一种电源提供电路、被供电设备和电源管理系统的制作方法

文档序号:11137616
一种电源提供电路、被供电设备和电源管理系统的制造方法与工艺

本申请涉及电源电路技术领域,尤其涉及一种电源提供电路、被供电设备和电源管理系统。



背景技术:

图1示出了现有技术中电源管理电路的结构示意图,如图所示,所述电源管理电路包括被供电芯片(应用处理器)、电源芯片(直流-直流转换器DCDC1~DCDC6)。所述电源管理电路可以确保被供电电路的电源电压更加准确,不受封装、电路板走线导致的寄生电阻的影响。

但现有方案存在一个缺点,被供电芯片(例如:应用处理器)需要较多的管脚,对于每一个供电区都需要一个额外的反馈电压管脚(如图1中的FB1、FB2、FB3、FB4、FB5、FB6)来将被供电点的电压反馈到电源管理芯片中。以图1所示为例,图1中描述的被供电电源域为6个,所以需要额外的6个芯片管脚。芯片管脚数目越大,封装成本越高。另外芯片封装越大,占用印刷电路板的面积越大,不利于小型化。

现有技术不足在于:

现有电源管理方案需要较多的管脚,导致成本较高、印刷电路板面积较大、不利于小型化。



技术实现要素:

本申请实施例提出了一种电源提供电路、被供电设备和电源管理系统,以 解决现有技术中电源管理方案需要较多的管脚,导致成本较高、印刷电路板面积较大、不利于小型化的技术问题。

第一个方面,本申请实施例提供了一种电源提供电路,所述电源提供电路的编程控制端与被供电设备的电源公共端相连,所述电源提供电路向被供电设备的供电端输出电压为所述被供电设备供电,所述电源提供电路通过电源公共端接收来自所述被供电设备的补偿信息,利用所述补偿信息对参考电压进行补偿,并基于补偿后的参考电压校准提供给所述被供电设备的供电端的电压,其中所述补偿信息是由所述被供电设备根据供电端电压与目标电压的差异得到的。

第二个方面,本申请实施例提供了一种被供电设备,包括:被供电芯片、电源公共端和若干个供电端,所述被供电芯片通过所述供电端从相应的电源提供电路获取电源,所述被供电芯片根据供电端电压与目标电压的差异输出补偿信息并通过电源公共端发送至相应的电源提供电路。

第三个方面,本申请实施例提供了一种电源管理系统,其特征在于,包括若干个上述电源提供电路以及上述被供电设备。

有益效果如下:

由于本申请实施例所提供的电源提供电路、被供电设备和电源管理系统,每一个电源提供电路的编程控制端均可以与被供电设备的电源公共端相连,所述被供电设备可以根据电源提供电路的地址通过所述电源公共端向各个电源提供电路输出补偿信息,所述电源提供电路可以利用所述补偿信息对参考电压进行补偿并基于补偿后的参考电压校准输出电压,为所述被供电设备精准的供电,因此,采用本申请实施例所提供的电源管理方案,无需在被供电设备上为每一个电源提供电路单独设置额外的反馈电压端,仅需一个连接端(即电源公共端)即可支持多个供电区的精确供电,降低了成本,同时缩小了印刷电路板的面积,有利于设备小型化。

附图说明

下面将参照附图描述本申请的具体实施例,其中:

图1示出了现有技术中电源提供电路的结构示意图;

图2示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图一;

图3示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图二;

图4示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图三;

图5示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图四;

图6示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图五;

图7示出了本申请实施例中被供电芯片的结构示意图一;

图8示出了本申请实施例中被供电芯片的结构示意图二;

图9示出了本申请实施例中电源管理系统的结构示意图一;

图10示出了本申请实施例中电源管理系统的结构示意图二;

图11示出了本申请实施例中电源管理系统的结构示意图三;

图12示出了本申请实施例中应用处理器的结构示意图;

图13示出了本申请实施例中电源管理系统的结构示意图四。

具体实施方式

为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明,显然,所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例,而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下,本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

针对现有技术的不足,本申请提出了一种电源提供电路、被供电设备和电源管理系统,仅需一个连接端,来支持多个电压域(或称电源域、供电区)的精确供电。

下面结合具体实施例对本申请所提出的电源提供电路、被供电设备和电源管理系统进行说明。

实施例一、

图2示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图一,如图所示,电源提供电路的编程控制端与被供电设备的电源公共端相连,所述电源提供电路向被供电设备的供电端输出电压为所述被供电设备供电,所述电源提供电路通过电源公共端接收来自所述被供电设备的补偿信息,利用所述补偿信息对参考电压进行补偿,并基于补偿后的参考电压校准提供给所述被供电设备的供电端的电压,其中所述补偿信息是由所述被供电设备根据供电端电压与目标电压的差异得到的。

