CN108183611B - 一种双向开关电路的控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向开关电路的控制电路和控制方法。所述双向开关电路。所述双向开关电路具有Buck模式和Boost模式。其中在Buck模式下，电池处于充电状态，在Boost模式下，电池处于放电状态。Buck模式和Boost的模式根据第二端电流反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号的大小来决定，以保证在电源供电不足的情况下，电池和电源同时对负载供电，满足负载要求。本发明公开的双向开关电路的控制电路和控制方法，可用于电池供电管理系统，具有电路结构简单和无缝换向切换的优点。

Description

一种双向开关电路的控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种电子电路，特别地，涉及开关电路中的双向开关电路。

背景技术

图1示出了现有的电池供电管理系统10，适用于充电宝，蓝牙耳机等应用。系统负载由电阻RL表征。当系统10连接电源VS时，由电源VS给系统负载RL供电，并且同时对电池BATT充电；当系统10未连接电源VS时，电池BATT给系统负载RL供电。在系统10连接电源VS的情况下，当系统负载RL较大时，电源VS将减小对电池BATT的充电电流，以满足系统负载RL的要求；当系统负载RL继续增大至超过电源VS的功率时，电源VS和电池BATT同时对系统负载RL供电。因而，电源VS到电池BATT之间需要有一个双向电路，既能支持电源VS到电池BATT的充电通路，又能支持电池BATT到系统负载RL的放电通路。

图1所示的电感L1、开关Q1和Q2即构成电源VS和电池BATT之间的双向开关电路101。开关Q3耦接在电源VS双向开关电路101之间，在电池供电管理系统10正常工作时保持长通状态。当电源VS对电池BATT进行充电时，电感L1、开关Q1和Q2构成BUCK电路；当电池BATT对系统负载RL放电时，电感L1、开关Q1和Q2构成BOOST电路。但在BUCK电路向BOOST电路切换的过程中，即电池BATT由充电状态切换至放电状态时，提供给系统负载RL的能量会有间断，即可能会有掉电现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向开关电路的控制装置及控制方法，所要解决的技术问题是采用简单的控制方式来实现双向开关电路的无缝换向。

依据本发明一实施例的双向开关电路，所述双向开关电路具有第一端和第二端，包括：第二端电流反馈控制电路，接收第二端电流反馈信号，并且基于第二端电流反馈信号，输出第二端电流反馈控制信号；第一端电压反馈控制电路，接收第一端电压反馈信号，并且基于第一端电压反馈信号，输出第一端电压反馈控制信号；最小值选择电路，接收第二端电流反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号，输出两者中的较小值作为反馈控制信号；比较电路，接收反馈控制信号，表征流过第一开关的第一电流检测信号和表征流过第二开关的第二电流检测信号，并且基于反馈控制信号与第一电流检测信号的比较结果输出第一复位信号，基于反馈控制信号与第二电流检测信号的比较结果输出第二复位信号；模式比较器，接收反馈控制信号和模式基准信号，并且基于反馈控制信号和模式基准信号，输出模式选择信号；以及逻辑电路，接收模式选择信号、第一复位信号、第二复位信号以及置位信号，并且基于模式选择信号、第一复位信号、第二复位信号以及置位信号，输出第一开关控制信号和第二开关控制信号。

在一个实施例中，双向开关电路的控制电路还包括：第二端电压反馈控制电路，接收第二端电压反馈信号，并且基于第二端电压反馈信号，输出第二端电压反馈控制信号；其中：最小值选择电路接收第二端电流反馈控制信号、第二端电压反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号，并且输出第二端电流反馈控制信号、第二端电压反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

在一个实施例中，双向开关电路的控制电路还包括电源电流反馈控制电路，接收电源电流反馈信号，并且基于电源电流反馈信号，输出电源电流反馈控制信号；其中：最小值选择电路，接收第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号，并且输出第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

在一个实施例中，双向开关电路的控制电路还包括第二端电压反馈控制电路，接收第二端电压反馈信号，并且基于第二端电压反馈信号，输出第二端电压反馈控制信号；以及电源电流反馈控制电路，接收电源电流反馈信号，并且基于电源电流反馈信号，输出电源电流反馈控制信号；其中：最小值选择电路，接收第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号、第二端电压反馈信号和电源电流反馈控制信号，并且输出第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号、第二端电压反馈信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

依据本发明一实施例的双向开关电路路，包括前述任一实施例的双向开关电路的控制电路，还包括：第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接双向开关电路的第一端，所述控制端接收第一开关控制信号；第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第一开关的第二端，所述第二端接地，所述控制端接收第二开关控制信号；以及电感，具有第一端和第二端，所述第一端耦接第一开关和第二开关的连接点，所述第二端耦接双向开关电路的第二端。

