CN103825329B - 一种双向电源转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向电源转换电路，通过将充放电控制电路集成为一个电路，提高了器件的利用率，减少了半导体器件的数量。在充电过程中通过线性模式将外部适配器的能量转换至充电电池中；在放电过程中通过放电模式将充电电池的能量转换为负载所需要的电能，实现了电路的双向能量转换。并且本发明的双向电源转换电路具有防倒充、防短路、放过压的功能。本发明的双向电源转换电路具有集成度高、体积小、功能齐全的有益效果。

Description

一种双向电源转换电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种双向电源转换电路。

背景技术

现在便携式产品越来越多地采用移动充电电源，移动充电电源首先需要将外部电源例如适配器的能量存储在电源的充电电池例如锂电池中，当需要放电时，移动充电电源在内部控制电路的控制下，将充电电池中能量转换为负载所需要的能量。

采用双向直流变换是移动充电电源的功率变换电路的首选，现有技术中通常通过充电控制模块和放电控制模块来进行上述电能的转换，并且各自模块需要独立的外围元件才能实现，整个电路集成比较复杂，控制成本高。此外，在现有技术中，对于在充电器输入端口电压小于充电电池电压的情况下，电池会倒充放电造成能量损失；再次，若放电输出发生短路，充电电池可能会直接到地放电。最后，现有技术中的双向直流变换很少设置有输出过压保护功能，当反馈环路出现故障时，输出电压有可能超过最大极限电压造成系统损毁。

本发明在于提出一种低成本的移动充电电源，通过将充电和放电的控制电路用一个电路模块来实现，以大大提高系统的集成度，降低成本。并且通过对电路的优化处理以解决上述存在的其它各方面问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种双向电源转换电路，通过将控制充电和放过的电路整合为一起，提高系统的集成度，降低成本。

依据本发明的一种双向电源转换电路，其输入端口接一外部适配器，输出端口接一负载，所述双向电源转换电路包含有一充电电池，还包括连接在输入端口和输出端口的功率传输电路，第一功率开关管、第二功率开关管和充放电控制电路，

所述第一功率开关管和所述第二功率开关管串联连接于所述功率传输电路与输出端口的公共连接点和地之间；

当充电过程中，所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管和第二功率开关管的开关状态以使所述双向电源转换电路以线性工作模式将外部适配器能量转换至所述充电电池中；

当放电过程中，所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管和第二功率开关管的开关状态以使所述双向电源转换电路以升压工作模式将所述充电电池中的能量转换至输出端口以供负载使用。

优选的，所述功率传输支路包括一二极管，所述二极管的阳极连接于所述输入端口，阴极连接于所述输出端口。

优选的，所述第一功率开关管为P型场效应管，所述第二功率开关管为N型场效应管。

进一步的，还包括源漏极选择电路，所述源漏极选择电路的输入端连接所述充放电控制电路，输出端连接所述第一功率开关管。

进一步的，还包括输入电压检测电路，用以检测所述双向电源转换电路的输入端口是否存在外部适配器。

优选的，当所述输入电压检测电路检测所述适配器存在时，所述二极管导通，所述充放电控制电路控制第二功率开关管关断，并且控制第一功率开关管的开关状态以使所述双向电源转换电路以线性工作模式将外部适配器能量转换至所述充电电池中。

优选的，在所述外部适配器给所述充电电池充电的过程中，所述充放电控制电路通过检测所述第一功率开关管的电流以选择涓流充电模式或恒流充电模式或恒压充电模式。

优选的，当所述输入电压检测电路检测所述适配器不存在时，如所述输出端口没有负载时，则所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管和第二功率开关管都关断，以阻断所述充电电池的放电路径；

如所述输出端口存在负载时，则所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管和第二功率开关管的工作状态，以使所述双向电源转换电路以同步升压工作模式将所述充电电池中的能量转换至输出端口以供负载使用。

进一步的，还包括电池电量监测电路，用以监测所述充电电池的电量。

进一步的，还包括过压保护电路，所述过压保护电路连接在输出端口和所述充放电控制电路之间，用以防止所述双向电源转换电路的输出电压超过一预定的电压阈值。

依据上述的一种双向电源转换电路，在充电过程中通过线性模式将外部适配器的能量转换至充电电池中；在放电过程中通过放电模式将充电电池的能量转换为负载所需要的电能。本发明的双向电源转换电路采用一个充放电控制电路控制充电电池的充电和放电过程，并且本发明的双向电源转换电路具有防倒充、防短路、放过压的功能。本发明的双向电源转换电路具有集成度高、体积小、功能齐全的有益效果。

