CN117941236A - 供电电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种对负载进行供电的供电电路和电子设备。供电电路包括直流‑直流转换器、第一控制器和第一电荷补偿电路。第一控制器可以检测对负载的供电电压并且在供电电压低于阈值时生成控制信号。第一电荷补偿电路可以在接收到控制信号之后对负载进行电荷补偿以提高负载的供电电压。通过检测直流‑直流转换器对负载供电时的电压，可以发现负载的供电电压的瞬间跌落，即电压大幅度降低，例如电压低于预设阈值电压。电荷补偿电路在供电电压瞬间跌落时向负载注入电荷，可以快速拉升供电电压，以防止负载工作异常或是电子设备死机等问题。

Description

供电电路和电子设备 技术领域

本公开涉及电子领域，更具体而言涉及对负载进行供电的供电电路以及电子设备。

背景技术

随着半导体工艺的不断演进，诸如手机处理器芯片、人工智能芯片之类的集成电路芯片的集成度越来越高。集成电路芯片作为负载所需的工作电流越来越大，并且芯片消耗的功率随着芯片的工作状况而变化的幅度也越来越大。例如，负载的跳变幅度和速度不断提升，并且常常达到10A至100A的瞬间电流跳变。这会导致诸如直流-直流(DC-DC)转换器之类的供电电路的输出电压出现大幅度跌落，例如可达30mV～100mV。负载瞬态响应已经成为大电流供电电路的重要指标，过大的跌落和过冲将导致电路工作异常，甚至死机。

在一些常规方案中，通过提高DC-DC转换器的功率开关管的开关频率和采用小电感来改善瞬态特性。然而，这种方式会导致诸如直流-直流转换器的效率下降之类的效率问题。此外，常规方案还存在诸如可靠性风险之类的其它问题。

发明内容

鉴于上述问题，本公开的实施例旨在提供一种供电电路、电子组件和电子设备，用于改进对负载供电的瞬态特性。

根据本公开的第一方面，提供一种对负载进行供电的供电电路。该供电电路包括直流-直流转换器、第一控制器和第一电荷补偿电路。直流-直流转换器被配置为对负载进行供电。第一控制器被配置为基于反馈电压信号和第一阈值电压生成第一控制信号。反馈电压信号表示直流-直流转换器对负载的供电电压。第一电荷补偿电路被配置为响应于接收到第一控制信号向负载注入电荷。通过检测直流-直流转换器对负载供电时的电压，可以发现负载的供电电压的瞬间跌落，即电压大幅度降低，例如电压低于预设阈值电压。电荷补偿电路在供电电压瞬间跌落时向负载注入电荷，可以快速拉升供电电压，以防止负载工作异常或是电子设备死机等问题。此外，相比于提高直流-直流转换器的工作频率或降低电感的常规方案，由于无需改变直流-直流转换器的工作频率或是降低直流-直流转换器的电感，因此不会导致直流-直流转换器的效率下降。

在第一方面的一种可能实现方式中，供电电路还包括第二控制器和第二电荷补偿电路。第二控制器被配置为基于反馈电压信号与第二阈值电压生成第二控制信号，第二阈值电压不同于第一阈值电压。第二电荷补偿电路被配置为响应于接收到第二控制信号，向负载注入电荷。在第一方面的一种可能实现方式中，第二电荷补偿电路向负载注入的电荷量不同于第一电荷补偿电路向负载注入的电荷量。由于同时使用两个电荷补偿电路，因此可以根据对负载的供电电压的下降幅度，可控地注入适量的电荷。一方面，这可以使得供电电压更为快速地提升，另一方面也可以防止供电电压过冲。相应地，提高了负载的工作的安全性。

在第一方面的一种可能实现方式中，第一控制器包括第一比较器。第一比较器被配置为将反馈电压信号与第一阈值电压进行比较；以及响应于反馈电压信号低于第一阈值电压，生成第一控制信号。在第一方面的一种可能实现方式中，第二控制器包括第二比较器。第二比 较器被配置为将反馈电压信号与第二阈值电压进行比较；以及响应于反馈电压信号低于第二阈值电压，生成第二控制信号。通过使用比较器来实现控制器，可以以简单和低成本的电路结构实现供电电压的检测和比较，并且生成相应的控制信号。

在第一方面的一种可能实现方式中，第一比较器和第二比较器包括运算放大器。第一比较器和第二比较器可以是高速比较器，例如从接收到反馈电压信号到输出第一控制信号的时间不高于100纳秒(ns)、80ns、50ns、30ns或10ns。通过使用高速比较器，可以提高供电电压跌落的响应速度，并且快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