依据本发明一实施例的电池供电管理系统，包括前述双向开关电路，还包括：输入电源，耦接至双向开关电路的第一端；以及电池，耦接至双向开关电路的第二端。

依据本发明一实施例双向开关电路的控制方法，所述双向开关电路具有第一端和第二端，包括：基于第二端电流反馈信号生成第二端电流反馈控制信号，所述第二端电流反馈控制信号随着第二端电流反馈信号的增大而减小，随着第二端电流反馈信号的减小而增大，其中所述第二端电流反馈信号表征双向开关电路的第二端输出电流；基于第一端电压反馈信号生成第一端电压反馈控制信号，所述第一端电压反馈控制信号随着第一端电压反馈信号的增大而增大，随着第一端电压反馈信号的减小而减小，所述第一端电压反馈信号表征双向开关电路的第一端电压；选择第二端电流反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号中的较小值作为反馈控制信号；将反馈控制信号与模式基准信号作比较，当反馈控制信号大于模式基准信号时，双向开关电路工作于Buck模式，当反馈控制信号小于模式基准信号时，双向开关电路工作于Boost模式；将反馈控制信号与表征流过第一开关的电流的第一电流检测信号作比较，并基于比较结果输出第一复位信号，同时将反馈控制信号与流过第二开关的电流的第二电流检测信号作比较，并基于比较结果输出第二复位信号；以及在Buck模式下，采用第一复位信号控制第一开关的关断，采用置位信号控制第一开关的导通，而在Boost模式下，采用第二复位信号控制第二开关的关断，采用置位信号控制第二开关的导通。

在一个实施例中，所述双向开关电路的控制方法还包括：基于第二端电压反馈信号生成第二端电压反馈控制信号，所述第二端电压反馈控制信号随着第二端电压反馈信号的增大而减小，随着第二端电压反馈信号的减小而增大，并且所述第二端电压反馈控制信号的最小值被箝位在模式基准信号的值，其中所述第二端电压反馈信号表征双向开关电路的第二端电压；以及选择第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和第二端电压反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

在一个实施例中，所述双向开关电路的控制方法还包括：基于电源电流反馈信号生成电源电流反馈控制信号，所述电源电流反馈控制信号随着电源电流反馈信号的增大而减小，随着电源电流反馈信号的减小而增大，其中，所述电源电流反馈信号表征双向开关电路第一端所耦接的电源的输出电流；以及选择第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

在一个实施例中，所述双向开关电路的控制方法还包括：基于第二端电压反馈信号生成第二端电压反馈控制信号，所述第二端电压反馈控制信号随着第二端电压反馈信号的增大而减小，随着第二端电压反馈信号的减小而增大，并且所述第二端电压反馈控制信号的最小值被箝位在模式基准信号的值，其中所述第二端电压反馈信号表征双向开关电路的第二端电压；基于电源电流反馈信号生成电源电流反馈控制信号，所述电源电流反馈控制信号随着电源电流反馈信号的增大而减小，随着电源电流反馈信号的减小而增大，其中，所述电源电流反馈信号表征双向开关电路第一端所耦接的电源的输出电流；以及选择第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号、第二端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

附图说明

图1示出了现有的电池供电管理系统10；

图2示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制电路20的电路结构框图；

图3示出了根据本发明一实施例的逻辑电路207的电路结构示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制电路40的电路结构框图；

图5示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制电路50的电路结构框图；

图6示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制电路60的电路结构框图；

图7示出了根据本发明一实施例的各反馈控制电路的电路结构示意图；

图8示出了根据本发明一实施例的各反馈控制信号Vcomp1、Vcomp2、Vcomp3、模式基准信号comp0以及反馈控制最大值信号comp1的波形示意图；

图9示出了根据本发明一实施例的各反馈控制信号Vcomp1、Vcomp4、模式基准信号comp0以及反馈控制最大值信号comp1的波形示意图；

图10示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制方法100。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

如图1所示，双向开关电路101包括：第一开关Q1，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接双向开关电路101的第一端，也就是双向开关电路101耦接至电源VS的一端，所述控制端接收第一开关控制信号G1；第二开关Q2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第一开关Q1的第二端，所述第二端接地，所述控制端接收第二开关控制信号G2；以及电感L1，具有第一端和第二端，所述第一端耦接第一开关Q1和第二开关Q2的连接点，所述第二端耦接双向开关电路101的第二端，也就是双向开关电路101耦接至电池BATT的一端。在电源VS接入电池供电管理系统10时，开关Q3保持长通状态。

图2示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制电路20的电路结构框图。所述控制电路20可用于图1所示的双向开关电路101。其中，控制电路20包括：第二端电流反馈控制电路201，接收第二端电流反馈信号Ifb2，并且基于第二端电流反馈信号Ifb2，输出第二端电流反馈控制信号Vcomp1；第一端电压反馈控制电路202，接收第一端电压反馈信号Vfb1，并且基于第一端电压反馈信号Vfb1，输出第一端电压反馈控制信号Vcomp2；最小值选择电路203，接收第二端电流反馈控制信号Vcomp1和第一端电压反馈控制信号Vcomp2，输出两者中的较小值作为反馈控制信号Vcomp；比较电路210，接收反馈控制信号Vcomp，表征流过第一开关Q1的第一电流检测信号Ihs和表征流过第二开关Q2的第二电流检测信号Ils，并且基于反馈控制信号Vcomp分别与第一电流检测信号Ihs和第二电流检测信号Ils的比较结果，输出第一复位信号RT1和第二复位信号RT2；模式比较器206，接收反馈控制信号Vcomp和模式基准信号comp0，并且基于反馈控制信号Vcomp和模式基准信号comp0，输出模式选择信号SEL；以及逻辑电路201，接收模式选择信号SEL、复位信号RT1和RT2，以及置位信号ST，并且基于模式选择信号SEL、复位信号RT1和RT2，以及置位信号ST，输出第一开关控制信号G1和第二开关控制信号G2。所述第一开关控制信号G1和第二开关控制信号G2分别用于控制第一开关Q1和第二开关Q2的通断。其中，第一端电压反馈信号Vfb1表征双向开关电路101的第一端电压V1。第二端电流反馈信号Ifb2表征流出双向开关电路101的第二端的电流。在图2实施例中，第二端电流反馈信号Ifb2也表征流向电池BATT的充电电流。

