CN117526711B - 电压转换电路、电压转换方法和电源管理芯片 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电压转换电路、方法和电源管理芯片，电压转换电路包括：检测模块、计数模块时钟产生模块以及控制模块；检测模块根据电感电流、第一、第二阈值电流分别输出第一、第二比较信号；计数模块的第一、第二输入端分别接入第一、第二比较信号，第三输入端接入时钟信号，计数模块在时钟信号上升沿时，根据第一比较信号和第二比较信号生成目标信号；时钟产生模块根据目标信号调节充电电流，并周期性地控制电容的充放电，且根据电容电压和参考电压生成时钟信号；控制模块根据时钟信号和反馈信号控制上管和下管的通断。该电压转换电路能够始终工作在FCCM，且能够避免由于反馈节点被触碰导致的器件损坏的问题，保证了电压转换电路的可靠性。

Description

电压转换电路、电压转换方法和电源管理芯片

技术领域

本申请涉及开关电路技术领域，并且更具体地，涉及一种电压转换电路、电压转换方法和电源管理芯片。

背景技术

目前，电压转换电路在负载电流较小（即轻载）时，通常工作在非连续电流模式（discontinuous current mode，DCM），在负载电流较大（即重载）时，通常工作在电流连续模式（continuous current mode，CCM）。当电压转换电路工作在DCM时，输出电压波纹较大。因此，需要电压转换电路在轻载下能够工作在强制电流连续模式（Force ContinuousConduction Mode，FCCM），同时减小输出波纹，以保证电压转换电路的输出可靠性。

然而，当电压转换电路在轻载下工作在FCCM时，如果此时电压转换电路的反馈节点（FB）被人或其他机械设备触碰时，会产生较大的负向电流。当该负向电流被突然关断时，可能会导致电压转换电路中器件被损坏，如此，导致电压转换电路的可靠性较差。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种电压转换电路、电压转换方法和电源管理芯片，该电压转换电路能够始终工作在FCCM，且能够避免由于反馈节点被触碰导致的器件损坏的问题，保证了电压转换电路的可靠性。

第一方面，本申请提供一种电压转换电路，电压转换电路包括上管和下管，上管与下管之间的连接点为开关节点，电压转换电路包括检测模块、计数模块、时钟产生模块以及控制模块；检测模块，第一输入端以及第二输入端分别与开关节点连接，用于根据电感电流和第一阈值电流输出第一比较信号，还用于根据电感电流和第二阈值电流输出第二比较信号，第一阈值电流小于第二阈值电流；计数模块，第一输入端与检测模块的第一输出端连接，用于接入第一比较信号，第二输入端与检测模块的第二输出端连接，用于接入第二比较信号，第三输入端用于接入时钟信号，计数模块用于在时钟信号上升沿时，根据第一比较信号和第二比较信号生成目标信号，目标信号用于调节充电电流，充电电流用于向电容充电；时钟产生模块，输入端与计数模块的输出端连接，第一输出端与电容连接，第二输出端与计数模块的第三输入端连接，时钟产生模块用于根据目标信号调节充电电流，并周期性地控制电容的充放电，且根据电容电压和参考电压生成时钟信号，充电电流用于向电容充电；控制模块，第一输出端与上管的受控端连接，第二输出端与下管的受控端连接，第一输入端用于接入反馈信号，第二输入端与时钟产生模块的第二输出端连接，用于接入时钟信号，控制模块用于根据时钟信号和反馈信号控制上管和下管的通断。

基于本申请实施例提供的电压转换电路，可以基于检测到的电感电流对应调整电容的充电电流，同时，还可以周期性的控制电容充放电，并根据调节后的电容电压和参考电压生成时钟信号，以使得控制模块可以基于反馈信号和时钟信号控制上管和下管的通断，以对应调节电感电流，避免了电感电流过高或过低导致电压转换电路使用可靠性较低的问题。如此，本申请可以保证电压转换电路在轻载或重载下都工作在FCCM，以避免输出电压波纹较大的问题。同时，控制电感电流始终在阈值范围内，以保证电压转换电路在FCCM模式下的使用可靠性。

在一种可能的设计方式中，计数模块包括触发单元、计数单元以及累加器；触发单元，第一输入端与检测模块的第一输出端连接，第二输入端与检测模块的第二输出端连接，第三输入端用于接入时钟信号，用于在时钟信号上升沿时，根据第一比较信号和第二比较信号分别输出第一调节信号和第二调节信号；计数单元，第一输入端与触发单元的第一输出端连接，用于接入第一调节信号，第二输入端与触发单元的第二输出端连接，用于接入第二调节信号，计数单元用于根据第一调节信号和第二调节信号生成数据信号，数据信号包括加一、减一或为零的数据信号；累加器，第一输入端与计数单元的输出端连接，用于接入数据信号，累加器的第二输入端用于接入时钟信号，累加器用于在时钟信号上升沿时，将数据信号和累加器上一次输出的相位码信号相加得到当前的目标信号。

在一种可能的设计方式中，触发单元包括第一触发器以及第二触发器；第一触发器，第一输入端与检测模块的第一输出端连接，第二输入端用于接入时钟信号，第三输入端用于接入供电电压，输出端与计数单元的第一输入端连接，第一触发器用于在时钟信号上升沿时，根据第一比较信号输出第一调节信号；第二触发器，第一输入端与检测模块的第二输出端连接，第二输入端用于接入时钟信号，第三输入端用于接入供电电压，输出端与计数单元的第二输入端连接，第二触发器用于在时钟信号上升沿时，根据第二比较信号输出第二调节信号。

