CN117837042A - 多输入电压调节 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于电压调节的装置。在示例具体实施中，装置包括电池子系统，该电池子系统具有第一端子、第二端子、第三端子和至少一个电池。该装置还包括电压调节器，该电压调节器耦接到该第一端子、该第二端子和该第三端子。该电压调节器包括多个开关、能量存储单元和控制电路。该多个开关包括耦接到该第一端子的第一开关、耦接到该第二端子的第二开关以及耦接到该第三端子的第三开关。该能量存储单元耦接到该多个开关。该控制电路耦接到该多个开关并且被配置为选择性地将该能量存储单元经由该第一开关耦接到该第一端子、经由该第二开关耦接到该第二端子或者经由该第三开关耦接到该第三端子。

Description

多输入电压调节

技术领域

本公开整体涉及电子设备的供电，并且更具体地涉及调节电压。

背景技术

电子设备包括传统的计算设备，诸如笔记本电脑、平板电脑、智能电话、如智能手表或健身追踪器等可穿戴设备。电子设备还包括其他类型的计算设备，诸如个人语音助手、恒温器和其他自动控制器、安全设备和其他传感器、物联网(IoT)设备、动力工具、无人机和机器人机器、电动车辆和混合动力车辆等。这些各种电子设备提供与生产力、通信、社交互动、安保、安全、远程管理、娱乐、交通和信息传播有关的服务。因此，电子设备(包括便携式电子设备)在现代社会的许多方面都发挥着至关重要的作用。

在当今的互联移动世界中，便携式电子设备提供的某些服务至少部分地取决于便携式电子设备的“便携”特性。为了向便携式电子设备供电，可以采用电池。电池是可靠的便携式能源，广泛用于各种电子设备，诸如移动电话、膝上型电脑、玩具、动力工具、医疗设备植入物、电动车辆和卫星。此外，一些电池可经由外部电源再充电，并且因此可通过再充电多次重复使用。

使用期间，电子设备可从电池接收功率。电池生成电压，并将电压提供给电子设备的负载。负载的示例包括处理器、存储器、无线接口(如收发器或蜂窝调制解调器)和显示屏。如果提供相对恒定的电压，则此类负载的操作可更可靠或质量更高。然而，电池提供的电压可能会随时间而波动。此类波动电压会对负载的性能产生不利影响。

为了向负载提供更稳定、更恒定的电压电平，电子设备可以采用电压调节器。电压调节器可以定位在电池与负载之间。在操作中，电压调节器接受来自电池的电压，该电压可能随时间而变化。电压调节器将变化的电压转换为更稳定的电压电平，并向负载提供更稳定、更恒定的电压。因此，负载可以更可靠地操作或具有更高的性能水平。

然而，在不同的操作条件下，电压调节器要基于不断变化的输入电压向负载输出恒定的电压是具有挑战性的。因此，电气工程师和其他电子设备设计师都在努力提高电压调节性能。

发明内容

在示例具体实施中，电压调节需要在负载与两个电压轨之间部署电压调节器，该两个电压轨保持在两个供电电压。电池子系统提供两个供电电压。为此，该电池子系统包括至少一个电池，并且可包括电压调节电路。如本文所述，该至少一个电池可通过单单元电池或多单元电池(例如，至少两个单元)来实现。具有中心抽头的两个电池单元、具有电容分压器的两个电池单元或具有电荷泵的一个电池单元可为电池子系统生成两个供电电压。

在操作中，示例电压调节器可使用两个供电电压(第一供电电压和第二供电电压)来生成稳定的电压。例如，电压调节器可在第一供电电压与地之间或第二供电电压与第一供电电压之间进行降压，以减小施加到电压调节器的能量存储单元的电压方差。在一些情况下，电压调节器还可在升压模式下使用，以增加可用供电电压的范围，例如，当电池存储的能量耗尽时。在一些具体实施中，使用两个至四个电压斜坡信号来控制电压调节。例如，电压调节器的控制器可例如基于斜坡信号和对应于能量存储单元的感测电流来切换调节模式。通过这些方式，电压调节可提供更稳定的输出电压和/或可以更高的带宽操作，以更快地响应供电电压的变化。

在示例方面，公开了一种用于电压调节(诸如多输入电压调节)的装置。该装置包括电池子系统。该电池子系统包括第一端子、第二端子、第三端子和至少一个电池。该装置还包括电压调节器。该电压调节器耦接到该电池子系统的该第一端子、该第二端子和该第三端子。该电压调节器包括多个开关、能量存储单元和控制电路。该多个开关包括耦接到该第一端子的第一开关、耦接到该第二端子的第二开关以及耦接到该第三端子的第三开关。该能量存储单元耦接到该多个开关，并且该控制电路耦接到该多个开关。该控制电路被配置为选择性地将该能量存储单元经由该第一开关耦接到该第一端子、经由该第二开关耦接到该第二端子或者经由该第三开关耦接到该第三端子。

在示例方面，公开了一种用于电压调节(诸如多输入电压调节)的装置。该装置包括用于提供第一供电电压和第二供电电压的电源构件。该装置还包括用于存储来自该电源构件的能量的能量构件。该装置附加包括用于选择性地将该电源构件耦接到该能量构件的开关构件。该装置还包括用于操作该开关构件以基于对应于该能量装置的电流来选择性地将该第一供电电压和该第二供电电压耦接到该能量构件的控制构件。

在示例方面，公开了一种用于电压调节(诸如多输入电压调节)的方法。该方法包括感测流经至少一个电感器的电流。该方法还包括生成两个或更多个斜坡信号。该方法附加包括将基于该电流的信号与该两个或更多个斜坡信号进行比较。该方法还包括基于比较，选择性地将第一电压轨或第二电压轨耦接到该至少一个电感器。

在示例方面，公开了一种用于电压调节(诸如多输入电压调节)的装置。该装置包括电池子系统，该电池子系统被配置为将第一电压轨保持在第一供电电压，并且将第二电压轨保持在第二供电电压。该装置还包括电压调节器。该电压调节器包括第一开关、第二开关、能量存储单元和控制电路。该第一开关耦接到该第一电压轨，并且该第二开关耦接到该第二电压轨。该能量存储单元耦接在该电压调节器的输出端与该第一开关和该第二开关之间。该控制电路耦接到该能量存储单元并且被配置为基于对应于该能量存储单元的信号来以多种模式操作该电压调节器。该多种模式包括第一降压模式、第二降压模式和第三降压模式。该第一降压模式使用该第一开关在该第一供电电压与地之间进行降压。该第二降压模式使用该第二开关和该第一开关在该第二供电电压与该第一供电电压之间进行降压。该升压模式使用该第二开关将该第二供电电压耦接到该能量存储单元。

附图说明

图1示出了一个环境，该环境描绘了具有电源系统的示例电子设备，该电源系统包括电池子系统和电压调节器。

图2示出了示例电池子系统，该电池子系统包括至少一个电池和电压调节电路，并且经由电压调节器耦接到一个或多个负载。

图3是电源系统的示意图，示出了示例电压调节器和电池子系统。

图3-1是电源系统的示意图，示出了具有一个电池单元和电压调节电路的示例电池子系统。

图3-2是电源系统的示意图，示出了具有两个电池单元和电压调节电路的示例电池子系统。

图3-3是电源系统的示意图，示出了具有两个电池单元和中心抽头的示例电池子系统。

图4-1和图4-2是示出了具有单单元电池和电荷泵的示例电池子系统的示意图，该电池子系统分别耦接到降压转换器或降压-升压转换器。

图4-3和图4-4是示出了具有堆叠单元电池和电容分压器的示例电池子系统的示意图，该电池子系统分别耦接到降压转换器或降压-升压转换器。

图5-1是示出了用于电压调节器的示例降压转换器的电路图，该降压转换器耦接到负载。

图5-2是示出了用于电压调节器的示例降压-升压转换器的电路图，该降压-升压转换器耦接到负载。

图6-1至图6-3示出了具有各种充电和放电操作的示例降压模式。

图6-4示出了具有充电和放电操作的升压模式。

图7-1示出了示例降压控制模式的多个斜坡信号和多个开关控制信号。

图7-2示出了示例升压控制模式的多个斜坡信号和多个开关控制信号。

图7-3示出了示例降压和升压控制模式组合的多个斜坡信号和多个开关控制信号。

图7-4示出了多个斜坡信号，这些斜坡信号可促进以不同电压轨进行先导之间的无缝过渡，同时在两个电压轨之间进行降压。

图8是示出了用于电压调节器的控制器的示例电路的电路图。

图8-1是示出了图8的控制器的附加示例方面的示意图。

图8-2是示出了图8的控制器的其他示例方面的示意图。

图9是示出了电压调节的示例过程的流程图，该过程可包括操作电压调节器。

具体实施方式

便携式电子设备和一些其他电子设备在移动时，或在电网或其他“主”电源或固定电源不可用时，可从电池获取功率。电池可包括单电池单元或多电池单元。多单元电池具有两个或更多个以串联方式耦接在一起的单元，也可称为堆叠单元电池。与单单元电池相比，堆叠单元电池可产生相对较高的电压。部分由于电压较高，堆叠单元电池在高端设备(如高端型号智能电话)中越来越常见。然而，制造商仍在许多设备中使用成本较低的单单元电池设计。为电源系统创建独立的电路和部件以适应这两种类型的电池设计的成本很高。例如，为单单元电池和多单元电池设计创建独立的电池子系统和电压调节器比使用统一架构更加昂贵。下文描述了统一架构的示例具体实施。此外，这些统一架构可提供具有高带宽(BW)的低纹波输出电压。

针对电子设备电源系统的一种方法包括升压转换器，该升压转换器用于实现电池与负载之间的电压调节器。负载的示例包括存储器、收发器、处理器和显示屏。这些负载中的每个负载都从升压转换器中汲取电流，该升压转换器试图提供稳定的输出电压。然而，升压转换器具有频率响应限制，部分原因是该升压转换器向负载提供的输出电流不连续。升压转换器还需花费附加的时间对其电感器充电，这意味着向输出端输送电流的时间减少。从控制系统分析的角度来看，这种行为会导致右手平面零点(RHPZ)。RHPZ限制了电压调节器的控制环路，使该控制环路的带宽低于要求快速响应以获得稳定输出电压的应用所能接受的带宽(例如，BW<RHPZ/3)。

此外，RHPZ的值会随着负载电流的增加而降低。一些便携式电子设备以及某些其他电子设备包括具有高电流需求的部件。此类具有高电流需求的部件包括多核处理器、图形处理器、具有有源功率放大器的收发器以及现代显示屏(例如，发光二极管(LED)显示屏)。例如，有源矩阵有机LED(AMOLED)显示设备可汲取100毫安(mA)。同时，AMOLED面板对电源轨上的瞬变敏感。具体地，为AMOLED显示器提供服务的电压调节器需要具有高带宽，以防止线路和负载瞬变造成用户可见的屏幕上的伪像。因此，使用升压转换器作为电压调节器来满足高负载电流和高带宽的竞争需求是具有挑战性的。

