CN111313707A - 一种dc/dc电源转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DC/DC电源转换系统，包括第一功率开关和第二功率开关；所述第一功率开关包括有至少四个串联的电源开关，所述第二功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第二功率开关的第一及第三电源开关由第一占空比控制，且所述第二功率开关的第二及第四电源开关由第二占空比控制；还包括两组分别作用于第一功率开关和第二功率开关的谐振组件、分别用于平均来自第一功率开关和第二功率开关的开关电压的第一输出滤波电感器和第二输出滤波电感器、以及作用于其中一组谐振组件的第五电源开关；具有更高的转换效率，更少的外部组件及更小的PCB面积。

Description

一种DC/DC电源转换系统

技术领域

本发明涉及DC-DC功率转换的技术领域，涉及一种基于电荷泵的DC / DC转换器基础上构成的电池充电系统。

背景技术

现代智能手机通常需要两种电源为电池充电：无线电源和USB电源。为了实现高效率和低成本地给电池充电，输入电源的电压可以高达20V（例如基于USB PD的适配器或无线快冲）。但是，单节电池的最大电压小于5V，为了最大程度地减少电池充电过程中的功率损耗，需要高效的DC/DC转换以将USB和无线电源的电压降低至5V或更低。基于电荷泵的DC/DC转换器技术可以在降压2:1或升压1:2的情况下以高达98％的效率实现这种电压转换，而对于单节电池供电的系统，需要两个基于电荷泵的转换器级联（先4:2、再2:1）将高输入电压（最高20V）转换为单节电池电压（最高5V）。由于基于电荷泵的DC/DC转换器始终在开环下运行，因此需要额外的开关电源充电器来执行电池预充电和CV模式充电，来完成整个电池充电周期。在图1显示了上述中描述的典型的单节电池充电系统。这种架构需要两级转换芯片，以及负责预充电和CV模式的开关充电芯片，从而导致许多外部组件以及较大的PCB面积。

对于串联连接的两节电池，需要单级转换（4:2）才能实现高效充电操作，因为与单节电池相比，电池电压增加了一倍。但是需要额外的降压电压转换器（例如2:1）从两节电池电压转换为单节电池电压，以满足约4.5V的最大系统电源电压的要求。图2显示了现代智能手机中典型的两节电池充电系统。在图2中，有两种电源：无线电源和USB电源。为了高效地对电池充电，电源电压可以高达20V。但是双电池的最大电压小于10V。降低高输入电压的方法有多种，基于电荷泵的DC/DC转换是此类应用中的主要技术，可实现高达98％的效率；此系统还需要支持从USB输入的1:1工作模式直接给电池充电，以支持传统的直接充电适配器。这要求基于电荷泵的系统必须在1:1直通模式下运行。在只使用DCP适配器的情况下，由于输入电压只有5V，此系统中还需要降压-升压型（Buck-Boost）的充电芯片。这种充电架构需要两个DC/DC转换器和一个Buck-Boost开关电源充电器，从而导致许多外部组件以及较大的PCB面积。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种DC/DC电源转换系统，能提供高频、高效率的工作模式、在开环工作时有不同的转换比、在闭环工作时能精确控制输出电压或电流、也能工作在直通模式。

为了实现上述的目的，本发明所提供的一种DC/DC电源转换系统，包括第一功率开关和第二功率开关；所述第一功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第一功率开关的第一及第三电源开关由第一占空比控制，且所述第一功率开关的第二及第四电源开关由第二占空比控制；所述第二功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第二功率开关的第一及第三电源开关由第一占空比控制，且所述第二功率开关的第二及第四电源开关由第二占空比控制；所述第一占空比和第二占空比为互补驱动信号；还包括两组分别作用于第一功率开关和第二功率开关的谐振组件、分别用于平均来自第一功率开关和第二功率开关的开关电压的第一输出滤波电感器和第二输出滤波电感器、以及作用于其中一组谐振组件的第五电源开关。