在一种可能的设计方式中，计数单元包括逻辑子单元和第一开关子单元；逻辑子单元的第一输入端与第一触发器的输出端连接，用于接入第一调节信号，逻辑子单元的第二输入端与第二触发器的输出端连接，用于接入第二调节信号，逻辑子单元的输出端与第一开关子单元的受控端连接，第一开关子单元的第一端用于接入电压信号，第一开关子单元的第二端与累加器的第一输入端连接；逻辑子单元用于根据第一调节信号和第二调节信号控制第一开关子单元的通断，以向累加器发送对应的数据信号。

在一种可能的设计方式中，逻辑子单元包括第一与门、反相器、第二与门和或非门；第一与门的第一输入端、反相器的输入端以及或非门的第一输入端分别与第一触发器的输出端连接，用于接入第一调节信号，第一与门的第二输入端、第二与门的第一输入端以及或非门的第二输入端分别与第二触发器的输出端连接，反相器的输出端与第二与门的第二输入端连接，用于接入第二调节信号，第一与门、第二与门以及或非门的输出端分别与第一开关子单元的受控端连接。

在一种可能的设计方式中，第一开关子单元包括第一开关、第二开关以及第三开关；第一开关，第一端接入第一电压信号，受控端与第一与门的输出端连接，第二端与累加器的第一输入端连接；第二开关，第一端接入第二电压信号，受控端与第二与门的输出端连接，第二端与累加器的第一输入端连接；第三开关，第一端接入第三电压信号，受控端与或非门的输出端连接，第二端与累加器的第一输入端连接。

在一种可能的设计方式中，时钟产生模块包括多个第四开关、多个第一电流源、第二电流源、第五开关和比较器；多个第一电流源和第二电流源的一端与电源连接，多个第一电流源的另一端分别与多个第四开关的第一端一一对应连接，多个第四开关的受控端接入目标信号，多个第四开关的第二端分别与电容的第一极板、比较器的同相输入端以及第五开关的第一端连接，第二电流源的另一端与比较器的同相输入端连接，比较器的反相输入端接入参考电压，比较器的输出端与第五开关的受控端连接，第五开关的第二端接地，电容的第二极板接地；时钟产生模块向电容充电，当比较器同相输入端的电容电压小于参考电压时，比较器输出低电平信号，第五开关关断，时钟产生模块保持向电容充电，当比较器同相输入端的电容电压大于参考电压时，比较器输出高电平信号，第五开关导通，电容放电，比较器输出低电平信号，第五开关关断，时钟产生模块向所述电容充电，以此循环往复，使比较器输出时钟信号。

在一种可能的设计方式中，检测模块包括第一检测单元以及第二检测单元；第一检测单元，输入端与开关节点连接，输出端与计数模块的第一输入端连接，用于根据电感电流和第一阈值电流生成第一比较信号；第二检测单元，输入端与开关节点连接，输出端与计数模块的第二输入端连接，用于根据电感电流和第二阈值电流生成第二比较信号；当第一检测单元检测到电感电流小于第一阈值电流时，输出第一比较信号为高电平；当第二检测单元检测到电感电流小于第二阈值电流时，输出第二比较信号为高电平；当第一检测单元检测到电感电流大于第二阈值电流时，输出第一比较信号为低电平；当第二检测单元检测到电感电流大于第二阈值电流时，输出第二比较信号为低电平。

基于上述可选方式，第一阈值电流和第二阈值电流为电压转换电路工作在FCCM时，电感电流的两个阈值，通过第一检测单元以及第二检测单元可以对电感电流进行精准检测，同时输出对应的第一比较信号和第二比较信号，以保证后级模块所接收到的比较信号的可靠性，进而保证了电压转换电路对电感电流对应进行调节的精准性。

第二方面，本申请实施例提供一种电压转换方法，包括第一方面任一可选方式所述的电压转换电路；方法包括：检测模块根据电感电流和第一阈值电流输出第一比较信号，根据电感电流和第二阈值电流输出第二比较信号；计数模块根据第一比较信号和第二比较信号生成目标信号，目标信号用于调节充电电流，充电电流用于向电容充电；时钟产生模块根据目标信号调节充电电流，并周期性地控制电容的充放电，且根据电容电压和参考电压生成时钟信号；控制模块根据时钟信号和反馈信号控制上管和下管的通断。

第三方面，本申请实施例提供一种电源管理芯片，包括第一方面任一可选方式所述的电压转换电路。

附图说明

图1是相关技术中一种电压转换电路的框架结构示意图；

图2是相关技术中电感电流的波形图；

图3是本申请实施例提供的一种电压转换电路的框架结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种检测模块的框架结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种计数模块的框架结构示意图；

图6是本申请实施例提供的另一种计数模块的框架结构示意图；

图7是本申请实施例提供的又一种计数模块的框架结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种计数模块的电路结构示意图；

