CN112019052B

CN112019052B - 一种电源转换电路、电源转换系统及电源芯片

Info

Publication number: CN112019052B
Application number: CN202011188104.1A
Authority: CN
Inventors: 韩双; 陶海; 刘锐
Original assignee: Guangdong Xidi Microelectronics Co ltd
Current assignee: Xidi Microelectronics Group Co ltd
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: CN112019052A

Abstract

本发明涉及电源转换技术领域，公开一种电源转换电路、电源转换系统及电源芯片。电源转换电路包括并联连接的第一功率变换模块及第二功率变换模块，第一功率变换模块和第二功率变换模块分别包括串联连接的五个功率开关管，从第一功率变换模块和第二功率变换模块中可引出作为输入或输出的第一端口、第二端口及第三端口，通过对第一功率变换模块和第二功率变换模块上的功率开关管进行控制，可得到精确的第一端口电压、第二端口电压及第三端口电压，从而能够灵活地实现多种工作模式下的电源转换，由于其无需为覆盖多种工作模式而使用多个转换模块进行组合或级联，因此，其能够降低冗余，同时可节约成本以及减少占用PCB板的面积。

Description

一种电源转换电路、电源转换系统及电源芯片

技术领域

本发明涉及电源转换技术领域，特别是涉及一种电源转换电路、电源转换系统及电源芯片。

背景技术

目前给电子设备的电池充电主要有两种形式，一种是有线充电，这是比较常规的充电方式，另一种是无线充电，这是近年来兴起的一种新型充电方式。对于充电电池而言，单节电池的最大电压为5V左右，而输入电源的电压一般几倍于单节电池的最大电压，例如为20V，而为了最大程度地减少充电过程中的功率损耗，则需要充电设备对20V的高压降至5V左右的低压后方可对电池充电。若采用电荷泵技术，一般是通过分别具有转换比为4:2和2:1的两个DC/DC转换模块级联的方式，将20V高压转换为5V低压，而为了满足预充电和CV模式充电需求，通常还需要增加额外的充电模块。

对于多个单节电池串联而成的电池组，以两个电池串联为例，总电压一般是小于10V的，在输入电源为20V的情况下，首先需要采用DC/DC转换模块将20V电压转换为10V左右，然后使用降压转换模块将两节电池的总电压转换为单节电池电压以满足最大系统电源电压的要求。对于输入电压只有5V的情况下，一般还需要增加额外的Buck-Boost充电模块，也就是说，支持全面性充电的情况下，采用此种充电架构，至少需要使用两个DC/DC转换模块以及一个Buck-Boost充电模块。

因此，相关技术的充电架构所使用模块是比较多的，这种冗余架构带来的问题是较高的成本以及较大的体积。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电源转换电路、电源转换系统及电源芯片，能够解决现有技术中为实现多种工作模式的电源转换过程中使用的模块较多，造成成本高或体积大的技术问题。

本发明实施例为解决上述技术问题提供了如下技术方案：

在第一方面，本发明实施例提供一种电源转换电路，包括第一功率变换模块、第二功率变换模块、第一储能电容、第二储能电容、第一滤波电感、第二滤波电感、第一滤波电容及第二滤波电容；所述第一功率变换模块的一端与所述第二功率变换模块的一端共同连接于第一端口，所述第一功率变换模块的另一端与所述第二功率变换模块的另一端共同接地，所述第一功率变换模块包括依次串接的第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管及第五功率开关管，所述第二功率变换模块包括依次串接的第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管、第九功率开关管及第十功率开关管，所述第二功率开关管与所述第三功率开关管之间的第一连接点、所述第七功率开关管与所述第八功率开关管之间的第二连接点及所述第一滤波电容的一端共同连接于第二端口，所述第一滤波电容的另一端接地；所述第一储能电容的一端连接于所述第一功率开关管与所述第二功率开关管之间的第三连接点，所述第一储能电容的另一端连接于所述第三功率开关管及所述第四功率开关管之间的第四连接点；所述第二储能电容的一端连接于所述第六功率开关管与所述第七功率开关管之间的第五连接点，所述第二储能电容的另一端连接于所述第八功率开关管与所述第九功率开关管之间的第六连接点；所述第一滤波电感的一端与所述第四功率开关管与所述第五功率开关管之间的第七连接点连接，所述第二滤波电感的一端与所述第九功率开关管与所述第十功率开关管之间的第八连接点连接，所述第一滤波电感的另一端、所述第二滤波电感的另一端、所述第二滤波电容的一端共同连接于第三端口，所述第二滤波电容的另一端接地。