进一步，还包括至少一个第一输出滤波电容器，所述第一功率开关的第一中心点与第二功率开关的第二中心点耦合在一起与第一输出滤波电容器耦合。

进一步，还包括至少一个第二输出滤波电容器，所述第二输出滤波电容器分别串联耦合至第一输出滤波电感器和第二输出滤波电感器。

进一步，包括有主控制器，所述主控制器分别耦合至第一功率开关和第二功率开关且通过主控制器向第一功率开关和第二功率开关提供第一占空比和第二占空比的互补驱动信号。

进一步，所述第一占空比和第二占空比以固定50%的占空比工作或以变化的占空比工作。

进一步，所述主控制器对第五电源开关提供控制信号。

进一步，还包括输入源选择模块，所述输入源选择模块包括两个背对背连接的电源开关。

进一步，还包括用于驱动输入源选择模块的两电源开关的输入控制器。

本发明采用上述的方案，系统可执行以下功能：（1）以4：1的比率降压；（2）以2：1的比率降压；（3）以1：1的比率直通；（4）1：1比率反向直通，（5）以1：2比率反向升压，以及以1：4比率反向升压。其次，本发明的转换系统具有更高的转换效率，更少的外部组件及更小的PCB面积。

附图说明

图1为用于基于单节电池的系统的现有充电系统的框图。

图2为用于基于双节电池的系统的现有充电系统的框图。

图3为具有输入电源选择功能的单级转换系统示意图。

图4为系统应用于单节电池充电系统图。

图5为系统应用于双节电池充电系统图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面参照附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

本实施例的一种DC/DC电源转换系统，如附图3所示的输入源选择功能的单级转换系统400，单级转换系统400包括第一功率开关和第二功率开关、两组谐振组件、第一输出滤波电感器、第二输出滤波电感器、第五电源开关、主控制器和输入源选择模块440。系统具有两个电源输入INPUT1和INPUT2，其中，电源输入INPUT1及INPUT2通过输入源选择模块440耦合到单级转换系统400的输入端，其中，电源输入INPUT1可通过去耦电容器402连接到外部输入电源，例如无线电源；电源输入INPUT2可通过去耦电容器401耦合到另一个电源，例如USB电源。两组谐振组件作用于第一功率开关和第二功率开关且两组谐振组件包括有谐振电容器415和谐振电容器425、谐振电感器416和谐振电感器426。第一功率开关包括有四个串联的电源开关，即，由附图4所示的标号411、412、413和414的MOSFET组成了第一功率开关的第一电源开关411、第二电源开关412、第三电源开关413和第四电源开关414，第一组谐振组件的谐振电容器415的一端耦合在第一电源开关411和第二电源开关412之间且另一端耦合到谐振电感器416的一端，谐振电感器416的另一端耦合到第三电源开关413和第四电源开关414之间。第二功率开关包括四个串联的电源开关，即由附图4所示的标号421、422、423和424等MOSFET组成了第二功率开关的第一电源开关421、第二电源开关422、第三电源开关423和第四电源开关424，第二组谐振组件谐振电容器425的一端耦合在第一电源开关421和第二电源开关422之间且另一端耦合到谐振电感器426的一端，谐振电感器426的另一端通过第五电源开关428（第五电源开关为MOSFET）耦合到第三电源开关423和第四电源开关424之间。第一功率开关的第一中心点417和第二功率开关的第二中心点427耦合在一起通过第一输出滤波电容器后形成第一输出（OUT1），即，第一中心点417位于第一功率开关的第二电源开关412和第三电源开关413之间；第二中心点427位于第一功率开关的第二电源开关422和第三电源开关423之间。此外，第一组谐振组件的谐振电感器416耦合到第一输出滤波电感器432，第二组谐振组件的谐振电感器426通过第五电源开关428后耦合到第二输出滤波电感器433，

第二输出滤波电容器431分别串联耦合至第一输出滤波电感器432和第二输出滤波电感器433，从而令第一输出滤波电感器432和第二输出滤波电感器433通过第二输出滤波电容器431后形成第二输出（OUT2），同时，第二输出被反馈到主控制器410。