在第一方面的一种可能实现方式中，供电电路还包括模数转换器，被配置为基于供电电压生成数字形式的反馈电压信号。模数转换器可以是高速模数转换器，例如从接收到电压到输出数字形式的反馈电压信号的时间不高于100纳秒(ns)、80ns、50ns、30ns或10ns。通过使用高速模数转换器，可以提高供电电压跌落的响应速度，并且快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

在第一方面的一种可能实现方式中，第一电荷补偿电路包括开关电路和电荷存储电路。开关电路被配置为基于第一控制信号将开关电路的输出电压从第一电平切换至第二电平，第一电平不同于第二电平。电荷存储电路被配置与响应于开关电路的输出电压从第一电平切换至第二电平，向负载注入电荷。通过使用开关电路和电荷存储电路，在具有向负载注入电荷的优势的同时，可以提高供电电压跌落的响应速度(因为开关电路响应速度非常短)，并且快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

在第一方面的一种可能实现方式中，开关电路包括第一电阻器、第二电阻器和开关。第一电阻器包括耦合至接地电压的第一端。第二电阻器包括耦合至电源电压的第一端。开关包括控制端子和切换端子。控制端子耦合至第一控制器。切换端子被配置为响应于控制端子接收到第一控制信号，从第一电阻器的第二端切换至第二电阻器的第二端。在第一方面的一种可能实现方式中，开关为单刀双掷开关。

在第一方面的一种可能实现方式中，开关电路包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管包括第一栅极，耦合至第一控制器；第一源极，耦合至电源电压；以及第一漏极，耦合至电荷存储电路。第二晶体管包括第二栅极，耦合至第一控制器；第二源极，耦合至接地电压；以及第二漏极，耦合至电荷存储电路。在第一方面的一种可能实现方式中，第一晶体管为P型金属氧化物半导体(P-type metal oxide semiconductor，PMOS)晶体管，第二晶体管为N型金属氧化物半导体(N-type metal oxide semiconductor，NMOS)晶体管。通过使用第一晶体管和第二晶体管来实现开关电路，可以以简单和低成本电路设计来提高供电电压跌落的响应速度(因为开关电路响应速度非常短)，并且快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

在第一方面的一种可能实现方式中，电荷存储电路包括电容器。通过使用电容器，因此每次对负载注入的电荷量固定并且可控。此外，电容器的电荷注入速度非常快，可以进一步提高快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

在第一方面的一种可能实现方式中，直流-直流转换器包括误差确定电路、脉宽调制器、驱动器、开关级和负载电容器。误差确定电路被配置为基于参考电压和表示供电电压的反馈电压信号生成差值电压，脉宽调制器被配置为基于差值电压和周期性信号生成脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号。驱动器被配置为基于PWM信号生成开关驱动信号。开关级 被配置为基于开关驱动信号生成充电电流，并且负载电容器被配置为使用充电电流生成供电电压。

在第一方面的一种可能实现方式中，误差确定电路包括误差放大器。在第一方面的一种可能实现方式中，周期性信号包括三角波信号或锯齿波信号。在第一方面的一种可能实现方式中，直流-直流转换器还包括位于开关级和负载电容器之间的滤波电感器。

在第一方面的一种可能实现方式中，开关级包括位于电源电压和充电节点之间的上开关和位于充电节点和接地之间的下开关。上开关和下开关基于PWM信号而交替导通。在第一方面的一种可能实现方式中，上开关包括PMOS晶体管，并且下开关包括NMOS晶体管。在第一方面的一种可能实现方式中，上开关包括NMOS晶体管，并且下开关包括PMOS晶体管。

在第一方面的一种可能实现方式中，直流-直流转换器包括误差确定电路、驱动器、开关级和负载电容器。误差确定电路被配置为基于参考电压和表示供电电压的反馈电压信号生成差值电压。驱动器被配置为基于差值电压生成开关信号。开关级被配置为基于开关驱动信号生成充电电流，并且负载电容器被配置为使用充电电流生成供电电压。

在第一方面的一种可能实现方式中，误差确定电路包括误差放大器。在第一方面的一种可能实现方式中，开关级包括位于电源电压和充电节点之间的上开关和位于充电节点和接地之间的分压器。在第一方面的一种可能实现方式中，上开关包括PMOS晶体管或NMOS晶体管。分压器包括位于充电节点和接地之间串联连接的第三电阻器和第四电阻器。第三电阻器和第四电阻器之间的中间节点提供表示供电电压的反馈电压信号。

