CN109802562A

CN109802562A - 电压调节系统

Info

Publication number: CN109802562A
Application number: CN201910224179.1A
Authority: CN
Inventors: 杨伟; 李东; 金宁
Original assignee: Chipone Technology Beijing Co Ltd
Current assignee: Chipone Technology Beijing Co Ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-05-24

Abstract

本发明提供了一种电压调节系统，包括：直流‑直流转换器用于根据反馈信号产生切换信号以将输入电压转换成第一输出电压，并用于根据可调分压比例对第一输出电压进行分压操作以产生反馈信号；以及，电压调节单元用于将第一输出电压转换为第二输出电压。直流‑直流转换器包括：负载电流状态检测单元，根据电感电流在预定期间内的过零次数是否超过预定次数确定负载电流状态，并根据负载电流状态确定可调分压比例。本发明能够调整调节压差的大小，还能够调降直流‑直流转换器的输出电压，优化轻载时的效率，从而提高整个电压调解系统在轻载时的整体复合效率。

Description

电压调节系统

技术领域

本发明涉及电压调节技术领域，具体涉及一种可自动调整压差以提高整体转换效率的电源系统。

背景技术

在实际的供电应用中，经常需要在DC-DC(direct current-direct current；直流-直流)转换器后级联一个或多个LDO(low dropout；低调节压差)线性稳压器，或者在DC-DC转换器后级联一个或多个电荷泵。参照图1(1-a至1-d))，其中，图1-a所示由DC-DC转换器10级联LDO线性稳压器11所组成的电源管理系统；图1-b所示由DC-DC转换器10级联电荷泵12所组成的电源管理系统；图1-c所示由DC-DC转换器10级联LDO线性稳压器11和电荷泵12所组成的电源管理系统；以及图1-d所示由DC-DC转换器10级联多个LDO线性稳压器11和多个电荷泵12所组成的电源管理系统；其中，LDO线性稳压器11和电荷泵12的输入电压均需要比输出电压高出预定的调节压差(headroom或dropout)才能正常工作。

如图1-a所示，DC-DC转换器10用于将输入电压V_in转成第一输出电压V_reg，而LDO线性稳压器11则是用于将第一输出电压V_reg转成第二输出电压V_ldo，其中V_reg须比V_ldo高出预定的调节压差；如图1-b所示，DC-DC转换器10用于将输入电压V_in转成第一输出电压V_reg，而电荷泵12则是用于将第一输出电压V_reg转成第二输出电压V_cp，其中V_reg须比V_cp高出预定的调节压差；如图1-c所示，DC-DC转换器10用于将输入电压V_in转成第一输出电压V_reg，LDO线性稳压器11是用于将第一输出电压V_reg转成第二输出电压V_ldo，且电荷泵12是用于将第一输出电压V_reg转成第三输出电压V_cp，其中V_reg须比V_ldo高出预定的第一调节压差且须比V_cp高出预定的第二调节压差；以及如图1-d所示，DC-DC转换器10用于将输入电压V_in转成第一输出电压V_reg，各LDO线性稳压器11是用于将第一输出电压V_reg转成第二输出电压V_ldoi，i为1到n之间的正整数，且各电荷泵12是用于将第一输出电压V_reg转成第三输出电压V_cpi，i为1到n之间的正整数，其中V_reg须比各V_ldoi高出预定的第一调节压差且须比各V_cpi高出预定的第二调节压差，也就是说，V_reg须足够高以确保各LDO线性稳压器11及各电荷泵12均能正常工作。

另外，在电压调节系统中，调节压差一般会根据最大负载条件确定，且调节压差在确定后，在整个工作期间就不会再改变。另外，电压调节系统的复合效率等于DC-DC转换器的效率乘以LDO线性稳压器或者电荷泵的效率，而LDO线性稳压器和电荷泵的理想最大效率η是与调节压差直接相关，该理想最大效率η可表示如下式：

其中，V_ldo为LDO线性稳压器的输出电压，V_dropout为该LDO线性稳压器的调节压差。

由上述可知，调节压差V_dropout越大/越小，理想最大效率η就越低/越高。

也就是说，现有技术是根据实际应用中的最大负载要求设定调节压差V_dropout，一旦调节压差V_dropout确定后，调节压差V_dropout在整个工作期间保持不变。参见图2所示的关系曲线图，现有电压调节系统在各种负载电流I_load下皆以固定的调节压差V_dp将V_reg转成V_ldoi和V_cpi。然而，由于现有电压调节系统在轻载时只需较小的调节压差V_dp即可正常操作，因此，现有电压调节系统采用固定调节压差V_dp的方法在轻载时的电压转换效率较低。