附图说明

图1所示为依据本发明的一种双向电源转换电路的电路图；

图2所示为依据本发明的双向电源转换电路的芯片内集成主控电路图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

参考图1所示为本发明的一种双向电源转换电路的电路图，所述双向电源转换电路包括输入端口in和输出端口out，所述输入端口in用于接入外部适配器，所述输出端口out用于接外部负载，例如手机、MP3或其他可移动充电的负载。所述双向电源转换电路还包括功率传输电路，本实施例中具体为二极管D1、第一功率开关管SW1、第二功率开关管SW2和第一电感L1，并且还包括一充电电池Ba，其中，所述二极管的阳极D1连接于所述输入端口in，阴极连接于所述输出端口out；所述第一功率开关管SW1和所述第二功率开关管SW2串联连接于所述二极管的阴极与输出端口的公共连接点和地之间。所述第一电感L1的第一端连接在所述第一功率开关管SW1和所述第二功率开关管SW2的公共连接点，第二端接所述充电电池Ba的第一端，所述充电电池Ba的第二端接地。

进一步的，所述双向电源转换电路还包括输入电压检测电路101、充放电控制电路102和电池电量监测电路103。所述输入电压检测电路101用以检测所述双向电源转换电路的输入端口是否存在外部适配器。当所述输入电压检测电路检测到所述输入端口存在适配器时，即满足充电条件，所述充放电控制电路102控制所述双向电源转换电路以线性模式将外部适配器能量转换至所述充电电池中。具体地，当输入端口接入外部适配器电压时，所述二极管D1导通，所述充放电控制电路102控制第二功率开关管SW2关断，并且控制第一功率开关管SW1的开关状态以使所述双向电源转换电路以线性工作模式将外部适配器能量转换至所述充电电池中。并且，在外部适配器给所述充电电池充电的过程中，所述充放电控制电路通过检测所述第一功率开关管的电流以选择涓流充电模式或恒流充电模式或恒压充电模式，如图1中充放电控制电路102通过检测A点电流以获得所述第一功率开关管的电流信息。当然，在适配器给充电电池充电过程中，如输出端负载处于有效状态，则适配器同时也为负载提供电压。

本发明实施例采用线性工作模式对充电电池进行充电，反应速度快，输出纹波较小，在线性模式充电过程中，会产生很大的热量，但二极管D1和第一功率开关管SW1分散了充电时产生的热量，散热快，因此可使得充电功率更大。

当所述输入电压检测电路检测所述适配器不存在时，如输出端口没有负载，所述双向电源转换电路工作在待机模式下，此时充放电控制电路102控制所述第一功率开关管SW1和第二功率开关管SW2都关断，以阻断所述充电电池Ba的放电路径。这里，所述第一功率开关管SW1为P型场效应管，所述第二功率开关管为N型场效应管，并且，所述第一功率开关管SW1的源极和漏极可根据输入端口电压和充电电压的大小情况来自适应调整。具体实现过程为，参考图2，所示为依据本发明的双向电源转换电路的芯片内集成主控电路图，电路还包括源漏极选择电路204，所述源漏极选择电路204的输入端连接所述充放电控制电路，输出端连接所述第一功率开关管SW1，如图2中的源漏极选择电路204与第一功率开关管SW1的两个功率端B、C端连接。当所述充放电控制电路102控制双向电源转换电路在充电或放电过程中，则源漏极选择电路204控制第一功率开关管SW1的B端为源极、C端为漏极；当所述充放电控制电路102检测到输入端口电压小于充电电压时，则源漏极选择电路204控制B点为漏极、C点为源极。

因此，在第一功率开关管SW1和第二功率开关管SW2都关断的情况下，第一功率开关管SW1和第二功率开关管SW2的体二极管阴极均指向充电电池，有效阻止了充电电池给适配器充电或是向参考地放电，确保在待机模式下，电池漏电最小。

当所述输入电压检测电路检测所述适配器不存在且输出端口没有负载时，即满足放电条件时，则所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管SW1和第二功率开关管SW2的工作状态，以使所述双向电源转换电路以同步升压工作模式将所述充电电池中的能量转换至输出端口以供负载使用。在本发明实施例中，在负载需要充电的情况下，通过按键控制的方式给充放电控制电路一使能信号，从而完成放电动作，具体参见图2中的KEY按键指示。此外，如上所述，第一功率开关管SW1为一源漏极可控的P型场效应管，因此在放电过程中，所述第一功率开关管SW1的体二极管阴极指向输出端口，即使放电输出发生短路，也能够可靠关断电池放电通路。