可选的，所述第一功率开关管与所述第三功率开关管由第一控制信号控制，所述第六功率开关管及所述第八功率开关管由第二控制信号控制，所述第二功率开关管由第三控制信号控制，所述第七功率开关管由第四控制信号控制，所述第四功率开关管由第五控制信号控制，所述第九功率开关管由第六控制信号控制，所述第五功率开关管由第七控制信号控制，所述第十功率开关管由第八控制信号控制。

可选的还包括第三滤波电容；所述第一功率变换模块第一端、所述第二功率变换模块第一端及所述第三滤波电容的一端共同连接于所述第一端口，所述第三滤波电容的另一端接地。

可选的，还包括第一谐振电感及第二谐振电感；所述第一谐振电感与所述第一储能电容串联连接于所述第三连接点及所述第四连接点之间，所述第二谐振电感与所述第二储能电容串联连接于所述第五连接点及所述第六连接点之间。

可选的，还包括第一负载开关，所述第一负载开关的一端用于与第一负载端连接，所述第一负载开关的另一端与所述第一端口连接。

可选的，还包括第二负载开关，所述第二负载开关的一端用于与第二负载端连接，所述第二负载开关的另一端与所述第一端口连接。

可选的，还包括第三负载开关，所述第三负载开关的一端用于与第三负载端连接，所述第三负载开关的另一端与所述第二端口连接。

可选的，还包括控制器，所述控制器分别与所述第一功率开关管、所述第二功率开关管、所述第三功率开关管、所述第四功率开关管、所述第五功率开关管、所述第六功率开关管、所述第七功率开关管、所述第八功率开关管、所述第九功率开关管及所述第十功率开关管连接。

可选的，其操作在第一工作模式，在所述第一工作模式下，所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号、所述第四控制信号、所述第五控制信号及所述第六控制信号为第一电平信号，所述第七控制信号及所述第八控制信号为第二电平信号。

可选的，其操作在第二工作模式，在所述第二工作模式下，所述第一控制信号与所述第二控制信号具有第一占空比且具有180度的相位差，所述第三控制信号、所述第四控制信号、所述第七控制信号及所述第八控制信号具有第二占空比且所述第三控制信号、所述第七控制信号与所述第四控制信号、所述第八控制信号具有180度的相位差，所述第五控制信号及所述第六控制信号为第一电平信号，其中，所述第一占空比与所述第二占空比互补，并且所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号、所述第四控制信号、所述第七控制信号、所述第八控制信号工作在相同频率。

可选的，其操作在第三工作模式，在所述第三工作模式下，所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号及所述第四控制信号为第一电平信号，所述第五控制信号与所述第六控制信号具有第三占空比且具有180度的相位差，所述第七控制信号与所述第八控制信号具有第四占空比且具有180度的相位差，其中，所述第三占空比与所述第四占空比互补，并且所述第五控制信号、所述第六控制信号、所述第七控制信号及所述第八控制信号工作在相同频率。

在第二方面，本发明实施例提供一种电源转换系统，包括电源；以及如上所述的电源转换电路，所述电源转换电路与所述电源连接。

在第三方面，本发明实施例提供一种电源芯片，包括如上所述的电源转换电路。

本发明实施例的有益效果是：区别于相关技术，本发明实施例提供一种电源转换电路、电源转换系统及电源芯片。电源转换电路包括并联连接的第一功率变换模块及第二功率变换模块，第一功率变换模块和第二功率变换模块分别包括串联连接的五个功率开关管，从第一功率变换模块和第二功率变换模块中可引出作为输入或输出的第一端口、第二端口及第三端口，通过对第一功率变换模块和第二功率变换模块上的功率开关管进行控制，可得到精确的第一端口电压、第二端口电压及第三端口电压，从而能够灵活地实现多种工作模式下的电源转换，由于其无需为覆盖多种工作模式而使用多个转换模块进行组合或级联，因此，其能够降低冗余，同时可节约成本以及减少占用PCB板的面积。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供一种电源转换电路的结构示意图；

图2是图1的电源转换电路操作在第二工作模式的驱动波形图；

图3是图1的电源转换电路操作在第三工作模式的驱动波形图；

图4是本发明另一实施例提供一种电源转换电路的结构示意图；

图5是图4的电源转换电路在第二工作模式下的驱动信号和电流波形图；

图6是本发明又一实施例提供一种电源转换电路的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供一种电源转换电路。如图1所示，电源转换电路100包括第一功率变换模块10、第二功率变换模块20、第一储能电容C1、第二储能电容C2、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第一滤波电容C3及第二滤波电容C4。第一功率变换模块10一端与第二功率变换模块20的一端共同连接于第一端口Port1，第一功率变换模块10的另一端与第二功率变换模块20的另一端共同接地。