图9是本申请实施例提供的另一种计数模块的电路结构示意图；

图10是本申请实施例提供的一种时钟产生模块的电路结构示意图；

图11是本申请实施例所提供的参考电压、电容电压以及始终信号的波形图；

图12是本申请实施例所提供的电感电流的波形图；

图13是本申请实施例所提供的电压转换方法的流程图。

其中，图中各附图标记：

100、电压转换电路；110、带跳周期控制器；200、电压转换电路；210、检测模块；211、第一检测单元；212、第二检测单元；220、计数模块；221、触发单元；222、计数单元；2221、逻辑子单元；2222、第一开关子单元；230、时钟产生模块；240、控制模块；

Q1、上管；Q2、下管；R1、第一电阻；R2、第二电阻；C、电容；L、电感；VIN、输入电压；VOUT、输出电压；FB、反馈节点；SW、开关节点；UP1、第一比较信号；UP2、第二比较信号；IL、电感电流；CLK、时钟信号；D、目标信号；Data、数据信号；D1、第一触发器；D2、第二触发器；AND1、第一与门；INV、反相器；AND2、第二与门；NOR、或非门；S1、第一开关；S2、第二开关；S3、第三开关；S4、第四开关；S5、第五开关；I1、第一电流源；I2、第二电流源；COM、比较器；VC、电容电压；VR、参考电压。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置及电路的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

电压转换电路作为降压式、升压式变换器广泛应用在各种电路中，参见图1，相关技术中的电压转换电路100通常包括带跳周期控制器110、第一驱动器120、第二驱动器130、上管Q1、下管Q2、电感L、电容C、第一电阻R1和第二电阻R2。带跳周期控制器110的第一输出端与第一驱动器120的输入端连接，第一驱动器120的输出端与上管Q1的受控端连接，带跳周期控制器110的第二输出端与第二驱动器130的输入端连接，第二驱动器130的输出端与下管Q2的受控端连接，上管Q1的一端接入输入电压VIN，下管Q2的一端接地，上管Q1的另一端和下管Q2的另一端连接的节点作为开关节点SW，电感L的一端与开关节点SW连接，电感L的另一端分别与电容C的第一极板以及第一电阻R1的第一端连接，电感L的另一端输出为输出电压VOUT，电容C的第二极板接地，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接处的反馈节点FB还与带跳周期控制器110的输入端连接，第二电阻R2的第二端接地。上管Q1和下管Q2用于导通和关断电流，电感L用于将电能转化为磁能储存起来，同时，也可以把磁能转化为电能再次释放，电容C1用于充放电，第一电阻R1和第二电阻R2用于对输出电压VOUT进行分压，并通过反馈节点FB反馈至带跳周期控制器110，带跳周期控制器110用于控制上管Q1和下管Q2的通断。示例性的，上管Q1开启，下管Q2关断，输入电压VIN输入，当关断时间到时，上管Q1关断，下管Q2开启，电感L发生翻转并放电，当电感L的电流小于参考信号时，上管Q1开启，下管Q2关断，电感L充电，如此循环往复。

目前，电压转换电路100在负载电流较大（即重载）时，通常工作在CCM，在负载电流较小（即轻载）时，由带跳周期控制器110对工作模式进行切换，使得电压转换电路100工作在DCM，即电感电流IL呈现为非连续状态，如图2所示为电压转换电路100工作在DCM时，电感电流IL的波形图，此时，电感电流IL存在零电流。当电压转换电路工作在DCM时，输出电压波纹较大，为了减小输出波纹以及满足部分客户需求，需要电压转换电路在轻载下工作在FCCM，以保证电压转换电路的输出可靠性。然而，当电压转换电路在轻载下工作在FCCM时，如果此时电压转换电路的反馈节点FB被人或其他机械设备触碰时，会产生较大的负向电流，当该负向电流被突然关断时，回路上存在快速的电流变化，如此，电感L会产生反击电压，导致开关节点SW的电压瞬间变高，进而导致电压转换电路100中的器件（例如上管Q1）被损坏，如此，使得电压转换电路100不能正常使用，导致电压转换电路100的可靠性较差。

为此，本申请提供一种电压转换电路、电压转换方法和电源管理芯片，该电压转换电路能够始终工作在FCCM，且能够避免由于反馈节点FB被触碰导致的器件损坏的问题，保证了电压转换电路的可靠性。

下面结合附图对本申请提供的电压转换电路、电压转换方法和电源管理芯片进行示例性的介绍。

本申请实施例所提供的电压转换电路200可以包括上述上管Q1和下管Q2，还可以包括上述电感L、电容C等其他器件，其中，电感L、电容C等其他器件可以是片外设置的，技术人员可以根据实际情况来删除、替换或者新增电压转换电路200中的器件，对此，本申请不做具体的限制。

如图3所示，本申请实施例所提供的电压转换电路200还可以包括检测模块210、计数模块220、时钟产生模块230以及控制模块240，检测模块210的第一输入端以及第二输入端分别与开关节点SW连接，检测模块210的第一输入端以及第二输出端分别与计数模块220的第一输入端以及第二输入端连接，计数模块220的第三输入端接入时钟信号CLK，计数模块220的输出端与时钟产生模块230的输入端连接，时钟产生模块230的第一输出端与电容C连接，时钟产生模块230的第二输出端与计数模块220的第三输入端以及控制模块240的第二输入端连接，控制模块240的第一输入端用于接入反馈信号FB，控制模块240的第一输出端与上管Q1的受控端连接，控制模块240的第二输出端与下管Q2的受控端连接。