对于低电流负载，一些方法可能会采用升压转换器。如上所述，随着负载电流的增加，升压转换器的带宽会减小，这会对升压转换器抵消输入电压变化(包括耦接到电池的电源轨上的线路瞬变)的速度产生不利影响。此外，如果供电电压超过指定的负载电压，则升压转换器可能无法提供指定的负载电压作为升压转换器的输出电压。典型的同步升压转换器要正常操作，输入电压必须低于输出电压。随着电池充电终止电压的增加，升压转换器的输入电压也会增加。为适应此类情况，系统设计人员可以采用异步整流或降压-升压架构。在一些涉及升压的方法中，设计人员可将同步升压设置为大约95％的时间发生，但这会导致在异步模式下难以抑制线路瞬变。

相反，为了解决上述各种问题，示例具体实施提供了一种电源系统，该电源系统包括电池子系统和电压调节器。该电池子系统包括至少一个电池，并且可包括电压调节电路。该电压调节器包括能量存储单元(如电感器)、多个开关和控制电路。在操作中，电池子系统产生多个供电电压，诸如第一供电电压和第二供电电压。作为降压操作的一部分，控制电路可选择性地将能量存储单元与第一供电电压、第二供电电压或地耦接。例如，电压调节器可以实现双输入、三电平降压转换器。

关于电池灵活性，无论电池子系统具有单单元电池还是多单元电池，电池子系统都能为电压调节器提供至少两个供电电压。例如，如果电池子系统具有单单元电池，则电压调节电路可作为电荷泵操作，以增加(例如，加倍)单单元电池的电压。因此，电池子系统可提供两个供电电压，其中一个供电电压约为另一个供电电压的两倍。另选地，如果电池子系统具有双单元电池，则电压调节电路可以作为电容分压器操作，以降低(例如，减半)双单元电池的电压。因此，电池子系统可提供两个供电电压，其中一个供电电压约为另一个供电电压的一半。此外，电池子系统可包括两个电池单元和中心抽头。通过将相应的第一电压轨和第二电压轨耦接到中心抽头和电池的阴极端子，电池子系统可提供两个供电电压，而无需电压调节电路。

在上述三种情况中的前两种情况下，电压调节电路用来根据电池的第一电压提供第二电压。一个电压基本上等同于单单元电池提供的电压，并且另一个电压基本上等同于双单元电池提供的电压。在上述三种情况中的第三种情况下，双单元电池可提供第一电压和第二电压，而无需使用电压调节电路。因此，本文档描述了一种统一架构，该统一架构通过具有单单元电池或双单元电池的电池子系统提供电压调节，无论是否使用电压调节电路。因此，使用统一架构可降低设计和制造成本。虽然这些示例是根据一个或两个电池单元来进行描述的，但这些原理也适用于不同数量的电池单元，诸如三个或四个电池单元。

关于升压转换器带宽较低的问题，本文描述了采用降压转换器的示例方法，这些方法可以避免降低带宽的RHPZ问题。使用降压转换器可以实现电压调节器。降压转换器可耦接到两个或更多个供电电压(例如，较高的供电电压和较低的供电电压)，从而在多种电压调节模式中提供附加的降压灵活性。例如，如果较低的供电电压大于负载的目标输出电压，则降压转换器可在较低的供电电压(例如，“SV1”)与地之间进行降压。在另一调节模式下，如果较低的供电电压与目标负载电压大致相同，则较低的供电电压可作为输出电压通过，几乎不需要降压。在又一电压调节模式下，如果较低的供电电压低于目标负载电压，则降压转换器可在较低的供电电压与较高的供电电压(例如，“SV2”)之间进行降压。在此类电压调节模式下，能量被存储在例如转换器的电感器中，而较高的供电电压(SV2)在模式的第一阶段被施加到转换器开关节点上。在第一阶段，电感器中的电流可按(SV2-Vout)/L的速率增加，其中“Vout”表示转换器的输出电压，“L”表示电感器的电感。在该模式的第二阶段，能量从电感器转移到转换器的输出端，同时将较低的供电电压(SV1)施加到转换器开关节点。在第二阶段，电感器中的电流可按(SV1-Vout)/L的速率下降。

通过在较高与较低的供电电压之间进行降压，与在较高的供电电压与地之间进行降压相比，在开关节点处施加到能量存储单元的电压更低。这可同时降低电流纹波和输出电压纹波。通过降低电感器电流纹波，电感器中的损耗同样可以降低，从而提高关于电感器的效率。此外，开关节点上的电压摆幅也会减小，从而降低开关损耗，并提高转换器效率。这些电压调节模式中每种电压调节模式还能提供持续的输出电流，基本上包括模式之间的转换期间。这与电流断断续续的仅升压拓扑形成对比。此外，RHPZ不会像纯升压转换器那样产生带宽限制。在一些情况下，基于本文所述降压转换器的电压调节器的带宽可提供比升压转换器大四至八倍的环路带宽。例如，一些所述基于降压的电压调节器可提供超过500千赫兹(kHz)的带宽，而各种升压转换器的带宽为60kHz至120kHz。

本文档还描述了可扩展到包括升压转换器技术的电源系统方法。例如，电压调节器可采用双输入三电平降压-升压转换器。例如，如果高供电电压也低于目标负载电压，则可激活升压转换器功能。当电池的总电量接近完全耗尽时，诸如在总电量的1％至3％时，这种情况更有可能发生。尽管如此，如果例如目标负载电压高于高供电电压，或者任何其他时间目标负载电压由于某种原因高于高供电电压，则升压转换器功能也可以被激活。因此，所述电压调节器可在整个电池的充电周期(从完全充电到接近完全耗尽)内有效地将电池子系统与负载耦接。环路带宽也可维持足够高的水平，以便在处理较大负载电流(诸如AMOLED显示器所汲取的电流)的同时大幅抑制线路瞬变。

本文档还描述了电压调节器控制技术。控制器可基于两个或更多个斜坡信号和与电压调节器的输出端相关联的至少一个信号选择电压调节模式。在降压转换器具体实施中，相反斜坡可包括接地斜坡和较高供电电压斜坡。在降压-升压转换器具体实施中，两个附加斜坡可包括较低供电电压斜坡和升压斜坡。双输入降压转换器(包括双输入降压-升压转换器)在电压先导之间的无缝转换可以通过采用重叠的较低和较高供电电压斜坡来实现。在一些具体实施中，与电压调节器输出相关联的该至少一个信号可包括两个信号：输出电压和流经转换器能量存储单元的电流。控制器基于误差信号与多个斜坡信号之间的一个或多个比较来改变转换器模式。误差信号可以从与电压调节器输出相关联的两个信号中得出。通过这些方式，可以使用两个或更多个斜坡信号有效地控制具有至少一种降压模式的转换器或具有降压和升压模式的转换器。

在一些具体实施中，电压调节器可使用多个电压输入(例如，作为多输入转换器)操作。例如，多输入降压转换器可以在输出电压低于例如双单元电池最大电压的系统中实现高带宽。当电池耗尽时，或者如果目标输出电压变得高于使用电池可获得的电压，则多输入转换器也可作为降压-升压转换器实现。在升压模式下，通过以相对较短的占空比操作升压，仍可实现高带宽。

在其他具体实施中，多输入转换器可使用与多个调制器(诸如四个调制器)相结合的平均电流模式控制。四个调制器可在降压转换器的两个或更多个电平之间进行控制。例如，四个调制器可在第一电压电平与地之间或第二电压电平与第一电压电平之间进行调制，其中第二电压电平高于第一电压电平。调制器还可在电压电平(诸如第二电压电平)与升压操作模式之间进行调制。

所述技术可提供两种调制模式之间的平滑过渡或切换。例如，可以实现从以第一电压电平先导到以第二电压电平先导之间的平滑切换，反之亦然。在一些情况下，电压转换器控制器的电流环路的补偿器会生成基于电压的误差信号，该误差信号来自电压转换器的电流。控制器可基于误差信号在不同模式间平滑过渡。第一示例模式是第一电压电平与地之间的降压操作。第二示例模式是第二电压电平与第一电压电平之间的降压操作。第三示例模式是使用第二电压电平的升压操作。然而，也可附加地或另选地采用其他模式。

控制器可使用误差信号从第一模式平滑过渡到第二模式，部分通过在每个控制周期的开始(例如，基于时钟周期)，在以第一电压电平先导与以第二电压电平先导之间无缝切换。然后，控制器可选择性地从第二模式平滑过渡到第三模式。在第二模式下，控制周期可以从第二电压输入端为电压转换器的电感器充电的第二电压电平开始。控制器可以切换到具有第一电压电平的第一电压输入端，以便在降压操作的控制周期期间对电感器放电。另选地，控制器可使用第二电压电平从第二操作模式过渡到第三操作模式(例如升压模式)。

例如，控制技术可以通过采用两对具有双斜坡的调制器来实现。附加地或另选地，控制技术可以使用四组斜坡信号来实现，其中两对相反的斜坡信号之间至少有一些电压重叠。例如，用于控制第一操作模式的第一对信号中的斜坡信号可以至少部分地与用于控制第二操作模式的第二对信号中的另一斜坡信号重叠。当误差信号存在于两个相反斜坡信号的电压重叠范围内时，控制器可以通过确立反向或互补占空比长度，从使用第一电压输入端启动控制周期切换到使用第二电压输入端启动控制周期，如下文参考图7-3所述。即使不同的电压输入先导不同的控制周期，反向占空比长度均可针对电压转换器产生相同的输出电压。

这使得电压转换器能够利用多种调制模式，并在不同的操作模式之间平滑过渡，诸如在两种不同的降压模式之间或在降压模式与升压模式之间过渡。与传统的升压电压转换器相比，这些技术可在一定程度上通过避免RHPZ实现更高的带宽。有了更高的带宽，电压转换器可以提供更优异的电压调节。

图1示出了示例环境100，该环境描绘了具有电源系统120的电子设备102，该电源系统包括电池子系统124和电压调节器128。在环境100中，示例电子设备102可以经由功率链路106从电源104进行充电，如下所述。在图1中，电子设备102被描绘为智能电话。然而，电子设备102可以作为任何合适的计算设备或其他电子设备来实现，诸如任何可以从电池子系统124提供功率的电子设备。

具有电池子系统124的电子设备通常设计成至少暂时与电网连接分开，或者这些电子设备可用于适应电网电力原本不可用的情况。因此，电子设备102可以包括便携式电子设备。电子设备的示例包括蜂窝基站、宽带路由器、接入点、蜂窝电话或移动电话、游戏设备、导航设备、媒体设备、膝上型计算机、台式计算机、平板电脑、服务器计算机、网络附加存储(NAS)设备、智能电器、车载电源或充电系统、物联网(IoT)设备、传感器或安全设备、资产跟踪器、健身管理设备、可穿戴设备(诸如智能眼镜或智能手表)、无线功率设备(发射器或接收器)、便携式电池设备(例如，便携式充电器)、医疗设备、电池备份系统或包含电池备份系统的设备、电池存储系统(例如，用于存储来自非恒定电源(诸如风能或太阳能)的功率的住宅或工业设备)、电动车辆或混合动力车辆或无人机等。

电源104的示例包括无线电源104-1和有线电源104-2。然而，电源104可以以不同于本文所述的方式实现。电子设备102可经由功率链路106从电源104接收功率，该功率链路可以以任何合适的可提供功率的链路类型实现。例如，电子设备102可耦接到无线电源104-1(例如，具有发射器线圈的装置)，以经由无线功率链路106-1(例如，电磁信号)接收功率。附加地或另选地，电子设备102可耦接到有线电源104-2(例如，连接到电网的插座、光伏阵列或变压器适配器)，以经由有线功率链路106-2(例如，电缆、电线或导线)接收功率。