在图2实施例中，所述比较电路210包括：第一复位比较器204，接收反馈控制信号Vcomp和表征流过第一开关Q1的第一电流检测信号Ihs，并且基于反馈控制信号Vcomp和第一电流检测信号Ihs，输出第一复位信号RT1；以及第二复位比较器205，接收反馈控制信号Vcomp和表征流过第二开关Q2的第二电流检测信号Ils，并且基于反馈控制信号Vcomp和第二电流检测信号Ils，输出第二复位信号RT2。

在其他实施例中，比较电路210也可能包括其他电路，例如可包括选择电路和比较器，所述选择电路根据电路工作模式将第一电流检测信号Ihs或者第二电流检测信号Ils输入至比较器与反馈控制信号Vcomp进行比较，得到第一复位信号RT1或者第二复位信号RT2。

在一个实施例中，当第二端电流反馈信号Ifb2减小时，即电池充电电流减小时，第二端电流反馈控制信号Vcomp1增大；当第二端电流反馈信号Ifb2增大时，即电池充电电流增大时，第二端电流反馈控制信号Vcomp1减小。

在一个实施例中，当第一端电压反馈信号Vfb1减小时，即第一端电压V1减小时，第一端电压反馈控制信号Vcomp2减小；当第一端电压反馈信号Vfb1增大时，即第一端电压V1增大时，第一端电压反馈控制信号Vcomp2增大。

模式比较器206接收模式基准信号comp0和反馈控制信号Vcomp。当反馈控制信号Vcomp大于模式基准信号comp0时，双向开关电路101工作于Buck模式，电源VS给电池BATT充电；当反馈控制信号Vcomp小于模式基准信号comp0时，双向开关电路101工作于Boost模式，电池BATT和电源VS同时对系统负载RL供电。模式选择信号SEL控制逻辑电路207的工作，使其输出相应的第一开关控制信号G1和第二开关控制信号G2。

在一个实施例中，当电源VS同时给电池BATT充电和给系统负载RL供电时，第二端电流反馈控制信号Vcomp1将小于第一端电压反馈控制信号Vcomp2，第二端电流反馈控制信号Vcomp1被最小值选择电路203选为反馈控制信号Vcomp输出至复位比较器204和205，此时双向开关电路101工作于Buck模式下。当第二端电流反馈信号Ifb2减小时，第二端电流反馈控制信号Vcomp1增大，意味着电池BATT充电接近完成，但此时第二端电流反馈控制信号Vcomp1仍小于第一端电压反馈控制信号Vcomp2，第二端电流反馈控制信号Vcomp1仍作为反馈控制信号Vcomp输入至比较电路210，以控制双向开关电路101工作于Buck模式下。当系统负载RL增大至超过电源VS的功率时，第一端电压反馈信号Vfb1减小，第一端电压反馈控制信号Vcomp2相应减小，此时第一端电压反馈控制信号Vcomp2小于第二端电流反馈控制信号Vcomp1，第一端电压反馈控制信号Vcomp2被最小值选择电路203选为反馈控制信号Vcomp输入至比较电路210，但此时反馈控制信号Vcomp仍大于模式基准信号comp0，双向开关电路101依旧工作于Buck模式下，直至第一端电压反馈信号Vfb1减小至使第一端电压反馈控制信号Vcomp2小于模式基准信号comp0时，模式选择信号SEL跳转，控制逻辑电路207使双向开关电路101工作于Boost模式，并输出相应的第一开关控制信号G1和第二开关控制信号G2，即电池BATT对负载RL供电。当电源VS与电池供电管理系统10断开时，第一端电压反馈信号Vfb1的骤降亦会使第一端电压反馈控制信号Vcomp2减小而使双向开关电路101工作于Boost模式，从而使电池BATT对负载RL供电。

