CN207150424U - 一种电源管理芯片、供电系统和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电源管理芯片、供电系统和电子设备，用以解决现有技术中电源管理芯片转换效率低的问题。电源管理芯片包括：BUCK降压转换模块和电荷泵转换模块；电荷泵转换模块的输出端与BUCK降压转换模块的输入端连接，BUCK降压转换模块的输出端与对应的负载连接；电荷泵转换模块，将电源管理芯片的输入电压进行降压后的第一电压传输给BUCK降压转换模块；BUCK降压转换模块，将第一电压进行降压后的第二电压输出给负载。由于BUCK降压转换模块的输入、输出压差变小，转换效率提高，提高了电源管理芯片的转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源芯片技术领域，特别涉及一种电源管理芯片、供电系统和电子设备。
背景技术
随着芯片制程工艺越来越先进，芯片体积减小，功耗降低已成为发展趋势。一般芯片内核的供电电压为0.5V-1.4V，如CPU供电电压(VCORE)、图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)供电电压(VGPU)、调制解调器MODEM供电电压(VMD)、动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)，供电电压(VDRAM)为0.5V-1.4V。电源管理芯片内部设置有降压式转换电路，一般为BUCK降压电路，对电源管理芯片的输入电压进行降压，达到芯片内核的供电电压值。图1为传统的电源管理芯片的供电示意图，BUCK降压电路将3V-5V的供电单元为其提供的输入电压降压到0.5V-1.4V，为与电源管理芯片连接的负载供电，可以理解为给芯片内核供电，当然也可以是其他的负载。
由于BUCK降压电路中的开关管存在导通损耗和开关损耗，电感存在线圈损耗和磁芯损耗，所以BUCK降压电路的降压转换效率不能做到很高，BUCK降压电路的转换效率一般为80％-85％左右。并且针对BUCK降压电路，输入电压与输出电压的压差越大，转换效率越低。因此随着芯片内核的供电电压越来越低，BUCK降压电路的转换效率持续下降，并且芯片的发热也会加强。
以下的表1为国外的某知名电源厂家的BUCK降压电路的转换效率：
表1
由表1可以得出，当输出电流相同时，输入电压与输出电压的压差越大，转换效率越低。这些都是原厂在嵌入式计算机板(Embedded Computer Board，EVB)上，在散热性，功率电感等都是最优的情况下，测试得到的数据。但是在实际的电路设计中，较多的采用印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，由于受到PCB布局走线，器件选型的影响，BUCK降压电路的转换效率还会再降低1％-5％。终端中使用的电源管理芯片，是将相关的BUCK降压电路集成在一起，集成后的BUCK降压电路，比单个BUCK降压电路的转换效率还要降低，并且在受到布局走线，器件选型，散热等的影响后，BUCK降压电路的实际转换效率还要再降低。因此提高电源管理芯片的转换效率已变得非常重要。
实用新型内容
本实用新型实施例公开了一种电源管理芯片、供电系统和电子设备，用以解决现有技术中电源管理芯片转换效率低的问题。
为达到上述目的，本实用新型实施例公开了一种电源管理芯片，所述电源管理芯片包括：电荷泵转换模块和BUCK降压转换模块；
所述电荷泵转换模块的输出端与所述BUCK降压转换模块的输入端连接，所述BUCK降压转换模块的输出端与对应的负载连接；
所述电荷泵转换模块，用于将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压，并将第一次降压后的第一电压传输给所述BUCK降压转换模块；
所述BUCK降压转换模块，用于将接收到的第一电压进行第二次降压，并将第二次降压后的第二电压输出给对应的负载。
进一步地，所述BUCK降压转换模块包括一个BUCK降压电路或两个以上并联的BUCK降压电路。
进一步地，所述电荷泵转换模块包括一个电荷泵转换子电路，所述电荷泵转换子电路的输出端和一个BUCK降压电路的输入端连接，或者所述电荷泵转换子电路的输出端与两个以上并联的BUCK降压电路的输入端连接。
进一步地，所述电荷泵转换模块包括两个以上并联的电荷泵转换子电路，当所述BUCK降压转换模块包括两个以上并联的BUCK降压电路时，其中，每个电荷泵转换子电路的输出端与一个BUCK降压电路或两个以上并联的BUCK降压电路的输入端连接。