这些功率链路106中的任一个或两个可根据专有协议或标准化协议进行配置，诸如针对无线功率链路106-1的无线充电联盟协议或通用串行总线/>标准或针对有线功率链路106-2的QUICK CHARGE^TM协议。每个功率链路106还可结合功率导管提供带内或带外通信通道。一般来说，功率链路106从电源104延伸至电子设备102以便为电源系统120提供功率，从而为电池子系统124的至少一个电池(图1中未示出)充电。

如图所示，电子设备102包括至少一个应用处理器108和至少一个计算机可读存储介质110(CRM 110)。应用处理器108可包括被配置为执行由CRM 110存储的处理器可执行指令(例如，代码)的任何类型的处理器，诸如中央处理单元(CPU)或多核处理器。CRM 110可包括任何合适类型的数据存储介质，诸如易失性存储器(例如，随机-存取存储器(RAM))、非易失性存储器(例如，闪存存储器)、光介质、磁介质(例如，磁盘或磁带)等。在本公开的上下文中，CRM 110被实现来用于存储电子设备102的指令112、数据114和其他信息，并且因此CRM110不包括瞬态传播的信号或载波。

电子设备102还可包括一个或多个输入/输出端口116(I/O端口116)或至少一个显示器118。I/O端口116实现与其他设备、网络或用户的数据交换或交互。I/O端口116可包括串行端口(例如，通用串行总线(USB)端口)、并行端口、音频端口、红外(IR)端口、相机或其他传感器端口等。显示器118可以实现为显示屏或投影，以呈现由电子设备102提供的一个或多个图形图像，诸如与操作系统、程序或应用相关联的用户界面。另选地或附加地，显示器118可被实施为显示端口或虚拟接口，通过该显示端口或虚拟接口来传送或呈现电子设备102的图形内容。

尽管未明确示出，但电子设备102还可包括彼此耦接的至少一个无线接口设备和至少一个天线。该无线接口设备经由无线通信链路(其可包括无线功率链路106-1)提供相应网络和对等设备的连接。另选地或附加地，电子设备102可包括有线接口设备，该有线接口设备用于经由有线通信链路与另一电子设备通信，该有线通信链路可包括有线功率链路106-2。无线接口设备可包括至少一个通信处理器(例如，调制解调器或信号处理器)、至少一个收发器122和至少一个射频(RF)前端，它们操作地耦接在一起，以使用电源系统120提供无线通信。如本文所用，两个或更多个部件之间的操作耦接可使得操作耦接部件能够彼此通信、共享电压、交换电流、执行功能或以其他方式进行本文所述的操作。

在示例具体实施中，电子设备102还包括电源系统120。电源系统120可包括电池子系统124和电源管理集成电路126(PMIC 126)。PMIC 126可包括电压调节器128。然而，电压调节器128可附加地或另选地包括至少一个离散电路部件。如本文所述，电池子系统124可操作地耦接到电压调节器128。在操作中，电池子系统124可生成一个或多个供电电压。电压调节器128可调节此类供电电压，以向负载提供更高质量的电压(例如，提供更稳定的电压电平，波动更小或更少)。

图1(及其他图)中使用独立示意框示出的各种部件可以不同的离散方式制造或封装。例如，一块物理PCB可包括或支持电池子系统124的部件，而另一块物理PCB可包括PMIC126或其电压调节器128。另选地，一块PCB可支持电池，而另一块PCB可支持电池子系统124的其他部件和电压调节器128的至少一部分。此外，各图中所示的部件可集成在单个IC芯片上，也可分布在多个IC芯片上，该多个IC芯片可一起封装，也可独立封装。

如下所述，图2描绘了示例电源系统120，该电源系统包括电池子系统124和电压调节器128，连同至少一个负载。图3和图3-1至图3-3描绘了示例电压调节器128和电池子系统124的不同示例具体实施。图4-1至图4-4描绘了电压调节器128的示例降压和降压-升压转换器具体实施。图5-1至图5-2描绘了用于降压和降压-升压转换器的示例电路。图6-1至图6-4描绘了针对转换器降压和升压模式的示例充电和放电操作。图7-1至图7-4描绘了使用两个或更多个斜坡信号来控制电压调节器128的示例技术。图8描绘了用于电压调节器128的控制器的示例电路。但接下来，本文档将描述示例的基于电池的操作环境。

图2示出了示例电池子系统124，该电池子系统包括至少一个电池202和电压调节电路204。电池子系统124经由电源管理集成电路126的电压调节器128耦接到一个或多个负载206。电池子系统124和电压调节器128可共同构成电源系统120的至少一部分。

在示例具体实施中，电池子系统124使用电池202来向PMIC 126提供功率。PMIC126使用电压调节器128来调节电池202提供的功率的电压。电压调节器128耦接到至少一个负载206。负载206的示例包括处理器208(例如，图1中的应用处理器108或调制解调器处理器)和存储器210(例如，图1中的CRM 110、集成或独立的视频存储器或数字信号处理器(DSP)的存储器)。负载206的其他示例包括显示器118和收发器122。显示器118的示例包括LED(例如，AMOLED)显示面板和液晶显示(LCD)面板。

电池子系统124可以多种方式实现。例如，至少一个电池202可包括单个电池单元或多个电池单元，以提供两个或更多个供电电压。在一些情况下，电压调节电路204可提高电池电压以产生其中一个供电电压，但在其他情况下，电压调节电路204可降低电池电压以产生其中一个电源电压。此外，电压调节电路204在一些情况下可以省略，例如下面参考图3-3所述的情况，其中堆叠单元电池具有中心抽头。电池202可由至少一种可再充电材料组成，诸如锂离子、镍金属氢化物、铅酸、锂离子聚合物、磷酸铁锂、其他类型的锂等。尽管未示出，但电池202可用另一类型的电源存储单元代替，诸如电容器(例如，“超级电容器”)，一般用于电源存储子系统。

图3是电源系统120的示意图300，示出了示例电压调节器128和电池子系统124。如图所示，电源系统120包括输出节点314(ON 314)，并且经由输出节点314耦接到负载206。在操作中，电压调节器128将输出节点314保持在输出电压316(OV 316)，该输出电压被设计为围绕目标电压偏差不超过某个阈值方差。

如图所示，电池子系统124和电压调节器128可分别耦接到接地节点318，该接地节点对应于接地电压320(GV 320)。电源系统120可包括多个电压轨302。在本示例中，该多个电压轨302的数量为两个：第一电压轨302-1(VR1 302-1)和第二电压轨302-2(VR2 302-2)。电池子系统124经由第一电压轨302-1和第二电压轨302-2耦接到电压调节器128。

在示例具体实施中，电池子系统124包括多个端子330，诸如三个端子330-1至330-3。在图3中，电池子系统124包括耦接到第一电压轨302-1的第一端子330-1、耦接到第二电压轨302-2的第二端子330-2以及耦接到接地节点318的第三端子330-3。在示例操作中，电池子系统124将第一电压轨302-1保持在第一供电电压304-1(SV1 304-1)，将第二电压轨302-2保持在第二供电电压304-2(SV2 304-2)。尽管未示出，但电源系统120可包括更多的电压轨302，并且电池子系统124可分别针对每个电压轨302生成供电电压304。

电压调节器128可分别接受第一电压轨302-1和第二电压轨302-2上的第一供电电压304-1和第二供电电压304-2。如本文所述，电压调节器128可使用第一供电电压304-1和第二供电电压304-2在输出节点314上产生输出电压316。为此，电压调节器128可包括至少一个开关网络306、控制电路308和至少一个输出电容器322。开关网络306可包括多个开关310和至少一个能量存储单元312(ESU 312)。在操作中，控制电路308断开和闭合多个开关310中的一个或多个开关，以选择性地将能量存储单元312耦接到第一电压轨302-1、第二电压轨302-2或接地节点318。

下面参考图5-1和图5-2描述多个开关310的示例。下面参考图6-1至图6-4以及图7-1至图7-4描述示例控制技术。下面参考图8描述控制电路308的示例。但接下来，本文档将参考图3-1至图3-3描述电池子系统124的示例具体实施。在图3-1至图3-3中的每个图中，输出电容器322显示耦接在输出节点314与接地节点318之间，并且电池子系统124包括至少一个电池单元202。电池子系统124通过采用上述或图示的任一方法或另一方法，电池子系统124可在第一电压轨302-1上提供第一供电电压304-1，在第二电压轨302-2上提供第二供电电压304-2。

图3-1是电源系统120的示意图300-1，示出了具有一个电池单元202和电压调节电路204的示例电池子系统124。在这些示例具体实施中，电池单元202和电压调节电路204在第二端子330-2与第三端子330-3之间串联耦接在一起。电池单元202耦接在第三端子330-3与第一端子330-1之间。电压调节电路204耦接在第一端子330-1与第二端子330-2之间。在操作中，电压调节电路204可将电池单元202在第一端子330-1处提供的电压电平提升至第二端子330-2处的另一较高电压电平。

图3-2是电源系统120的示意图300-2，示出了具有两个电池单元202和电压调节电路204的示例电池子系统124。在这些示例具体实施中，电池包括第一电池单元202-1和第二电池单元202-2。第一电池单元202-1和第二电池单元202-2在第二端子330-2与第三端子330-3之间串联耦接在一起，并且共同构成堆叠单元电池。电压调节电路204耦接在第一端子330-1与第二端子330-2之间。在操作中，电压调节电路204可将堆叠电池单元202-1和202-2在第二端子330-2处提供的电压电平降低至第一端子330-1处的另一较低电压电平。

图3-3是电源系统120的示意图300-3，示出了具有两个电池单元202和中心抽头352的示例电池子系统124。在这些示例具体实施中，电池包括第一电池单元202-1和第二电池单元202-2。第一电池单元202-1和第二电池单元202-2在第二端子330-2与第三端子330-3之间串联耦接在一起，并且共同构成堆叠单元电池。堆叠单元电池包括或耦接到中心抽头352，该中心抽头经由第一端子330-1耦接到第一电压轨302-1。由于中心抽头352，第一电池单元202-1耦接在第三端子330-3与第一端子330-1之间，并且第二电池单元202-2耦接在第一端子330-1与第二端子330-2之间。如图所示，图3-3的电池子系统124可省略电压调节电路204，并仍在两个电压轨(第一电压轨302-1和第二电压轨302-2)上提供两个不同的供电电压。在操作中，堆叠电池单元202-1和202-2经由中心抽头352在第一端子330-1处提供相对较低的电压电平，并且在第二端子330-2处提供相对较高的电压。

图4-1至图4-2示出了示例电源系统具体实施。在各图中，能量存储单元312举例来说被描绘为至少一个电感器。每个电压调节器128包括至少一个电压转换器402。电压转换器402可包括例如控制电路308和多个开关310，如图3所示。例如，每个电压转换器402都可实现为双输入三电平电压转换器。下面描述了降压和降压-升压转换器。

此外，描述了单单元电池和堆叠单元电池方案。例如，电压调节电路204可实现为至少一个电荷泵204-1以提高电压电平，或至少一个电容分压器204-2以降低电压电平。尽管未在图4-1至图4-4中的任一图中描绘，但图3-3中具有中心抽头352的多单元电池具体实施可与双输入三电平降压转换器402-1或双输入三电平降压-升压转换器402-2一起采用。