其中，检测模块210的第一输入端以及第二输入端分别与开关节点SW连接，即检测模块210的第一输入端以及第二输入端接入电感电流IL，检测模块210用于根据电感电流IL和第一阈值电流输出第一比较信号UP1，还用于根据电感电流IL和第二阈值电流输出第二比较信号UP2。这里，值得说明的是，第一阈值电流和第二阈值电流为电压转换电路200工作在FCCM时，电感电流IL为负向电流时的两个阈值，此时，检测模块210检测的是电感电流IL的瞬间状态，例如，反馈节点FB被人或其他机械设备触碰时电感电流IL的瞬间电流，检测模块210再将该瞬间电流与第一阈值电流、第二阈值电流进行比较得到第一比较信号和第二比较信号，以判断此时的电感电流IL为负向电流时是否在正常阈值范围内，如果不在正常阈值范围内，那么此时需要如何进行调节，以使得电压转换电路200可以工作在FCCM，并保证电压转换电路200的可靠性。

在一个示例中，如图4所示，检测模块210可以包括第一检测单元211和第二检测单元212，第一检测单元211的输入端与开关节点SW连接，第一检测单元211的输出端与计数模块220的第一输入端连接，第一检测单元211用于根据电感电流IL和第一阈值电流生成所述第一比较信号UP1，第二检测单元212的输入端与开关节点SW连接，第二检测单元212的输出端与计数模块220的第二输入端连接，第二检测单元212用于根据电感电流IL和第二阈值电流生成第二比较信号UP2。其中，第一阈值电流小于所述第二阈值电流，这里，可以理解的是，第一阈值电流可以是电压转换电路200正常工作时，电感电流IL为负向电流时的最小阈值电流，第二阈值电流可以是电压转换电路200正常工作时，电感电流IL为负向电流时的最大阈值电流。

当电感电流IL小于第一阈值电流时，即此时电感电流IL也小于第二阈值电流，指代此时电感电流IL过低，电压转换电路200的电流反向流动时，电流绝对值太大，可能会导致电压转换电路200被损坏，影响到电压转换电路200的使用。因此，此时第一检测单元211和第二检测单元212输出的第一比较信号UP1和第二比较信号UP2皆为高电平，以使得计数模块220、时钟产生模块230以及控制模块240等可以基于高电平使得电感电流IL增大，以避免电感电流IL过低，导致电压转换电路200被损坏的问题，从而保证电压转换电路200工作在FCCM下的使用可靠性。

当电感电流IL大于第二阈值电流时，即此时电感电流IL也大于第一阈值电流，指代此时电感电流IL过高，即此时可能存在反馈节点FB被人或其他机械设备触碰，从而产生较大的负向电流，当该负向电流被突然关断时，回路上存在快速的电流变化，如此，电感L产生反击电压，导致开关节点SW的电压瞬间变高，进而导致上管Q1、下管Q2被损坏，影响到电压转换电路200的使用。因此，此时第一检测单元211和第二检测单元212输出的第一比较信号UP1和第二比较信号UP2皆为低电平，以使得计数模块220、时钟产生模块230以及控制模块240等可以基于低电平使得电感电流IL减小，以避免电感电流IL过高，导致上管Q1、下管Q2被损坏的问题，从而保证电压转换电路200工作在FCCM下的使用可靠性。

当电感电流IL大于第一阈值电流，且小于第二阈值电流时，则此时电感电流IL正常，即此时电压转换电路200工作于FCCM模式，此时，不需要对电感电流IL进行调节。因此，此时第一检测单元211输出的第一比较信号UP1为低电平，第二检测单元212输出的第二比较信号UP2为高电平。

示例性的，假设第一阈值电流为-500mA（毫安），假设第二阈值电流为-100mA，当电感电流IL小于-500mA时，则指代此时电感电流IL过低，当电感电流IL大于-100mA时，则指代此时电感电流IL过高，当电感电流IL处于-500-100mA之间时，则指代此时电感电流IL正常。

如此，通过第一检测单元211以及第二检测单元212可以对电感电流IL进行精准检测，同时输出对应的第一比较信号UP1和第二比较信号UP2，以保证后级模块所接收到的比较信号的可靠性，进而保证了电压转换电路200对电感电流IL对应进行调节的精准性。可选的，第一检测单元211和第二检测单元212可以是比较器，也可以是其他具有比较功能的电路或器件，对此，本申请不做具体的限制。

计数模块220用于接收在第一检测单元211和第二检测单元212提供的第一比较信号UP1和第二比较信号UP2，当计数模块220接收到的时钟信号CLK上升沿时，则计数模块220会根据第一比较信号UP1和第二比较信号UP2生成目标信号D，这里，值得说明的是，目标信号D用于调节电容C的充电电流。示例性的，当第一比较信号UP1和第二比较信号UP2皆为高电平时，计数模块220对其数据增加1（即做累加+1操作），以增大时钟产生模块230所产生的时钟信号CLK的频率，时钟信号CLK的周期较短，对应增大对电容C的充电电流。当第一比较信号UP1和第二比较信号UP2皆为低电平时，计数模块220对其数据减1（即做累加-1操作），以降低时钟产生模块230所产生的时钟信号CLK的频率，时钟信号CLK的周期较长，对应减小充电电流。当第一比较信号UP1为低电平，第二比较信号UP2为高电平时，对其数据不增加也不减小（即做累加0操作），则时钟产生模块230的频率不变，充电电流不变。