具体实施时,一个被供电设备可以由一个或多个电源提供电路对所述被供电设备进行供电,每个电源提供电路均可以引出一个编程控制端PG与所述被供电设备的电源公共端Comm相连,所述被供电设备可以根据每个电源提供电路的专有地址通过所述Comm端向相应的电源提供电路发送编程控制信号(包括补偿信息),所述电源提供电路通过比较反馈电压与补偿后的参考电压向所述被供电设备的供电端VDD输出电压为所述被供电设备供电。

由于本申请实施例所提供的电源提供电路,每一个电源提供电路的编程控制端PG均可以与被供电设备的Comm端相连,所述被供电设备通过所述Comm端向各个电源提供电路发送补偿信息,所述电源提供电路基于补偿后的参考电压校准输出电压,向被供电设备的供电端VDD输出电压,为所述被供电设备供电,因此,采用本申请实施例所提供的电源提供电路,无论多少个电源提供电路,均可以连接至被供电设备的Comm端,由所述被供电设备对电源提供电路的输出电压进行补偿、校准,每个电源提供电路仅需单独占用被供电设备的一个连接端来输出电压即可实现多个供电区的精确供电,降低了成本,同时缩小了印刷电路板的面积,有利于设备小型化。

具体实施时,所述被供电设备可以根据供电端VDD电压与目标电压的差异以及供电电流确定补偿电阻信息并通过Comm端发送至相应的电源提供电路;所述电源提供电路可以根据所述补偿电阻信息和输出电流信息产生补偿电 压,将所述补偿电压与所述参考电压叠加,作为补偿后的参考电压。

具体实施时,本申请实施例可以在每个电源提供电路中内置电压补偿电路,来抵消寄生效应导致的电压不准确。补偿原理为:先将补偿电阻设置为零,通过被供电设备检测被供电点VDD的电压与目标电压的差异,并量测供电电流,以此来计算寄生电阻(寄生电阻等于(目标电压-供电点电压)/供电电流),并将其转换为数字信号,通过Comm端将标识寄生电阻的数字信号(即标识补偿电阻信息)传递到电源提供电路中,电源提供电路根据补偿电阻信息和输出电流信息来产生补偿电压(补偿电阻与输出电流相乘即补偿电压),将补偿电压叠加到参考电压上。

图3示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图二,如图所示,所述电源提供电路可以包括:误差放大器EA、比较器PWMC、振荡器OSC、逻辑电路、功率开关、电压平均模块AVG、电压补偿电路和加法器,所述功率开关分别与输入电源端V、接地端G、开关输出端LX和逻辑电路的输出端相连,所述AVG的输入端与LX相连并根据所述开关输出端处的电压输出反馈电压,所述电压补偿电路的输入端分别与编程控制端、开关输出端相连,所述电压补偿电路输出补偿电压VCOM至加法器,所述加法器将所述补偿电压VCOM与参考电压Ref相加产生输出电压VA至EA,所述EA比较VA与AVG输出的反馈电压输出误差放大信号EAO,所述EAO经比较器PWMC输出脉宽调制信号PWMO至逻辑电路控制所述功率开关。

实施中,所述电压补偿电路可以包括:第一电流采样电路ISEN1、可编程电阻RPROG和乘法器,所述RPROG输入端与编程控制端相连并根据编程控制端的补偿信息调节输出的电阻Res,所述ISEN1的输入端与开关输出端相连并平均所述开关输出端的电流输出平均电流信号IS,所述乘法器将ISEN1输出的平均电流信号IS与RPROG输出的电阻Res相乘输出补偿电压VCOM至加法器,所述补偿电压VCOM的值随补偿信息的变化而变化。

第一电流采样电路ISEN1可以通过采样MPX1和MNX1的电流,并将两 者相加,产生电感电流,经过平均后可以产生DCDC的平均输出电流,原因是电感的平均电流等于DCDC的平均输出电流。

RPROG模块为受PG数字信号控制的可编程电阻,可以先将PG数字信号解码,然后将串行数字信号变为多位并行数字信号,通过开关进行控制电阻的阻值来实现。

乘法器将平均电流信号IS与电阻Res相乘,产生补偿电压VCOM,加法器将参考电压Ref(等于转换器输出电压的目标电压)与补偿电压VCOM相加产生误差放大器的一个输入电压,误差放大器比较VA电压和反馈电压(即转换器的输出电压),并产生误差放大信号EAO,EAO经过比较器PWMC产生脉宽调制信号PWMO,经过逻辑电路后驱动功率开关。