图4-1和图4-2是示出了具有单单元电池202-1和电荷泵204-1的示例电池子系统124的示意图400-1和400-2。电池子系统124可耦接到如图4-1中所示的降压转换器402-1或如图4-2中所示的降压-升压转换器402-2。在示例具体实施中，电荷泵204-1在两个图中都耦接在第一端子330-1与第二端子330-2之间。电池单元202-1耦接在第三端子330-3与第一端子330-1之间。

在示例操作中，电池单元202-1经由第一端子330-1在第一电压轨302-1上确立第一电压电平(例如，图3中的第一供电电压304-1)。电荷泵204-1将第一电压电平提高至第二电压电平。在一些情况下，电压提高为第一电压电平的倍数，诸如两倍或两倍的倍数。在此类情况下，第二电压电平可能约为第一电压电平的两倍。电荷泵204-1经由第二端子330-2在第二电压轨302-2上确立第二电压电平(例如，图3中的第二供电电压304-2)。

如图4-1中所指示，基于提供电源的方向，能量存储单元312可经由“先于”输出节点314的至少一个开关节点耦接到降压转换器402-1。如图4-2中所指示，能量存储单元312可经由至少两个“先于”输出节点314的开关节点耦接到降压-升压转换器402-2。这些开关节点在图5-1和图5-2的示例电路图中进行了描绘。在一些方面，用于实现电荷泵204-1的电路可类比用于实现电容分压器204-2，但电压调节方向会翻转。

图4-3和图4-4是示出了具有堆叠单元电池202-1/202-2和电容分压器204-2的示例电池子系统124的示意图400-3和400-4。电池子系统124可耦接到如图4-3中所示的降压转换器402-1，或如图4-4中所示的降压-升压转换器402-2。在示例具体实施中，电容分压器204-2在两个图中都耦接在第一端子330-1与第二端子330-2之间。两个电池单元202-1和202-2在第三端子330-3与第二端子330-2之间串联耦接在一起。

在示例操作中，堆叠电池单元202-1和202-2经由第二端子330-2在第二电压轨302-2上确立第二电压电平(例如，图3中的第二供电电压304-2)。电容分压器204-2将第二电压电平降至第一电压电平。在一些情况下，电压下降为第二电压电平的分数，诸如减半或除以二。电容分压器204-2经由第一端子330-1在第一电压轨302-1上确立第一电压电平(例如，图3中的第一供电电压304-1)。

如图4-3中所指示，能量存储单元312可经由至少一个“先于”输出节点314的开关节点耦接到降压转换器402-1。如图4-4中所指示，能量存储单元312可经由至少两个“先于”输出节点314的开关节点耦接到降压-升压转换器402-2。这些开关节点在图5-1和图5-2的示例电路图中进行了描绘。如图4-1至图4-4所示，每个双输入电压转换器402都具有两个输入端；该两个输入端中的一个相应输入端经由相应的电压轨302耦接到电池子系统124的相应端子。这些双输入端在图5-1和图5-2的电路中进行了描绘。

图5-1是示出了用于电压调节器的示例降压转换器402-1的电路图500-1，该降压转换器耦接到负载206。在示例降压具体实施中，多个开关310(例如，图3中的开关)可包括至少三个开关502：第一开关502-1(SW1502-1)、第二开关502-2(SW2 502-2)和第三开关502-3(SW3 502-3)。每个开关502可包括两个开关端子：第一开关端子和第二开关端子。降压转换器402-1包括这三个开关和至少一个开关节点504。降压转换器402-1还可包括能量存储单元312，该能量存储单元被描绘为电感器312。

三个开关中的每个开关都耦接到开关节点504。第一开关502-1耦接在第一电压轨302-1与开关节点504之间。第二开关502-2耦接在第二电压轨302-2与开关节点504之间。第三开关502-3耦接在地318(或接地节点318)与开关节点504之间。能量存储单元312耦接在开关节点504与输出节点314之间。下面从图6-1至图6-4开始描述降压转换器402-1的示例操作。

每个开关502可使用至少一个晶体管来实现。晶体管可使用至少一个场效应晶体管(FET)、至少一个结型FET(JFET)、至少一个双极结型晶体管(BJT)、它们的组合等来实现。制造商可以将FET制作成n沟道或p沟道晶体管类型，也可将BJT制作成NPN或PNP晶体管。在一些情况下，开关502(诸如第一开关502-1)可使用两个晶体管来制造，以防止开关无意中反向偏置。例如，第一开关502-1可以制作成两个背靠背耦接的n沟道金属氧化物半导体(NMOS)FET(例如，两个NMOSFET串联耦接在一起，它们各自的源极端子耦接到公共节点)。一般来说，任何开关502(例如，图5-1或图5-2中的开关)都可以作为单个晶体管或多个晶体管的组合来实现。例如，可以使用两个或更多个串联晶体管来实现单个开关；这种设置可降低电压应力，提高击穿电压。

图5-2是示出了用于电压调节器的示例降压-升压转换器402-2的电路图500-2，该降压-升压转换器耦接到负载206。图5-1中的降压转换器402-1可通过增加两个开关扩展为图5-2中的降压-升压转换器402-2。因此，在示例降压-升压具体实施中，多个开关310(例如图3中的开关)可包括至少五个开关502：第一开关502-1(SW1 502-1)、第二开关502-2(SW2502-2)、第三开关502-3(SW3 502-3)、第四开关502-4(SW4 502-4)和第五开关502-5(SW5502-5)。降压-升压转换器402-2包括这五个开关502-1至502-5以及至少两个开关节点504：第一开关节点504-1和第二开关节点504-2。降压-升压转换器402-2还可包括能量存储单元312，该能量存储单元被描绘为电感器312。

五个开关中的每个开关都可耦接到至少一个开关节点504。如图所示，第一开关502-1耦接在第一电压轨302-1和第一开关节点504-1之间。第二开关502-2耦接在第二电压轨302-2与第一开关节点504-1之间。第三开关502-3耦接在地318(或接地节点318)与第一开关节点504-1之间。一般来说，第四开关502-4耦接在输出电容器322与能量存储单元312之间。第五开关502-5包括耦接在第四开关502-4与能量存储单元312之间的第一开关端子。第五开关502-5还包括耦接到地318的第二开关端子。

换句话说，第四开关502-4可耦接在第二开关节点504-2与输出节点314之间。第五开关502-5可耦接在第二开关节点504-2与地318之间。能量存储单元312可耦接在第一开关节点504-1与第二开关节点504-2之间。接下来将从图6-1至图6-4开始描述降压-升压转换器402-2的示例操作。

图6-1至图6-4结合充电和放电操作示出了多种模式(例如，降压和升压模式)。所述操作还包括至少一种直通操作。为了提高效率，降压模式针对降压-升压转换器进行描述，其中第四开关502-4(例如，图5-2中的开关)处于闭合状态，接地的第五开关502-5(例如，图5-2中的开关)处于断开状态。然而，降压模式也可通过缺少第四开关502-4和第五开关502-5的降压转换器来实现(例如，使用图5-1中的降压转换器402-1)。

为了清楚起见，图6-1至图6-4中省略了开关附图标号。然而，下面标识的开关附图标号对应于图5-1和图5-2中所示的开关附图标号。在图6-1至图6-4的每个图中，处于断开状态的开关通过实线描绘断开状态。类似地，处于闭合状态的开关通过实线描绘闭合状态。而状态变化的开关则通过短虚线和相应的双向箭头来描绘。标记“D”和“1-D”指示对应开关在给定模式期间处于反向状态(例如，如果一个开关断开，则另一开关闭合)。一般来说，粗实线表示充电操作的电流，粗短虚线表示放电操作的电流。图6-2中的粗长虚线表示直通操作的电流。

为了清楚起见，下文将以电池耗尽的背景或场景为例描述降压和升压模式。根据图6-1至图6-4中描述的模式，电池202(具有一个或多个电池单元)的耗电量越来越大，因此提供的电压电平也越来越低。可使用各种降压和升压模式来补偿逐渐耗尽电量的电池202的不断降低的电压电平。不过，除了电池耗尽的情况外，本文所述的技术和模式还可在其他情况下使用。

图6-1至图6-3举例示出了具有各种充电和放电操作的一种或多种降压模式。每种降压模式都能提供连续的输出电流。此外，至少部分由于降压模式的具体实施，控制系统中没有右手平面零点(RHPZ)，因此环路带宽可以相对较高。例如，在一些情况下，环路带宽可以超过500kHz。

关于图6-1，描绘了第一降压模式600-1。这些电流可对应于充电良好并可提供高电压电平的电池。具体地，第一电压轨302-1的第一供电电压304-1(图3中的供电电压)大于输出节点314的目标输出电压316(也是图3中的目标输出电压)。在这种情况下，转换器从第一电压轨302-1降压，例如，在第一供电电压304-1与地之间降压。为此，充电电流从第一电压轨302-1，通过闭合的第一开关502-1，并通过电感器流向输出端，如箭头602所示。电流通过闭合的第三开关502-3经地放电，如箭头604所示。这些电流对应于第一供电电压304-1的第一降压操作。

关于图6-2，描绘了第二降压模式600-2。这些电流可对应于已失去一定维持高电压电平能力的电池。具体地，第一电压轨302-1的第一供电电压304-1约等于目标输出电压316，第二电压轨302-2的第二供电电压304-2(例如，图3中的供电电压)仍然基本上大于目标输出电压316。在这种情况下，降压-升压转换器作为具有充电操作、直通操作和放电操作的三电平降压器操作。为此，充电电流从第二电压轨302-2，通过闭合的第二开关502-2，并通过电感器流向输出端，如箭头612所示。针对直通操作，充电电流从第一电压轨302-1，通过闭合的第一开关502-1，并通过电感器流向输出端，如箭头614所示。电流通过闭合的第三开关502-3经地放电，如箭头616所示。

关于图6-3，描绘了第三降压模式600-3。这些电流可对应于电量耗尽的电池，从而使相对较低的电压轨低于目标输出电压316，但相对较高的电压轨仍超过该目标输出电压。具体地，第一电压轨302-1的第一供电电压304-1低于目标输出电压316，但第二电压轨302-2的第二供电电压304-2高于目标输出电压316。在这种情况下，转换器在第二电压轨302-2与第一电压轨302-1之间降压，例如，分别在第二供电电压304-2与第一供电电压304-1之间降压。与第二电压轨302-2与地之间的降压相比，这降低了第一开关节点504-1(图5-2中的开关节点)的电压摆幅。电压摆幅的减小可以降低输出电压316的纹波。为了在这两个电压轨之间降压，充电电流从第二电压轨302-2，通过闭合的第二开关502-2，并通过电感器流向输出端，如箭头622所示。电流通过闭合的第一开关502-1经由第一电压轨302-1放电，如箭头624所示。这些电流对应于第二降压操作，该第二降压操作提供减小的电压摆幅。

图6-4示出了具有充电和放电操作的至少一种升压模式600-4的示例。这些电流可对应于电量几乎耗尽的电池，从而使较高和较低的电压轨低于输出电压316的目标电压。在一些设计中，这种情况发生在电池电量低于5％(例如，剩余电量为1％至2％)之后，并且因此被保留用于“严重不足”或“紧急”的电池状态。由于供电电压低，因此启动升压模式600-4。在升压模式600-4下，输出电流不连续，因此RHPZ成为问题，但占空比相对较小。