在一个示例中，如图5所示，计数模块220可以包括触发单元221、计数单元222以及累加器223。其中，触发单元221的第一输入端与检测模块210的第一输出端连接，触发单元221的第二输入端与检测模块210的第二输出端连接，触发单元221的第三输入端用于接入时钟信号CLK，触发单元221用于在时钟信号CLK上升沿时，根据第一比较信号UP1和第二比较信号UP2分别输出第一调节信号Q1和第二调节信号Q2，使得计数单元222可以基于第一调节信号Q1和第二调节信号Q2生成对应的数据信号Data，并将数据信号Data发送至累加器223，累加器223在其接收到的时钟信号CLK上升沿时，将数据信号Data和累加器223上一次输出的相位码信号相加得到当前的目标信号D，以改变充电电流，并对应改变时钟产生模块230所产生的时钟信号CLK的频率，以保证电压转换电路200工作在FCCM下的使用可靠性。

可选的，如图6所示，触发单元221可以包括第一触发器D1和第二触发器D2，第一触发器D1的第一输入端与检测模块210的第一输出端连接，第一触发器D1的第二输入端用于接入时钟信号CLK，第一触发器D1的第三输入端用于接入供电电压VCC，第一触发器D1的输出端与计数单元222的第一输入端连接。在第一触发器D1接收到的时钟信号CLK上升沿时，第一触发器D1输出的第一调节信号Q1复位为低电平，当第一比较信号UP1为高电平时，通过第一比较信号UP1的上升沿触发将第一触发器D1的第三输入端的高电平锁存到第一触发器D1的输出端，即此时第一触发器D1输出的第一调节信号Q1为高电平。当第一比较信号UP1为低电平时，则第一触发器D1输出的第一调节信号Q1为低电平。即第一触发器D1可以根据第一比较信号UP1对应调节第一调节信号Q1的高低电平。

第二触发器D2的第一输入端与检测模块210的第二输出端连接，第二触发器D2的第二输入端用于接入时钟信号CLK，第二触发器D2的第三输入端用于接入供电电压VCC，第二触发器D2的输出端与计数单元222的第二输入端连接。在第二触发器D2接收到的时钟信号CLK上升沿时，第二触发器D2输出的第二调节信号Q2复位为低电平，当第二比较信号UP2为高电平时，通过第二比较信号UP2的上升沿触发将第二触发器D2的第三输入端的高电平锁存到第二触发器D2的输出端，即此时第二触发器D2输出的第二调节信号Q2为高电平。当第二比较信号UP2为低电平时，则第二触发器D2输出的第二调节信号Q2为低电平。即第二触发器D2可以根据第二比较信号UP2对应调节第二调节信号Q2的高低电平。

可选的，第一触发器D1和第二触发器D2可以是D触发器，也可以是其他器件，对此，本申请不具体的限制。

计数单元222的第一输入端与触发单元221的第一输出端（例如，第一触发器D1的输出端）连接，用于接入第一调节信号Q1，计数单元222的第二输入端与触发单元221的第二输出端（例如，第二触发器D2的输出端）连接，用于接入第二调节信号Q2，计数单元222可以根据第一调节信号Q1和第二调节信号Q2生成数据信号Data，数据信号Data具体包括加一、减一或为零的数据信号Data，累加器223的第一输入端与计数单元222的输出端连接，用于接入数据信号Data，累加器223的第二输入端用于接入时钟信号CLK，累加器223用于在时钟信号CLK上升沿时，将数据信号Data和累加器223上一次输出相位码信号相加得到目标信号D。

在一个示例中，如图7所示，计数单元222可以包括逻辑子单元2221和第一开关子单元2222，逻辑子单元2221的第一输入端与第一触发器D1的输出端连接，用于接入第一调节信号Q1，逻辑子单元2221的第二输入端与第二触发器D2的输出端连接，用于接入所述第二调节信号Q2，逻辑子单元2221的输出端与第一开关子单元2222的受控端连接，第一开关子单元2222的第一端用于接入电压信号，第一开关子单元2222的第二端与累加器223的第一输入端连接，逻辑子单元2221根据第一调节信号Q1和第二调节信号Q2控制第一开关子单元2222的通断，以向累加器223发送对应的数据信号Data。

这里，值得说明的是，第一开关子单元2222接入的电压信号可以指代“+1”“0”“-1”的电压信号，通过逻辑子单元2221控制第一开关子单元2222的通断，即控制第一开关子单元2222接入不同的电压信号，以对应改变计数单元222输出的数据信号Data（加一、减一或为零），实现不同的效果。

可选的，如图8所示，逻辑子单元包括第一与门AND1、反相器INV、第二与门AND2和或非门NOR，第一与门AND1的第一输入端、反相器INV的输入端以及或非门NOR的第一输入端分别与第一触发器D1的输出端连接，用于接入第一调节信号Q1，第一与门AND1的第二输入端、第二与门AND2的第一输入端以及或非门NOR的第二输入端分别与第二触发器D2的输出端连接，反相器INV的输出端与第二与门AND2的第二输入端连接，用于接入第二调节信号Q2，第一与门AND1、第二与门AND2以及或非门NOR的输出端分别与第一开关子单元2222的受控端连接。

