过该外部电路中的功率电感L与输出电压端VOUT连接；

该集成电路芯片中还包括第一开关管M4以及第二开关管M2；该第一开关管M4与该第二开关管M2中存在接地的隔离岛ISO；该第一开关管M4的漏极与该第二引脚SW连接；该第一开关管M4的背栅与该第二开关管M2的源极连接；该第一开关管M4与该第二开关管的栅极M2相连；该第二开关管M2的背栅与该第一开关管M4的源极连接；该第二开关管M2的漏极接地；

该集成电路芯片中还存在欠压保护升压模块Boost Uvlo以及逻辑控制模块PWMControl Logic，该欠压保护升压模块Boost Uvlo用于对第一引脚与该第二引脚之间的电压进行采样，当该采样电压降到目标电压值时，生成升压操作信号；该逻辑控制模块PWMControl Logic用于根据升压操作信号，控制该第一开关管M4和第二开关管M2的栅极电压，以对该升压驱动电容CBST进行充电。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，如图2所示，所述集成电路芯片中还包括驱动放大器，所述驱动放大器的电源正端与所述第一引脚BST连接；所述驱动放大器的电源负端与所述第二引脚SW连接；所述驱动放大器的输出端与所述功率开关管M1的栅极连接。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，如图2所示，所述外部电路中还包括目标二极管D3，所述第二引脚SW通过所述目标二极管D3接地。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，如图2所示，所述第二引脚还通过功率电感以及目标电容COUT接地。

由于功率开关管M1的导通条件之一为MOS管的栅极电压大于源极电压达到一阈值，且由于功率开关管M1的栅极电压由芯片内部的驱动放大器提供，源极接功率电感的一端也就是第二引脚SW，而功率电感的端电压是可变的，因此，功率开关管M1的源极电压也是可变的，故为了确保功率开关管M1正常导通，将升压驱动电容CBST的第一端接驱动放大器，即升压驱动电容CBST第一端的电压与功率开关管M1的栅极电压相关，升压驱动电容CBST的另一端接功率开关管M1的源极，即升压驱动电容CBST另一端的电压与功率开关管M1的源极电压相关，因此，可通过控制升压驱动电容CBST两端的电压从而保证功率开关管M1的栅极电压大于源极电压的值达到一阈值，从而确保功率开关管M1可靠导通，故此时，当功率开关管M1关断时，通过供电模块PVCC对升压驱动电容CBST进行充电，从而控制升压驱动电容CBST两端的电压。

当电路处于轻载状态时，输出电流较小，如100mA，会导致电路无法正常实现续流，故此时电路处于断续的工作状态，第二引脚SW的电压等于输出电压VOUT，可能会导致无法对升压驱动电容CBST进行充电，或者当存在误操作时，导致位于集成电路芯片外部的CBST非正常放电，上述两种情形下，升压驱动电容CBST均会出现掉电，且会导致VBTS（第一引脚BST以及第二引脚SW之间的压差）也跟着降低，之后，当VBTS降低到无法打开功率开关管M1时，集成电路芯片无开关动作，输出VOUT掉电到0；因此，为了避免上述情况的发生，通常在集成电路芯片中设置欠压保护升压模块BOOST UVLO；

添加欠压保护升压模块BOOST UVLO后，当升压驱动电容CBST掉电时，VBTS随之降低，此时欠压保护升压模块通过检测第一引脚BST与第二引脚SW之间的电压，当检测到VBTS降到一定值时（此值能使功率开关管M1导通，典型值为3.2V左右），触发欠压保护升压模式，此时，电路关闭功率开关管M1，同时给CBST电容充电，之后VBTS上升，当VBTS升到一定值时（典型值为阈值（3.2V）+迟滞量（200mv）），跳出欠压保护升压模式。

在本领域常见的电池供电中，在欠压保护升压模式下，为了给CBST电容充电，通常通过如图1所示的辅助下拉管M7，即在欠压保护升压模式下，需要对CBST电容进行充电时，打开辅助下拉管M7，同时设置第一防反二极管D4,防止在续流二极管D6续流时，电流通过M7体二极管流向SW点。