在图2所示实施例中，反馈控制信号Vcomp与第一电流检测信号Ihs进行比较后，输出第一复位信号RT1，反馈控制信号Vcomp与第二电流检测信号Ils进行比较后，输出第二复位信号RT2。当双向开关电路101工作于Buck模式时，置位信号ST控制第一开关Q1的导通，第一复位信号RT1作为复位信号，控制第一开关Q1的关断，第二开关Q2的相位与第一开关Q1的相位相反，第二开关控制信号G1根据第一开关控制信号G2生成；当双向开关电路101工作于Boost模式时，置位信号ST控制第二开关Q2的导通，第二复位信号RT2作为复位信号，控制第二开关Q2的关断，第一开关Q1的相位与第二开关Q2的相位相反，第一开关控制信号G2根据第二开关控制信号G1生成。

图3示出了根据本发明一实施例的逻辑电路207的电路结构示意图。如图3所示，所述逻辑电路207包括：第一RS触发器211，具有置位端“S”、复位端“R”和输出端“Q”，所述置位端“S”接收置位信号ST，所述复位端“R”接收第一复位信号RT1；第二RS触发器212，具有置位端“S”、复位端“R”和输出端“Q”，所述置位端“S”接收置位信号ST，所述复位端“R”接收第二复位信号RT2；以及多路选择电路213，具有第一输入端、第二输入端、控制端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器211的输出端“Q”，所述第二输入端耦接于第二RS触发器212的输出端“Q”，所述控制端接收模式选择信号SEL，当模式选择信号SEL表征Buck模式时，所述第一输入端的信号，即第一RS触发器211的输出端“Q”的信号被输出至第一输出端，作为控制第一开关管Q1的第一开关控制信号G1，当模式选择信号SEL选择Boost模式时，所述第二输入端的信号，即第二RS触发器212的输出端“Q”的信号被输出至第二输出端，作为控制第二开关管Q2的第二开关控制信号G2。其中，当模式选择信号SEL表征Buck模式时，第二开关控制信号G2为第一开关控制信号G1的反相信号；当模式选择信号SEL表征Boost模式时，第一开关控制信号G1为第二开关控制信号G2的反相信号。

在一个实施例中，第一开关控制信号G1的反相信号和第二开关控制信号G2之间可作一个选择电路，以模式选择信号SEL作为选择信号。当模式选择信号SEL表征Buck模式时，第一开关控制信号G1的反相信号被选作第二开关Q2的控制信号；当模式选择信号SEL表征Boost模式时，第二开关控制信号G2被选作第二开关Q2的控制信号。同理，第二开关控制信号G2的反相信号和第一开关控制信号G1之间可作一个选择电路，以模式选择信号SEL作为选择信号。当模式选择信号SEL表征Boost模式时，第二开关控制信号G2的反相信号被选作第一开关Q1的控制信号；当模式选择信号SEL表征Buck模式时，第一开关控制信号G1被选作第一开关Q1的控制信号。为简便起见，图3中并未示出第一开关控制信号G1、G2及其反相信号和选择电路。为防止轻载时电感电流反向，可在控制电路中加入过零检测电路。过零检测电路为本领域常规技术手段，此处不再展开叙述。

应当明白，逻辑电路207并不唯一，还可以通过其他合适的电路来实现。例如可将本发明所阐述的逻辑电路207的功能通过硬件语言，如VHDL或Verilog等，来进行描述，进而自动生成逻辑电路207。只要能实现本发明所阐述的逻辑电路207的功能，都不脱离本发明的精神和实质。

在一个实施例中，置位信号ST包括时钟信号CLK。在另一个实施例中，置位信号ST包括固定关断时长控制电路所输出信号，例如在Buck模式下，当第一开关Q1被复位后，经过一段固定的时长，固定关断时长控制电路输出置位信号ST来置位第一开关Q1。Boost模式下，第二开关Q2被复位后，经过一段固定的时长，固定关断时长控制电路输出置位信号ST来置位第二开关Q2。在其他实施例中，也可选择现有技术中的其他合适的控制信号作为置位信号，例如采用反馈控制信号Vcomp与第一开关Q1的电流作比较来产生置位信号用于置位第一RS触发器211，采用反馈控制信号Vcomp与第二开关Q2的电流作比较来产生置位信号用于置位第二RS触发器212，以实现迟滞控制。

本文为描述清晰起见，省略了开关控制信号G1、G2和开关Q1、Q2的控制端之间的驱动电路。本领域普通技术人员应该知道，这里提到的第一开关控制信号G1和第二开关控制信号G2均为逻辑信号，分别表明第一开关Q1和第二开关Q2的逻辑相位关系。在实际应用电路中，还分别需要驱动电路来增强开关控制信号G2和G2的驱动能力后，才可用于驱动第一开关Q1和第二开关Q2。

图4示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制电路40的电路结构框图。与控制电路20相比，控制电路40增加了第二端电压反馈控制电路208，接收第二端电压反馈信号Vfb2，并且基于第二端电压反馈信号Vfb2，输出第二端电压反馈控制信号Vcomp3。控制电路40中的最小值选择电路203A，接收第二端电流反馈控制信号Vcomp1、第二端电压反馈控制信号Vcomp3和第一端电压反馈控制信号Vcomp2，并且输出三者中的最小值作为反馈控制信号Vcomp。在一个实施例中，第二端电压反馈信号Vfb2越大，第二端电压反馈控制信号Vcomp3越小，反之亦然。第二端电压反馈信号Vfb2表征双向开关电路101的第二端电压V2。在图4实施例中，第二端电压反馈信号Vfb2也表征电池BATT的电压。