可选的，如图9所示，第一开关子单元2222可以包括第一开关S1、第二开关S2以及第三开关S3，第一开关S1的第一端接入第一电压信号，受控端与第一与门AND1的输出端连接，第一开关S1的第二端与累加器223的第一输入端连接，第二开关S2的第一端接入第二电压信号，第二开关S2的受控端与第二与门AND2的输出端连接，第二开关S2的第二端与累加器223的第一输入端连接，第三开关S3的第一端接入第三电压信号，第三开关S3的受控端与或非门NOR的输出端连接，第二开关S2的第二端与累加器223的第一输入端连接。

这里，值得说明的是，第一电压信号、第二电压信号以及第三电压信号的具体值不同，例如，第一电压信号为+1，第二电压信号为0，第三电压信号为-1，如此，当对应的开关导通后，则会向累加器223发送与电压信号对应的数据信号Data。例如，第一比较信号UP1、第二比较信号UP2皆为高电平，第一触发器D1和第二触发器D2的时钟信号CLK上升沿时，则对应输出的第一调节信号Q1和第二调节信号Q2为皆高电平，则此时，第一与门AND1输出高电平，第一开关S1导通，第二与门AND2、或非门NOR输出低电平，第二开关S2以及第三开关S3关断，则此时第一电压信号（+1）为数据信号Data输出至累加器223。

累加器223的第一输入端与计数单元222的输出端连接，用于接入数据信号Data，累加器223的第二输入端还接入时钟信号CLK，累加器223在时钟信号CLK上升沿时，将数据信号Data和上一次输出的相位码信号相加得到当前的目标信号D，并将该目标信号D输出至时钟产生模块230。具体的，计数单元222生成表征为加一的数据信号Data，当时钟信号CLK上升沿时，累加器223根据加一的数据信号Data和上一次输出的相位码信号生成对应的目标信号D；计数单元222生成表征为减一的数据信号Data，当时钟信号CLK上升沿时，累加器223根据减一的数据信号Data和上一次输出的相位码信号生成对应的目标信号D；计数单元222生成表征为为零的数据信号，当时钟信号CLK上升沿时，累加器223根据为零的数据信号Data和上一次输出的相位码信号生成对应的目标信号D。

时钟产生模块230的输入端与累加器223的输出端连接，时钟产生模块230的第一输出端与电容C连接，时钟产生模块230的第二输出端与计数模块220的第三输入端连接，当时钟信号CLK上升沿时，时钟产生模块230可以根据目标信号D调节充电电流，并周期性地控制电容C的充放电，且根据电容电压VC和参考电压VR生成时钟信号CLK。

在一个示例中，如图10所示，时钟产生模块230可以包括多个第四开关S4、多个第一电流源I1、第二电流源I2、第五开关S5和比较器COM，多个第一电流源I1和第二电流源I2的一端与电源连接，多个第一电流源I1的另一端分别与多个第四开关S4的第一端一一对应连接，多个第四开关S4的受控端接入目标信号D，多个第四开关S4的第二端分别与电容C的第一极板、比较器COM的同相输入端以及第五开关S5的第一端连接，第二电流源I2的另一端与比较器COM的同相输入端“+”连接，比较器COM的反相输入端“-”接入参考电压VR，比较器COM的输出端与第五开关S5的受控端连接，第五开关S5的第二端接地。该示例下，时钟产生模块230向电容C充电，当比较器COM同相输入端的电容电压VC小于参考电压VR时，比较器COM输出低电平信号，第五开关S5关断，时钟产生模块230向电容C充电，当比较器COM同相输入端的电容电压VC大于参考电压VR时，比较器COM输出高电平信号，第五开关S5导通，电容C放电，比较器COM输出低电平信号，第五开关S5关断，时钟产生模块230向电容C充电，以此循环往复，使比较器COM输出时钟信号CLK。

假设参考电压VR为1V（伏），当电容电压VC被充电至超过1V时，则比较器COM输出的时钟信号CLK变为高电平，第五开关S5导通，此时电容C放电，直至电容电压VC泄放至0V，则此时比较器COM输出的时钟信号CLK变为低电平，第五开关S5关断，充电电流继续向电容C充电，如此周而复始，形成周期性振荡信号（即时钟信号CLK），参见图11为参考电压VR、电容电压VC以及时钟信号CLK的波形图，如图11所示，当电容电压VC超过参考电压VR时，此时时钟信号CLK为高电平，此示例下，时钟信号CLK的时钟周期可以由电容C的充放电时间决定。其中，时钟信号CLK的时钟周期T可以由公式（1）确认得到：

（1）

其中，为时钟信号CLK的最小时钟周期，/>为参考电压，/>为电容，I为充电电流。

这里，值得说明的是，本申请实施例中的目标信号D可以设置有n个，则第一电流源I1和第四开关S4也对应设置有n个，本申请可以通过目标信号D控制时钟产生模块230对电容C充电的电流大小，以实现不同的效果。例如，n个目标信号D皆为高电平，则n个第四开关S4皆导通，此时，充电电流为n个第一电流源I1和第二电流源I2之和，即I10+I11+……I1n+I2，此时充电电流最大，时钟产生模块230对应的频率越高。n个目标信号D皆为低电平，则n个第四开关S4皆关断，此时，充电电流为第二电流源I2，即I2，此时充电电流最小，时钟产生模块230对应的频率越低。如此，通过控制目标信号D即可实现对充电电流的灵活控制，操作方便。