图3中负反馈环路可以调制FB电压(即转换器的输出电压)等于VA(经过补偿后的新目标电压)。

本申请实施例通过电压平均模块AVG,根据LX电压,AVG模块可以产生LX的电压平均值LXAV作为负反馈环路的反馈电压。

实施中,所述电源提供电路可以包括:误差放大器EA、比较器PWMC、振荡器OSC、逻辑电路、功率开关、电压补偿电路和加法器,所述电压补偿电路与编程控制端相连并输出补偿电压VCOM至加法器,所述加法器将所述补偿电压VCOM与参考电压Ref相加产生输出电压VA至EA,所述EA比较VA与FB的反馈电压输出误差放大信号EAO,所述EAO经比较器PWMC输出脉宽调制信号PWMO至逻辑电路控制所述功率开关。

实施中,所述电压补偿电路可以包括:电流提供电路CurGen、可编程电阻RPROG和乘法器,所述编程控制端分别与RPROG和CurGen的输入端相连,所述RPROG根据编程控制端的补偿信息调节输出的电阻Res,所述CurGen根据获取的采样电流输出平均电流信号IS,所述乘法器将CurGen输出的平均电流信号IS与RPROG输出的电阻Res相乘输出补偿电压VCOM至加法器,所述补偿电压VCOM的值随补偿信息的变化而变化。

图4示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图三,如图所示,所述电源芯片去掉了电压平均模块AVG,将FB端的反馈电压作为负反馈环路的反馈电压。

实施中,所述CurGen的采样电流可以为内部第二电流采样电路ISEN2采样功率开关的电流进行平均得到,或者,所述CurGen的采样电流可以为对PG传输的电流数据进行处理得到的电流。

具体实施时,所述CurGen提供的采样电流可以由内部第二电流采样电路ISEN2通过采样功率开关的电流产生电感电流,再经过平均从而输出平均输出电流IS,即内部采样得到采样电流;所述CurGen提供的采样电流也可以不是内部采样,而是通过PG数字信号中解码得到,即PG端输出信号中还包括被量化的电流信息。所述CurGen可以由两部分组成:一部分对PG传输的电流数据进行解码转换为并行数据;另一部分根据并行数据通过数模转换器转变为电流信号。

一般为了节省功耗,采样电流一般取较小比例的被采样电流,例如1/1000,同时用于模拟寄生电阻的可编程电阻采用相应的放大比例,例如1000倍,这样维持补偿电压与寄生电阻电压降一致。

图5示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图四,图6示出了本申请实施例中电源提供电路的结构示意图五,如图所示,

实施中,所述电源提供电路可以进一步包括:相位补偿电路,所述相位补偿电路的第一端与EA的输出端相连,所述相位补偿电路的第二端接地。

本申请实施例中,可以增加相位补偿电路来补偿负反馈环路的相位,使负反馈环路具有足够大的相位余度,这样负反馈环路可以稳定,避免环路振荡。

实施中,所述相位补偿电路可以包括:相位补偿电阻R6和电容C6,所述R6的第一端作为所述相位补偿电路的第一端与EA的输出端相连,所述R6的第二端与所述C6的第一端相连,所述C6的第二端作为所述相位补偿电路的第二端接地。

实施中,所述功率开关可以包括:第一开关MPX1和第二开关MNX1,所述第一开关的第一端与V相连,所述第二开关的第一端与G相连,所述第一开关和第二开关的第三端相连并连接于LX,所述第一开关的第二端与逻辑电路的第一输出端相连,所述第二开关的第二端与逻辑电路的第二输出端相连。

具体实施时,两个功率开关可以为一个PMOS开关和一个NMOS开关,LX为两个功率开关连接的公共端,LX的开关信号被电感和电容滤波后产生直流电压,为被供电设备供电。

所述CurGen提供的采样电流可以由内部第二电流采样电路ISEN2通过采样第一开关和第二开关的电流并相加,产生电感电流,再经过平均从而输出平均输出电流IS,即内部采样得到采样电流。

实施中,所述接地端接地,所述输入电源端与第一电容C1的第一端相连,所述C1的第二端接地,所述开关输出端与电感L1的第一端相连,所述L1的第二端分别与被供电设备的供电端和第二电容C2的第一端相连,所述C2的第二端接地。

具体实施时,所述电源提供电路中C1、C2、L1可以在电源芯片外,所述输入电源端V、开关输出端LX、接地端G、编程控制端PG、反馈信号端FB分别可以为所述电源芯片的输入电源管脚V、开关输出管脚LX、接地管脚G、编程控制管脚PG、反馈信号管脚FB,所述电源提供电路其余元器件均可以集成在电源芯片内。