进一步地，每个电荷泵转换子电路的输出端分别与所有并联的BUCK降压电路的输入端连接。
进一步地，
针对任一电荷泵转换子电路，所述电荷泵转换子电路包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电容以及第二电容；其中：
所述第一开关的输入端与为所述电源管理芯片提供输入电压的供电单元的输出端连接，所述第一开关的输出端分别与所述第三开关的输入端、所述第一电容的第一端相连；
所述第二开关的输入端与所述第一电容的第二端以及所述第四开关的输入端相连；所述第二开关的输出端与所述第二电容的第一端以及所述第三开关的输出端相连；
所述第四开关的输出端与所述第二电容的第二端相连；
所述第一开关的输入端作为所述电荷泵转换子电路的输入端，所述第二开关的输出端、所述第三开关的输出端或者所述第二电容的第一端作为所述电荷泵转换子电路的输出端。
进一步地，针对所述电荷泵转换模块中的任一电荷泵转换子电路，所述电荷泵转换子电路的输入电压以及输入电流与输出电压和输出电流之间的关系为：
其中，Vc表示所述电荷泵转换子电路的输入电压；所述Ic表示所述电荷泵转换子电路的输入电流；所述Vbat表示所述电荷泵转换子电路的输出电压；所述Ibat表示所述电荷泵转换子电路的输出电流；所述η表示所述电荷泵转换子电路的降压转换效率；所述M为正整数、且表示所述电荷泵转换模块中包括的电荷泵转换子电路的数目。
进一步地，所述负载包括以下至少一种：
CPU、图形处理器GPU、调制解调器MODEM、动态随机存取存储器DRAM。
本实用新型实施例提供了一种供电系统，所述供电系统包括上述的电源管理芯片、与所述电源管理芯片输入端连接的供电单元和与所述电源管理芯片输出端连接的至少一个负载。
本实用新型实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的电源管理芯片。
本实用新型实施例公开了一种电源管理芯片、供电系统和电子设备，所述电源管理芯片包括：BUCK降压转换模块和电荷泵转换模块；所述电荷泵转换模块的输出端与所述BUCK降压转换模块的输入端连接，所述BUCK降压转换模块的输出端与对应的负载连接；所述电荷泵转换模块，用于将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压，并将第一次降压后的第一电压传输给所述BUCK降压转换模块；所述BUCK降压转换模块，用于将接收到的第一电压进行第二次降压，并将第二次降压后的第二电压输出给对应的负载。由于在本实用新型实施例中，电源管理芯片中包括电荷泵转换模块和BUCK降压转换模块，电荷泵转换模块将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压后，发送给BUCK降压转换模块，由于负载需要的电压是确定的，因为BUCK降压转换模块的输入电压降低，所以BUCK降压转换模块的输入、输出电压的压差降低，BUCK降压转换模块的转换效率提高，并且电荷泵转换模块中不包含电感器件，转换效率很高，因此基于BUCK降压转换模块和电荷泵转换模块的电源管理芯片的转换效率得到较大的提高，从而减小了热功率损耗，降低了电源管理芯片的温度，减轻了终端的发热情况，降低芯片的功耗，提高了终端的续航能力。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为现有技术提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图2为本实用新型实施1例提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图3为本实用新型实施3例提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图4为本实用新型实施3例提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图5为本实用新型实施4例提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图6为本实用新型实施4例提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图7为本实用新型实施5例提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图8为本实用新型实施6例提供的一种电荷泵转换子电路结构示意图；