此示例下，当n个第四开关S4皆导通时，时钟信号CLK的最小时钟周期Tmin可以由公式（2）确认得到：

（2）

其中，为时钟信号CLK的最小时钟周期，/>为参考电压，/>为电容，为最大充电电流。

此示例下，当n个第四开关S4皆关断时，时钟信号CLK的最大时钟周期Tmax可以由公式（3）确认得到：

（3）

其中，为时钟信号CLK的最大时钟周期，/>为参考电压，/>为电容，/>为最小充电电流。

可选的，参考电压VR可以是由带隙基准电路提供的恒定电压，对此，本申请不做具体的限制。

控制模块240的第一输出端与上管Q1的受控端连接，控制模块240的第二输出端与下管Q2的受控端连接，控制模块240的第一输入端用于接入反馈信号FB，控制模块240的第二输入端与时钟产生模块230的第二输出端连接，用于接入时钟信号CLK，控制模块240可以根据时钟信号CLK和反馈信号FB控制上管Q1和下管Q2的通断，以实现对电感电流IL的调节。本申请实施例调节后的电感电流IL的波形图参见图12，当电感电流IL低于0时，则表示电感电流IL为负值，即此时电流反向流动。

综上，本申请实施例所提供的电压转换电路200可以基于检测到的电感电流IL对应调整电容C的充电电流，同时，还可以周期性的控制电容C充放电，并根据调节后的电容电压VC和参考电压VR生成时钟信号CLK，以使得控制模块240可以基于反馈信号FB和时钟信号CLK控制上管Q1和下管Q2的通断，以对应调节电感电流IL，避免了电感电流IL过高或过低导致电压转换电路200使用可靠性较低的问题。如此，本申请可以保证电压转换电路200在轻载或重载下都工作在FCCM，以避免输出电压波纹较大的问题。同时，控制电感电流IL为反向电流时始终在阈值范围内，以保证电压转换电路200在FCCM模式下的使用可靠性。

本申请实施例还提供一种电压转换方法，应用于上述任一可选方式所述的电压转换电路200，如图13所示，电压转换方法可以包括：

S101、检测模块根据电感电流和第一阈值电流输出第一比较信号，根据电感电流和第二阈值电流输出第二比较信号；

S102、计数模块根据第一比较信号和第二比较信号生成目标信号；

其中，目标信号用于调节向电容充电的充电电流。

S103、时钟产生模块根据目标信号调节充电电流，并周期性地控制电容的充放电，且根据电容电压和参考电压生成时钟信号；

S104、控制模块根据时钟信号和反馈信号控制上管和下管的通断。

本申请实施例所提供的方法能够实现上述电压转换电路200所达到的效果，对此，不再赘述。

本申请实施例还提供一种电源管理芯片，包括上述任一可选方式所述的电压转换电路200以及其他器件（例如电感L、电容C等）。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电压转换电路，所述电压转换电路包括上管和下管，所述上管与所述下管之间的连接点为开关节点，其特征在于，包括：

检测模块，第一输入端以及第二输入端分别与所述开关节点连接，用于根据电感电流和第一阈值电流输出第一比较信号，还用于根据所述电感电流和第二阈值电流输出第二比较信号，所述第一阈值电流小于所述第二阈值电流；

计数模块，第一输入端与所述检测模块的第一输出端连接，用于接入所述第一比较信号，第二输入端与所述检测模块的第二输出端连接，用于接入所述第二比较信号，第三输入端用于接入时钟信号，所述计数模块用于在所述时钟信号上升沿时，根据所述第一比较信号和所述第二比较信号生成目标信号，所述目标信号用于调节充电电流，所述充电电流用于向电容充电；

时钟产生模块，输入端与所述计数模块的输出端连接，第一输出端与电容连接，第二输出端与所述计数模块的第三输入端连接，所述时钟产生模块用于根据所述目标信号调节所述充电电流，所述充电电流用于向所述电容充电，并周期性地控制所述电容的充放电，且根据电容电压和参考电压生成所述时钟信号；以及，

控制模块，第一输出端与所述上管的受控端连接，第二输出端与所述下管的受控端连接，第一输入端用于接入反馈信号，第二输入端与所述时钟产生模块的第二输出端连接，用于接入所述时钟信号，所述控制模块用于根据所述时钟信号和所述反馈信号控制所述上管和所述下管的通断。

2.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述计数模块包括：

触发单元，第一输入端与所述检测模块的第一输出端连接，第二输入端与所述检测模块的第二输出端连接，第三输入端用于接入所述时钟信号，用于在所述时钟信号上升沿时，根据所述第一比较信号和所述第二比较信号分别输出第一调节信号和第二调节信号；

计数单元，第一输入端与所述触发单元的第一输出端连接，用于接入所述第一调节信号，第二输入端与所述触发单元的第二输出端连接，用于接入所述第二调节信号，所述计数单元用于根据所述第一调节信号和所述第二调节信号生成数据信号，所述数据信号包括加一、减一或为零的数据信号；以及，

累加器，第一输入端与所述计数单元的输出端连接，用于接入所述数据信号，所述累加器的第二输入端用于接入所述时钟信号，所述累加器用于在所述时钟信号上升沿时，将所述数据信号和所述累加器上一次输出的相位码信号相加得到当前的所述目标信号。