实施例二、

基于同一发明构思,本申请实施例提供了一种被供电设备,所述被供电设备可以包括:被供电芯片、电源公共端和若干个供电端,所述被供电芯片通过所述供电端从相应的电源提供电路获取电源,所述被供电芯片根据供电端电压与目标电压的差异输出补偿信息并通过电源公共端发送至相应的电源提供电路。

本申请实施例所提供的被供电设备,可以为每个电源提供电路只提供一个 端来获取电源,无需再为每个电源提供电路单独设置一个反馈电压端,减少了端占用的数量,而且为了精准的获取电源,只需提供一个电源公共端为所有电源提供电路共用,通过所述电源公共端为相应的电源提供电路反馈补偿信息,以便相应的电源提供电路根据补偿信息校准输出电压,更好的为被供电设备供电。

图7示出了本申请实施例中被供电芯片的结构示意图一,如图所示,所述被供电芯片可以包括:模数转换器ADC、数字处理电路Digital和被供电电路Load,所述Digital通过Comm端向电源提供电路发送将补偿电阻设置为零的信号,并通过控制信号Ctrl通知ADC采样被供电电压VS,所述ADC将采样到的VS与目标电压比较输出补偿电压至Digital,所述Digital根据补偿电压以及采样电流确定补偿电阻并通过Comm端输出至电源提供电路。

图8示出了本申请实施例中被供电芯片的结构示意图二,如图所示,所述被供电芯片可以进一步包括:电流采样电阻R7和第三电流采样电路ISEN3,所述ISEN3的两个输入端分别连接至R7的两端,所述ISEN3将获得的采样电流输出至Digital,所述R7的第一端作为被供电设备的供电端,所述R7的第二端分别与Load和ADC相连。

实施例三、

基于同一发明构思,本申请实施例还提供了一种电源管理系统,包括上述被供电设备和若干个电源提供电路,所述若干个电源提供电路均可以为所述被供电设备供电,所述被供电设备可以根据电源提供电路的地址向相应的电源提供电路发送补偿信息,以便所述电源提供电路根据所述补偿信息校准输出电压,为所述被供电设备精准的供电。

图9示出了本申请实施例中电源管理系统的结构示意图一,如图所示,所述地端G接地,所述输入电源端V与C1的第一端相连,所述C1的另一端接地,所述开关输出端LX与L1的第一端相连,所述L1的第二端分别与被供电设备的供电端VDD和C2的第一端相连,所述C2的第二端接地。

具体实施时,每个电源提供电路可以对应一个被供电设备的供电端VDD,每个电源提供电路均可以与被供电设备的Comm端相连,每个电源提供电路可以有自己的专有地址以便区分。

图10示出了本申请实施例中电源管理系统的结构示意图二,如图所示,所述地端G接地,所述输入电源端V与C1的第一端相连,所述C1的另一端接地,所述开关输出端LX与L1的第一端相连,所述L1的第二端分别与被供电芯片的供电端VDD和C2的第一端相连,所述C2的第二端接地;所述FB与所述被供电芯片的供电端VDD相连。

电容C1目的是稳定输入电压,L1和C2构成低通滤波器将LX节点的开关信号滤为接近直流的稳压输出信号,LX信号为输入电压和地之间。

本申请实施例从精度考虑,由于电感通常存在寄生电阻,负载电流在此寄生电阻上会产生电压降,导致VDD电压低于LX的平均电压值,因此,本申请实施例为了避免寄生电阻导致的电压误差,在每个电源提供电路可以增加一个FB端,与被供电设备的供电端VDD相连,用于反馈供电点电压。

本申请实施例所提供的电源管理系统,每一个电源提供电路的编程控制端均可以与被供电设备的电源公共端相连,所述被供电设备可以根据电源提供电路的地址通过所述电源公共端向各个电源提供电路输出补偿信息,所述电源提供电路可以利用所述补偿信息对参考电压进行补偿并基于补偿后的参考电压校准输出电压,为所述被供电设备精准的供电,因此,采用本申请实施例所提供的电源管理系统,无需在被供电设备上为每一个电源提供电路单独设置额外的反馈电压端,仅需一个端(即电源公共端)即可支持多个供电区的精确供电,降低了成本,同时缩小了印刷电路板的面积,有利于设备小型化。

实施例四、

本申请实施例以降压型开关直流-直流转换器DCDC为例,所述被供电设备为应用处理器,6个电源提供电路对所述应用处理器进行供电,进行说明如下:

图11示出了本申请实施例中电源管理系统的结构示意图一,如图所示,每个电源通道都由独立的开关型直流-直流转换器芯片供电,每个直流-直流转换器包含四个端:V、G、FB、LX、PG。其中,V是输入电源端,G是地端,FB为反馈信号端,LX为开关输出端,PG为编程控制端。DCDC根据比较反馈电压FB与内部参考电压,产生误差放大信号,并据此产生占空比控制信号来控制两个功率开关。

为了补偿印刷电路板上金属走线、封装金线等导致的电压下降问题,本申请实施例中在每个开关直流-直流转换器中内置了电压补偿电路,来抵消寄生效应导致的电压不准确。本申请实施例的补偿原理是,先将补偿电阻设置为零,通过应用处理器检测被供电点电压与目标电压的差异,并量测供电电流,以此来计算寄生电阻(寄生电阻等于(目标电压-供电点电压)/供电电流),并将其转换为数字信号。并通过Comm端将标识寄生电阻的数字信号(即标识补偿电阻信息)传递到直流-直流转换器中,直流-直流转换器根据补偿电阻信息和输出电流信息来产生补偿电压(补偿电阻与输出电流相乘即补偿电压),将补偿电压叠加到参考电压上,此时电感L11和电容C12连接处的电压比目标值高,等于目标值与补偿电压之和,经过寄生电阻后,实际供电点的电压等于目标电压。以DCDC1为例,电容C11目的是稳定输入电压,L11和C12构成低通滤波器将LX节点的开关信号滤为接近直流的稳压输出信号,LX信号为输入电压和地之间。

图12示出了本申请实施例中应用处理器的结构示意图,如图所示,可以包括:电流采样电阻(一般由金属走线形成,无需专门设计,可以通过从芯片端至被供电电路之间的金属走线形成)、模数转换器ADC、电流采样电路ISEN3、数字处理电路Digital、应用处理器AP、被供电电路Load(被供电电路Load也可能为应用处理器AP的一部分或其它功能电路)等。

数字处理电路Digital先通过Comm通知直流直流转换器将补偿电阻设置为零,并通过控制信号Ctrl通知ADC采样此时的被供电电压VS(例如:当 Ctrl信号为高电平时,ADC进行采样;当Ctrl信号为低电平时,ADC不采样),模数转换器ADC将采样到的被供电点电压VS与目标电压进行比较,计算出所需的补偿电压,输出至数字处理电路Digital。数字处理电路Digital根据补偿电压信息和电流采样信息,计算补偿电阻,并通过Comm信号输出至直流直流转换器DCDC中,在具体实施时,Digital也可以将电流采样信息输出至直流直流转换器DCDC中。

图13示出了本申请实施例中电源管理系统的结构示意图二,如图所示,与图11相比,可以省掉直流直流转换器DCDCn的FB端。

其原理是:LX的电压平均值可以近似反映DCDC输出电压值,LX经过电感L11和电容C12滤波后,产生的输出电压为VDD供电,电感电容的滤波效果即电压平均。

但是从精度考虑,LX的平均电压值与VDD之间还存在误差,原因是电感通常存在寄生电阻,负载电流在此寄生电阻上会产生电压降,导致VDD电压低于LX的平均电压值。而通过本申请实施例的补偿原理,可以抵消寄生电阻导致的电压误差。与图11相比,只需要在补偿电压时多增加电感寄生电阻导致的额外电压降即可。

由于本申请实施例具有电压平均模块AVG,所述AVG可以直接连接电源提供电路的开关输出端,将开关输出端的电流进行平均从而输出平均电流信号,使得不需要再增加一个FB端来获取芯片外经电感L1和电容C1滤波后的电流。本申请实施例通过以LX信号替换FB信号,可以节省FB端。更少端导致直流直流转换器的封装更小,占用印刷电路板更小,有利于便携式设备小型化。更小封装也导致芯片制造成本更低。

本申请实施例中数字通信可以采用单线总线方式传输信息。例如:在应用处理器中设计弱上拉(可以由电阻或电流源实现),直流直流转换器和应用处理器中设计强下拉,直流直流转换器将该节点下拉时,直流直流转换器可以向应用处理器传输信号;当应用处理器强下拉时,应用处理器可以向直流直流转 换器传输信号。

对应多个直流直流转换器时,每个直流直流转换器可以分配一个专有地址,这样在应用处理器传输数字信号时,同时传输地址信息,则相应的直流直流转换器可知道被相应控制,例如:为DCDC1设置补偿电阻值时,其他的DCDC2~DCDC6会自动忽略、不响应。

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,则可对这些实施例作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。

再多了解一些
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