图9为本实用新型实施6例提供的另一电荷泵转换子电路结构示意图；
图10为本实用新型实施例提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图11为本实用新型实施例提供的一种电源管理芯片结构示意图；
图12为本实用新型实施7提供了一种供电系统结构示意图。
具体实施方式
为了提高电源管理芯片的降压转换效率，本实用新型实施例提供了一种电源管理芯片、供电系统和电子设备。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：
图2为本实用新型实施例1提供的一种电源管理芯片结构示意图，所述电源管理芯片包括：电荷泵转换模块11和BUCK降压转换模块12；
所述电荷泵转换模块11的输出端与所述BUCK降压转换模块12的输入端连接，所述BUCK降压转换模块12的输出端与对应的负载13连接；
所述电荷泵转换模块11，用于将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压，并将第一次降压后的第一电压传输给所述BUCK降压转换模块12；
所述BUCK降压转换模块12，用于将接收到的第一电压进行第二次降压，并将第二次降压后的第二电压输出给对应的负载13。
在本实用新型实施例中，电源管理芯片中包括BUCK降压转换模块和电荷泵转换模块。该电荷泵转换模块的输出端与该BUCK降压转换模块的输入端连接，电荷泵转换模块可以将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压，得到第一电压，并将该第一电压传输给该BUCK降压转换模块。BUCK降压转换模块的输出端与对应的负载连接，BUCK降压转换模块将接收到的该第一电压进行第二次降压，并将第二次降压后的第二电压输出给对应的负载，为负载供电。
由于在本实用新型实施例中，电源管理芯片中包括电荷泵转换模块和BUCK降压转换模块，电荷泵转换模块将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压后，发送给BUCK降压转换模块，由于负载需要的电压是确定的，因为BUCK降压转换模块的输入电压降低，所以BUCK降压转换模块的输入、输出电压的压差降低，BUCK降压转换模块的第一转换效率提高，可达90％，并且电荷泵转换模块中不包含电感器件，转换效率最高可达98％，因为第一转换效率与第二转换效率的乘积大于85％，所以提高了电源管理芯片的转换效率，减小了热功率损耗，降低了电源管理芯片的温度，减轻了终端的发热情况，降低芯片的功耗，提高了终端的续航能力。
实施例2：
在上述实施例的基础上，在本实用新型实施例中，电荷泵转换模块包括至少一个电荷泵转换子电路，所述BUCK降压转换模块包括至少一个BUCK降压电路；针对每个电荷泵转换子电路，该电荷泵转换子电路的输出端分别与至少一个所述BUCK降压电路的输入端连接；具体为，针对每个BUCK降压电路，该BUCK降压电路的输入端与一个电荷泵转换子电路的输出端连接，或与两个以上并联的电荷泵转换子电路的输出端连接。针对每个BUCK降压电路，该BUCK降压电路的输出端与其对应的负载连接；每个所述电荷泵转换子电路，用于将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压，并将第一次降压后的第一电压发送给与其连接的至少一个所述BUCK降压电路；每个所述BUCK降压电路，用于将接收到的第一电压进行第二次降压，并将第二次降压后的第二电压输出给对应的负载。所述负载包括以下至少一种：
CPU、图形处理器GPU、调制解调器MODEM、动态随机存取存储器DRAM。每个负载需要的电压可能相同，也可能不同。
所述电荷泵转换模块包括一个电荷泵转换子电路或两个以上并联的电荷泵转换子电路，具体的数量可根据实际情况灵活设置，如可设置为2个、5个、10个等，对此不作任何限定。优选地，通常情况下，所述电荷泵转换模块可包括至少两个相互并联的电荷泵转换子电路，对此不作赘述。
所述BUCK降压转换模块包括一个BUCK降压电路或两个以上并联的BUCK降压电路，具体的数量可根据实际情况灵活设置，一般情况下，一个BUCK降压电路连接一个负载，每个BUCK降压电路连接不同的负载，此时每个BUCK降压电路输出的电压不同。多个BUCK降压电路的输入端可以同时与一个电荷泵转换子电路的输出端连接。