为了实现升压模式600-4，充电电流从第二电压轨302-2，通过闭合的第二开关502-2，通过电感器，并经由闭合的第五开关502-5流向地面，如箭头632所示。电流通过闭合的第二开关502-2、通过电感器、然后经由闭合的第四开关502-4被放电至输出端，如箭头634所示。这种放电提供了升压输出电压，该升压输出电压基于第二电压轨302-2的第二供电电压304-2结合电感器的存储能量。

图7-1至图7-4示出了示例升压和降压控制模式的多个斜坡信号和多个开关控制信号。每个图都包括一个图形，该图形描绘了两个或更多个斜坡或斜坡信号以及改变或确立开关状态的多个控制信号。控制电路308(例如，图3中的控制电路)可基于斜坡信号和至少一个对应于能量存储单元312或电压调节器128的输出端的信号生成开关控制信号。该至少一个信号可使用流经能量存储单元312的电流、输出节点314处的输出电压316(例如，图3中的输出电压)、它们的某种组合等来实现。控制电路308可生成该两个或更多个斜坡信号。下面将参考图8描述控制电路308的示例。

图7-1在示例图形700-1中示出了示例降压控制模式的多个斜坡信号和多个开关控制信号。如图所示，图形700-1描绘了电压随时间变化的信号。在示例具体实施中，斜坡信号包括第二供电电压(SV2)斜坡和接地(GND)斜坡。前者可对应于第二电压轨302-2的第二供电电压304-2(例如，图3中的两者)，后者可对应于接地节点318的接地电压320。如图所示，两个斜坡信号是相反的斜坡信号，其中一个斜坡信号升高或上升，而另一斜坡信号降低或下降。然而，这些斜坡信号可以以不同的方式实现。

示例图形700-1分离了SV2斜坡和GND斜坡，以确立第一电压轨302-1的第一供电电压304-1(SV1)的直通模式。当能量存储单元(例如，电感器)可以在较长的时间内(例如，可能多个开关周期)保持与SV1输入端和输出端的连接时，SV1直通模式是合适的。当SV1接近目标输出电压时，诸如如果电感器电流既没有快速增加也没有快速减少时(例如，|(SV1-Vout/L)|是很小的量)，则会出现这种情况。然而，也可省略SV1直通模式。如果存在，则可根据具体设计确立相反斜坡之间的电压间隙。关于该设计参数的相关因素，电压间隙可设计得更宽，以优化效率并减少开关事件；然而，这种效率的获得可能要以增加最终电压输出的电压纹波为代价。举例来说，SV1直通模式可沿垂直轴线在0毫伏至200毫伏(mmV)之间延伸。图形700-1还描绘了误差信号702。控制电路308至少部分地基于对应于能量存储单元312或电压调节器128的输出端的一个或多个信号来确定误差信号702。下面将参考图8描述确定误差信号702的示例方法。

图形700-1包括三个开关的开关控制信号：第一开关502-1(SW1)，该第一开关耦接到第一供电电压304-1(SV1)；第三开关502-3(SW3)，该第三开关接地318/320(GND)；第二开关502-2(SW2)，该第二开关耦接到第二供电电压304-2(SV2)。控制电路308可响应于误差信号702与斜坡信号之间的交叉点来改变开关信号的值，从而改变对应开关的断开或闭合状态。为了简单起见，将在多个周期704-11至704-13中以逐个周期的方式对此进行描述。

在图形700-1的第一周期704-11中，第二开关SW2断开。最初，第一开关SW1闭合，并且第三开关SW3断开。响应于误差信号702穿过GND斜坡信号“下方”(例如，变得小于GND斜坡信号)，控制电路308断开第一开关SW1并闭合第三开关SW3。这可对应于电压调节器128在降压模式下操作，其中在第一供电电压SV1与接地GND之间进行降压。

在图形700-1的第二周期704-12中，第二开关SW2继续断开。第一开关SW1闭合，并且第三开关SW3断开。这三个开关在第二周期704-12期间不改变状态。这可对应于电压调节器128在直通模式下操作，其中能量存储单元312经由第一供电电压SV1进行充电。

在图形700-1的第三周期704-13中，第三开关SW3断开。最初，第一开关SW1闭合，并且第二开关SW2断开。响应于误差信号702爬升至SV2斜坡信号“上方”(例如，变得大于SV2斜坡信号)，控制电路308断开第一开关SW1并闭合第二开关SW2。该第三周期704-13可对应于电压调节器128在降压模式下操作，其中在第一供电电压SV1与第二供电电压SV2之间进行降压。

图7-2在示例图形700-2中示出了示例升压控制模式的多个斜坡信号和多个开关控制信号。如图所示，图形700-2描绘了电压随时间变化的信号。在示例具体实施中，斜坡信号包括第一供电电压(SV1)斜坡和升压斜坡。前者可对应于第一电压轨302-1的第一供电电压304-1(例如，图3中的两者)，后者可对应于较高的电压，该较高的电压用于将输出电压316的电平提高至高于供电电压的电平。如图所示，两个斜坡信号是相反的斜坡信号，其中一个斜坡信号升高或上升，而另一斜坡信号降低或下降。然而，这些斜坡信号可以以不同的方式实现。

示例图形700-2分离了SV1斜坡和升压斜坡，以确立第二电压轨302-2的第二供电电压304-2(SV2)的直通模式。也可省略SV2直通模式。当能量存储单元(例如，电感器)可以在较长的时间内(例如，可能多个开关周期)保持与SV2输入端和输出端的连接时，SV2直通模式是合适的。当SV2接近目标输出电压时，诸如如果电感器电流既没有快速增加也没有快速减少时(例如，|(SV2-Vout/L)|是很小的量)，则会出现这种情况。如果存在，则可根据具体设计确立相反斜坡之间的电压间隙。关于该设计参数的相关因素，电压间隙可设计得更宽，以优化效率并减少开关事件；然而，这种效率的获得可能要以增加最终电压输出的电压纹波为代价。举例来说，SV2直通模式可沿垂直方向在0毫伏至200毫伏(mmV)之间延伸。图形700-2还描绘了误差信号702。

图形700-2包括五个开关的开关控制信号：第二开关502-2(SW2)；第一开关502-1(SW1)；第三开关502-3(SW3)；第四开关502-4(SW4)，该第四开关耦接在第二开关节点504-2处的能量存储单元312与输出节点314之间；和第五开关502-5(SW5)，该第五开关耦接在第二开关节点504-2与接地318之间。控制电路308可响应于误差信号702与斜坡信号之间的交叉点来改变开关信号的值，从而改变对应开关的断开或闭合状态。为了简单起见，将基于逐个周期对此进行描述。

在图7-2所示的三个周期704-21至704-23中，接地的第三开关SW3断开。在前两个周期704-21和704-22中，第四开关SW4闭合，并且第五开关SW5断开。在图形700-2的第一周期704-21中，在该周期的第一部分，第一开关SW1断开，并且第二开关SW2闭合。响应于误差信号702穿过SV1斜坡信号“下方”(例如，变得大于SV1斜坡信号)，控制电路308断开第二开关SW2并闭合第一开关SW1。

在图形700-2的第二周期704-22中，第二开关SW2闭合，并且第一开关SW1断开。这五个开关在第二周期704-22期间不改变状态。这可对应于电压调节器128在直通模式下操作，其中能量存储单元312经由第二供电电压SV2进行充电。

在图形700-2的第三周期704-23中，由于供电电压可能下降，误差信号702继续升高。在第三周期704-23期间，第二开关SW2继续闭合，并且第一开关SW1继续断开。最初，第四开关SW4闭合，并且第五开关SW5断开。在这些状态下，电荷可从第二供电电压SV2流向输出节点314。响应于误差信号702爬升至升压斜坡信号“上方”(例如，变得大于升压斜坡信号)，控制电路308断开第四开关SW4并闭合第五开关SW5。该第三周期704-23可对应于电压调节器128在升压模式下操作，其中能量存储单元312在该周期的后半部分由第二供电电压SV2进行预充电。这使得能够响应于第四和第五开关在另一周期(例如，下一个周期)中翻转状态，而将升压电压输送至输出节点314。

图7-3在示例图形700-3中示出了降压和升压控制模式的示例组合的多个斜坡信号(例如，至少三个斜坡信号)和多个开关控制信号。控制电路308可在降压与升压控制模式之间平稳过渡，从而减少输出节点314处的电压波动。为此，在示例具体实施中，SV1斜坡至少部分地重叠SV2斜坡。例如，这两个斜坡的电压电平可基本上共同延伸，如图7-3中所描绘。如果存在SV1和SV2两种直通模式中的一种或两种，则SV1斜坡和SV2斜坡可位于这两种直通模式之间。为了清楚起见，通过短虚线描绘SV2斜坡，并且通过一点二短线描绘SV1斜坡。

在SV1和SV2斜坡信号重叠的情况下，控制电路308可从第一供电电压SV1或第二供电电压SV2开始(例如，先导)。基于周期的充电操作会产生相同的结果。换句话说，第一开关SW1和第二开关SW2处于断开状态与闭合状态的占空比在任一供电电压先导的情况下都是相同的(例如，在两个斜坡互补的情况下，占空比在每个周期的输出电压方面是等效的)。732处的开关控制信号对应于第一开关SW1先导或对应于第一供电电压SV1首先耦接到能量存储单元312。734处的开关控制信号对应于第二开关SW2先导或对应于第二供电电压SV2首先耦接到能量存储单元312。

在图形700-3的第一周期704-31中，在732处，第一开关SW1在三分之二的时间段内处于闭合状态，然后在三分之一的时间段内处于断开状态。第二开关SW2在三分之二的时间段内处于断开状态，然后在最后的三分之一的时间段内处于闭合状态。在734处，第二开关SW2在三分之一时间段内处于闭合状态，然后在剩余的三分之二时间段内处于断开状态。第一开关SW1在三分之一的时间段内处于断开状态，然后在最后的三分之二的时间段内处于闭合状态。因此，虽然具有断开和闭合状态的第一开关SW1和第二开关SW2的顺序互换，但对于开关控制信号732和734而言，每个开关的占空比是相同的。因此，通过重叠SV1和SV2斜坡，可以促进过渡，因为占空比是相同的。

在图表700-3的第二周期704-32中，第一开关SW1和第二开关SW2针对732处的开关控制信号以及针对734处的开关控制信号具有50％的占空比。在图表700-3的第三周期704-33中，第一开关SW1和第二开关SW2针对732处的控制信号以及针对734处的控制信号具有三分之二和三分之一(1/3和2/3)的占空比。在第三周期704-33中，732和734处的控制信号的顺序互换，并且相对于第一周期704-31中的控制信号的顺序发生反转。

在第四周期704-34中，占空比分为25％和75％。一般来说，当误差信号电压介于两种直通模式之间时，如果控制器以第一供电电压SV1作为先导，则控制器可响应于误差信号702大于SV2斜坡信号而切换到第二供电电压SV2。另一方面，如果控制器以第二供电电压SV2作为先导，则控制器可响应于误差信号702小于SV1斜坡信号而切换到第一供电电压SV1。

图7-4在示例图表700-4中示出了多个斜坡信号，这些斜坡信号可促进以不同电压轨进行先导之间的无缝过渡，同时在两个电压轨之间进行降压。如图所示，图形700-4沿两个轴描绘了电压与时间下的信号。为了促进在降压模式下不同电压先导之间的无缝过渡，斜坡信号可至少部分地重叠某个公共电压范围。在示出的示例中，SV1斜坡与SV2斜坡基本重叠。这使得图7-3所示的占空比具有对等或互补的时间段，从而使得任一电压轨都能先导控制周期，同时提供相同的输出电压。