在如图1所示的电池供电电路中，可以通过以下步骤，推算如图1所示的电路所需要的最小工作电压值。

首先，定义两个变量和确定图1中的供电模块PVCC（开环NMOS型LDO）的最大输出电压值：

1、进入欠压保护升压模式时的BST0-SW0压差（也就是BST0与SW0之间的电压差），此压差计为VBTSU0；

2、由D5和CBST0组成的电荷泵能将VBTS0(BST0与SW0之间的压差)泵到的最小电压，此电压计为VBTSM0；

3、确定图1中供电模块PVCC能达到的最大输出电压接近VIN0，但小于VIN0；

其次，分情况讨论VIN0的最小工作电压：

1、当负载较大时，功率开关管M6关断后，通过图1中的供电模块PVCC对CBST0进行充电，从而控制升压驱动电容CBST0两端的电压，此时，SW0电压为VSWM0=-VD6（VD6为续流二极管D6正向电压），VBTSM0=VIN0-VD5-VSWM0，VBTSM0=VIN-VD5-VSWM0 >VBTSU0 则VIN0 >VBTSU0+ VD5-VD6；

2、负载很轻时，输出电流较小，如100mA，会导致电路无法正常实现续流，故此时电路处于断续的工作状态，即续流二极管D6无法将SW0续流到-VD6，此时进入BOOST UVLO模式，辅助下拉管M7将SW0拉至VD4+VM7，VM7为辅助下拉管M7的漏极和源极之间的电压，因此，VSWM0= VD4+VM7，VBTSM0=VIN0-VD5-VSWM0>VBTSU0则VIN0> VBTSU0+VD5+VD4+VM7；

故最小工作电压出现在负载很轻时，其值为VIN0_MIN= VBTSU0+ VD5+VD4+VM7；

由上述分析可知，由于第一防反二极管D4的存在，使得异步BUCK电池供电电路的工作电压比较高，故异步BUCK电池供电电路通常无法应用于低工作电压的场合，因此，为了提高电池供电电路的应用范围，需要进一步降低异步BUCK电池供电电路的工作电压。

而如图2所示，在本申请实施例示出的电路中，由图2可知，本申请将图1中的D4用第一开关管M4代替，将M7替换为第二开关管M2并反向设置，且将第二开关管M2和第一开关管M4设计为带隔离岛的功率管组合，得到一种低工作电压的电池供电电路。

将第二开关管M2反向设置，且将第二开关管M2和第一开关管M4设计为带隔离岛的功率管组合的原理解释如下：

请参考图3，其示出了本申请实施例涉及的一种寄生二极管的辅助下拉管及续流二极管结构。如图3所示，由于如图1所示的第一防反二极管D4是为了防止在D6续流时，续流电流通过M7的体二极管DM7流向SW0，因为，当续流电流过大时，若没有第一防反二极管D4，该续流电流会通过SW0流入集成电路芯片中，从而烧坏集成电路芯片。

请参考图4，其示出了通过利用第一开关管M4替换第一防反二极管D4后的电路结构图。如图4所示，为了降低工作电压，如若直接将D4与M7组合用第二开关管M2和第一开关管M4替换，则得到如图4所示的结构，其中二极管DM2为第二开关管M2的反向二极管，二极管DM4为第一开关管M4的反向二极管，第二开关管M2的背栅（即backgate）和第一开关管M4的背栅相连且接地，故此时，续流电流仍会通过GND流经第一开关管M4的反向二极管DM4流至SW，即该续流电流仍会通过SW流入集成电路芯片中，因此，还需要进行进一步设计，确保续流电流无法通过第二开关管M2和第一开关管M4流向集成电路芯片内部。

请参考图5，其示出了本申请实施例涉及的一种带隔离岛的功率管组合的电路结构示意图。图5即记载了图2中示出的第一开关管M4以及第二开关管M2连接后的电路结构图。当将第二开关管M2反向设置，且将第一开关管M4以及第二开关管M2设计为带隔离岛的功率管组合后，图2中包括寄生二极管的电路结构即如图5所示，其中，二极管DM2为第二开关管M2的体二极管，二极管DM4为第一开关管M4的体二极管，二极管DB-ISO为背栅到隔离岛的寄生二极管，二极管DISO-SUB为隔离岛到基底的寄生二极管；

因此，有了隔离岛ISO，且将第二开关管M2反接之后，隔离岛ISO接地，第二开关管M2的背栅不接地，而是接第二开关管M2的源极，第一开关管M4的背栅也不接地，接第一开关管M4的源极，故此时，GND与SW之间无电流通路。

请参考图6，其示出了一种带隔离岛的功率管组合的电路结构简化示意图。当将第二开关管M2反向设置，且将第二开关管M2和第一开关管M4设计为带隔离岛的功率管组合后，才能保证其体二极管不存在从GND到SW的电流通路，从而使得续流电流无法流入集成电路芯片中。