以下分别通过不同的实施例，对电源管理芯片中的包括的电荷泵转换模块与BUCK降压转换模块的连接情况进行详细描述。
实施例3：
在上述各实施例的基础上，在本实用新型实施例中，所述电荷泵转换模块包括一个电荷泵转换子电路，BUCK降压转换模块可以包括至少一个BUCK降压电路，每个BUCK降压电路的输入端均与该一个电荷泵转换子电路的输出端连接。
具体的可以是，如图3所示，电荷泵转换模块11包括一个电荷泵转换子电路111，BUCK降压转换模块12包括一个BUCK降压电路121，该一个电荷泵转换子电路111的输出端和该一个BUCK降压电路121的输入端连接，该一个BUCK降压电路121与对应的负载13连接。
如果该电源管理芯片中包括一个BUCK降压电路，则可以通过一个电荷泵转换子电路为其降压。
或者如图4所示，电荷泵转换模块11包括一个电荷泵转换子电路111，BUCK降压转换模块12包括两个以上并联的BUCK降压电路121，该一个电荷泵转换子电路111的输出端与该两个以上并联的BUCK降压电路121的输入端连接，每个BUCK降压电路121与对应的负载13连接。
为了有效的减小电源管理芯片的面积，具体的在电源管理芯片中可以包括一个电荷泵转换子电路和两个以上的BUCK降压电路，该电荷泵转换子电路与该两个以上的并联的BUCK降压电路连接，为其降压。
实施例4：
为了减小电荷泵转换子电路承受的电流压力，在上述各实施例的基础上，在本实用新型实施例中，所述电荷泵转换模块包括两个以上并联的电荷泵转换子电路，当所述降压转换模块包括两个以上并联的BUCK降压电路时，其中，每个电荷泵转换子电路的输出端与一个BUCK降压电路或两个以上并联的BUCK降压电路的输入端连接。
当电源管理芯片中包括两个以上的BUCK降压电路时，为了有效的降低因电荷泵转换子电路出现故障，导致无法为负载供电的问题，在本实用新型实施例中该电荷泵转换模块包括两个以上并联的电荷泵转换子电路，通过两个以上并联的电荷泵转换子电路降低风险。一个电荷泵转换子电路可以连接一个BUCK降压电路，也可以与两个以上的并联的BUCK降压电路连接，当一个电荷泵转换子电路与两个以上并联的BUCK降压电路连接时，可以有效的降低电荷泵转换子电路承受的电流压力。
具体的可以是，如图5所示，所述电荷泵转换模块11包括三个并联的电荷泵转换子电路111，BUCK降压转换模块12包括三个并联的BUCK降压电路121，每个电荷泵转换子电路111的输出端与一个BUCK降压电路121的输入端连接，每个BUCK降压电路121与对应的负载13连接。
或者如图6所示，所述电荷泵转换模块11包括两个并联的电荷泵转换子电路111，BUCK降压转换模块12包括5个并联的BUCK降压电路121，一个电荷泵转换子电路111的输出端与两个并联的BUCK降压电路121的输入端连接，另一个电荷泵转换子电路111的输出端与三个并联的BUCK降压电路121的输入端连接，每个BUCK降压电路121与对应的负载13连接。
实施例5：
为了避免当某个电荷泵转换子电路出现故障时，不能向与其连接的BUCK降压电路传输降压后的第一电压，从而不能为负载供电，在上述各实施例的基础上，在本实用新型实施例中，每个电荷泵转换子电路的输出端分别与所有并联的BUCK降压电路的输入端连接。
为了有效的降低不能为负载供电的风险，在本实用新型实施例中可以采用两个以上并联的电荷泵转换子电路，每个电荷泵转换子电路的输出端都分别与所有并联的BUCK降压电路的输入端连接。例如如果电源芯片中的电荷泵转换模块11包括2个电荷泵转换子电路111，BUCK降压转换模块12包括3个并联的BUCK降压电路121，具体的可以是如图7所示，第1个与第2个电荷泵转换子电路111均与3个并联的BUCK降压电路121连接，每个BUCK降压电路121与对应的负载13连接。这样即使某一电荷泵转换子电路出现故障，不能为与其连接的BUCK降压电路传输第一电压，BUCK降压电路也能获取其他的正常工作的电荷泵转换子电路输出的第一电压，从而为与该BUCK降压电路连接的负载供电。
实施例6：
在上述各实施例的基础上，在本实用新型实施例中，如图8所示，针对任一电荷泵转换子电路，所述电荷泵转换子电路包括：第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第一电容C1以及第二电容C2；其中：
所述第一开关Q1的输入端与为所述电源管理芯片提供输入电压的供电单元的输出端连接；所述第一开关Q1的输出端分别与所述第三开关Q3的输入端、所述第一电容C1的第一端相连；