参考附图3所示，对上述单级转换系统400的工作原理作进一步说明。通过引入两组谐振组件后，流过谐振电容器415和谐振电容器425的电流从准方波变为半周期正弦波，半周期正弦波使得第一功率开关的第一电源开关411和第二电源开关412及第二功率开关的第一电源开关421和第二电源开关422在零电流导通和关断，从而降低了开关损耗并实现了高频工作，也减小了用于谐振电感器416和谐振电感器426、第一输出滤波电感器432和第二输出滤波电感器433的电感值。相较于传统的电荷泵电路中使用的开关电容器的电容值相比，谐振电容器的电容值要小得多。较小的电容值允许使用较小尺寸的谐振电容器，从而进一步减小了元件和PCB的尺寸。

输入源选择模块440包括两背对背连接的电源开关（由标号441和442的MOSFET组成）以及输入控制器443，该输入源选择模块440可工作在三种模式：CC（恒定电流）模式、CV（恒定电压）模式和BP（直通）模式，在CC模式下，通过电源开关441的电流根据参考电流被严格调节。在CV模式下，电源开关442的右侧端的电压根据参考电压被严格地调节。在直通模式下，电源开关441和442都被驱动至完全开启。

进一步，电源输入INPUT1可以连接到USB或无线电源，当电源输入INPUT1连接到电源时，输入源选择模块440可以工作在上述的三种模式之一。

进一步，电源输入INPUT2可以连接到USB或无线电源，当电源输入INPUT2连接到电源时，输入源选择模块440处于关断状态。

上述的第一输出（OUT1）始终以开环方式工作，而第二输出（OUT2）可以通过主控制器410的OUT2反馈控制器以开环方式或闭环行式工作。

第一功率开关的第一电源开关411及第三电源开关413由第一占空比控制，且所述第一功率开关的第二电源开关412及第四电源开关414由第二占空比控制；所述第二功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第二功率开关的第一电源开关421及第三电源开关423由第一占空比控制，且第二功率开关的第二电源开关422及第四电源开关424由第二占空比控制；所述第一占空比和第二占空比为互补驱动信号。

由此，在本实施例中，第一功率开关和第二功率开关以50％的占空比反相工作时，主控制器410的OUT2反馈控制器处于关断状态，在这种操作下，电源输入INPUT2相对第一输出（OUT1）和第二输出（OUT2）的电压转换比分别为4：2和4：1。在实际应用中，由于受到MOSFET和PCB走线的电阻影响，比率略高一些。因此该单级转换系统400可以提供两个输出。另外，在单级转换系统400工作期间，第五电源开关428始终保持导通状态。

在本实施例中，第一功率开关和第二功率开关以0％和100％之间的任何占空比反相工作，同时启用主控制器410的OUT2调节控制器，在这种操作下，无论工作的MOSFET的实际占空比如何，电源输入INPUT2相对于第一输出（OUT1）的电压转换率始终为4：2。但是第二输出（OUT2）的电压或电流则是受控于其输出参考电压或参考电流。在实际应用中，由于MOSFET和PCB走线的电阻影响，INPUT2相对于OUT1的电压转换率可能会略高。但是OUT2可以通过调节控制器去除MOSFET和PCB走线的电阻影响，以使第二输出（OUT2）上的电压或电流保持恒定。在此工作模式下，第五电源开关428始终保持导通状态。

在本实施例中，在工作期间，第一功率开关的第一电源开关411和第二电源开关412保持导通，而第一功率开关的第三电源开关413和第四电源开关414、第二功率开关的第一电源开关421和第二电源开关422和第五电源开关428保持截止。第二功率开关的第三电源开关423和第四电源开关424以从0％到100％的互补占空比工作。使能第二输出（OUT2）调节控制器以调节第二输出（OUT2）的电压或电流。这种操作模式称为单相降压（Buck Mode）模式。在这种操作下，电源输入INPUT2相对于第一输出（OUT1）的电压转换率始终为1：1。第二输出（OUT2）则是严格控制在它的参考电压或电流范围。在实际应用中，由于MOSFET和PCB走线的电阻，电源输入INPUT2相对于第一输出（OUT1）的电压转换率可能会略高。但第二输出（OUT2）可以通过调节控制器去除MOSFET和PCB走线的电阻影响，以使第二输出（OUT2）上的电压或电流保持恒定。