综上所述，在降压变换电路中，当欠压保护升压模块检测到第一引脚与第二引脚之间的电压，也就是升压驱动电容两端的电压较小时，可以通过控制第一开关管和第二开关管的栅极电压，从而导通第一开关管和第二开关管，以对升压驱动电容进行充电，在此情况下，电路中的工作电压至少需要大于第一引脚与第二引脚之间的电压、第一开关管漏源极之间的电压以及第二开关管漏源极之间的电压的三者之和，即将第一防反二极管替换为第一开关管后，由于第一开关管漏源极之间的电压小于第一防反二极管的正向导通电压，从而减小了电池供电电路的最小工作电压，并且为了使得第一开关管也具有防反的作用，该降压变换电路中将第一开关管与第二开关管设计为带隔离岛的功率管组合，保证电路正常工作的基础上，其体二极管不存在从第二开关管流向第二引脚的电流，因此通过上述电路结构，使得降压变换电路在保证电路运行的安全性的同时，降低了该降压变换电路的最小工作电压，从而增大了该电池供电的工作范围。

图7是根据本申请一个示例性实施例示出的一种可降低工作电压的电池供电的结构示意图。如图7所示，该电池供电包括外部电路和集成电路芯片；

该外部电路中包含升压驱动电容CBST；该升压驱动电容CBST的电压用于支撑该集成电路芯片中功率开关管M1的导通；

供电电压通过第一引脚BST传输至该升压驱动电容的第一端；该升压驱动电容CBST的第二端接入第二引脚SW；该第二引脚SW还通过该外部电路中的功率电感L与输出电压端VOUT连接；

该集成电路芯片中还包括第一开关管M4以及第二开关管M2；该第一开关管M4与该第二开关管M2中存在接地的隔离岛ISO；该第一开关管M4的漏极与该第二引脚SW连接；该第一开关管M4的背栅与该第二开关管M2的源极连接；该第一开关管M4与该第二开关管的栅极M2相连；该第二开关管M2的背栅与该第一开关管M4的源极连接；该第二开关管M2的漏极接地；

该集成电路芯片中还存在欠压保护升压模块Boost Uvlo以及逻辑控制模块PWMControl Logic，该欠压保护升压模块Boost Uvlo用于对第一引脚与该第二引脚之间的电压进行采样，当该采样电压降到一定值时，生成升压操作信号；该逻辑控制模块PWMControl Logic用于根据升压操作信号，控制该第二开关管M2的栅极电压，以对该升压驱动电容CBST进行充电。

在一种可能的实现方式中，如图7所示，除图2示出可降低工作电压的电路的结构之外，该集成电路芯片中还包括第一防反元器件；该第一防反元器件用于将该供电电压传递至该第一引脚。

在一种可能的实现方式中，该第一防反元器件可以是如图7中示出的第三开关管M3；该第三开关管为PMOS管；

该第三开关管M3的漏极用于连接该供电电压；该第三开关管的栅极与该逻辑控制模块PWM Control Logic连接；该第三开关管M3的源极与该第一引脚BST连接。

在一种可能的实现方式中，图7示出的供电模块PVCC用于与接入电压引脚VIN连接，以将该接入电压引脚VIN的电源电压转换为供电电压并通过该第三开关管传输至该第一引脚。

由图2对应的实施例中记载的常用的电池供电电路，处于轻载状态时的最小工作电压的推导可知，最小工作电压出现在负载很轻时，其值为VIN_MIN= VBTSU+VD5+VD4+VM7，为了减小最小工作电压，在设置带隔离岛的功率管组合（即第一开关管M4以及第二开关管M2）的基础上，还可以将第一二极管替换为第三开关管，此时最小工作电压中的VD5减小为VM3，VM3为第三开关管M3的漏极和源极之间的电压。

在一种可能的实现方式中，如图7所示，除图2示出可降低工作电压的电路的结构之外，该集成电路芯片还包括逻辑模块logic以及第四开关管M5；该逻辑模块与该第四开关管M5的栅极连接；该第四开关管的漏极与该供电模块的输出端连接；该第四开关管M5的源极与该接入电压引脚VIN连接。

在一种可能的实现方式中，该逻辑模块用于检测该接入电压引脚的电压，以当该接入电压引脚的电压值小于第一电压阈值时，导通该第四开关管。

由于供电模块PVCC（开环NMOS型LDO）在给升压驱动电容CBST充电时的输出电压值（也就是供电电压）小于接入电压引脚VIN的电压值，因此，为了防止在工作电压（即接入电压引脚VIN的电压值）较低时，供电模块PVCC无法给CBST电容充到充足电量，故通过对接入电压引脚VIN的电压值进行检测，当检测到接入电压引脚VIN的电压值较低时（典型为3.6V），导通第四开关管M5，从而将供电模块PVCC的输出拉到电源电压，也就是接入电压引脚VIN的电压值，确保CBST电容可以被充到充足的电量；