在示例具体实施中，控制器可通过最初使用约低于中点电平742(水平粗虚线)的第一供电电压SV1开始调节(例如，如果VS1>Vout则充电，或如果VS1<Vout则放电)。这对应于在第一电压轨302-1最初耦接到能量存储单元312的情况下，先导控制或开关周期(例如，一个时钟周期的斜坡时间段)。控制器可通过最初使用约高于中点电平742的第二供电电压SV2开始调节(例如，如果VS2>Vout则充电，或如果VS2<Vout则放电)。这对应于在第二电压轨302-2最初耦接到能量存储单元312的情况下，先导控制或开关周期(例如，斜坡时间段)。

为了至少降低冲击的可能性，供电电压先导之间的切换可使用具有两个或多个阈值的滞后方案来执行。为此，可基于例如低于中点电平742的较低滞后阈值744-1(水平粗虚线)和高于中点电平742的较高滞后阈值744-2(水平粗虚线)来实现切换。在示例方法中，较低滞后阈值744-1可比SV1斜坡开始每个控制周期的电压电平高25％，较高滞后阈值744-2可比SV1斜坡开始每个控制周期的电压电平高75％。

图8-1是示出了电压调节器128(例如，图2和图3的电压调节器)的控制器的附加示例方面的示意图800-1。图8-1中描绘了有限状态机812(FSM 812)、电流环路806和多个开关控制信号820，但下文将参考图8进一步描述。如图8-1所示，电流环路806生成误差信号702。FSM 812包括先导确定电路824。先导确定电路824确定在下一控制周期中哪个电压轨将被初始耦接到能量存储单元。先导确定电路824可基于误差信号702、较低滞后阈值744-1和较高滞后阈值744-2来确定先导电压轨。尽管未示出，但先导确定电路824可包括一个或多个比较器，以将误差信号702与至少一个滞后阈值744(诸如与上阈值和下阈值)进行比较。

联合参考图7-4和图8-1，先导确定电路824在每个控制周期的末尾或接近末尾时使用当时误差信号702的值进行操作。因此，先导确定电路824可在此类时间对误差信号702进行采样。例如，在时间746处，误差信号702已“爬升”至较高的滞后阈值744-2以上。因此，通过使用采样器和至少一个比较器检测到该情况，先导确定电路824确定第二电压轨302-2将先导下一控制周期。在这些方式中，电压转换器可通过在电压轨先导之间的无缝过度，从而在控制模式之间平滑转换(例如，在成对的调制斜坡信号之间切换)。

图8是示出了电压调节器128(例如，图2和图3的电压调节器)的控制器的示例电路的电路图800。在示例具体实施中，控制电路308(例如，图3的控制电路)可包括例如电流确定器802、两个或多个斜坡发生器808(例如，至少三个斜坡发生器)、一个或多个比较器810和至少一个有限状态机812(FSM 812)。电流确定器802可包括电压环路804和电流环路806，该电流环路可实现为针对平均电流操作的平均电流环路806。多个斜坡发生器808-1...808-R和一个或多个比较器810-1...810-R可包括“R”个实例。此处，变“R”可表示大于1的整数，诸如2、4或8。为了实现图7-3和图7-4中的四斜坡调制示例，“R”可对应于4。在操作中，控制电路308可使用电流传感器814，如下所述。

一般来说，控制电路308可基于以下两个信号来控制电压调节器128的多个开关310的断开/闭合状态：(i)对应于能量存储单元312或电压调节器128的输出端的至少一个信号，以及(ii)两个或更多个斜坡信号，该两个或更多个斜坡信号的示例已在上文参考图7-1至图7-4进行了描述。该至少一个信号可包括源自电流的信号或源自电压的信号，包括这两种信号。电流传感器814感测与能量存储单元312相关的电流816，诸如流经其电感器的电流。电流传感器814向电流环路806提供电流816的指示，诸如镜像电流822。镜像电流822可缩放。例如，电流传感器可使用多个开关502-1至502-5中的一个开关，而该开关与电感器串联连接，可使用耦接到电感器的另一晶体管(未示出)，等等。在一些情况下，每个开关502都使用至少一个晶体管(诸如至少一个功率FET)构建。功率FET可构成电流感测电路的一部分。例如，开关502-4可以单独感测电流816。另选地，开关502-1和/或502-2可单独地或通过组合来自不同时间的值来共同感测电流816。

图8-2是示出了图8的控制器的示例电流确定器802的示意图。如图8-2所示，电压环路804包括电压补偿器826，该电压补偿器接收参考电压(V.ref)和输出电压316。电流环路806包括电流传感器828和电流补偿器830。电流传感器828接收镜像电流822，并将其信号转换为作为电流指示832的电压域。电流传感器828将电压域中的电流指示832提供给电流补偿器830。

每个补偿器(例如，电压补偿器826或电流补偿器830)都可包括例如具有一个或多个电容器和/或电阻器的运算放大器，或具有一个或多个电容器和/或电阻器的Gm/跨导放大器。电压补偿器826可稳定电压环路804，并且电流补偿器830可稳定电流环路806。电压补偿器826基于输出电压316和参考电压(V.ref)产生差分电压818。电压补偿器826将差分电压818提供给电流补偿器830。电流补偿器830基于由电压补偿器826输出的差分电压818以及可由电流传感器828的电流求和器产生的电流指示832，来产生可用于提供误差信号702的另一差分电压。

一般来说，电压补偿器826可维持转换器中稳定的电压调节。电流补偿器830支持电流环路806的稳定性。电流环路806的带宽足够宽，以避免电压环路804出现另一极点。在一些情况下，电流补偿器830可滤除噪声，使误差信号702能够平稳调节，并且避免占空比的大幅变化。

在示例操作中，电流补偿器830接收变换后的电流指示832和差分电压818。电流补偿器830基于在电压域中实现的瞬时电流指示832和差分电压818产生误差信号702。在一些情况下，电流传感器828的电路和/或功能(例如，包括电流求和器)可与电流补偿器830的电路和/或功能相结合。电流补偿器830可将误差信号702提供给一个或多个调制器。每个相应调制器可包括相应斜坡发生器808和相应比较器810(图8中的两者)。电压补偿器826的输出表示用于调节负载的平均电流，并且电流环路806确保功率级输送的平均电流足以满足用于调节负载的平均电流。

继续参考图8和图8-2，电流环路806可将与电感器312相关的感测电流822转换为基于电压的信号，该基于电压的信号表示流经电感器的电流816。例如，电流传感器828可通过电阻器(电流传感器828的电阻器)降低感测电流822，然后将电流相加，以转换成电压。针对感测电流822的基于电压的信号832可与另一电压进行比较，诸如由电压补偿器826输出的电压818。因此，该另一电压可由电压环路804提供给电流环路806。更具体地，电流补偿器830可将信号832的电压值与差分电压818的另一电压值进行比较。为了产生差分电压818，电压环路804从输出节点314获取输出电压316。电压环路804还获取对应于输出电压316的目标电压电平的参考电压(V.ref)。电压环路804可将输出电压316与参考电压(V.ref)进行比较，以例如确定差分电压818。电压环路804向电流环路806的电流补偿器830提供差分电压818。

因此，电流补偿器830可从电压环路804获取(例如，接受、接收或感测)差分电压818，并从电流传感器828获取基于电压的信号832，该基于电压的信号表示所感测电流822。在操作中，电流补偿器830可过滤基于电压的信号832，该基于电压的信号对应于来自电流传感器828的所感测电流822的总和。电流环路806的电流补偿器830可将差分电压818与基于电压的信号832进行比较，以确定指示对应于能量存储单元312的电流(例如，平均电流模式感测电流)的信号。一般来说，电流环路806可通过使用基于电压的信号832，从而基于差分电压818和电流816产生误差信号702，因为基于电压的信号832经由感测电流822响应于或来自电流816，该感测电流可以是电流816的缩放版本。电流补偿器830可通过例如通过例如比较和/或放大操作来确定误差信号702，该比较和/或放大操作确定基于电压的信号832与差分电压818之间的差值。虽然调制器确立了占空比(如下所述)，但电流环路806确保电感器的感测电流遵循目标电流，该目标电流由电压环路804确定。

在电流环路806的示例操作中，电流传感器828的输出是连续的时间信号，该时间信号响应于电感器电流而增大或减小。因此，基于电压的电流指示832可视为表示电感器电流的瞬时值的缩放版本。在一些情况下，电流环路806使用的电流可比流经电感器的电流小大约例如10000倍。然后，该连续的时间信号与电压环路804输出的电压信号(差分电压818)进行比较，并进行过滤，使得电流指示832的平均值基本上等同于多个开关周期内818的平均值。然后，调制器可使用误差信号702来增加或减少功率级占空比，从而增加或减少电感器电流的平均值。因此，电流补偿器830可执行电流随时间变化的平均化。

电流环路806可将误差信号702提供给多个比较器810-1...810-R中的每个比较器810。每个比较器810还从多个斜坡发生器808-1...808-R中的相应斜坡发生器808接收多个斜坡信号834-1...834-R中的斜坡信号834。每个斜坡发生器808都可生成斜坡信号834，诸如上文参考图7-1至图7-4所描述的斜坡信号。因此，斜坡信号可包括升压斜坡、第二供电电压SV2斜坡、第一供电电压SV1斜坡、接地斜坡等。例如，斜坡信号可通过使用包括电流源和电容器的部件的堆叠来生成，这些部件在电压轨与接地节点之间串联耦接在一起。开关可与电容器并联耦接，以启动、停止或重置电容器板上电荷的斜升。该斜升可从接地或另一较低的电压电平开始，然后爬升至供电电压或另一较高的电压电平。另选地，该斜升可从供电电压或另一较高的电压电平开始，然后下降至接地或另一较低的电压电平。其中一个斜坡爬升而另一斜坡下降的成对斜坡信号在本文中称为相反斜坡信号。在一些情况下，斜坡发生器的数量可增加一倍，使得每组斜坡发生器可交替循环使用，从而为另一组在未“使用”时重新初始化到起始电压电平提供了时间。

使用“调制器”术语，每个调制器(未单独指示)可由比较器810和斜坡发生器808结合误差信号702共同构成。调制器可提供能够生成宽泛的占空比范围的脉冲宽度调制(PWM)。在操作中，每个相应比较器810将相应斜坡信号与误差信号702进行比较，并提供多个比较器输出836-1...836-R(或多个调制器输出836-1...836-R)中的比较器输出836(或调制器输出836)。例如，相应比较器输出836可指示误差信号702与相应斜坡信号834之间哪个信号大于或小于另一信号。比较器810-1...810-R可同步或异步操作，后者响应于两个输入信号交叉而提供输出信号变化或指示信号，而无需“等待”时钟信号来触发输出信号的变化。因此，多个比较器810-1...810-R提供多个比较器输出信号836-1...836-R，这些比较器输出信号可指示误差信号702是“高于”还是“低于”(例如，大于或小于)对应的斜坡信号834。多个比较器810-1...810-R向有限状态机812(FSM 812)提供多个比较器输出信号836-1...836-R。