在本实施例中，第一功率开关和第二功率开关相对于第一输出（OUT1）以直通模式操作，在此模式下，第一功率开关的第一电源开关411、第二电源开关412、第四电源开关414及第二功率开关的第一电源开关421、第二电源开关422、第四电源开关424保持导通，而第一功率开关的第三电源开关413、第二功率开关的第三电源开关423和第五电源开关428保持截止。在此操作模式下，第二输出（OUT2）不可用。

在本实施例中，第一功率开关和第二功率开关相对于第二输出（OUT2）以直通模式操作，在此模式下，第一功率开关的第一电源开关411、第二电源开关412、第三电源开关413及第二功率开关的第一电源开关421、第二电源开关422、第三电源开关423保持导通，而第一功率开关的第四电源开关414、第二功率开关的第四电源开关424和第五电源开关428保持截止。在此操作模式下，第一输出（OUT1）的电压等于第二输出（OUT2）的电压。

在本实施例中，第一功率开关和第二功率开关以50%的占空比反相工作，并且以第二输出（OUT2）作为输入，这种操作称为反向电荷泵模式或升压模式，电源输入INPUT2端子上的电压等于第一输出（OUT1）电压的两倍，等于第二输出（OUT2）电压的四倍，如果OUT2调节控制器关闭。在这种操作下，第一输出（OUT1）和第二输出（OUT2）相对于电源输入INPUT2的电压转换比分别为2：4和1：4。在实际应用中，由于MOSFET和PCB走线的电阻，这些比率略低。

在本实施例中，电源输入INPUT2作为输出，并且以第二输出（OUT2）作为输入。第一功率开关和第二功率开关以0%到100%的占空比和反相工作，并由OUT2调节控制器控制电源输入INPUT2的输出电压。这种操作称为反向升压（Boost Mode）模式。电源输入INPUT2端子上的电压等于第一输出（OUT1）电压的两倍。在这种操作下，电源输入INPUT2的电压受OUT2调节控制器控制在电池电压和第一功率开关的第一电源开关411及第二电源开关421的耐压之间。

在本实施例中，第一输出（OUT1）作为输出，并且以第二输出（OUT2）作为输入第一功率开关的第一电源开关411及第二电源开关412在工作期间保持导通，而第一功率开关的第三电源开关413和第四电源开关414、第二功率开关的第一电源开关421和第二电源开关422和第五电源开关428在操作期间保持截止。第二功率开关的第三电源开关 423和第四电源开关424工作在0％到100％的互补占空比并使能OUT2调节控制器以调节第一输出（OUT1）的电压。这种操作模式称为单相反向升压（Single Phase Boost Mode）模式。在这种操作下，电源输入INPUT2相对于第一输出（OUT1）的电压转换率始终为1：1。但是，第一输出（OUT1）的电压受OUT2调节控制器控制在电池电压和第一功率开关的第三电源开关413和第二功率开关的第三电源开关423的耐压之间。由于MOSFET和PCB走线的电阻，INPUT2相对于第一输出（OUT1）的电压转换率可能会略低。但是第一输出（OUT1）可以通过OUT2调节控制器使得输出电压保持恒定。

在本实施例中，第一功率开关和第二功率开关以第一输出（OUT1）为输入电源在直通模式下操作，这种直通模式称为反向直通模式。在反向直通模式下，第一功率开关的第一电源开关411、第二电源开关412和第四电源开关414、以及第二功率开关的第一电源开关421、第二电源开关422和第四电源开关424保持导通，而第一功率开关的第三电源开关413、第二功率开关的第三电源开关423和第五电源开关428保持截止。在这种反向直通模式下，电源输入INPUT2的电压等于第一输出（OUT1）的电压，并且第二输出（OUT2）被禁用。