根据本公开的第二方面，提供一种芯片。该芯片包括根据本公开的第一方面的供电电路。

根据本公开的第三方面，提供一种电子组件。电子组件包括电路板和根据本公开的第一方面的供电电路。根据本公开的第一方面的供电电路被安装在电路板上。

根据本公开的第四方面，提供一种电子组件。电子组件包括电路板和根据本公开的第二方面的芯片。根据本公开的第二方面的芯片被安装在电路板上。

根据本公开的第五方面，提供一种电子设备。电子设备包括电源以及根据本公开的第一方面的的供电电路。该供电电路耦合至电源。

根据本公开的第六方面，提供一种对负载进行供电的供电电路。供电电路包括直流-直流转换器、第一控制器和第一电容器。直流-直流转换器被配置为对负载进行供电。第一控制器包括耦合至直流-直流转换器的输出节点的第一输入端和耦合至第一参考电压节点的第二输入端。第一电容器包括第一端和第二端。第一端经由第一开关耦合至第一控制器的第一控制输出节点。第二端耦合至负载。第一开关用于基于第一控制器的输出，向第一电容器的第一端提供第一电平或与第一电平不同的第二电平。通过检测直流-直流转换器对负载供电时的电压，可以发现负载的供电电压的瞬间跌落，即电压大幅度降低，例如电压低于预设阈值电压。电荷器在供电电压瞬间跌落时向负载注入电荷，可以快速拉升供电电压，以防止负载工作异常或是电子设备死机等问题。此外，相比于提高直流-直流转换器的工作频率或降低电感的常规方案，由于无需改变直流-直流转换器的工作频率或是降低直流-直流转换器的电感，因此不会导致直流-直流转换器的效率下降。

在第六方面的一种可能实现方式中，供电电路还包括第二控制器和第二电容器。第二控制器包括耦合至直流-直流转换器的输出节点的第三输入端，和耦合至第二参考电压节点的第四输入端。第二参考电压节点不同于第一参考电压节点。第二电容器包括第三端和第四端。第三端经由不同于第一开关的第二开关耦合至第二控制器的第二控制输出节点。第四端耦合 至负载。第二开关用于基于第二控制器的输出，向所述第二电容器的第三端提供第三电平或与所述第三电平不同的第四电平。由于同时使用两个电荷器，因此可以根据对负载的供电电压的下降幅度，可控地注入适量的电荷。一方面，这可以使得供电电压更为快速地提升，另一方面也可以防止供电电压过冲。相应地，提高了负载的工作的安全性。

在第六方面的一种可能实现方式中，第一开关包括单刀双掷开关。单刀双掷开关包括控制端子，耦合至第一控制器的第一控制输出节点；以及切换端子，被配置为基于第一控制器的输出在第一电平和第二电平之间切换。

在第六方面的一种可能实现方式中，开关包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管包括第一栅极，耦合至第一控制器；第一源极，耦合至电源电压；以及第一漏极，耦合至电容器。第二晶体管包括第二栅极，耦合至第一控制器；第二源极，耦合至接地电压；以及第二漏极，耦合至电容器。通过使用第一晶体管和第二晶体管来实现开关电路，可以以简单和低成本电路设计来提高供电电压跌落的响应速度(因为开关电路响应速度非常短)，并且快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

根据本公开的第七方面，提供一种电子组件。电子组件包括电路板；以及根据第六方面的供电电路，被设置在电路板上。

根据本公开的第八方面，提供一种电子设备。电子设备包括电源；以及根据第六方面的供电电路，耦合至电源。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了电子设备的对负载的供电路径的示意框图；

图2示出了一种直流-直流转换器的示意电路图；

图3示出了另一种直流-直流转换器的示意电路图；

图4示出了根据本公开的一些实施例的供电电路的示意电路图；

图5示出了根据本公开的一些实施例的控制器的示例性电路图；

图6示出了根据本公开的一些实施例的电荷补偿电路的示例性电路图；

图7示出了根据本公开的一些实施例的控制器和电荷补偿电路的示例性电路图；

图8示出了根据本公开的另一些实施例的控制器和电荷补偿电路的示例性电路图；

图9示出了根据本公开的一些实施例的控制器和电荷补偿电路的示例性电路图；以及

图10示出了根据本公开的一些实施例的供电电路的示意电路图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括 但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。术语“和/或”表示由其关联的两项的至少一项。例如“A和/或B”表示A、B、或者A和B。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

应理解，本申请实施例提供的技术方案，在以下具体实施例的介绍中，某些重复之处可能不再赘述，但应视为这些具体实施例之间已有相互引用，可以相互结合。

如上所述，用于缓解对负载供电的供电电压跌落的一些常规方案会导致诸如直流-直流转换器的效率下降之类的效率问题。例如，在一些常规方案中，可以提高直流-直流转换器的误差放大器的带宽。误差放大器的负载实际上为直流-直流转换器的功率开关管的寄生电容，其大小在100皮法～数纳法的量级。提高带宽需要误差放大器消耗更大功耗，这降低了直流-直流转换器的效率。