所述第二开关Q2的输入端与所述第一电容C1的第二端以及所述第四开关Q4的输入端相连；所述第二开关Q2的输出端与所述第二电容C2的第一端以及所述第三开关Q3的输出端相连；
所述第四开关Q4的输出端与所述第二电容C2的第二端相连；
所述第一开关Q1的输入端作为所述电荷泵转换子电路的输入端，所述第二开关Q2的输出端、所述第三开关Q3的输出端或者所述第二电容C2的第一端作为所述电荷泵转换子电路的输出端。
为所述电源管理芯片提供输入电压的供电单元的可以为与所述电源管理芯片输入端连接的供电电池或适配器。
相比于现有技术，由于本实用新型实施例中所述的电源管理芯片中采用的充/放电元件为电容(即第一电容以及第二电容)而非电感，因而不会出现线圈损耗、磁芯损耗，转换效率最高可达98％，BUCK降压转换模块的输入电压降低，输出电压不变，则在进行降压时的输入、输出电压的压差降低，BUCK降压转换模块的第一转换效率提高，可达90％，则电源管理芯片总的转换效率：98％*90％＝88.2％，而现有技术中电源管理芯片只经过一级的buck降压电压，转换效率一般在80％-85％左右。
在本实用新型实施例中，使用电荷泵转换子电路和BUCK降压电路，进行两级降压的方式，电源管理芯片中的转换效率最高可以达到88.2％，相对会比单独使用BUCK降压电路一级降压的方式的转换效率80％-85％左右，转换效率会有3％-8％的提高。对整个终端来讲，可以增加续航时间，如果3000mAH的电芯，转换效率提高3％-8％，意味着，供电单元可以多出3000mAH*3％-3000mAH*8％即90mAH-240mAH可以用于续航。如终端正常工作时，工作电流1A左右，就可以在原来的续航基础上延时5.4min-11.4min。手机待机电流3mA左右，就可以在原来的待机续航基础上增加30h-80h。并且电荷泵转换子电路，外围电路简单，需要几个储能电容，成本也会比较低。转换效率高，输出电压纹波小，电磁干扰EMI会小很多。同时转换效率的提高，电源管理芯片的热功率损耗就会降低，能够降低芯片的工作温度。对终端而言，降低工作温度，这也能起到很大的帮助。
需要说明的是，由于由所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第一电容C1以及第二电容C2所组成的电路结构通常可被称为电荷泵转换(Charge PumpConverter)电路，因此，本实用新型实施例中所述的电源管理芯片具体可被称为基于Charge Pump Converter电路的电源管理芯片(后续仍简称为电源管理芯片)。
进一步地，所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3以及第四开关Q4均可包括一个或两个以上并联的开关元件，从而可有效地降低所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3以及第四开关Q4的导通电阻，提高了电荷泵转换子电路的降压转换效率，提高了电源管理芯片的转换效率，减小热功率损耗，降低电源管理芯片的温度，减轻终端的发热情况，降低芯片的功耗，提高终端的续航能力，本实用新型实施例对此不作赘述。
优选地，所述开关元件可为晶体管。
可选地，所述晶体管可包括三极管或场效应管。
需要说明的是，若所述开关元件为三极管，则所述开关元件的控制端即可为三极管的基极，所述开关元件的输入端即可为三极管的集电极(或发射极)，所述开关元件的输出端即可为三极管的发射极(或集电极)；若所述开关元件为场效应管，则所述开关元件的控制端即可为场效应管的栅极，所述开关元件的输入端即可为场效应管的漏极(或源极)，所述开关元件的输出端即可为场效应管的源极(或漏极)。当然，所述开关元件的输入端和输出端还可互相交换，本实用新型实施例对此不作任何限定。
进一步可选地，所述三极管可包括NPN型三极管、PNP型三极管，所述场效应管可包括N沟道型场效应管以及P沟道型场效应管等，本实用新型实施例对此也不作任何限定。
另外，需要说明的是，所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3以及第四开关Q4还可为任一能够实现开关功能的硬件开关，如可为单刀双掷开关、双刀双掷开关等，本实用新型实施例对此不作任何限定。