在本实施例中，第一功率开关和第二功率开关以第二输出（OUT2）为输入电源在直通模式下操作。这种直通模式称为反向直通模式。在反向直通模式下，电源开关第一功率开关的第一电源开关411、第二电源开关412和第三电源开关413、以及第二功率开关的第一电源开关421、第二电源开关422和第三电源开关423保持导通，而第一功率开关的第四电源开关414、第二功率开关的第四电源开关424 和第五电源开关428保持截止。在这种反向直通模式下，第一输出（OUT1）的电压等于第二输出（OUT2）的电压等于电源输入INPUT2的电压。

参见附图4所示，其表示出图3所示的单级转换系统400用于单电节电池充电系统的实施例，在图5中，单级转换系统400的电源输入INPUT2端子耦合至负载开关模块480。单级转换系统400的第一输出（OUT1）端子耦合到负载开关模块450。单级转换系统400的第二输出（OUT2）端子通过电池反向保护控制模块耦合到单节电池。

本实施例的负载开关模块480包括两个背靠背连接的MOSFET481和483、以及负载开关控制器482。本实施例的负载开关模块450包括两个背对背连接的MOSFET451和452和负载开关控制器453。本实施例的电池反向保护控制模块包括一个MOSFET 461和电池反向保护控制器460，其中，当MOSFET 461被电池反向保护控制器460设置为截止状态时，MOSFET461阻止电池放电。

在图4所示的实施例中，电源输入INPUT1为输入源（例如无线电源）来对电池充电。在该操作下，输入源选择模块440以直通模式操作，单级转换系统400以50％或更低的占空比操作，使OUT2调节控制器能够以三种充电模式之一对电池充电：预充电模式，CC模式，或CV模式。负载开关模块480和450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为开通状态。在这种情况下，电源输入INPUT1的电压可能高达20V。

在图4所示的实施例中，电源输入INPUT1为输入源（例如仅具有5V输出的无线电源）来对电池充电，并且来自无线电源的电压仅为5V。在该操作下，输入源选择模块440以直通模式工作，单级转换系统400以降压模式（Buck Mode）操作，OUT2调节控制器能够以三种充电模式之一对电池进行充电：预充电模式，CC模式或CV模式。负载开关模块480和450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为开通状态。

在图4所示的实施例中，电源输入INPUT2为输入源（例如USB电源）来给电池充电。在该操作下，负载开关模块480以直通模式操作，单级转换系统400以50％或更少的占空比工作，使OUT2调节控制器能够以三种充电模式之一对电池充电：预充电模式，CC模式，或CV模式。输入源选择模块440和负载开关模块450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。在这种情况下，来自USB电源的最大电压可以高达20V。

在图4所示的实施例中，第一输出（OUT1）为输入源（例如USB电源）来给电池充电。在此操作下，负载开关模块450在直通模式下运行，单级转换系统400在0％到100%的占空比下运行在降压模式（Buck Mode），OUT2调节控制器以三种充电模式之一对电池充电：预充电模式，CC模式，或CV模式。输入源选择模块440和负载开关模块480关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。在这种情况下，来自USB电源的最大电压可以高达10V。

在图4所示的实施例中，第一输出（OUT1）作为输入电源（例如USB电源）为电池充电，并且来自USB电源的电压仅为5V，例如USB DCP（专用充电）适配器。在该操作下，负载开关模块450以直通模式工作，单级转换系统400以降压（Buck Mode）模式操作，使能OUT2调节控制器以三种充电模式之一进行电池充电：预充电模式，CC模式或CV模式。输入源选择模块440和负载开关模块480关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。

在图4所示的实施例中，第一输出（OUT1）作为输入电源（例如USB电源）为电池充电，并且来自USB电源的电压仅为5V，例如，具有可调输出的USB适配器从3.5V到5.5V。在该操作下，负载开关模块450相对于第一输出（OUT1）以直通模式操作，单级转换系统400相对于第二输出（OUT2）以直通模式操作，OUT2调节控制器处于关闭状态。输入源选择模块440和负载开关模块480关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。这种充电模式也称为直充模式。

在图4所示的实施例中，电源输入INPUT1用作输出以给附加设备供电，例如，无线发射机的输入耦合到电源输入INPUT1。在该操作下，输入源选择模块440以直通模式工作，单级转换系统400以反向升压模式工作，使能OUT2调节控制器以控制电源输入INPUT1端的电压。负载开关模块480和450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。输出功率由电池470提供。电源输入INPUT1上的电压可在电池电压和功率MOSFET的耐压之间的任何位置调节。