在本公开中，可以在直流-直流转换器的基础上增加额外的控制器和电荷补偿电路。当检测到诸如处理器芯片之类的负载的供电电压的大幅度降低(即，跌落)时，通过向负载所连接的节点注入电荷，可以快速提升供电电路对负载的供电电压，从而较大程度避免诸如芯片之类的负载的工作异常或是电子设备死机等问题。

图1示出了电子设备10的对负载的供电路径的示意框图。电子设备10可以包括电源16、供电电路14和负载12以及其它未示出的部件。在一个实施例中，电子设备10可以是手机、计算机、平板电脑等智能设备。在一个实施例中，电源16可以是电子设备10内的诸如电池之类的内部电源。备选地，电源16也可以是电源适配器之类的用于将外部电源(例如市电电源)进行转换以对电子设备10内的各个部件供电的装置。供电电路14将电源16的输出进行转换以提供合适的电压给负载12。在一个实施例中，供电电路14例如可以是电压转换器，例如直流-直流转换器。在一个实施例中，负载12例如是处理器芯片、内存芯片、显示屏之类的执行特定功能的部件。本公开对电子设备10、电源16、供电电路14和负载12的实现方式不进行限制。在一个实施例中，本公开的供电电路14例如可以被集成在芯片中，并且与负载12一起安装在电路板上。备选地，本公开的供电电路14与负载12一起被集成在单个芯片中。在又一些实施例中，本公开的供电电路14可以由分立器件实现，并且被安装电路板上，本公开对此不进行限制。

图2示出了一种直流-直流转换器的示意电路图。在一个实施例中，直流转换器包括误差确定电路22、周期信号生成器24、脉宽调制器26、驱动器28、开关级、电感器L和负载电容器Cload。误差确定电路22可以被实现为误差放大器，并且被配置为基于参考电压VREF和经反馈的供电电压VO生成差值电压Vea。脉宽调制器26被配置为基于差值电压Vea和周期信号生成器24的周期性信号生成PWM信号。在一些实施例中，直流转换器可以不包括周期信号生成器24，而是接收来自外部的周期信号。驱动器28被配置为基于PWM信号生成开关驱动信号。在一个实施例中，开关级可以包括位于电源电压VIN和充电节点之间的上开关T1和位于充电节点和接地之间的下开关T2。本公开对开关级的实现方式不进行限制。开关级被配置为基于开关驱动信号生成充电电流。该充电电流经过电感器L的滤波被提供至负载电容器Cload。负载电容器Cload被配置为使用充电电流在直流-直流转换器的输出节点生成供电电压VO。在一个实施例中，上开关包括PMOS晶体管，并且下开关包括NMOS晶体管。上开关和下开关基于PWM信号而交替导通。备选地，上开关可以包括NMOS晶体管，并且下开关可以包括PMOS晶体管，可以理解，在此情形下的驱动信号与上开关为PMOS晶体管 并且下开关为NMOS晶体管的情形下的驱动信号反相。虽然在图2示出了一种直流-直流转换器的具体实现，但是本公开不限于此。其它配置的直流-直流转换器是可能的，例如图3所示。

在图2所示的直流-直流转换器中，为了快速拉升正跌落的供电电压VO，需要提高误差确定电路22的响应速度。提高响应速度的一种方式是提高上开关T1和下开关T2的工作频率。然而，开关频率提升之后导致损耗增加，直流-直流转换器的效率下降。此外，直流-直流转换器受工艺影响，频率提升的幅度有限，并且负载的补电速度受电感充电速度限制。提高响应速度的另一方式是减少电感器L的电感。然而，采用小电感之后，需要提高开关的频率，保证电感电流纹波和输出电压纹波满足工作要求。频率提升又会导致直流-直流转换器的效率下降。

图3示出了另一种直流-直流转换器的示意电路图。直流-直流转换器包括误差确定电路22、驱动器28、开关级和负载电容器Cload。误差确定电路22被配置为基于参考电压VREF和表示供电电压的反馈电压信号VF生成差值电压Vea。驱动器28被配置为基于差值电压Vea生成开关信号。开关级被配置为基于开关驱动信号生成充电电流，并且负载电容器Cload被配置为使用充电电流生成供电电压VO。在一个实施例中，误差确定电路22可以被实现为误差放大器，并且开关级可以包括位于电源电压和充电节点之间的上开关T1和位于充电节点和接地之间的分压器。在一个实施例中，上开关包括PMOS晶体管或NMOS晶体管。分压器包括位于充电节点和接地之间串联连接的第三电阻器R3和第四电阻器R4。第三电阻器R3和第四电阻器R4之间的中间节点提供表示供电电压的反馈电压信号VF。

