供电装置

技术领域

本公开的实施例总体涉及电子电路，并且更具体地涉及一种供电装置。

背景技术

包含有电源转换器（例如包括但不限于BUCK（降压）电源转换器）等的供电设备，是利用现代的电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率来得到所需的输出电压的一种电源，其输出电压用作相应的终端设备的供电电压。其中，控制开关管开通和关断的时间比率通常由控制器（例如BUCK控制器）实现。控制器例如藉由其电源端从一初始供电电源接收电能。在一些应用领域中，会在电源转换器的输出端与控制器的电源端之间设置一个二极管，当电源转换器的输出端的电压高于控制器的电源端的电压时，该二极管导通，并且控制器的电源端与初始供电电源之间的连接被断开。于是，控制器的电源端的输入电压，由初始供电电源的电压切换至电源转换器的输出端的电压，以便由电源转换器的输出端为控制器提供电能。这样，可以提高效率、降低电源转换器的功耗。但是，在传统的供电设备中，仅能够在电源转换器的输出端的电压高于控制器的电源端的电压时，实现控制器的电源端的输入电压的切换，应用领域受到限制。

发明内容

针对上述问题，本公开提供了一种供电装置。在该供电装置中，对控制器的电源端的输入电压的切换，不受电源转换器的输出端的电压与控制器的电源端的电压之间的大小关系的限制，从而使得该供电装置可以拓展至更广的应用领域。

根据本公开的一个方面，提供一种供电装置。该供电装置包括：控制单元，与第一电源端电连接，控制单元被配置为从第一电源端获取电能，并且生成开关控制信号；转换单元，接收控制单元的开关控制信号，转换单元被配置为根据开关控制信号生成输出电压；以及电压调节单元，与转换单元电连接，电压调节单元被配置为当转换单元的输出电压满足预定条件时，使得第一电源端的电压降低，以便在第一电源端的降低后的电压小于转换单元的输出电压时，将第一电源端的电压切换为转换单元的输出电压。

在一些实施例中，该电压调节单元包括低压差线性稳压器（LDO），低压差线性稳压器包括串联的第一反馈电阻以及第二反馈电阻，第一反馈电阻以及第二反馈电阻中的至少一个为可调电阻，低压差线性稳压器的输出端与第一电源端电连接；

电压调节单元还被配置为当转换单元的输出电压满足预定条件时，生成电阻调节信号，电阻调节信号用于调节第一反馈电阻以及第二反馈电阻中的至少一个的电阻，以使得第一电源端的电压降低。

在一些实施例中，该电压调节单元还包括第一比较器，第一比较器的正向输入端与第一参考电压电连接，第一比较器的负向输入端与转换单元的输出电压的反馈电压电连接，第一比较器被配置为当转换单元的输出电压的反馈电压高于或者等于第一参考电压时，生成电阻调节信号。

在一些实施例中，该电压调节单元还包括第二比较器，第二比较器的正向输入端与第一电源端的电压的反馈电压电连接，第二比较器的负向输入端与转换单元的输出电压的反馈电压电连接，第二比较器被配置为当转换单元的输出电压的反馈电压高于或者等于第一电源端的电压的反馈电压时，生成接通控制信号，以使得第一电源端与转换单元的输出电压相接通。

在一些实施例中，第一反馈电阻的一端与第一电源端电连接，第一反馈电阻的另一端与第二反馈电阻的一端电连接，第二反馈电阻的另一端接地，第一反馈电阻的另一端被配置为输出第一电源端的电压的反馈电压。

在一些实施例中，低压差线性稳压器还包括：误差放大器，误差放大器的正向输入端与第二参考电压电连接，误差放大器的负向输入端与第一反馈电阻的另一端电连接，误差放大器的输出端与第一NMOS器件的栅极电连接；以及第一NMOS器件，第一NMOS器件的漏极与第二电源端电连接，第一NMOS器件的源极与第一电源端电连接。

在一些实施例中，第二反馈电阻为可调电阻，电阻调节信号用于使得第二反馈电阻的电阻值增大。

在一些实施例中，该电压调节单元还包括第三反馈电阻以及第四反馈电阻，第三反馈电阻的一端与转换单元的输出电压电连接，第三反馈电阻的另一端与第四反馈电阻的一端电连接，第四反馈电阻的另一端接地，第三反馈电阻的另一端被配置为输出转换单元的输出电压的反馈电压。