为解决上述技术问题，本领域亟需一种新的电压调节系统。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种电压调节系统，实现提高整个电压调节系统在轻载时的整体复合效率。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种电压调节系统，包括：直流-直流转换器和电压调节单元；

所述直流-直流转换器，包括：切换式电源转换单元和反馈单元；

所述切换式电源转换单元用于根据反馈信号产生切换信号以使所述切换式电源转换单元将输入电压转换成第一输出电压，

所述反馈单元用于根据可调分压比例对第一输出电压进行分压操作以产生反馈信号；

所述电压调节单元用于将第一输出电压转换为第二输出电压，所述第二输出电压低于所述第一输出电压；

其中，所述切换式电源转换单元，包括：

负载电流状态检测单元，用于根据电感电流在预定期间内的过零次数是否超过预定次数确定负载电流状态；若是，则确定负载电流状态为轻载状态，并将所述可调分压比例设为第一比例；若否，则确定负载电流状态为非轻载状态，并将所述可调分压比例设为第二比例，其中，所述第二比例小于所述第一比例。

其中，所述电压调节单元为LDO电压调节单元或电荷泵。

其中，所述反馈单元为电阻式串行电路。

其中，所述预定期间包含多个切换周期。

其中，当所述负载电流状态为轻载状态时，所述切换式电源转换单元工作在脉冲频率调制模式，以及，当所述负载电流状态为非轻载状态时，所述切换式电源转换单元工作在脉冲宽度调制模式。

另一方面，本发明还提供了一种电压调节系统，包括：一个直流-直流转换器和多个电压调节单元；所述直流-直流转换器的输出端分别与多个所述电压调节单元输入端相连接；

每个所述电压调节单元均用于将第一输出电压转换为第二输出电压，所述第二输出电压低于所述第一输出电压；

其中，所述切换式电源转换单元，包括：

其中，所述电压调节单元为LDO电压调节单元或电荷泵。

其中，所述反馈单元为电阻式串行电路。

其中，所述预定期间包含多个切换周期。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种电压调节系统，可根据负载的大小适时地调整调节压差(dropout)的大小，优化电压调解系统中LDO及/或电荷泵在轻载时的效率，从而提高整个电压调解系统在轻载时的整体复合效率；还能够在轻载时调高系统中直流-直流转换器的电压反馈系数以调降直流-直流转换器的输出电压，从而降低调节压差(dropout)优化系统中之LDO及/或电荷泵在轻载时的效率，提高整个系统在轻载时的整体复合效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为现有技术中电源管理系统的结构示意图；

其中，图1-a为DC-DC转换器级联LDO线性稳压器组成的电源管理系统的结构示意图；

图1-b为DC-DC转换器级联电荷泵组成的电源管理系统的结构示意图；

图1-c为DC-DC转换器级联LDO线性稳压器和电荷泵组成的电源管理系统的结构示意图；

图1-d为一个DC-DC转换器级联多个LDO线性稳压器和多个电荷泵组成的电源管理系统的结构示意图；

图2为现有技术中电压调节系统在各种负载电流下皆以一固定的调节压差将第一输出电压转成第二输出电压的关系曲线图；

图3为本发明实施例提供的电压调节系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电压调节系统中切换式电源转换单元的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电压调节系统中反馈单元的结构示意图；

其中，图5-a为一种反馈单元的结构示意图；图5-b为另一种反馈单元的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种电压调节系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的电压调节系统中调节压差和负载电流的关系图；

其中，10-DC-DC转换器，11-LDO线性稳压器，12-电荷泵，100-直流-直流转换器，101-切换式电源转换单元，101a-切换信号产生单元，101b-电能传输单元，101c负载电流状态检测单元，102-反馈单元，102a-第一电阻，102b-可变电阻，102c-第二电阻，102d-第三电阻，102e-第四电阻，102f-第五电阻，110-电压调节单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种电压调节系统，参见图3，包括：直流-直流转换器100和电压调节单元110；

直流-直流转换器100，包括：切换式电源转换单元101和反馈单元102；

切换式电源转换单元101用于根据反馈信号FB产生切换信号以使切换式电源转换单元101将输入电压V_IN转换成第一输出电压V_REG；

反馈单元102用于根据可调分压比例对第一输出电压V_REG进行分压操作以产生反馈信号FB；

电压调节单元110为LDO电压调节单元或电荷泵，用于将第一输出电压V_REG转换为第二输出电压V_OUT，第二输出电压V_OUT低于第一输出电压V_REG；其中，第一输出电压V_REG与第二输出电压V_OUT之间的压差大于预定的调节压差。