在图3所示的直流-直流转换器中，为了快速拉升正跌落的供电电压VO，需要提高误差确定电路22的响应速度。提高响应速度的一种方式是提高括误差确定电路22的带宽。然而，如上所述，误差放大器的负载实际上为直流-直流转换器的功率开关管的寄生电容，其大小在100皮法～数纳法的量级。提高带宽需要误差放大器消耗更大功耗，这降低了直流-直流转换器的效率。提高响应速度的另一方式是增加上开关T1的尺寸以降低导通阻抗或增加负载电容器Cload的电容值，然而增加上开关T1的尺寸，需要更大的面积，成本增加，同时增加其驱动功耗。另一方面，如果增加负载电容器Cload的电容值，则需要更大的面积，这也导致成本增加。因此，需要改进的供电电路以在负载的供电电压VO发送瞬间跌落时快速拉升供电电压，并且还能缓解效率问题、功耗问题或是尺寸温度。

图4示出了根据本公开的一些实施例的供电电路的示意电路图。相比于图2的直流-直流转换器，图4的供电电路增加了第一控制器50和第一电荷补偿电路60。换言之，图4的供电电路包括直流-直流转换器、第一控制器50和第一电荷补偿电路60。图4中的与图2相同或相似的电路器件使用相同或相似的附图标记来表示，并且在此不对其进行赘述。可以理解，上面针对图2所描述的各个方面可以选择性适用于图4的电路。

在一个实施例中，第一控制器50包括耦合至直流-直流转换器的输出节点的第一输入端，和耦合至第一参考电压节点的第二输入端(未示出)。第一控制器50被配置为基于经反馈的电压信号和第一阈值电压生成第一控制信号。反馈电压信号表示直流-直流转换器对负载的供电电压VO。第一电荷补偿电路60被配置为响应于接收到第一控制信号向负载12注入电荷。通过检测直流-直流转换器对负载供电时的电压，可以发现负载的供电电压的瞬间跌落，即电压大幅度降低，例如电压低于预设阈值电压。电荷补偿电路在供电电压瞬间跌落时向负载注入电荷，可以快速拉升供电电压，以防止负载工作异常或是电子设备死机等问题。此外，相 比于提高直流-直流转换器的工作频率或降低电感的常规方案，由于无需改变直流-直流转换器的工作频率或是降低直流-直流转换器的电感，因此不会导致直流-直流转换器的效率下降。

图5示出了根据本公开的一些实施例的控制器52的示例性电路图。在一个实施例中，控制器52可以是第一控制器50的一种具体实现方式，因此上面针对第一控制器50描述的各个方面可以适用于图5的第一控制器，在此不再赘述。在一个实施例中，控制器52可以是诸如误差放大器之类的比较器。该误差放大器可以将供电电压VO与参考电压Vref0进行比较。当供电电压VO低于参考电压Vref0时，控制器52可以输出具有第一值的第一控制信号，而当供电电压VO不低于参考电压Vref0时，控制器52可以输出具有不同于第一值的另一控制信号。参考电压Vref0可以被设置为供电电压VO跌落的阈值电压。换言之，当供电电压VO从高于参考电压Vref0变为低于参考电压Vref0时，控制器52改变其输出电压，以控制第一电荷补偿电路60进行电荷补偿。通过使用比较器来实现控制器，可以以简单和低成本的电路结构实现供电电压的检测和比较，并且生成相应的控制信号。虽然在此示出了控制器的第一控制器50的一种具体实现方式，但是本公开不限于此。可以使用其它具有电压检测和比较功能的电路来实现控制信号的生成，例如图9所示。

图6示出了根据本公开的一些实施例的电荷补偿电路的示例性电路图。在一个实施例中，图6的电荷补偿电路可以是第一电荷补偿电路60的一种具体实现方式，因此上面针对第一电荷补偿电路60描述的各个方面可以适用于图6的电荷补偿电路，在此不再赘述。在一个实施例中，该电荷补偿电路可以包括开关电路62和电荷存储电路64。开关电路62被配置为基于第一控制信号将开关电路62的输出电压从第一电平切换至第二电平，第一电平不同于第二电平。例如，当供电电压VO从高于参考电压Vref0变为低于参考电压Vref0时，控制器52改变其输出电压，开关电路62可以相应地改变其输出电压，例如从第一电平切换至第二电平。电荷存储电路64被配置与响应于开关电路62的输出电压从第一电平切换至第二电平，向负载12注入电荷。