可选地，所述第一电容C1以及所述第二电容C2均至少可包括一个或两个以上并联的电容元件。由于多个并联的电容元件可有效的降低整体电容的ESR，因而，可有效地增大电流，提高电源管理芯片的转换效率，减小热功率损耗，降低电源管理芯片的温度，减轻终端的发热情况，降低芯片的功耗，提高终端的续航能力，本实用新型实施例对此也不作赘述。
可选地，如图9所示，其为本实用新型实施例中所述的电荷泵转换子电路的另一种电路结构示意图。具体地，由图9可知，所述电荷泵转换子电路还可包括第三电容C3，其中：
当所述电荷泵转换子电路为其所在转换支路中的第一个电荷泵转换子电路时，所述第三电容C3的第一端可与为所述电源管理芯片提供输入电压的供电单元的输出端输出端相连。
其中，所述第三电容C3可用于在所述电荷泵转换子电路中的第一开关Q1以及第二开关Q2开启、第三开关Q3以及第四开关Q4关闭时，向所述电荷泵转换子电路中的电容(即所述第一电容C1以及所述第二电容C2)以及所述电源管理芯片中电流补偿。
需要说明的是，为了进一步降低所述第三电容C3的ESR(Equivalent SeriesResistance，等效串联电阻)，减小充电时间，提高充电效率，所述第三电容C3至少可包括一个或两个以上并联的电容元件，对此也不作赘述。
也就是说，与现有技术类似，在本实用新型实施例中，还可在所述电荷泵转换子电路的输入端并联一个第三电容C3。由于所述第三电容C3也并联在为所述电源管理芯片提供输入电压的供电单元的输出端，因而为所述电源管理芯片提供输入电压的供电单元可一直向所述第三电容C3充电，从而使得在第一开关Q1、第二开关Q2导通时，所述第三电容C3能够向所述第一电容C1、所述第二电容C2以及待供电的负载供电，进而实现了电流补偿的作用，避免了为所述电源管理芯片提供输入电压的供电单元输出的电流过小导致不能正常为负载供电的问题。
进一步地，针对所述电荷泵转换模块中的任一电荷泵转换子电路，针对所述电荷泵转换模块中的任一电荷泵转换子电路，所述电荷泵转换子电路的输入电压以及输入电流与输出电压和输出电流之间的关系为：
其中，Vc表示所述电荷泵转换子电路的输入电压；所述Ic表示所述电荷泵转换子电路的输入电流；所述Vbat表示所述电荷泵转换子电路的输出电压；所述Ibat表示所述电荷泵转换子电路的输出电流；所述η表示所述电荷泵转换子电路的降压转换效率；所述M为正整数、且表示所述电荷泵转换模块中包括的电荷泵转换子电路的数目。
例如，以电荷泵转换模块中仅包括一个电荷泵转换子电路为例，假设所述第一开关Q1、所述第二开关Q2、所述第三开关Q3以及所述第四开关Q4的均为MOS管，且导通电阻分别可为RQ1、RQ2、RQ3以及RQ4，所述第一电容C1以及所述第二电容C2的ESR分别可为RC1以及RC2，则当该电荷泵转换子电路接收到控制信号为第一控制信号(如为高电平1等)，则电荷泵转换模块11与BUCK降压转换模块12的连接可简化为图10所示的电路结构；当该电荷泵转换子电路接收到的控制信号为第二控制信号(如可为低电平0等)，则电荷泵转换模块11与BUCK降压转换模块12的连接可简化为图11所示的电路结构。
进一步地，针对电荷泵转换子电路，假设在第一阶段(即接收到的控制信号为第一控制信号的阶段，前T/2阶段)，电流(即所述第一电容C1以及所述第二电容C2的充电电流，后T/2阶段)的有效值可为Ic，在第二阶段(即接收到的控制信号为第二控制信号的阶段)，电流(即所述第一电容C1以及所述第二电容C2的放电电流)有效值为Id；假设输入电流可为Iin，输出电流可为Iout，且在第一阶段损耗功率可为Pc，在第二阶段损耗功率可为Pd，因而，整个周期内(即第一阶段+第二阶段)总的损耗功率可为Pt。再有，由于两个阶段的占空比始终为50％(即第一阶段以及第二阶段各占整个周期的一半)，因而总的损耗功率与两个阶段的损耗功率之间存在公式2所示的关系：
由于P＝I2*R，因而第一阶段以及第二阶段的损耗功率可表示为公式3以及公式4：
Pc＝Ic 2*(RQ1+RC1+RQ3+RC2) 公式3；
由上述两个公式可以得出电荷泵转换子电路的总的损耗功率，如公式5所示：
通过以上公式，即可计算电荷泵转换子电路的损耗功率。具体地，由于通常情况下，MOS管的导通电阻一般可在2～20mΩ之间，10uF以上的电容元件的在低频段(1MHZ左右)的ESR可在2～15mΩ之间，若假设本实用新型实施例中的RQ1＝RQ2＝RQ3＝RQ4＝15mΩ，RC1＝RC2＝10mΩ，则可以计算出本实用新型实施例中电荷泵转换子电路总的损耗功率，如公式6所示：
Pt＝0.025*Ic 2+0.004*Id 2 公式6；