在图4所示的实施例中，电源输入INPUT1用作输出来为附加设备供电，例如，无线发射机的输入耦合到电源输入INPUT1。在该操作下，输入源选择模块440以直通模式工作，单级转换系统400以50％的占空比工作，并且关闭OUT2调节控制器。单级转换系统400在反向电荷泵模式下运行，电源输入INPUT1上的电压等于第一输出（OUT1）上的电压的两倍，也是电池电压的四倍。负载开关模块480和450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。输出功率由电池470提供。

在图4所示的实施例中，电源输入INPUT1用作输出以给附加设备供电，例如，无线发射机的输入耦合到电源输入INPUT1。在该操作下，输入源选择模块440以直通模式工作，单级转换系统400以反向直通工作，并且停止OUT2调节控制器。负载开关模块480和450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。输出功率由电池470提供。电源输入INPUT1的电压等于电池电压。

在图 4所示的实施例中，电源输入INPUT2被用作输出以给连接到电源输入INPUT2的附加设备供电。在该操作下，负载开关模块480以直通模式工作，单级转换系统400工作在0％至100％之间的占空比以便OUT2调节控制器能够控制电源输入INPUT2的电压。系统以反向升压（Boost Mode）模式工作。输入源选择模块440和负载开关模块450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。输出功率由电池470提供。电源输入INPUT2上的电压可在电池电压和功率的第一功率开关的第一电源开关411和第二功率开关的第一电源开关421的耐压之间的任何位置调节。

在图4所示的实施例中，电源输入INPUT2用作输出来为附加设备供电，例如，USBOTG输出。在该操作下，负载开关模块480以直通模式工作，单级转换系统400以50％的占空比工作，并且关闭OUT2调节控制器。系统在反向电荷泵模式下运行，电源输入INPUT2上的电压等于第一输出（OUT1）上的电压的两倍，也是电池电压的四倍。负载开关模块480和450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。输出功率由电池470提供。

在图4所示的实施例中，电源输入INPUT2用作输出以给附加设备供电，例如，USBOTG输出。在该操作下，负载开关模块480以直通模式工作，单级转换系统400以反向直通工作，并且关闭OUT2调节控制器。负载开关模块480和450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。输出功率由电池470提供。电源输入INPUT2处的电压等于电池电压。

在图4所示的实施例中，第一输出（OUT1）被用作输出以通过负载开关模块450供电到外面的附加设备。在该操作下，负载开关模块450以直通模式操作，单级转换系统400以50％的占空比在反向电荷泵模式下操作并关闭OUT2调节控制器。输入源选择模块440和负载开关模块480关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。输出功率由电池470提供。第一输出（OUT1）端的电压始终等于电池电压的两倍。

在图4所示的实施例中，第一输出（OUT1）用作输出以对通过负载开关模块450连接到第一输出（OUT1）的附加设备供电。在该操作下，负载开关模块450以直通模式操作，单级转换系统400操作同样在反向直通模式下并关闭OUT2调节控制器。输入源选择模块440和负载开关模块480关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET设置为导通状态。输出功率由电池470提供。第一输出（OUT1）处的电压等于电池电压。

在图4所示的实施例中，第一输出（OUT1）被用作输出以给连接到第一输出（OUT1）的附加设备供电。在该操作下，负载开关模块480以直通模式工作，单级转换系统400工作在0％至100％之间的占空比以便OUT2调节控制器能够控制第一输出（OUT1）的电压。系统以单相反向升压（Singe Phase Boost Mode）模式工作。输入源选择模块440和负载开关模块450关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461设置为导通状态。输出功率由电池470提供。第一输出（OUT1）上的电压可在电池电压和功率的第一功率开关的第三电源开关413和第二功率开关的第三电源开关423的耐压之间的任何位置调节。