在一种可能的实现方式中，如图7所示，除图2示出可降低工作电压的电路的结构之外，该外部电路中还包括第一电阻R1与第二电阻R2；该集成电路芯片中还包括误差放大器U1、基准电压模块VR（voltage Reference）以及目标比较器U2；

该第二引脚依次通过该功率电感L、第一电阻R1以及第二电阻R2接地；

该误差放大器的同相输入端与该基准电压模块连接；该误差放大器的反相输入端与采样引脚FB连接；该采样引脚FB为该第一电阻R1与第二电阻R2之间的连接节点；

该误差放大器U1的输出端连接至目标比较器U2的第一输入端；该集成电路芯片中还存在电流检测装置，该电流检测装置用于检测功率开关管M1漏极上流经的电流，并根据功率开关管M1漏极上流经的电流产生电流检测信号并传输至目标比较器U2的第二输入端；该目标比较器U2的输出端连接至逻辑控制模块。

在一种可能的实现方式中，该逻辑控制模块还用于当检测到功率电感的电流小于第一电流阈值（图中未示出），且该接入电压引脚的电压小于第二电压阈值时，按照指定周期导通该第一开关管以及第二开关管；

在低工作电压大占空比轻负载时，将会反复进出欠压保护升压模式，使输出电压纹波很大，故此时需要检测功率电感电流低到一定程度（判断轻载），同时接入电压引脚VIN的电压值小于一定值时（典型为3.6V），除正常开关动作外，还需要每过几个周期导通一小段时间（典型示例：每6个周期打开1/4周期）第二开关管M2和第一开关管M4，给升压驱动电容CBST充电，以确保接入电压引脚VIN的电压低于3.6V时，芯片不会进入欠压保护升压模式，从而减小输出电压纹波。

VBTSU（进入欠压保护升压模式时的BST-SW压差，也就是第一引脚与第二引脚之间的压差），为确保功率开关管M1能顺利导通，一般取3.2V左右；

但是由图2所示实施例分析可知：VIN0_MIN=VBTSU0+ VD5+VD4+VM7，因此，对应的，在图7所示的电路中，为了降低工作电压，确保电池供电电路可以实现低工作电压，可以通过减小VBTSU值来实现，而由于最小工作电压出现在负载很轻时，此时电流较小，故此时开关管M1饱和打开所需要的栅源电压差也可以适当减小，因此可以将目标电压值为设置为将功率开关管饱和打开的临界电压值，例如在一种可能的实现方式中，当临界电压值为2V，此时也就是将VBTSU设计为2V，此值（2V）只需确保能将M1饱和打开即可；故此时，配合将VBTSU减小之后，可进一步降低最小工作电压，并确保接入电压引脚 VIN的电压低于2V时，芯片不会进入欠压保护升压模式。

在一种可能的实现方式中，该集成电路芯片还包括补偿组件A1，该补偿组件A1连接至误差放大器U1的输出端，以对该误差放大器U1的输出进行补偿。

在一种可能的实现方式中，该集成电路芯片还包括斜坡补偿器A2，该斜坡补偿器A2与目标比较器的第二输入端连接，以便逻辑控制模块PWM Control Logic控制该斜坡补偿器A2，对电流检测装置检测到功率开关管M1漏极上流经的电流后产生的电流检测信号进行斜坡补偿。

在一种可能的实现方式中，该集成电路芯片中还包括振荡器OSC，该振荡器OSC与逻辑控制模块PWM Control Logic连接。

在一种可能的实现方式中，该集成电路芯片还包括升压控制模块A3,逻辑控制模块PWM Control Logic通过将控制信号发送给该升压控制模块A3，以便升压控制模块A3根据控制信号确定第二开关管M2以及第一开关管M4的栅极电压值，从而实现对第一开关管以及第二开关管的控制。

综上所述，在降压变换电路中，当欠压保护升压模块检测到第一引脚与第二引脚之间的电压，也就是升压驱动电容两端的电压较小时，可以通过控制第一开关管和第二开关管的栅极电压，从而导通第一开关管和第二开关管，以对升压驱动电容进行充电，在此情况下，电路中的工作电压至少需要大于第一引脚与第二引脚之间的电压、第一开关管漏源极之间的电压以及第二开关管漏源极之间的电压的三者之和，即将第一防反二极管替换为第一开关管后，由于第一开关管漏源极之间的电压小于第一防反二极管的正向导通电压，从而减小了电池供电电路的最小工作电压，并且为了使得第一开关管也具有防反的作用，该降压变换电路中将第一开关管与第二开关管设计为带隔离岛的功率管组合，保证电路正常工作的基础上，其体二极管不存在从第二开关管流向第二引脚的电流，因此通过上述电路结构，使得降压变换电路在保证电路运行的安全性的同时，降低了该降压变换电路的最小工作电压，从而增大了该电池供电电路的工作范围；