进一步的，本发明实施例的双向电源转换电路还包括电池电量监测电路103，所述电池电量监测电路用以监测所述充电电池Ba的电量。所述电池电量监测电路通过相应的LED灯来进行状态显示，例如，图2中的LED驱动电路和四个开关管来对外部的四个LED灯亮度进行控制，LED灯的亮灭表征充电电池电量的多少，用户可根据LED灯的指示情况对充电电池Ba进行充电或放电操作。

进一步的，所述双向电源转换电路还包括过压保护电路，所述过压保护电路连接在输出端口out和所述充放电控制电路102之间，用以防止所述双向电源转换电路的输出电压超过一预定的电压阈值。具体地，所述过压保护电压具体为一比较器205，所述比较器的第一输入端接输出端电压，第二输入端接一预定的电压阈值OVP，当所述输出端电压超过所述预定的电压阈值时，则充放电控制电路控制适配器或充电电池停止给输出端供电。因此，通过上述的过压保护电路，即使反馈环路发生故障时，输出电压仍在最大极限电压即电压阈值之内，不会给输出端负载造成损坏。

综上所述，本发明实施例的双向电源转换电路通过将充放电控制电路集成为一个电路，提高了器件的利用率，减少了半导体器件的数量。在充电过程中通过线性模式将外部适配器的能量转换至充电电池中；在放电过程中通过放电模式将充电电池的能量转换为负载所需要的电能，实现了电路的双向能量转换。并且本发明的双向电源转换电路具有防倒充、防短路、放过压的功能。本发明的双向电源转换电路具有集成度高、体积小、功能齐全的有益效果。

以上对依据本发明的优选实施例的双向电源转换电路进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种双向电源转换电路，其输入端口接一外部适配器，输出端口接一负载，所述双向电源转换电路包含有一充电电池，其特征在于，包括连接在输入端口和输出端口的功率传输电路，第一功率开关管、第二功率开关管和充放电控制电路，

所述第一功率开关管和所述第二功率开关管串联连接于所述功率传输电路与输出端口的公共连接点和地之间；

在充电过程时，所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管和第二功率开关管的开关状态以使所述双向电源转换电路以线性工作模式将外部适配器能量转换至所述充电电池中；

当放电过程时，所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管和第二功率开关管的开关状态以使所述双向电源转换电路以升压工作模式将所述充电电池中的能量转换至输出端口以供负载使用，

还包括输入电压检测电路，用以检测所述双向电源转换电路的输入端口是否存在外部适配器；

当所述输入电压检测电路检测所述适配器不存在时，

如所述输出端口没有负载时，则所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管和第二功率开关管都关断，以阻断所述充电电池的放电路径；

如所述输出端口存在负载时，则所述充放电控制电路控制所述第一功率开关管和第二功率开关管的工作状态，以使所述双向电源转换电路以同步升压工作模式将所述充电电池中的能量转换至输出端口以供负载使用。

2.根据权利要求1所述的双向电源转换电路，其特征在于，所述功率传输电路包括一二极管，

所述二极管的阳极连接于所述输入端口，阴极连接于所述输出端口。

3.根据权利要求1所述的双向电源转换电路，其特征在于，所述第一功率开关管为P型场效应管，所述第二功率开关管为N型场效应管。

4.根据权利要求3所述的双向电源转换电路，其特征在于，进一步包括源漏极选择电路，所述源漏极选择电路的输入端连接所述充放电控制电路，输出端连接所述第一功率开关管。

5.根据权利要求1所述的双向电源转换电路，其特征在于，当所述输入电压检测电路检测所述适配器存在时，二极管导通，所述充放电控制电路控制第二功率开关管关断，并且控制第一功率开关管的开关状态以使所述双向电源转换电路以线性工作模式将外部适配器能量转换至所述充电电池中。

6.根据权利要求5所述的双向电源转换电路，其特征在于，在所述外部适配器给所述充电电池充电的过程中，所述充放电控制电路通过检测所述第一功率开关管的电流以选择涓流充电模式或恒流充电模式或恒压充电模式。

7.根据权利要求1～6任一项所述的双向电源转换电路，其特征在于，还包括电池电量监测电路，用以监测所述充电电池的电量。

8.根据权利要求1～6任一项所述的双向电源转换电路，其特征在于，还包括过压保护电路，

所述过压保护电路连接在输出端口和所述充放电控制电路之间，用以防止所述双向电源转换电路的输出电压超过一预定的电压阈值。