3.根据权利要求2所述的电压转换电路，其特征在于，所述触发单元包括：

第一触发器，第一输入端与所述检测模块的第一输出端连接，第二输入端用于接入所述时钟信号，第三输入端用于接入供电电压，输出端与所述计数单元的第一输入端连接，所述第一触发器用于在所述时钟信号上升沿时，根据所述第一比较信号输出所述第一调节信号；以及，

第二触发器，第一输入端与所述检测模块的第二输出端连接，第二输入端用于接入所述时钟信号，第三输入端用于接入所述供电电压，输出端与所述计数单元的第二输入端连接，所述第二触发器用于在所述时钟信号上升沿时，根据所述第二比较信号输出所述第二调节信号。

4.根据权利要求3所述的电压转换电路，其特征在于，所述计数单元包括逻辑子单元和第一开关子单元；

所述逻辑子单元的第一输入端与所述第一触发器的输出端连接，用于接入所述第一调节信号，所述逻辑子单元的第二输入端与所述第二触发器的输出端连接，用于接入所述第二调节信号，所述逻辑子单元的输出端与所述第一开关子单元的受控端连接，所述第一开关子单元的第一端用于接入电压信号，所述第一开关子单元的第二端与所述累加器的第一输入端连接；

所述逻辑子单元用于根据所述第一调节信号和所述第二调节信号控制所述第一开关子单元的通断，以向所述累加器发送对应的所述数据信号。

5.根据权利要求4所述的电压转换电路，其特征在于，所述逻辑子单元包括第一与门、反相器、第二与门和或非门；

所述第一与门的第一输入端、所述反相器的输入端以及所述或非门的第一输入端分别与所述第一触发器的输出端连接，用于接入所述第一调节信号，所述第一与门的第二输入端、所述第二与门的第一输入端以及所述或非门的第二输入端分别与所述第二触发器的输出端连接，用于接入所述第二调节信号，所述反相器的输出端与所述第二与门的第二输入端连接，所述第一与门、所述第二与门以及所述或非门的输出端分别与所述第一开关子单元的受控端连接。

6.根据权利要求5所述的电压转换电路，其特征在于，所述第一开关子单元包括：

第一开关，第一端接入第一电压信号，受控端与所述第一与门的输出端连接，第二端与所述累加器的第一输入端连接；

第二开关，第一端接入第二电压信号，受控端与所述第二与门的输出端连接，第二端与所述累加器的第一输入端连接；以及，

第三开关，第一端接入第三电压信号，受控端与所述或非门的输出端连接，第二端与所述累加器的第一输入端连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的电压转换电路，其特征在于，所述时钟产生模块包括多个第四开关、多个第一电流源、第二电流源、第五开关和比较器；

多个所述第一电流源和所述第二电流源的一端与电源连接，多个所述第一电流源的另一端分别与多个所述第四开关的第一端一一对应连接，多个所述第四开关的受控端接入所述目标信号，多个所述第四开关的第二端分别与所述电容的第一极板、所述比较器的同相输入端以及所述第五开关的第一端连接，所述第二电流源的另一端与所述比较器的同相输入端连接，所述比较器的反相输入端接入参考电压，所述比较器的输出端与所述第五开关的受控端连接，所述第五开关的第二端接地，所述电容的第二极板接地；

所述时钟产生模块向所述电容充电，当所述比较器同相输入端的电容电压小于所述参考电压时，所述比较器输出低电平信号，所述第五开关关断，所述时钟产生模块保持向所述电容充电，当所述比较器同相输入端的电容电压大于所述参考电压时，所述比较器输出高电平信号，所述第五开关导通，所述电容放电，所述比较器输出低电平信号，所述第五开关关断，所述时钟产生模块向所述电容充电，以此循环往复，使所述比较器输出所述时钟信号。

8.根据权利要求1-6任一项所述的电压转换电路，其特征在于，所述检测模块包括：

第一检测单元，输入端与所述开关节点连接，输出端与所述计数模块的第一输入端连接，用于根据所述电感电流和所述第一阈值电流生成所述第一比较信号；以及

第二检测单元，输入端与所述开关节点连接，输出端与所述计数模块的第二输入端连接，用于根据所述电感电流和所述第二阈值电流生成所述第二比较信号；

当所述第一检测单元检测到所述电感电流小于所述第一阈值电流时，输出所述第一比较信号为高电平；

当所述第二检测单元检测到所述电感电流小于所述第二阈值电流时，输出所述第二比较信号为高电平；

当所述第一检测单元检测到所述电感电流大于所述第一阈值电流时，输出所述第一比较信号为低电平；

当所述第二检测单元检测到所述电感电流大于所述第二阈值电流时，输出所述第二比较信号为低电平。

9.一种电压转换方法，应用于如权利要求1-8任一项所述的电压转换电路，其特征在于，所述方法包括：

检测模块根据电感电流和第一阈值电流输出第一比较信号，根据所述电感电流和第二阈值电流输出第二比较信号；

计数模块根据所述第一比较信号和所述第二比较信号生成目标信号；

时钟产生模块根据所述目标信号调节所述充电电流，并周期性地控制所述电容的充放电，且根据电容电压和参考电压生成所述时钟信号；

控制模块根据所述时钟信号和所述反馈信号控制所述上管和所述下管的通断。

10.一种电源管理芯片，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电压转换电路。