在一些实施例中，该控制单元还被配置为生成第一开关控制信号以及第二开关控制信号，第一开关控制信号被配置为控制第二NMOS器件导通或者截止，第二开关控制信号被配置为控制第三NMOS器件导通或者截止；该转换单元包括：第二NMOS器件，第二NMOS器件的漏极与第二电源端电连接，第二NMOS器件的栅极被配置为接收第一开关控制信号，第二NMOS器件的源极与第三NMOS器件的漏极电连接；以及第三NMOS器件，第三NMOS器件的栅极被配置为接收第二开关控制信号，第三NMOS器件的源极接地。

在一些实施例中，该转换单元为降压转换单元。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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注表示相同或相似的元素。

图1示出了传统的供电设备的方框示意图。

图2示出了本公开的实施例的供电装置的方框示意图。

图3示出了本公开的实施例的供电装置的电路示意图。

图4示出了本公开的实施例的供电装置的相关电压信号的波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如前文所描述，在传统的供电设备中，仅能够在电源转换器的输出端的电压高于控制器的电源端的电压时，实现控制器的电源端的输入电压的切换，应用领域受到限制。图1示出了传统的供电设备100的方框示意图。供电设备100例如包括控制器102、电源转换器104。控制器102用于生成控制信号，控制信号用于控制电源转换器104中的开关管的开通和关断的时间比率。电源转换器104根据控制信号生成输出电压，并经由其输出端VOUT输出。开关KV闭合时，控制器102藉由其电源端VC从初始供电电源V1接收电能。电源转换器104的输出端VOUT与控制器102的电源端VC之间设置有一个二极管D1。当电源转换器104的输出端VOUT的电压高于控制器102的电源端VC的电压时，该二极管D1导通，并且开关KV被断开，于是，控制器102的电源端VC与初始供电电源V1之间的连接被断开。于是，控制器102的电源端VC的输入电压，由初始供电电源V1的电压切换至电源转换器104的输出端VOUT的电压，以便由电源转换器104的输出端VOUT为控制器102提供电能。应当理解，受限于二极管D1的单向导通特性，在供电设备100中，仅能够在电源转换器104的输出端VOUT的电压高于控制器102的电源端VC的电压时，实现控制器102的电源端VC的输入电压的切换。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的示例实施例提出了一种供电装置方案。在本公开方案中，当转换单元的输出电压满足预定条件时，电压调节单元使得第一电源端的电压降低，以便在第一电源端的降低后的电压小于转换单元的输出电压时，将第一电源端的电压切换为转换单元的输出电压，因此，该供电装置的上述切换过程可以不受第一电源端的初始电压与转换单元的输出电压之间的大小关系的限制，使得该供电装置的使用范围更广。

以下对本公开的实施例的供电装置进行详细说明。

图2示出了本公开的实施例的供电装置200的方框示意图。供电装置200包括控制单元202、转换单元204以及电压调节单元206。其中，控制单元202与第一电源端电连接，控制单元202被配置为从第一电源端获取电能，并且生成开关控制信号。转换单元204接收控制单元202的开关控制信号，转换单元204被配置为根据开关控制信号生成输出电压。电压调节单元206与转换单元204电连接，电压调节单元206被配置为当转换单元204的输出电压满足预定条件时，使得第一电源端的电压降低，以便在第一电源端的降低后的电压小于转换单元204的输出电压时，将第一电源端的电压切换为转换单元204的输出电压。

转换单元204例如为降压（BUCK）转换单元。转换单元204例如包括开关管。控制单元202生成的开关控制信号用于控制转换单元204中的开关管的开通和关断的时间比率。转换单元204根据开关控制信号生成输出电压，并经由其输出端输出。

在一些实施例中，电压调节单元206包括低压差线性稳压器，低压差线性稳压器包括串联的第一反馈电阻以及第二反馈电阻，第一反馈电阻以及第二反馈电阻中的至少一个为可调电阻，低压差线性稳压器的输出端与第一电源端电连接；电压调节单元206还被配置为当转换单元204的输出电压满足预定条件时，生成电阻调节信号，电阻调节信号用于调节第一反馈电阻以及第二反馈电阻中的至少一个的电阻，以使得第一电源端的电压降低。