进一步假设Id＝Iout(需要说明的是，Ic和Id的取值可通过实际经验值得到，此处不作赘述)，因而电荷泵转换子电路总的损耗功率还可由公式7表示：
Pt≈0.0165*Iout 2 公式7；
综上所述，本实用新型实施例中电荷泵转换子电路总的损耗功率可由输出电流决定。以电荷泵转换模块中仅包括一个电荷泵转换子电路为例，例如输出为4V/4A(即输出电压为4V，输出电流为4A)，则可计算得到电荷泵转换模块总的损耗功率可为0.264W。需要说明的是，由于转换效率因而还可进一步计算得到电荷泵转换模块转换效率(此处可为降压转换效率)可为此处不再赘述。
由上述内容可知，本实用新型实施例中电荷泵转换子电路降压转换效率通常可以达到98％以上(只要选择合理的参数)。
进一步地，由于开关元件本身的导通电阻并不为零，因而，当开关元件串联在电路中时，在开关元件的两端会出现压降，这就导致电荷泵转换子电路输出电压并不等于电荷泵转换子电路输入电压的一半(即VOUT≠VIN/2)。
但是，对于电流而言，由于电荷泵转换子电路中并不存在会损耗电流的电感元件(或电阻元件)，因而电荷泵转换子电路输出电流可一直保持为输入电流的2倍，即Iout＝2*Iin。因此，可根据输出电流的大小确定出输出电压的大小，以进一步确定输入电压的大小。
也就是说，采用本实用新型实施例中电源管理芯片为负载(如CPU、GPU、MODEM、DRAM等)等进行充电时，可首先确定负载的充电电压以及充电电流，然后可根据所述充电电压以及所述充电电流确定BUCK降压电路的输出电压以及输出电流，进而确定电荷泵转换子电路的输出电压以及输出电流。从而保证了整个供电电路的安全性以及高效性，本实用新型实施例对此不作任何限定。
类似地，假设所述电源管理芯片中的电荷泵转换模块可包括M(M≥2)个电荷泵转换子电路，由于各电荷泵转换子电路是相互并联的，因而整个电荷泵转换模块的等效电阻会进一步降低，进而可使得所述电荷泵转换模块输出较大的电流。
实施例7：
图12为本实用新型实施7提供了一种供电系统结构示意图，所述供电系统包括电源管理芯片22、与所述电源管理芯片22输入端连接的供电单元21和与所述电源管理芯片22输出端连接的至少一个负载13。
本实用新型实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括电源管理芯片。
本实用新型实施例公开了一种电源管理芯片、供电系统和电子设备，所述电源管理芯片包括：BUCK降压转换模块和电荷泵转换模块；所述电荷泵转换模块的输出端与所述BUCK降压转换模块的输入端连接，所述BUCK降压转换模块的输出端与对应的负载连接；所述电荷泵转换模块，用于将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压，并将第一次降压后的第一电压传输给所述BUCK降压转换模块；所述BUCK降压转换模块，用于将接收到的第一电压进行第二次降压，并将第二次降压后的第二电压输出给对应的负载。由于在本实用新型实施例中，电源管理芯片中包括电荷泵转换模块和BUCK降压转换模块，电荷泵转换模块将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压后，发送给BUCK降压转换模块，由于负载需要的电压是确定的，因为BUCK降压转换模块的输入电压降低，所以BUCK降压转换模块的输入、输出电压的压差降低，BUCK降压转换模块的第一转换效率提高，可达90％，并且电荷泵转换模块中不包含电感器件，转换效率最高可达98％，因为第一转换效率与第二转换效率的乘积大于85％，所以提高了电源管理芯片的转换效率，减小了热功率损耗，降低了电源管理芯片的温度，减轻了终端的发热情况，降低芯片的功耗，提高了终端的续航能力。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种电源管理芯片，其特征在于，所述电源管理芯片包括：电荷泵转换模块和BUCK降压转换模块；
所述电荷泵转换模块的输出端与所述BUCK降压转换模块的输入端连接，所述BUCK降压转换模块的输出端与对应的负载连接；
所述电荷泵转换模块，用于将电源管理芯片的输入电压进行第一次降压，并将第一次降压后的第一电压传输给所述BUCK降压转换模块；
所述BUCK降压转换模块，用于将接收到的第一电压进行第二次降压，并将第二次降压后的第二电压输出给对应的负载。
2.如权利要求1所述的电源管理芯片，其特征在于，所述BUCK降压转换模块包括一个BUCK降压电路或两个以上并联的BUCK降压电路。