在一个实施例中，开关电路62包括第一电阻器R1、第二电阻器R2和开关S1。第一电阻器R1包括耦合至接地电压GND的第一端。第二电阻器R2包括耦合至电源电压Vpvdd的第一端。开关S1包括控制端子和切换端子。控制端子耦合至第一控制器50。切换端子被配置为响应于控制端子接收到第一控制信号，从第一电阻器R1的第二端切换至第二电阻器R2的第二端。在一个实施例中，开关S1可以为单刀双掷开关。在一个实施例中，电荷存储电路64可以包括电荷存储电路C_com，例如电容器。在一个实施例中，该电容器包括第一端和第二端。第一端经由第一开关S1耦合至第一控制器50的第一控制输出节点。第二端耦合至负载12。第一开关S1基于第一控制器50的输出在第一电平和与第一电平不同的第二电平之间切换。由于电荷存储电路C_com的电容值固定，因此可以通过电源电压Vpvdd来确定注入的电荷量，从而可以确定供电电压VO的提升幅度。在一个实施例中，电荷存储电路C_com的电荷Q＝Vpvdd*C_com＝ΔVO*Cload，即ΔVO＝Vpvdd*C_com/Cload，其中ΔVO表示供电电压VO的变化程度。即，供电电压在注入电荷后的提升幅度。在电源电压Vpvdd固定、电荷存储电路C_com的电容固定并且负载电容器Cload的电容固定的情形下，ΔVO基本上是确定的，从而可以控制电压提升的幅度，并且避免输出过冲的问题。虽然在此使用电容器来实现电荷存储电路，但是可以理解，其它具有电荷存储功能的器件或电路在此也可以适用。

图7示出了根据本公开的另一些实施例的控制器和电荷补偿电路的示例性电路图。在图7中，电路700包括N条电荷补偿路径，其中N表示大于1的整数，例如N可以等于2。具 体而言，电路700包括N个控制器72_1……72_N，以及N个电荷补偿电路70-1……70-N。N个控制器72_1……72_N分别具有与图5所示的第一控制器52基本上相似的功能和工作原理。N个电荷补偿电路70-1……70-N分别具有与图6所示的第一电荷补偿电路基本上相似的功能和工作原理。

控制器72_1……72_N分别具有不同的参考电压。例如参考电压Vref_1和参考电压Vref_N不同，例如参考电压Vref_1大于参考电压Vref_N。因此，可以在供电电压VO跌落至不同程度时，进行不同的电荷补偿。例如，当供电电压VO跌落至参考电压Vref_1，电荷补偿电路70-1开始对负载12进行电荷补偿，而当供电电压VO跌落至参考电压Vref_N，电荷补偿电路70-N也开始开始对负载12进行电荷补偿。进一步地，供电电压VPvdd_1和VPvdd_N也可以不同，并且电荷存储电路C_1和C_N所存储的电荷也可以不同，例如由于电容值不同所致。这样，可以基于供电电压VO的跌落的幅度，可控地注入不同的电荷量，从而确保能够快速提升供电电压VO也不会使其过冲。这样，可以确保供电电压VO始终处于理想的工作范围内。在一个实施例中，电荷存储电路C_N包括第三端和第四端。第三端经由不同于第一开关S_1的第二开关S_N耦合至第二控制器72_N的第二控制输出节点。第四端耦合至负载12。第二开关S2基于第二控制器72_N的输出在第三电平和与第三电平不同的第四电平之间切换。第三电平可以与第一电平相同或不同。第四电平可以与第二电平相同或不同。

进一步地，为了提高电荷注入的响应速度，可以使用高速比较器来实现控制器72_1……72_N。例如控制器72_1……72_N从接收到反馈电压信号到输出第一控制信号的时间不高于100纳秒(ns)、80ns、50ns、30ns或10ns。通过使用高速比较器，可以提高供电电压跌落的响应速度，并且快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

在图7中，由于同时使用N个电荷补偿电路，因此可以根据对负载的供电电压的下降幅度，可控地注入适量的电荷。一方面，这可以使得供电电压更为快速地提升，另一方面也可以防止供电电压过冲。相应地，提高了负载的工作的安全性。

图8示出了根据本公开的又一些实施例的控制器和电荷补偿电路的示例性电路图。电路800与电路700具有相同的架构和工作原理，相同或相似的部件以相同或相似的附图标记示出，并且在此不再赘述。电路800与电路700的不同之处在于电荷补偿电路80-1……80-N的实现方式，更具体而言在于电荷补偿电路80-1……80-N中的开关电路的实现方式。电荷补偿电路80-1例如可以包括开关电路和电荷存储电路C_1，并且荷补偿电路80-N例如可以包括开关电路和电荷存储电路C_N。图8中的电荷存储电路C_1和电荷存储电路C_N与图7中的荷存储电路C_1和电荷存储电路C_N的工作原理相似，在此不再赘述。

图8中的开关电路包括第一晶体管TP_1和第二晶体管TN_1。第一晶体管TP_1包括第一栅极、第一源极和第一漏极。第一栅极耦合至第一控制器82_1。第一源极耦合至电源电压VPvdd_1。第一漏极耦合至电荷存储电路C_1。第二晶体管TN_1包括第二栅极、第二源极和第二漏极。第二栅极耦合至第一控制器82_1。第二源极耦合至接地电压。第二漏极耦合至电荷存储电路C_1。在一个实施例中，第一晶体管TP_1为PMOS晶体管，第二晶体管TN_1为NMOS晶体管。通过使用第一晶体管和第二晶体管来实现开关电路，可以以简单和低成本电路设计来提高供电电压跌落的响应速度(因为开关电路响应速度非常短)，并且快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