并且在降压变化电路中，还可以将现有技术中的防反二极管用第三开关管替代，从而进一步降低最小工作电压；

在该降压变换电路中，在低工作电压大占空比轻负载时，可以每过几个周期导通第一开关管以及第二开关管一小段时间，给升压驱动电容充电，以确保电压小于3.6V时，芯片不会进入欠压保护升压模式，从而减小输出电压波纹；

在该降压变化电路中，还可以通过降低欠压保护升压模块的触发阈值（也就是目标电压值），即将目标电压值降低至将功率开关管饱和打开的临界电压值，在确保功率开关管可以饱和导通的前提下，进一步降低最小工作电压；

在该降压变换电路中，还可以在检测到接入电压引脚的电源电压较低时，导通第五开关管，从而使得供电模块的输出直接被拉到电源电压，从而确保升压驱动电容可以被充到充足的电量。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种可降低工作电压的电路，其特征在于，所述电路包括外部电路和集成电路芯片；

所述外部电路中包含升压驱动电容；所述升压驱动电容的电压用于支撑所述集成电路芯片中功率开关管的导通；

供电电压通过第一引脚传输至所述升压驱动电容的第一端；所述升压驱动电容的第二端接入第二引脚；所述第二引脚还通过所述外部电路中的功率电感与输出电压端连接；

所述集成电路芯片中还包括第一开关管以及第二开关管；所述第一开关管与所述第二开关管中存在接地的隔离岛；所述第一开关管的漏极与所述第二引脚连接；所述第一开关管的背栅与所述第二开关管的源极连接；所述第一开关管与所述第二开关管的栅极相连；所述第二开关管的背栅与所述第一开关管的源极连接；所述第一开关管与所述第二开关管的源极相连；所述第二开关管的漏极接地；

所述集成电路芯片中还存在欠压保护升压模块以及逻辑控制模块，所述欠压保护升压模块用于对所述第一引脚与所述第二引脚之间的电压进行采样，当采样电压降到目标电压值时，生成升压操作信号；所述逻辑控制模块用于根据升压操作信号，控制所述第二开关管的栅极电压，以对所述升压驱动电容进行充电。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述集成电路芯片中还包括驱动放大器，所述驱动放大器的电源正端与所述第一引脚连接；所述驱动放大器的电源负端与所述第二引脚连接；所述驱动放大器的输出端与所述功率开关管的栅极连接。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述集成电路芯片中还包括第一防反元器件；所述第一防反元器件用于将所述供电电压传递至所述第一引脚。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一防反元器件包括第三开关管；所述第三开关管为PMOS管；

所述第三开关管的漏极用于连接所述供电电压；所述第三开关管的栅极与所述逻辑控制模块连接；所述第三开关管的源极与所述第一引脚连接。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述集成电路芯片中还包括供电模块，所述供电模块与接入电压引脚连接，所述供电电压通过所述第三开关管传输至所述第一引脚。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述集成电路芯片还包括逻辑模块以及第四开关管；所述逻辑模块与所述第四开关管的栅极连接；所述第四开关管的漏极与所述供电模块的输出端连接；所述第四开关管的源极与所述接入电压引脚连接。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述逻辑模块用于检测所述接入电压引脚的电压，以当所述接入电压引脚的电压小于第一电压阈值时，导通所述第四开关管。

8.根据权利要求5至7任一所述的电路，其特征在于，所述外部电路中还包括第一电阻与第二电阻；所述集成电路芯片中还包括误差放大器、基准电压模块以及目标比较器；

所述第二引脚依次通过所述功率电感、第一电阻以及第二电阻接地；

所述误差放大器的同相输入端与所述基准电压模块连接；所述误差放大器的反相输入端与采样引脚连接；所述采样引脚为所述第一电阻与第二电阻之间的连接节点；

所述误差放大器的输出端连接至目标比较器的第一输入端；所述目标比较器的输出端连接至所述逻辑控制模块。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述逻辑控制模块还用于当检测到功率电感的电流小于第一电流阈值，且所述接入电压引脚的电压小于第二电压阈值时，按照指定周期导通所述第一开关管以及第二开关管。

10.根据权利要求1至7任一所述的电路，其特征在于，所述目标电压值为将功率开关管饱和打开的临界电压值。

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