FSM 812可实现上述参照图6-1至图6-4和图7-1至图7-4的控制分析技术。因此，FSM 812可产生多个开关控制信号820，以控制多个开关310的断开或闭合状态。如图8明确所示，这些开关控制信号820可针对一种或多种降压模式来断开或闭合第一开关502-1、第二开关502-2和第三开关502-3。开关控制信号820还可或替代地针对至少一种升压模式来断开或闭合第四开关502-4和第五开关502-5。尽管图8、图8-1和图8-2中示出了具体的电路，并在上文对控制电路308进行了描述，但该电路仅以示例方式呈现。控制电路308可通过使用不同的电路来实现，从而实现图6-1图至6-4和图7-1图至7-4中的模式、充电操作和信号。

图9是示出了电压调节的示例过程900的流程图，该过程可包括操作电压调节器。过程900以一组框902-908的形式进行描述，这些框指定了可执行的操作。然而，操作不一定限于图9所示或本文所述的顺序，因为操作可以其他顺序或者以完全或部分重叠的方式来实现。此外，可实现更多、更少和/或不同的操作来执行过程900或替代过程。过程900的图示框所表示的操作可由电源系统120或其部分执行，诸如由电池子系统124或电压调节器128执行。

在框902处，电压调节器感测流经至少一个电感器的电流。例如，控制电路308可感测流经至少一个电感器312的电流816。这种感测可由电流传感器814执行，该电流传感器可输出用于控制处理的镜像电流822。

在框904处，电压调节器生成两个或更多个斜坡信号。例如，控制电路308可生成两个或更多个斜坡信号，诸如升压斜坡信号、第二供电电压SV2斜坡信号、第一供电电压SV1斜坡信号、接地斜坡信号等。在一些情况下，相应斜坡发生器808可产生相应斜坡信号，并将该斜坡信号提供给至少一个比较器810。

在框906处，电压调节器将基于电流的信号与该两个或更多个斜坡信号进行比较。例如，控制电路308可将基于电流816的误差信号702与两个或更多个斜坡信号(例如，升压、SV2、SV1或GND斜坡信号)进行比较。为此，相应比较器810可将相应斜坡信号与误差信号702进行比较，并产生比较器输出信号，该比较器输出信号指示哪个输入信号大于或小于另一输入信号。

在框908处，电压调节器基于比较，选择性地将第一电压轨或第二电压轨耦接到该至少一个电感器。例如，控制电路308可基于比较，选择性地将第一电压轨302-1和第二电压轨302-2耦接到至少一个电感器312。例如，有限状态机812可处理比较器输出，并基于比较器输出信号产生一个或多个开关控制信号820。FSM 812可将该一个或多个开关控制信号820施加到多个开关502-1至502-5中的一个或多个开关502，以改变或确立这些开关中的每个开关的断开/闭合状态，从而在一种或多种降压模式和至少一种升压模式之间控制电压调节器128。在一些情况下，该选择性地耦接可包括在两个电压电平之间降压或将供电电压传递到至少一个电感器312。

本节描述了与上面呈现的装置和/或过程有关的示例具体实施和/或示例配置的一些方面。

示例方面1：一种用于电压调节器的装置，该装置包括：

电池子系统，该电池子系统包括第一端子、第二端子、第三端子和至少一个电池；和

电压调节器，该电压调节器耦接到该第一端子、该第二端子和该第三端子，该电压调节器包括：

多个开关，该多个开关包括耦接到该第一端子的第一开关、耦接到该第二端子的第二开关以及耦接到该第三端子的第三开关；

能量存储单元，该能量存储单元耦接到该多个开关；和控制电路，该控制电路耦接到该多个开关并且被配置为选择性地将该能量存储单元：

经由该第一开关耦接到该第一端子；

经由该第二开关耦接到该第二端子；或者经由该第三开关耦接到该第三端子。

示例方面2：根据示例方面1所述的装置，其中该电池子系统被配置为：

在该第一端子处提供第一电压电平；以及

在该第二端子处提供第二电压电平。

示例方面3：根据示例方面2所述的装置，其中该第二电压电平约为该第一电压电平的两倍。

示例方面4：根据前述示例方面中任一项所述的装置，其中：

该至少一个电池包括在该第二端子与该第三端子之间串联耦接在一起的第一电池单元和第二电池单元；并且

该电池子系统包括在该第一电池单元与该第二电池单元之间耦接到该至少一个电池的中心抽头，该中心抽头耦接到该第一端子。

示例方面5：根据前述示例方面中任一项所述的装置，其中该电池子系统包括：

电压调节电路，该电压调节电路耦接到该至少一个电池，该电压调节电路耦接在该第一端子与该第二端子之间。

示例方面6：根据示例方面5所述的装置，其中：

该至少一个电池和该电压调节电路在该第二端子与该第三端子之间串联耦接在一起；并且

该至少一个电池耦接在该第一端子与该第三端子之间。

示例方面7：根据示例方面5或6所述的装置，其中：

该电压调节电路包括电荷泵；并且

该电压调节器包括双输入三电平降压转换器或双输入三电平降压-升压转换器。

示例方面8：根据示例方面5至7中任一项所述的装置，其中：

该至少一个电池包括第一电池单元和第二电池单元；并且

该至少一个电池耦接在该第二端子与该第三端子之间。

示例方面9：根据示例方面5或8所述的装置，其中：

该电压调节电路包括电容分压器；并且

该电压调节器包括双输入三电平降压转换器或双输入三电平降压-升压转换器。

示例方面10：根据前述示例方面中任一项所述的装置，其中该控制电路包括：

多个斜坡发生器；和

一个或多个比较器，该一个或多个比较器耦接在该多个斜坡发生器与该多个开关之间。

示例方面11：根据示例方面10所述的装置，其中该控制电路包括：

电路，该电路被配置为确定对应于该电压调节器的电流，该电路耦接在该能量存储单元与该多个斜坡发生器之间；和

有限状态机，该有限状态机耦接在该一个或多个比较器与该多个开关之间。

示例方面12：根据示例方面11所述的装置，其中：

该多个斜坡发生器包括至少三个斜坡发生器；并且

该有限状态机被配置为基于由该至少三个斜坡发生器提供的至少三个斜坡信号以及基于由该电路提供的该电流来操作该多个开关。

示例方面13：根据前述示例方面中任一项所述的装置，该装置还包括：

第一电压轨，该第一电压轨耦接在该电池子系统的该第一端子与

该电压调节器的该第一开关之间；

第二电压轨，该第二电压轨耦接在该电池子系统的该第二端子与

该电压调节器的该第二开关之间；和

接地节点，该接地节点耦接在该电池子系统的该第三端子与该电压调节器的该第三开关之间。

示例方面14：根据示例方面13所述的装置，其中：

该能量存储单元包括电感器；

该电感器耦接在开关节点与该电压调节器的输出端之间；

该电压调节器包括电容器，该电容器耦接在该电压调节器的该输出端与该接地节点之间；

该第一开关耦接在该第一电压轨与该开关节点之间；

该第二开关耦接在该第二电压轨与该开关节点之间；并且

该第三开关耦接在该接地节点与该开关节点之间。

示例方面15：根据示例方面1、13或14所述的装置，其中该控制电路被配置为：

断开该第二开关，并且断开以及闭合该第一开关和该第三开关，以实现第一降压操作；

断开该第三开关，并且断开以及闭合该第一开关和该第二开关，以实现第二降压操作；以及

断开该第二开关和该第三开关，并且闭合该第一开关，以实现直通模式。

示例方面16：根据示例方面1或13至15中任一项所述的装置，其中该控制电路被配置为：

操作该第一开关和该第二开关，以在对应于该第一电压轨的第一供电电压与对应于该第二电压轨的第二供电电压之间进行降压。

示例方面17：根据示例方面1或13至16中任一项所述的装置，其中该控制电路被配置为：

基于多个斜坡信号和对应于该能量存储单元的信号来操作该多个开关。

示例方面18：根据示例方面17所述的装置，其中该信号包括流经该能量存储单元的电感器的平均电流模式感测电流。

示例方面19：根据前述示例方面中任一项所述的装置，其中：

该电压调节器包括电容器；并且

该多个开关包括第四开关和第五开关，该第四开关耦接在该电容器与该能量存储单元之间，该第五开关包括：

第一开关端子，该第一开关端子耦接在该第四开关与该能量存储单元之间；和

第二开关端子，该第二开关端子接地。

示例方面20：根据前述示例方面中任一项所述的装置，其中该控制电路器被配置为：

操作该多个开关以选择性地在一种或多种降压模式下操作该电压调节器，以及在至少一种升压模式下操作该电压调节器。

示例方面21：根据前述示例方面中任一项所述的装置，该装置还包括：

显示屏，该显示屏耦接到该电压调节器；和

处理器，该处理器操作地耦接到该显示屏并且被配置为在该显示屏上呈现一个或多个图形图像，

其中该电压调节器被配置为使用该电池子系统向至少该显示屏提供功率。

示例方面22：一种用于电压调节的装置，该装置包括：

用于提供第一供电电压和第二供电电压的电源构件；

用于存储来自该电源构件的能量的能量构件；

用于选择性地将该电源构件耦接到该能量构件的开关构件；和

用于操作该开关构件以基于对应于该能量构件的电流来选择性地将该第一供电电压和该第二供电电压耦接到该能量构件的控制构件。

示例方面23：根据示例方面22所述的装置，其中该电源构件包括：

用于调节至少一个电池的电压电平以从该至少一个电池产生该第一供电电压或该第二供电电压的调节构件。

示例方面24：根据示例方面22或23所述的装置，其中：

该控制构件包括斜坡构件，以生成三个或更多个斜坡信号；并且

该控制构件被配置为基于该三个或更多个斜坡信号来操作该开关构件。

示例方面25：根据示例方面22至24中任一项所述的装置，其中：

该控制构件包括用于感测对应于该能量构件的该电流的感测构件；

该控制构件包括用于获取输出电压的电压环路构件；并且

该控制构件被配置为基于该输出电压来操作该开关构件。

示例方面26：根据示例方面22至25中任一项所述的装置，其中该控制构件包括：

降压构件，该降压构件用于使该开关构件选择性地将该第一供电电压和该第二供电电压耦接到该能量构件，以响应于该第一供电电压或该第二供电电压中的至少一个供电电压高于参考电压而生成输出电压；和

升压构件，该升压构件用于使该开关构件选择性地将该第一供电电压或该第二供电电压耦接到该能量构件，以响应于该第一供电电压和该第二供电电压低于该参考电压而生成输出电压。