当第一控制器82_1输出第一控制信号时，例如从高电平变为低电平，则第一晶体管TP_1 从关断变为导通并且第二晶体管TN_1从导通变为关断，从而电荷存储电路C_1的电压开始改变以向负载12注入电荷。类似地，当第N控制器82_N输出第N控制信号时，例如从高电平变为低电平，则晶体管TP_N从关断变为导通并且晶体管TN_N从导通变为关断，从而电荷存储电路C_N的电压开始改变以向负载12注入电荷。在一个实施例中，电荷存储电路C_1和C_N所存储的电荷也可以不同，例如由于电容值不同所致。这样，可以基于供电电压VO的跌落的幅度，可控地注入不同的电荷量，从而确保能够快速提升供电电压VO也不会使其过冲。这样，可以确保供电电压VO始终处于理想的工作范围内。

图9示出了根据本公开的一些实施例的控制器和电荷补偿电路的示例性电路图。电路900与电路700具有相同的架构和工作原理，相同或相似的部件以相同或相似的附图标记示出，并且在此不再赘述。电路900与电路700的不同之处在于控制器的实现方式。控制器90例如可以包括模数转换器92和比较器94。模数转换器92被配置为基于供电电压VO生成数字形式的反馈电压信号。比较器94可以基于数字形式的电压和不同的参考电压，可以产生N个不同的控制信号，其中N表示大于1的整数。与图7的不同控制控制相似，不同控制信号可以在供电电压VO跌落至不同幅度时产生，从而触发电荷补偿电路70_1……70_N提供不同的电荷补偿。在图9中，由于同时使用N个电荷补偿电路，因此可以根据对负载的供电电压的下降幅度，可控地注入适量的电荷。一方面，这可以使得供电电压更为快速地提升，另一方面也可以防止供电电压过冲。相应地，提高了负载的工作的安全性。此外，在一个实施例中，模数转换器92可以是高速模数转换器，例如从接收到电压到输出数字形式的反馈电压信号的时间不高于100纳秒(ns)、80ns、50ns、30ns或10ns。通过使用高速模数转换器，可以提高供电电压跌落的响应速度，并且快速地提升供电电压，以避免供电电压跌落时间过长给负载带来的潜在损害。

图10示出了根据本公开的一些实施例的供电电路的示意电路图。直流-直流转换器包括误差确定电路22、驱动器28、开关级和负载电容器Cload。误差确定电路22被配置为基于参考电压VREF和表示供电电压的反馈电压信号VF生成差值电压Vea。驱动器28被配置为基于差值电压Vea生成开关信号。开关级被配置为基于开关驱动信号生成充电电流，并且负载电容器Cload被配置为使用充电电流生成供电电压VO。在一个实施例中，误差确定电路22可以被实现为误差放大器，并且开关级可以包括位于电源电压和充电节点之间的上开关T1和位于充电节点和接地之间的分压器。在一个实施例中，上开关包括PMOS晶体管或NMOS晶体管。分压器包括位于充电节点和接地之间串联连接的第三电阻器R3和第四电阻器R4。第三电阻器R3和第四电阻器R4之间的中间节点提供表示供电电压的反馈电压信号VF。

在一个实施例中，直流-直流转换器还包括第一控制器50和第一电荷补偿电路60。第一控制器50被配置为基于反馈电压信号VF和第一阈值电压生成第一控制信号。反馈电压信号表示直流-直流转换器对负载的供电电压。第一电荷补偿电路50被配置为响应于接收到第一控制信号向负载注入电荷。可以理解，上文参照图4-图9所描述的各种控制器和电荷补偿电路的实现方式可以适用于图10的第一控制器50和第一电荷补偿电路60，在此不再赘述。通过检测直流-直流转换器对负载供电时的电压，可以发现负载的供电电压的瞬间跌落，即电压大幅度降低，例如电压低于预设阈值电压。电荷补偿电路在供电电压瞬间跌落时向负载注入电荷，可以快速拉升供电电压，以防止负载工作异常或是电子设备死机等问题。此外，相比于提高直流-直流转换器的工作频率或降低电感的常规方案，由于无需改变直流-直流转换器的工作频率或是降低直流-直流转换器的电感，因此不会导致直流-直流转换器的效率下降。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (16)