参见附图5所示，其表示出图3所示的单级转换系统400用于双电节电池充电系统的实施例，单级转换系统400的INPUT2端子耦合至输入源选择模块490。单级转换系统400的第一输出（OUT1）端子通过电池反向保护控制模块耦合到双节电池471。单级转换系统400的第二输出（OUT2）端子通过第二滤波电容器431耦合提供系统电源。

本实施例的输入源选择模块490包括背靠背连接的两个MOSFET491和CC / CV /BP模式控制器492。本实施例的电池反向保护控制模块包括一个MOSFET 461和电池反向保护控制器460，其中，当MOSFET 461被电池反向保护控制器460设置为截止状态时，MOSFET461阻止电池放电。

在图5中的双节电池充电系统的一个实施例中，电源输入INPUT1作为电源（例如无线电源输入）给电池充电。在该操作下，输入源选择模块440以三种模式之一工作：CC模式，CV模式或BP模式。单级转换系统400以50％的占空比工作并关闭OUT2调节控制器工作。输入源选择模块490处于关闭状态。电池反向保护控制模块的MOSFET461被设置为导通状态。第一输出（OUT1）的电压等于电源输入INPUT1的电压的一半。OUT2上的电压等于第一输出（OUT1）上电压的一半。第一输出（OUT1） 通过电池反向保护控制模块向双节电池冲电。第二输出（OUT2）用于为系统供电。电源输入INPUT1的电压可能高达20V。

在图5中的双电池充电系统的一个实施例中，电源输入INPUT1作为电源（例如无线电源）为双节电池充电。在该操作下，输入源选择模块440以直通模式工作，单级转换系统400以降压（Buck Mode）模式工作并启动OUT2调节控制器。输入源选择模块490被关闭，电池反向保护控制模块的MOSFET461被设置为导通状态。第一输出（OUT1）的电压接近电源输入INPUT1的电压（直通）并给双节电池冲电。第二输出（OUT2）的输出电压由OUT2调节控制器的参考电压控制。第二输出（OUT2）用于为系统供电。电源输入INPUT1的电压可能高达10V。

在图5中的双节电池充电系统的一个实施例中，电源输入INPUT2作为电源（例如USB电源）为电池充电。在该操作下，输入源选择模块490以三种模式之一工作：CC模，CV模式或BP模式。单级转换系统400以50％或更高的占空比工作并启用OUT2调节控制器。输入源选择模块440被关闭，电池反向保护控制模块的MOSFET461被设置为导通状态。第一输出（OUT1）的电压等于电源输入INPUT2的电压的一半并通过电池反向保护控制器460向双节电池冲电。而第二输出（OUT2）的电压等于第一输出（OUT1）的电压的一半或更高，具体取决于为第二输出（OUT2）调节而设置的参考电压。第二输出（OUT2）用于为系统供电。电源输入INPUT1的电压可能高达20V。

在图5中的双电池充电系统的一个实施例中，电源输入INPUT2作为电源（例如USB电源）来给电池充电。在该操作下，输入源选择模块490以三种模式之一操作：CC模，CV模式或BP模式，单级转换系统400以50％的占空比操作并停用OUT2调节控制器。输入源选择模块440被关断，电池反向保护控制模块的MOSFET461被设置为导通状态。第一输出（OUT1）的电压等于电源输入INPUT2的电压的一半并通过电池反向保护控制器460向双节电池冲电。第二输出（OUT2）上的电压等于第一输出（OUT1）上电压的一半，用于为系统供电。电源输入INPUT2的电压可能高达20V。

在图5中的双节电池充电系统的一个实施例中，电源输入INPUT2为输入电源（例如USB电源）来给电池充电。在该操作下，输入源选择模块490工作在直通模式，单级转换系统400也以Buck Mode工作并启动OUT2调节控制器。输入源选择模块440处于关断状态。电池反向保护控制模块的MOSFET461被设置为导通状态。第一输出（OUT1）的电压等于电源输入INPUT2的电压并给双节电池直充。第二输出（OUT2）上的电压等于第一输出（OUT1）上电压的一半或更高，具体取决于为第二输出（OUT2）调节设置的参考电压。第二输出（OUT2）用于为系统供电。电源输入INPUT1的电压可能高达10V。