进一步的，本发明实施例提供了上述实施方式中切换式电源转换单元的结构示意图，参见图4，切换式电源转换单元101，包括：

切换信号产生单元101a、电能传输单元101b和负载电流状态检测单元101c，其中，切换信号产生单元101a用于根据反馈信号FB产生切换信号SW以驱动电能传输单元101b，从而将电能由电能传输单元101b的输入端传至电能传输单元101b的输出端；负载电流状态检测单元101c用于根据电感电流的感测信号S_LI判断该电感电流在预定期间内(也就是说，在切换信号的预定数目个切换周期内)的过零次数是否超过预定次数，以确定负载电流信号S_LD的状态，

若是，则确定该负载电流信号S_LD为轻载状态，并将该可调分压比例设为第一比例，若否，则确定该负载电流信号S_LD为非轻载状态，并将该可调分压比例设为第二比例，其中，第二比例小于第一比例。另外，负载电流信号S_LD可为数字信号或模拟信号。

进一步的，参见图5，本发明实施例提供了上述实施方式中反馈单元的结构示意图。

在一个实施方式中，参见图5-a，反馈单元102包括：依次串联的第一电阻102a、可变电阻102b和第二电阻102c，其中，可变电阻102b是根据负载电流信号S_LD的控制确定电阻值：当负载电流信号S_LD呈现为轻载状态时，可变电阻102b会处于低电阻值以将该可调分压比例设为该第一比例；当该负载电流信号S_LD呈现为非轻载状态时，可变电阻102b会处于高电阻值以将该可调分压比例设为该第二比例。

在另一个实施方式中，参见图5-b，反馈单元102包括：依次串联的第三电阻102d、第四电阻102e和第五电阻102f，负载电流信号S_LD会从反馈单元102抽出电流I_SEN，其中，当该负载电流信号S_LD呈现为轻载状态时，电流I_SEN处于低电流值，以使可调分压比例为第一比例；当该负载电流信号S_LD呈现为非轻载状态时，电流I_SEN处于高电流值以使可调分压比例为该第二比例。

另外，本发明实施例提供的另一种电压调节系统，参见图6，包括：直流-直流转换器100和n个电压调节单元110；其中，n为大于1的正整数。

需要说明的是，直流-直流转换器100和电压调节单元110的原理以及说明参照上述实施例，故在此不在赘述。

在上述的实施例中，如图7所示电压调节系统中调节压差和负载电流的关系图，在轻载区的调节压差V_dp1小于在非轻载区的调节压差V_dp2。

从上所述，本发明实施例提供的一种电压调节系统，可根据负载的大小适时地调整调节压差(dropout)的大小，优化电压调解系统中LDO及/或电荷泵在轻载时的效率，从而提高整个电压调解系统在轻载时的整体复合效率；还能够在轻载时调高系统中直流-直流转换器的电压反馈系数以调降直流-直流转换器的输出电压，从而降低调节压差(dropout)优化系统中之LDO及/或电荷泵在轻载时的效率，提高整个系统在轻载时的整体复合效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种电压调节系统，其特征在于，包括：直流-直流转换器和电压调节单元；

其中，所述切换式电源转换单元，包括：

2.根据权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，所述电压调节单元为LDO电压调节单元或电荷泵。

3.根据权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，所述反馈单元为电阻式串行电路。

4.根据权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，所述预定期间包含多个切换周期。

5.根据权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，当所述负载电流状态为轻载状态时，所述切换式电源转换单元工作在脉冲频率调制模式，以及，当所述负载电流状态为非轻载状态时，所述切换式电源转换单元工作在脉冲宽度调制模式。

6.一种电压调节系统，其特征在于，包括：一个直流-直流转换器和多个电压调节单元；所述直流-直流转换器的输出端分别与多个所述电压调节单元输入端相连接；

其中，所述切换式电源转换单元，包括：

7.根据权利要求6所述的电压调节系统，其特征在于，所述电压调节单元为LDO电压调节单元或电荷泵。

8.根据权利要求6所述的电压调节系统，其特征在于，所述反馈单元为电阻式串行电路。

9.根据权利要求6所述的电压调节系统，其特征在于，所述预定期间包含多个切换周期。

10.根据权利要求6所述的电压调节系统，其特征在于，当所述负载电流状态为轻载状态时，所述切换式电源转换单元工作在脉冲频率调制模式，以及，当所述负载电流状态为非轻载状态时，所述切换式电源转换单元工作在脉冲宽度调制模式。