在一些实施例中，电压调节单元206还包括第一比较器，第一比较器的正向输入端与第一参考电压电连接，第一比较器的负向输入端与转换单元的输出电压的反馈电压电连接，第一比较器被配置为当转换单元204的输出电压的反馈电压高于或者等于第一参考电压时，生成电阻调节信号。

在一些实施例中，电压调节单元206还包括第二比较器，第二比较器的正向输入端与第一电源端的电压的反馈电压电连接，第二比较器的负向输入端与转换单元的输出电压的反馈电压电连接，第二比较器被配置为当转换单元204的输出电压的反馈电压高于或者等于第一电源端的电压的反馈电压时，生成接通控制信号，以使得第一电源端与转换单元204的输出电压相接通。

在一些实施例中，第二反馈电阻为可调电阻，电阻调节信号用于使得第二反馈电阻的电阻值增大，以便使得第一电源端的电压降低。

图3示出了本公开的实施例的供电装置300的电路示意图。供电装置300包括控制单元302、转换单元304以及电压调节单元306。其中，控制单元302与第一电源端VCC电连接，控制单元302被配置为从第一电源端VCC获取电能，并且生成开关控制信号。转换单元304接收控制单元302的开关控制信号，转换单元304被配置为根据开关控制信号生成输出电压VOUT。电压调节单元306与转换单元304电连接，电压调节单元306被配置为当转换单元304的输出电压VOUT满足预定条件时，使得第一电源端VCC的电压降低，以便在第一电源端VCC的降低后的电压小于转换单元304的输出电压时，将第一电源端VCC的电压切换为转换单元304的输出电压。第一电源端VCC与地GND之间设置有第一电容C1。

电压调节单元306包括低压差线性稳压器362。低压差线性稳压器362包括串联的第一反馈电阻R1以及第二反馈电阻R2。第一反馈电阻R1以及第二反馈电阻R2中的至少一个为可调电阻，低压差线性稳压器362的输出端与第一电源端VCC电连接。电压调节单元306还被配置为当转换单元304的输出电压满足预定条件时，生成电阻调节信号，电阻调节信号用于调节第一反馈电阻R1以及第二反馈电阻R2中的至少一个的电阻，以使得第一电源端VCC的电压降低。

其中，第一反馈电阻R1的一端与第一电源端VCC电连接，第一反馈电阻R1的另一端与第二反馈电阻R2的一端电连接，第二反馈电阻R2的另一端接地GND。第一反馈电阻R1的另一端被配置为输出第一电源端VCC的电压的反馈电压Vf。

低压差线性稳压器362还包括误差放大器EA以及第一NMOS器件M1。误差放大器EA的正向输入端与第二参考电压VREF电连接，误差放大器EA的负向输入端与第一反馈电阻R1的另一端电连接，误差放大器EA的输出端GT1与第一NMOS器件M1的栅极电连接。第一NMOS器件M1的漏极与第二电源端VIN电连接，第一NMOS器件M1的源极与第一电源端VCC连接。作为一种可选的实施方式，第二反馈电阻R2为可调电阻，电阻调节信号用于使得第二反馈电阻R2的电阻值增大，从而使得第一电源端VCC的电压降低。第一NMOS器件M1例如为功率器件。

电压调节单元306还包括第三反馈电阻R3以及第四反馈电阻R4。第三反馈电阻R3的一端与转换单元304的输出电压VOUT电连接，第三反馈电阻R3的另一端与第四反馈电阻R4的一端电连接，第四反馈电阻R4的另一端接地GND，第三反馈电阻R3的另一端被配置为输出转换单元304的输出电压VOUT的反馈电压Vfb1。

电压调节单元306还包括第一比较器CMP1。第一比较器CMP1的正向输入端与第一参考电压VREF1电连接，第一比较器CMP1的负向输入端与转换单元304的输出电压VOUT的反馈电压Vfb1电连接，第一比较器CMP1的输出端S1与被调节的反馈电阻（例如第二反馈电阻R2）电连接。第一比较器CMP1被配置为当转换单元304的输出电压VOUT的反馈电压Vfb1高于或者等于第一参考电压VREF1时，生成电阻调节信号，并经由第一比较器CMP1的输出端S1输出。