在一个实施例中，若电池电量较低，则系统开始工作后，电池处于恒流充电状态，即第二端电流反馈信号Ifb2的值较大(与充电电流成正比)，导致第二端电流反馈控制信号Vcomp1的值较小，被选为反馈控制信号Vcomp参与系统环路的控制。此时，反馈控制信号Vcomp大于模式基准信号comp0，双向开关电路101工作于Buck模式，第一复位信号RT1控制第一开关Q1的关断，而置位信号ST控制第一开关Q1的导通。第二开关Q2的相位与第一开关Q1的相位相反。当电池电量接近饱和时，第二端电压V2，即电池电压上升至较大值，接近电池的额定电压，此时，第二端电压反馈信号Vfb2的值较大，使得第二端电压反馈控制信号Vcomp3下降至小于第二端电流反馈控制信号Vcomp1。因而，第二端电压反馈控制信号Vcomp3的值被选为反馈控制信号Vcomp参与系统环路的控制。此时，反馈控制信号Vcomp仍大于模式基准信号comp0，双向开关电路101仍工作于Buck模式下，电池处于恒压充电状态，直至第二端电压反馈控制信号Vcomp3继续下降至模式基准信号comp0，电池充电结束，双向开关电路101处于休眠模式。若之后由于负载增大，导致电源电压VA下降，相应地，第一端电压V1和第一端电压反馈信号Vfb1下降，使得第一端电压反馈控制信号Vcomp2下降，被选为反馈控制信号Vcomp，并且第一端电压反馈控制信号Vcomp2小于模式基准信号comp0时，模式选择信号SEL控制双向开关电路101工作于Boost模式，电池BATT向负载RL供电。此时第二复位信号RT2控制第二开关Q2的关断，并且置位信号ST控制第二开关Q2的导通，同时第一开关Q1的相位与第二开关Q2的相位相反。

当双向开关电路101处于休眠模式时，其可以处于电路停止工作状态，即第一开关Q1和第二开关Q2关断，也可以处于跳脉冲模式，在反馈控制信号Vcomp掉到某一预设值时，才有置位信号ST产生，其余时间，置位信号ST被屏蔽。

图5示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制电路50的电路结构框图。与控制电路40相比，控制电路50增加了电源电流反馈控制电路209，接收第一端电流反馈信号Ifb1，并且基于电源电流反馈信号Ifb1，输出电源电流反馈控制信号Vcomp4。控制电路50中的最小值选择电路203B，接收第二端电流反馈控制信号Vcomp1、第二端电压反馈控制信号Vcomp3、第一端电压反馈控制信号Vcomp2和电源电流反馈控制信号Vcomp4，并且输出四者中的最小值作为反馈控制信号Vcomp。在一个实施例中，电源电流反馈信号Ifb1越大，电源电流反馈控制信号Vcomp4越小，反之亦然。电源电流反馈信号Ifb1表征电源电流IA。

图6示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制电路60的电路结构框图。与控制电路20相比，控制电路60增加了电源电流反馈控制电路209，接收电源电流反馈信号Ifb1，并且基于电源电流反馈信号Ifb1，输出电源电流反馈控制信号Vcomp4。控制电路60中的最小值选择电路203A，接收第二端电流反馈控制信号Vcomp1、第一端电压反馈控制信号Vcomp2和电源电流反馈控制信号Vcomp4，并且输出三者中的最小值作为反馈控制信号Vcomp。在一个实施例中，电源电流反馈信号Ifb1越大，电源电流反馈控制信号Vcomp4越小，反之亦然。电源电流反馈信号Ifb1表征电源电流IA。

在一个实施例中，当电源电流IA的值达到一定值时，即电源VS的负载较重，即将超载时，电源电流反馈控制信号Vcomp4小于模式基准信号comp0，同时电源电流反馈控制信号Vcomp4被选为反馈控制信号Vcomp，也就是电源电流IA参加环路控制，使双向开关电路101工作于Boost模式，电池BATT通过双向开关电路101对负载RL供电，以减轻电源负载。

图7示出了根据本发明一实施例的各反馈控制电路的电路结构示意图。在图7实施例中，第二端电流反馈控制电路201包括误差放大器221，具有正相输入端接收第二端电流基准信号Iref2，反相输入端接收第二端电流反馈信号Ifb2，输出端输出第二端电流反馈控制信号Vcomp1。第二端电压反馈控制电路208包括：误差放大器223，具有正相输入端接收第二端电压基准信号Vref2，反相输入端接收第二端电压反馈信号Vfb2，输出端输出第二端电压基准信号Vref2和第二端电压反馈信号Vfb2的误差放大信号Vcomp3’；以及加法电路226，具有第一输入端接收误差放大信号Vcomp3’，具有第二输入端接收模式基准信号comp0，具有输出端输出误差放大信号Vcomp3’和模式基准信号comp0的和信号，即第二端电压反馈控制信号Vcomp3。第一端电压反馈控制电路202包括：误差放大器222，具有正相输入端接收第一端电压基准信号Vref1，反相输入端接收第一端电压反馈信号Vfb1，输出端输出第一端电压基准信号Vref1和第一端电压反馈信号Vfb1的误差放大信号Vcomp2’；减法电路225，具有第一输入端接收误差放大信号Vcomp2’，第二输入端接收反馈控制最大值信号comp1，输出端输出反馈控制最大值信号comp1和第一端电压反馈控制信号Vcomp2’的差信号，即第一端电压反馈控制信号Vcomp2。电源电流反馈控制电路209包括误差放大器224，具有正相输入端接收电源电流基准信号Iref1，反相输入端接收电源电流反馈信号Ifb1，输出端输出电源电流反馈控制信号Vcomp4。反馈控制最大值信号comp1可以是误差放大器222的饱和电压，即误差放大器222的供电电压。