在图5中的双电池充电系统的一个实施例中，电源输入INPUT1用作输出以给附加设备供电，例如，附加到电源输入INPUT1的无线发射机。在该操作下，输入源选择模块440在具有电流限制的直通模式下工作，单级转换系统400在0％和100％之间的占空比下工作并启动OUT2调节控制器以控制第二输出（OUT2）的电压。单级转换系统400在反向电荷泵模式下运行。输入源选择模块490关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461被设置为导通状态。电源输入INPUT1上的电压等于第一输出（OUT1）上电压的两倍，并由电池471供电。第二输出（OUT2）的电压(系统电压)由OUT2调节控制器控制并且也由电池471供电。

在图5中的双节电池充电系统的一个实施例中，电源输入INPUT2用作输出，以连接到电源输入INPUT2的其他设备供电。在该操作下，输入源选择模块490在具有电流限制的直通模式下工作，单级转换系统400工作在0％至100％之间的占空比并通过OUT2调节控制器来控制第二输出（OUT2）的电压。单级转换系统在反向电荷泵模式下运行。输入源选择模块440关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461被设置为导通状态。电源输入INPUT2上的电压等于第一输出（OUT1）上电压的两倍，并由电池471供电。第二输出（OUT2）的电压(系统电压)由OUT2调节控制器控制并且也由电池471供电。

在图5中的双节电池充电系统的一个实施例中，电源输入INPUT2用作输出给耦合到电源输入INPUT2的附加设备供电。在该操作下，输入源选择模块490在具有电流限制的直通模式下工作，单级转换系统400在Buck Mode模式下工作，单级转换系统400工作在0％至100％之间的占空比并通过OUT2调节控制器来控制第二输出（OUT2）的电压。输入源选择模块440关闭。电池反向保护控制模块的MOSFET461被设置为导通状态。电源输入INPUT2上的电压等于电池电压并由电池471供电。第二输出（OUT2）的电压(系统电压)由OUT2调节控制器控制并且也由电池471供电。

以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所做的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种DC/DC电源转换系统，其特征在于：包括第一功率开关和第二功率开关；所述第一功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第一功率开关的第一及第三电源开关由第一占空比控制，且所述第一功率开关的第二及第四电源开关由第二占空比控制；所述第二功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第二功率开关的第一及第三电源开关由第一占空比控制，且所述第二功率开关的第二及第四电源开关由第二占空比控制；所述第一占空比和第二占空比为互补驱动信号；还包括两组分别作用于第一功率开关和第二功率开关的谐振组件、分别用于平均来自第一功率开关和第二功率开关的开关电压的第一输出滤波电感器和第二输出滤波电感器、以及作用于其中一组谐振组件的第五电源开关。

2.根据权利要求1所述的一种DC/DC电源转换系统，其特征在于：还包括至少一个第一输出滤波电容器，所述第一功率开关的第一中心点与第二功率开关的第二中心点耦合在一起与第一输出滤波电容器耦合。

3.根据权利要求1所述的一种DC/DC电源转换系统，其特征在于：还包括至少一个第二输出滤波电容器，所述第二输出滤波电容器分别串联耦合至第一输出滤波电感器和第二输出滤波电感器。

4.根据权利要求1所述的一种DC/DC电源转换系统，其特征在于：包括有主控制器，所述主控制器分别耦合至第一功率开关和第二功率开关且通过主控制器向第一功率开关和第二功率开关提供第一占空比和第二占空比的互补驱动信号。

5.根据权利要求1所述的一种DC/DC电源转换系统，其特征在于：所述第一占空比和第二占空比以固定50%的占空比工作或以变化的占空比工作。

6.根据权利要求4所述的一种DC/DC电源转换系统，其特征在于：所述主控制器对第五电源开关提供控制信号。

7.根据权利要求1所述的一种DC/DC电源转换系统，其特征在于：还包括输入源选择模块，所述输入源选择模块包括两个背对背连接的电源开关。

8.根据权利要求7所述的一种DC/DC电源转换系统，其特征在于：还包括用于驱动输入源选择模块的两电源开关的输入控制器。

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