电压调节单元306还包括第二比较器CMP2。第二比较器CMP2的正向输入端与第一电源端VCC的电压的反馈电压Vf电连接，第二比较器CMP2的负向输入端与转换单元304的输出电压VOUT的反馈电压Vfb1电连接，第二比较器CMP2的输出端S2与第二开关K1的控制端电连接，用于控制第二开关K1导通或者断开。第二比较器CMP2被配置为当转换单元304的输出电压VOUT的反馈电压Vfb1高于或者等于第一电源端VCC的电压的反馈电压Vf时，生成接通控制信号，以使得第一电源端VCC与转换单元304的输出电压VOUT相接通。例如，第二比较器CMP2生成的接通控制信号控制第二开关K1导通，从而使得第一电源端VCC与转换单元304的输出电压VOUT相接通。

控制单元302还被配置为生成第一开关控制信号HO以及第二开关控制信号LO。第一开关控制信号HO被配置为控制第二NMOS器件Q1导通或者截止，第二开关控制信号LO被配置为控制第三NMOS器件Q2导通或者截止。

转换单元304包括第二NMOS器件Q1、第三NMOS器件Q2、电感L、电阻R0、电容C0。第二NMOS器件Q1的漏极与第二电源端VIN电连接，第二NMOS器件Q1的栅极被配置为接收第一开关控制信号HO，第二NMOS器件Q1的源极与第三NMOS器件Q2的漏极电连接，第三NMOS器件Q2的栅极被配置为接收第二开关控制信号LO，第三NMOS器件Q2的源极接地GND。也即，第二电源端VIN既可以为控制单元302提供电能，也可以为转换单元304提供电能。

图4示出了本公开的实施例的供电装置300的相关电压信号的波形示意图。其中，横轴表征时间（t），纵轴表征电压。假设供电装置300在时刻t1开始工作。第二比较器CMP2的输出端S2输出高电平信号，该高电平信号不属于接通控制信号（例如可称为断开信号），该高电平信号使得第二开关K1处于断开状态。误差放大器EA的输出端GT1为高电平，第一NMOS器件M1导通。根据低压差线性稳压器的工作原理可知：VCC=(R1+R2)/R2*VREF。其中，第一电源端VCC的初始电压VCC1由第一反馈电阻R1以及第二反馈电阻R2的初始值（假设为R20）决定，因此，VCC1=(R1+R20)/R20*VREF。

在转换单元304工作过程中，转换单元304的输出电压VOUT逐渐升高。在时刻t2，当转换单元304的输出电压VOUT升高到使得转换单元304的输出电压VOUT的反馈电压Vfb1等于甚至高于第一参考电压VREF1时，第一比较器CMP1的输出端S1输出低电平信号，该低电平信号作为电阻调节信号，使得第二反馈电阻R2的电阻值增大。随着第二反馈电阻R2的电阻值逐渐增大，第一电源端VCC的电压逐渐降低。为了便于说明，图中以虚线表征仅考虑第一反馈电阻R1以及第二反馈电阻R2的可调节的电阻值的范围的影响（不考虑第二开关K1导通的影响），第一电源端VCC可能降低到的最低电压值VCC2，其中，VCC2=(R1+R21)/R21*VREF，R21例如表征第二反馈电阻R2的可调节到达的最大电阻值。

随着第一电源端VCC的电压逐渐降低，在t3时刻，第一电源端VCC的电压的反馈电压Vf低于转换单元304的输出电压VOUT的反馈电压Vfb1（此时，第一电源端VCC的电压略低于转换单元304的输出电压VOUT），于是，第二比较器CMP2的输出端S2输出低电平信号，该低电平信号作为接通控制信号使得第二开关K1导通。于是，第一电源端VCC的电压等于转换单元304的输出电压VOUT（略高于第二开关K1导通前，第一电源端VCC的电压）。因此，此时第一电源端VCC的电压的反馈电压Vf会略高于第二参考电压VREF，于是，误差放大器EA输出端GT1输出低电平信号，使得第一NMOS器件M1截止，第二电源端VIN与第一电源端VCC之间的通路被切断，从而节省功耗、提高效率。

在供电装置300中，通过对第一反馈电阻R1、第二反馈电阻R2、第三反馈电阻R3、第四反馈电阻R4，以及第一参考电压VREF1、第二参考电压VREF的合理配置，可以使得控制单元302的电能来源第一电源端VCC的切换，不受第一电源端VCC的初始电压与转换单元304的输出电压VOUT之间的大小关系的限制。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

以上仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。