图8示出了根据本发明一实施例的各反馈控制信号Vcomp1、Vcomp2、Vcomp3、模式基准信号comp0以及反馈控制最大值信号comp1的波形示意图。

如图8所示，在0～t1时段内，第二端电流反馈控制信号Vcomp1为最小值，作为反馈控制信号Vcomp输入到系统环路，此时反馈控制信号Vcomp大于模式基准信号comp0，双向开关电路101工作于Buck模式，电池BATT处于恒流充电状态；在t1～t2时段内，第二端电压反馈控制信号Vcomp3为最小值，作为反馈控制信号Vcomp输入到系统环路，此时反馈控制信号Vcomp大于模式基准信号comp0，双向开关电路101工作于Buck模式，电池BATT处于恒压充电状态；在t2～t3时段内，双向开关电路101处于休眠状态；在t3时刻后，第一端电压反馈控制信号Vcomp2为最小值，作为反馈控制信号Vcomp输入至系统环路，此时双向开关电路101工作于Boost模式，电池BATT处于放电状态。当电池处于恒压充电状态时，为保证双向开关电路101工作于Buck模式，第二端电压反馈控制信号Vcomp3不能小于模式基准信号comp0，误差放大信号Vcomp3’叠加模式基准信号comp0，以保证第二端电压反馈控制信号Vcomp3的最小值为模式基准信号comp0。当双向开关电路101工作于Boost模式，并且第一端电压反馈控制信号Vcomp2被选为反馈控制信号Vcomp时，由于控制机制的改变，为保证电路逻辑正确，第一端电压反馈控制信号Vcomp2为反馈控制最大值信号comp1与误差放大信号Vcomp2’的差值信号。图8示出了当电池BATT充电完成，双向开关电路101经过休眠阶段后又进入Boost模式的各信号波形。如前所述，当电池充电未完成，而负载过载时，只要第一端电压反馈控制信号Vcomp2的值下降至最小值，双向开关电路101也会由Buck模式无缝过渡至Boost模式。

图9示出了根据本发明一实施例的各反馈控制信号Vcomp1、Vcomp4、模式基准信号comp0以及反馈控制最大值信号comp1的波形示意图。

如图9所示，在0～t1时段内，第二端电流反馈控制信号Vcomp1为最小值，作为反馈控制信号Vcomp输入到系统环路，此时反馈控制信号Vcomp大于模式基准信号comp0，双向开关电路101工作于Buck模式，电池BATT处于恒流充电状态；在t1时刻，负载剧增，电池BATT的充电电流减小，即第二端电流反馈信号Ifb2增大，第二端电流反馈控制信号Vcomp1减小，而电源VS对负载的供电电流增大，即电源电流反馈信号Ifb1增大，电源电流反馈控制信号Vcomp4减小。当电源电流反馈控制信号Vcomp4小于第二端电流反馈控制信号Vcomp1时，电源电流反馈控制信号Vcomp4被选为反馈控制信号Vcomp参与系统环路控制。在t2时刻后，电源电流反馈控制信号Vcomp4小于模式基准信号comp0，双向开关电路101工作于Boost模式，电池BATT处于放电状态。图9示出了当电池BATT正在充电时，负载剧增，使得双向开关电路101由Buck模式进入Boost模式的信号波形。

本领域普通技术人员应当明白，第二端电流反馈控制信号Vcomp1、第一端电压反馈控制信号Vcomp2，第二端电压反馈控制信号Vcomp3以及电源电流反馈控制信号Vcomp4的值，可以通过各基准信号Vref1、Vref2、Iref1、Iref2以及各反馈信号Vfb1、Vfb2、Ifb1、Ifb2的合理取值来控制。