示例方面27：一种用于电压调节器的方法，该方法包括：

感测流经至少一个电感器的电流；

生成两个或更多个斜坡信号；

将基于该电流的信号与该两个或更多个斜坡信号进行比较；以及

基于比较，选择性地将第一电压轨或第二电压轨耦接到该至少一个电感器。

示例方面28：根据示例方面27所述的方法，该方法还包括：

使用至少一个电池和电压调节电路在该第一电压轨上生成第一供电电压或在该第二电压轨上生成第二供电电压。

示例方面29：根据示例方面27或28所述的方法，其中选择性地耦接包括：

在该第一电压轨的第一供电电压与地之间进行降压；

将该第一电压轨的该第一供电电压传递给该至少一个电感器；以及

在该第二电压轨的第二供电电压与该第一电压轨的该第一供电电压之间进行降压。

示例方面30：一种用于电压调节的装置，该装置包括：

电池子系统，该电池子系统被配置为将第一电压轨保持在第一供电电压，并且将第二电压轨保持在第二供电电压；和

电压调节器，该电压调节器包括：

耦接到该第一电压轨的第一开关以及耦接到该第二电压轨的第二开关；

能量存储单元，该能量存储单元耦接在以下项之间：

该电压调节器的输出端；和

该第一开关和该第二开关；和

控制电路，该控制电路耦接到该能量存储单元并且被配置为基于对应于该能量存储单元的信号来以多种模式操作该电压调节器，该多种模式包括：

第一降压模式，该第一降压模式使用该第一开关在该第一供电电压与地之间进行降压；

第二降压模式，该第二降压模式使用该第二开关和该第一开关在该第二供电电压与该第一供电电压之间进行降压；和

升压模式，该升压模式使用该第二开关将该第二供电电压耦接到该能量存储单元。

如本文所用，“耦接(couple)”、“耦接(coupled)”或“耦接(coupling)”是指两个或更多个部件之间的关系，该两个或更多个部件通过磁、电磁或电气连接可操作地通信，以实现所述的某些功能或实现某些能力。术语“连接(connect)”、“连接(connected)”或“连接(connecting)”是指使用物理线路(诸如金属迹线或导线)进行的电气连接。在一些情况下，电气连接可包括电阻器、电容器、电感器、晶体管等。连接可包括直接连接或间接连接。直接连接是指经由同一节点连接离散电路元件而无需中间元件。间接连接是指经由一个或多个其他设备或其他离散电路元件连接离散电路元件。术语“直接”和“间接”也可修改或以其他方式应用于“耦接”。

本文中使用术语“第一”、“第二”、“第三”和其他数字相关指示符或区别符来识别或区分给定上下文中彼此相似或类似的项。此类上下文可包括特定具体实施、给定部件、单个附图或一组相关附图、或权利要求。因此，一个上下文中的第一项可能与另一上下文中的第一项相同，也可能不同。例如，在一个上下文中被标识为“第一开关”或“第一电压”的项，在另一上下文中可能为了清楚起见被分别标识为“第二开关”或“第二电压”。

除非上下文另有规定，否则本文中词语“或”的使用可被视为是“包容性或”或允许包含或应用由词语“或”链接的一个或多个项的术语的使用(例如，短语“A或B”可被解释为仅允许“A”、仅允许“B”或同时允许“A”和“B”)。如本文所使用的，提到项列表“中的至少一项”的短语，指代这些项的任意组合(其包括单一成员)。例如，“a、b或c中的至少一者”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及相同元素倍数的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c和c-c-c，或者a、b和c的任何其他排序)。此外，附图中表示的项和本文讨论的术语可指示一个或多个项或术语，并且因此在该书面描述中可以可互换地参考这些项和术语的单个或复数个形式。最后，尽管已经以特定于结构特征或方法操作的语言描述了主题，但应当理解，在所附权利要求中限定的主题不必限于上述特定特征或操作，包括不必限于特征被布置的组织或操作被执行的顺序。

Claims (30)

1.一种用于电压调节的装置，所述装置包括：

电池子系统，所述电池子系统包括第一端子、第二端子、第三端子和至少一个电池；和

电压调节器，所述电压调节器耦接到所述第一端子、所述第二端子和所述第三端子，所述电压调节器包括：

多个开关，所述多个开关包括耦接到所述第一端子的第一开关、耦接到所述第二端子的第二开关以及耦接到所述第三端子的第三开关；

能量存储单元，所述能量存储单元耦接到所述多个开关；和

控制电路，所述控制电路耦接到所述多个开关并且被配置为选择性地将所述能量存储单元：

经由所述第一开关耦接到所述第一端子；

经由所述第二开关耦接到所述第二端子；或者

经由所述第三开关耦接到所述第三端子。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电池子系统被配置为：

在所述第一端子处提供第一电压电平；以及

在所述第二端子处提供第二电压电平。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二电压电平约为所述第一电压电平的两倍。

4.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述至少一个电池包括在所述第二端子与所述第三端子之间串联耦接在一起的第一电池单元和第二电池单元；并且

所述电池子系统包括在所述第一电池单元与所述第二电池单元之间耦接到所述至少一个电池的中心抽头，所述中心抽头耦接到所述第一端子。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述电池子系统包括：

电压调节电路，所述电压调节电路耦接到所述至少一个电池，所述电压调节电路耦接在所述第一端子与所述第二端子之间。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：

所述至少一个电池和所述电压调节电路在所述第二端子与所述第三端子之间串联耦接在一起；并且

所述至少一个电池耦接在所述第一端子与所述第三端子之间。

7.根据权利要求6所述的装置，其中：

所述电压调节电路包括电荷泵；并且

所述电压调节器包括双输入三电平降压转换器或双输入三电平降压-升压转换器。

8.根据权利要求5所述的装置，其中：

所述至少一个电池包括第一电池单元和第二电池单元；并且

所述至少一个电池耦接在所述第二端子与所述第三端子之间。

9.根据权利要求8所述的装置，其中：

所述电压调节电路包括电容分压器；并且

所述电压调节器包括双输入三电平降压转换器或双输入三电平降压-升压转换器。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路包括：

多个斜坡发生器；和

一个或多个比较器，所述一个或多个比较器耦接在所述多个斜坡发生器与所述多个开关之间。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制电路包括：

电路，所述电路被配置为确定对应于所述电压调节器的电流，所述电路耦接在所述能量存储单元与所述多个斜坡发生器之间；和

有限状态机，所述有限状态机耦接在所述一个或多个比较器与所述多个开关之间。

12.根据权利要求11所述的装置，其中：

所述多个斜坡发生器包括至少三个斜坡发生器；并且

所述有限状态机被配置为基于由所述至少三个斜坡发生器提供的至少三个斜坡信号以及基于由所述电路提供的所述电流来操作所述多个开关。

13.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：

第一电压轨，所述第一电压轨耦接在所述电池子系统的所述第一端子与所述电压调节器的所述第一开关之间；

第二电压轨，所述第二电压轨耦接在所述电池子系统的所述第二端子与所述电压调节器的所述第二开关之间；和

接地节点，所述接地节点耦接在所述电池子系统的所述第三端子与所述电压调节器的所述第三开关之间。

14.根据权利要求13所述的装置，其中：

所述能量存储单元包括电感器；

所述电感器耦接在开关节点与所述电压调节器的输出端之间；

所述电压调节器包括电容器，所述电容器耦接在所述电压调节器的所述输出端与所述接地节点之间；

所述第一开关耦接在所述第一电压轨与所述开关节点之间；

所述第二开关耦接在所述第二电压轨与所述开关节点之间；并且

所述第三开关耦接在所述接地节点与所述开关节点之间。

15.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制电路被配置为：

断开所述第二开关，并且断开以及闭合所述第一开关和所述第三开关，以实现第一降压操作；

断开所述第三开关，并且断开以及闭合所述第一开关和所述第二开关，以实现第二降压操作；以及

断开所述第二开关和所述第三开关，并且闭合所述第一开关，以实现直通模式。

16.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制电路被配置为：

操作所述第一开关和所述第二开关，以在对应于所述第一电压轨的第一供电电压与对应于所述第二电压轨的第二供电电压之间进行降压。

17.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制电路被配置为：

基于多个斜坡信号和对应于所述能量存储单元的信号来操作所述多个开关。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述信号包括流经所述能量存储单元的电感器的平均电流模式感测电流。

19.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述电压调节器包括电容器；并且

所述多个开关包括第四开关和第五开关，所述第四开关耦接在所述电容器与所述能量存储单元之间，所述第五开关包括：

第一开关端子，所述第一开关端子耦接在所述第四开关与所述能量存储单元之间；和

第二开关端子，所述第二开关端子接地。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述控制电路被配置为：

操作所述多个开关以选择性地在一种或多种降压模式下操作所述电压调节器，以及在至少一种升压模式下操作所述电压调节器。

21.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：

显示屏，所述显示屏耦接到所述电压调节器；和

处理器，所述处理器操作地耦接到所述显示屏并且被配置为在所述显示屏上呈现一个或多个图形图像，

其中所述电压调节器被配置为使用所述电池子系统向至少所述显示屏提供功率。

22.一种用于电压调节的装置，所述装置包括：

用于提供第一供电电压和第二供电电压的电源构件；

用于存储来自所述电源构件的能量的能量构件；

用于选择性地将所述电源构件耦接到所述能量构件的开关构件；和

用于操作所述开关构件以基于对应于所述能量构件的电流来选择性地将所述第一供电电压和所述第二供电电压耦接到所述能量构件的控制构件。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述电源构件包括：

用于调节至少一个电池的电压电平以从所述至少一个电池产生所述第一供电电压或所述第二供电电压的调节构件。

24.根据权利要求22所述的装置，其中：

所述控制构件包括斜坡构件，以生成三个或更多个斜坡信号；并且

所述控制构件被配置为基于所述三个或更多个斜坡信号来操作所述开关构件。

25.根据权利要求24所述的装置，其中：

所述控制构件包括用于感测对应于所述能量构件的所述电流的感测构件；

所述控制构件包括用于获取输出电压的电压环路构件；并且

所述控制构件被配置为基于所述输出电压来操作所述开关构件。

26.根据权利要求22所述的装置，其中所述控制构件包括：

降压构件，所述降压构件用于使所述开关构件选择性地将所述第一供电电压和所述第二供电电压耦接到所述能量构件，以响应于所述第一供电电压或所述第二供电电压中的至少一个供电电压高于参考电压而生成输出电压；和

升压构件，所述升压构件用于使所述开关构件选择性地将所述第一供电电压或所述第二供电电压耦接到所述能量构件，以响应于所述第一供电电压和所述第二供电电压低于所述参考电压而生成所述输出电压。

27.一种用于电压调节的方法，所述方法包括：

感测流经至少一个电感器的电流；

生成两个或更多个斜坡信号；

将基于所述电流的信号与所述两个或更多个斜坡信号进行比较；以及

基于比较，选择性地将第一电压轨或第二电压轨耦接到所述至少一个电感器。

28.根据权利要求27所述的方法，所述方法还包括：

使用至少一个电池和电压调节电路在所述第一电压轨上生成第一供电电压或在所述第二电压轨上生成第二供电电压。

29.根据权利要求27所述的方法，其中选择性地耦接包括：

在所述第一电压轨的第一供电电压与地之间进行降压；

将所述第一电压轨的所述第一供电电压传递给所述至少一个电感器；以及

在所述第二电压轨的第二供电电压与所述第一电压轨的所述第一供电电压之间进行降压。

30.一种用于电压调节的装置，所述装置包括：

电池子系统，所述电池子系统被配置为将第一电压轨保持在第一供电电压，并且将第二电压轨保持在第二供电电压；和

电压调节器，所述电压调节器包括：

耦接到所述第一电压轨的第一开关以及耦接到所述第二电压轨的第二开关；

能量存储单元，所述能量存储单元耦接在以下项之间：

所述电压调节器的输出端；和

所述第一开关和所述第二开关；和

控制电路，所述控制电路耦接到所述能量存储单元并且被配置为基于对应于所述能量存储单元的信号来以多种模式操作所述电压调节器，所述多种模式包括：

第一降压模式，所述第一降压模式使用所述第一开关在所述第一供电电压与地之间进行降压；

第二降压模式，所述第二降压模式使用所述第二开关和所述第一开关在所述第二供电电压与所述第一供电电压之间进行降压；和

升压模式，所述升压模式使用所述第二开关将所述第二供电电压耦接到所述能量存储单元。