3.如权利要求2所述的电源管理芯片，其特征在于，所述电荷泵转换模块包括一个电荷泵转换子电路，所述电荷泵转换子电路的输出端和一个BUCK降压电路的输入端连接，或者所述电荷泵转换子电路的输出端与两个以上并联的BUCK降压电路的输入端连接。
4.如权利要求2所述的电源管理芯片，其特征在于，所述电荷泵转换模块包括两个以上并联的电荷泵转换子电路，当所述BUCK降压转换模块包括两个以上并联的BUCK降压电路时，其中，每个电荷泵转换子电路的输出端与一个BUCK降压电路或两个以上并联的BUCK降压电路的输入端连接。
5.如权利要求4所述的电源管理芯片，其特征在于，每个电荷泵转换子电路的输出端分别与所有并联的BUCK降压电路的输入端连接。
6.如权利要求3-5任一项所述的电源管理芯片，其特征在于，
针对任一电荷泵转换子电路，所述电荷泵转换子电路包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电容以及第二电容；其中：
所述第一开关的输入端与为所述电源管理芯片提供输入电压的供电单元的输出端连接，所述第一开关的输出端分别与所述第三开关的输入端、所述第一电容的第一端相连；
所述第二开关的输入端与所述第一电容的第二端以及所述第四开关的输入端相连；所述第二开关的输出端与所述第二电容的第一端以及所述第三开关的输出端相连；
所述第四开关的输出端与所述第二电容的第二端相连；
所述第一开关的输入端作为所述电荷泵转换子电路的输入端，所述第二开关的输出端、所述第三开关的输出端或者所述第二电容的第一端作为所述电荷泵转换子电路的输出端。
7.如权利要求6所述的电源管理芯片，其特征在于，针对所述电荷泵转换模块中的任一电荷泵转换子电路，所述电荷泵转换子电路的输入电压以及输入电流与输出电压和输出电流之间的关系为：
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>V</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
<mo>*</mo>
<mi>V</mi>
<mi>b</mi>
<mi>a</mi>
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<mi>&eta;</mi>
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</mtd>
</mtr>
<mtr>
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<mi>I</mi>
<mi>C</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>I</mi>
<mi>b</mi>
<mi>a</mi>
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<mo>/</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>*</mo>
<mi>M</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，Vc表示所述电荷泵转换子电路的输入电压；所述Ic表示所述电荷泵转换子电路的输入电流；所述Vbat表示所述电荷泵转换子电路的输出电压；所述Ibat表示所述电荷泵转换子电路的输出电流；所述η表示所述电荷泵转换子电路的降压转换效率；所述M为正整数、且表示所述电荷泵转换模块中包括的电荷泵转换子电路的数目。
8.如权利要求1-5任一项所述的电源管理芯片，其特征在于，所述负载包括以下至少一种：
CPU、图形处理器GPU、调制解调器MODEM、动态随机存取存储器DRAM。
9.一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括如权利要求1-8任一项所述的电源管理芯片、与所述电源管理芯片输入端连接的供电单元和与所述电源管理芯片输出端连接的至少一个负载。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-8任一项所述的电源管理芯片。
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|---|---|---|---|
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