图10示出了根据本发明一实施例的双向开关电路的控制方法100。所述双向开关电路可包括如图1所示的双向开关电路101。所述双向开关电路101具有第一端耦接至电源VS，具有第二端耦接至电池BATT，并且双向开关电路101的第一端耦接系统负载RL。所述控制方法100包括：步骤1001，基于第二端电流反馈信号生成第二端电流反馈控制信号，所述第二端电流反馈控制信号随着第二端电流反馈信号的增大而减小，随着第二端电流反馈信号的减小而增大；步骤1002，基于第一端电压反馈信号生成第一端电压反馈控制信号，所述第一端电压反馈控制信号随着第一端电压反馈信号的增大而增大，随着第一端电压反馈信号的减小而减小；步骤1003，选择第二端电流反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号中的较小值作为反馈控制信号；步骤1004，将反馈控制信号与模式基准信号作比较，当反馈控制信号大于模式基准信号时，双向开关电路工作于Buck模式，当反馈控制信号小于模式基准信号时，双向开关电路工作于Boost模式；步骤1005，将反馈控制信号与表征流过第一开关的电流的第一电流检测信号作比较，并基于比较结果输出第一复位信号，同时将反馈控制信号与流过第二开关的电流的第二电流检测信号作比较，并基于比较结果输出第二复位信号；以及步骤1006，在Buck模式下，采用第一复位信号控制第一开关的关断，采用置位信号控制第一开关的导通，而在Boost模式下，采用第二复位信号控制第二开关的关断，采用置位信号控制第二开关的导通。

在一个实施例中，所述控制方法还包括步骤1007，基于第二端电压反馈信号生成第二端电压反馈控制信号，所述第二端电压反馈控制信号随着第二端电压反馈信号的增大而减小，随着第二端电压反馈信号的减小而增大，并且所述第二端电压反馈控制信号的最小值被箝位在模式基准信号的值。相应地，所述步骤1003为，选择第二端电流反馈控制信号、第二端电压反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

在一个实施例中，所述控制方法还包括步骤1008，基于电源电流反馈信号生成电源电流反馈控制信号，所述电源电流反馈控制信号随着电源电流反馈信号的增大而减小，随着电源电流反馈信号的减小而增大。相应地，所述步骤1003为，选择第二端电流反馈控制信号、第二端电压反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

所述电源电流反馈信号表征电源所提供的电流。所述第一端电压反馈信号表征双向开关电路的第一端电压，第二端电压反馈信号表征双向开关电路的第二端电压，第二端电流反馈信号表征流出双向开关电路第二端的电流。

在一个实施例中，置位信号包括时钟信号。在另一个实施例中，置位信号包括固定关断时长控制电路所输出信号，例如在Buck模式下，当第一开关被复位后，经过一段固定的时长，固定关断时长控制电路输出信号来置位第一开关。Boost模式下，第二开关的控制也可与Buck模式下第一开关的控制类似。在其他实施例中，也可选择现有技术中的其他合适的控制信号作为置位信号。

在一个实施例中，当双向开关电路工作于Buck模式时，第一开关为主开关，第二开关为副开关，第一开关与第二开关交替通断，并且第二开关的开关控制信号根据第一开关的开关控制信号来生成；当双向开关电路工作于Boost模式时，第二开关为主开关，第一开关为副开关，第一开关与第二开关交替通断，并且第一开关的开关控制信号根据第二开关的开关控制信号来生成。

本领域普通技术人员应当理解，在上述所有实施例中，表征流过第一开关的电流的第一电流检测信号可以是经过补偿的信号，也可以是未经过补偿的信号。同理，表征流过第二开关的电流的第二电流检测信号可以是经过补偿的信号，也可以是未经过补偿的信号。为叙述简便起见，电流补偿电路在本发明实施例中不作说明。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种双向开关电路的控制电路，所述双向开关电路具有第一端和第二端，包括：

第二端电流反馈控制电路，接收第二端电流反馈信号，并且基于第二端电流反馈信号，输出第二端电流反馈控制信号；

第一端电压反馈控制电路，接收第一端电压反馈信号，并且基于第一端电压反馈信号，输出第一端电压反馈控制信号；

最小值选择电路，接收第二端电流反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号，输出两者中的较小值作为反馈控制信号；

比较电路，接收反馈控制信号，表征流过第一开关的第一电流检测信号和表征流过第二开关的第二电流检测信号，并且基于反馈控制信号与第一电流检测信号的比较结果输出第一复位信号，基于反馈控制信号与第二电流检测信号的比较结果输出第二复位信号；

模式比较器，接收反馈控制信号和模式基准信号，并且基于反馈控制信号和模式基准信号，输出模式选择信号；以及

逻辑电路，接收模式选择信号、第一复位信号、第二复位信号以及置位信号，并且基于模式选择信号、第一复位信号、第二复位信号以及置位信号，输出第一开关控制信号和第二开关控制信号。

2.如权利要求1所述的双向开关电路的控制电路，还包括：

第二端电压反馈控制电路，接收第二端电压反馈信号，并且基于第二端电压反馈信号，输出第二端电压反馈控制信号；其中：

最小值选择电路接收第二端电流反馈控制信号、第二端电压反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号，并且输出第二端电流反馈控制信号、第二端电压反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

3.如权利要求1所述的双向开关电路的控制电路，还包括：

电源电流反馈控制电路，接收电源电流反馈信号，并且基于电源电流反馈信号，输出电源电流反馈控制信号；其中：

最小值选择电路，接收第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号，并且输出第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