1. 一种对负载进行供电的供电电路，包括：

   直流-直流转换器，被配置为对所述负载进行供电；

   第一控制器，被配置为基于反馈电压信号和第一阈值电压生成第一控制信号，所述反馈电压信号表示所述直流-直流转换器对所述负载的供电电压，以及

   第一电荷补偿电路，被配置为响应于接收到所述第一控制信号，向所述负载注入电荷。
2. 根据权利要求1所述的供电电路，还包括:

   第二控制器，被配置为基于所述反馈电压信号与第二阈值电压生成第二控制信号，所述第二阈值电压不同于所述第一阈值电压；以及

   第二电荷补偿电路，被配置为响应于接收到所述第二控制信号，向所述负载注入电荷。
3. 根据权利要求1或2所述的供电电路，其中所述第一控制器包括第一比较器，所述第一比较器被配置为：

   将所述反馈电压信号与所述第一阈值电压进行比较；以及

   响应于所述反馈电压信号低于第一阈值电压，生成所述第一控制信号。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的供电电路，还包括：

   模数转换器，被配置为基于所述供电电压生成数字形式的所述反馈电压信号。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的供电电路，其中所述第一电荷补偿电路包括：

   开关电路，被配置为基于所述第一控制信号将所述开关电路的输出电压从第一电平切换至第二电平，所述第一电平不同于所述第二电平；以及

   电荷存储电路，被配置与响应于所述开关电路的输出电压从所述第一电平切换至所述第二电平，向所述负载注入电荷。
6. 根据权利要求5所述的供电电路，其中所述开关电路包括：

   第一电阻器，包括耦合至接地电压的第一端；

   第二电阻器，包括耦合至电源电压的第一端；以及

   开关，包括：

   控制端子，耦合至所述第一比较器；以及

   切换端子，被配置为响应于所述控制端子接收到所述第一控制信号，从所述第一电阻器的第二端切换至所述第二电阻器的第二端。
7. 根据权利要求5所述的供电电路，其中所述开关电路包括：

   第一晶体管，包括：

   第一栅极，耦合至所述第一比较器；

   第一源极，耦合至所述电源电压；以及

   第一漏极，耦合至所述电荷存储电路；以及

   第二晶体管，包括：

   第二栅极，耦合至所述第一比较器；

   第二源极，耦合至所述接地电压；以及

   第二漏极，耦合至所述电荷存储电路。
8. 根据权利要求5-7中任一项所述的供电电路，其中所述电荷存储电路包括电容器。
9. 一种电子组件，包括：

   电路板；以及

   根据权利要求1-8中任一项所述的供电电路，被设置在所述电路板上。
10. 一种电子设备，包括：

    电源；以及

    根据权利要求1-8中任一项所述的供电电路，耦合至所述电源。
11. 一种对负载进行供电的供电电路，包括：

    直流-直流转换器，被配置为对所述负载进行供电；

    第一控制器，包括耦合至所述直流-直流转换器的输出节点的第一输入端，和耦合至第一参考电压节点的第二输入端；以及

    第一电容器，包括第一端和第二端，所述第一端经由第一开关耦合至所述第一控制器的第一控制输出节点，所述第二端耦合至所述负载，所述第一开关用于基于所述第一控制器的输出，向所述第一电容器的第一端提供第一电平或与所述第一电平不同的第二电平。
12. 根据权利要求11所述的供电电路，还包括:

    第二控制器，包括耦合至所述直流-直流转换器的所述输出节点的第三输入端，和耦合至第二参考电压节点的第四输入端，所述第二参考电压节点不同于所述第一参考电压节点；以及

    第二电容器，包括第三端和第四端，所述第三端经由不同于所述第一开关的第二开关耦合至所述第二控制器的第二控制输出节点，所述第四端耦合至所述负载，所述第二开关用于基于所述第二控制器的输出，向所述第二电容器的第三端提供第三电平或与所述第三电平不同的第四电平。
13. 根据权利要求11或12所述的供电电路，其中所述第一开关包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关包括：

    控制端子，耦合至所述第一控制器的所述第一控制输出节点；以及

    切换端子，被配置为基于所述第一控制器的输出在所述第一电平和所述第二电平之间切换。
14. 根据权利要求11或12所述的供电电路，其中所述开关包括：

    第一晶体管，包括：

    第一栅极，耦合至所述第一控制器；

    第一源极，耦合至电源电压；以及

    第一漏极，耦合至所述电容器；以及

    第二晶体管，包括：

    第二栅极，耦合至所述第一控制器；

    第二源极，耦合至接地电压；以及

    第二漏极，耦合至所述电容器。
15. 一种电子组件，包括：

    电路板；以及

    根据权利要求11-14中任一项所述的供电电路，被设置在所述电路板上。
16. 一种电子设备，包括：

    电源；以及

    根据权利要求11-14中任一项所述的供电电路，耦合至所述电源。