4.如权利要求1所述的双向开关电路的控制电路，还包括：

第二端电压反馈控制电路，接收第二端电压反馈信号，并且基于第二端电压反馈信号，输出第二端电压反馈控制信号；以及

电源电流反馈控制电路，接收电源电流反馈信号，并且基于电源电流反馈信号，输出电源电流反馈控制信号；其中：

最小值选择电路，接收第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号、第二端电压反馈信号和电源电流反馈控制信号，并且输出第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号、第二端电压反馈信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

5.如权利要求1-4任一项所述的双向开关电路的控制电路，其中逻辑电路包括：

第一RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端接收置位信号，所述复位端接收第一复位信号；

第二RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端接收置位信号，所述复位端接收第二复位信号；以及

多路选择电路，具有第一输入端、第二输入端、控制端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端耦接至第一RS触发器的输出端，所述第二输入端耦接于第二RS触发器的输出端，所述控制端接收模式选择信号，当模式选择信号表征Buck模式时，所述第一输入端的信号，即第一RS触发器的输出端的信号被输出至第一输出端，作为控制第一开关管的第一开关控制信号，当模式选择信号选择Boost模式时，所述第二输入端的信号，即第二RS触发器的输出端的信号被输出至第二输出端，作为控制第二开关管的第二开关控制信号。

6.一种双向开关电路，包括如权利要求1-4任一项所述的双向开关电路的控制电路，还包括：

第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一开关的第一端耦接双向开关电路的第一端，所述第一开关的控制端接收第一开关控制信号；

第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第二开关的第一端耦接至第一开关的第二端，所述第二开关的第二端接地，所述第二开关的控制端接收第二开关控制信号；以及

电感，具有第一端和第二端，所述电感的第一端耦接第一开关和第二开关的连接点，所述电感的第二端耦接双向开关电路的第二端。

7.一种电池供电管理系统，包括如权利要求6所述的双向开关电路，还包括：

输入电源，耦接至双向开关电路的第一端；以及

电池，耦接至双向开关电路的第二端。

8.一种双向开关电路的控制方法，所述双向开关电路具有第一端和第二端，包括：

基于第二端电流反馈信号生成第二端电流反馈控制信号，所述第二端电流反馈控制信号随着第二端电流反馈信号的增大而减小，随着第二端电流反馈信号的减小而增大，其中所述第二端电流反馈信号表征双向开关电路的第二端输出电流；

基于第一端电压反馈信号生成第一端电压反馈控制信号，所述第一端电压反馈控制信号随着第一端电压反馈信号的增大而增大，随着第一端电压反馈信号的减小而减小，所述第一端电压反馈信号表征双向开关电路的第一端电压；

选择第二端电流反馈控制信号和第一端电压反馈控制信号中的较小值作为反馈控制信号；

将反馈控制信号与模式基准信号作比较，当反馈控制信号大于模式基准信号时，双向开关电路工作于Buck模式，当反馈控制信号小于模式基准信号时，双向开关电路工作于Boost模式；

将反馈控制信号与表征流过第一开关的电流的第一电流检测信号作比较，并基于比较结果输出第一复位信号，同时将反馈控制信号与流过第二开关的电流的第二电流检测信号作比较，并基于比较结果输出第二复位信号；以及

在Buck模式下，采用第一复位信号控制第一开关的关断，采用置位信号控制第一开关的导通，而在Boost模式下，采用第二复位信号控制第二开关的关断，采用置位信号控制第二开关的导通。

9.如权利要求8所述的双向开关电路的控制方法，还包括：

基于第二端电压反馈信号生成第二端电压反馈控制信号，所述第二端电压反馈控制信号随着第二端电压反馈信号的增大而减小，随着第二端电压反馈信号的减小而增大，并且所述第二端电压反馈控制信号的最小值被箝位在模式基准信号的值，其中所述第二端电压反馈信号表征双向开关电路的第二端电压；以及

选择第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和第二端电压反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

10.如权利要求8所述的双向开关电路的控制方法，还包括：

基于电源电流反馈信号生成电源电流反馈控制信号，所述电源电流反馈控制信号随着电源电流反馈信号的增大而减小，随着电源电流反馈信号的减小而增大，其中，所述电源电流反馈信号表征双向开关电路第一端所耦接的电源的输出电流；以及

选择第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。

11.如权利要求8所述的双向开关电路的控制方法，还包括：

基于第二端电压反馈信号生成第二端电压反馈控制信号，所述第二端电压反馈控制信号随着第二端电压反馈信号的增大而减小，随着第二端电压反馈信号的减小而增大，并且所述第二端电压反馈控制信号的最小值被箝位在模式基准信号的值，其中所述第二端电压反馈信号表征双向开关电路的第二端电压；

基于电源电流反馈信号生成电源电流反馈控制信号，所述电源电流反馈控制信号随着电源电流反馈信号的增大而减小，随着电源电流反馈信号的减小而增大，其中，所述电源电流反馈信号表征双向开关电路第一端所耦接的电源的输出电流；以及

选择第二端电流反馈控制信号、第一端电压反馈控制信号、第二端电压反馈控制信号和电源电流反馈控制信号中的最小值作为反馈控制信号。