第一功率变换模块10包括依次串接的第一功率开关管11、第二功率开关管12、第三功率开关管13、第四功率开关管14及第五功率开关管15，第二功率变换模块20包括依次串接的第六功率开关管21、第七功率开关管22、第八功率开关管23、第九功率开关管24及第十功率开关管25，第二功率开关管12与第三功率开关管13之间的第一连接点10a、第七功率开关管22与第八功率开关管23之间的第二连接点20a及第一滤波电容C3的一端共同连接于第二端口Port2，第一滤波电容C3的另一端接地。

第一储能电容C1的一端连接于第一功率开关管11与第二功率开关管12之间的第三连接点10b，第一储能电容C1的另一端连接于第三功率开关管13及第四功率开关管14之间的第四连接点10c。

第二储能电容C2的一端连接于第六功率开关管21与第七功率开关管22之间的第五连接点20b，第二储能电容C2的另一端连接于第八功率开关管23与所述第九功率开关管24之间的第六连接点20c。

第一滤波电感L1的一端与第四功率开关管14与第五功率开关管15之间的第七连接点10d连接，第二滤波电感L2的一端与第九功率开关管24与第十功率开关管25之间的第八连接点20d连接，第一滤波电感L1的另一端、第二滤波电感L2的另一端、第二滤波电容24的一端共同连接于第三端口Port3，第二滤波电容24的另一端接地。

在本实施例中，通过在第一功率变换模块10和第二功率变换模块20中引出第一端口Port1、第二端口Port2和第三端口Port3，对第一功率变换模块10的五个开关管和第二功率变换模块20的五个开关管进行控制，将任意一个端口作为输入，其余两个端口作为输出时，能够实现多种不同的工作模式，而在同一种工作模式下，第一端口Port1的电压、第二端口Port2的电压和第三端口Port3的电压均严格遵循一定的比例关系，例如，在一种工作模式中，在第一端口Port1、第二端口Port2及第三端口Port3中任意一个端口作为输入，其余两个端口作为输出的情况下，第一端口Port1的电压、第二端口Port2的电压及第三端口Port3的电压三者的比值为4：2：1，然而，在另一种工作模式中，第一端口Port1的电压、第二端口Port2的电压及第三端口Port3的电压则遵循另一种比例关系。因此，本实施例提供一种电源转换电路100能够适应各种工作模式，实现各种不同的电压转换比，有效降低冗余，同时可节约成本以及减少占用PCB板的面积。

需要说明的是，电源转换电路100工作在不同的工作模式，在不违背本发明技术构思和精神的基础上，有些器件是可以被忽略掉的，例如在某种特定的工作模式中，第一储能电容C1、第二储能电容C2、第一滤波电容C3、第二滤波电容C4、第一谐振电感L1及第二谐振电感L2的一个或多个可以被忽略，因此，电源转换电路100可以存在多种不同变形，若这些变形能够实现本发明实施例的目的，那么所有这些变形均视为落入本发明实施例的保护范围之内。

第一功率变换模块10和第二功率变换模块20的各个功率开关管可以是任意合适的开关或开关管，例如，NMOS管、PMOS管等等。在一些实施例中，第一功率开关管11、第二功率开关管12、第三功率开关管13、第四功率开关管14、第五功率开关管15、第六功率开关管21、第七功率开关管22、第八功率开关管23、第九功率开关管24以及第十功率开关管25均为NMOS管。如图1所示，第一功率开关管11的漏极与第一端口Port1连接，第一功率开关管11的源极与第二功率开关管12的漏极共同连接于第三连接点10b，第二功率开关管12的源极与第三功率开关管13的漏极共同连接于第一连接点10a，第三功率开关管13的源极与第四功率开关管14的漏极共同连接于第四连接点10c，第四功率开关管14的源极与第五功率开关管15的漏极共同连接于第七连接点10d，第五功率开关管15的源极接地；第六功率开关管21的漏极与第一端口Port1连接，第六功率开关管21的源极与第七功率开关管22的漏极共同连接于第五连接点20b，第七功率开关管22的源极与第八功率开关管23的漏极共同连接于第二连接点20a，第八功率开关管23的源极与第九功率开关管24的漏极共同连接于第六连接点20c，第九功率开关管24的源极与第十功率开关管25的漏极共同连接于第八连接点20d，第十功率开关管25的源极接地。

第一功率开关管11的栅极、第二功率开关管12的栅极、第三功率开关管13的栅极、第四功率开关管14的栅极、第五功率开关管15的栅极、第六功率开关管21的栅极、第七功率开关管22的栅极、第八功率开关管23的栅极、第九功率开关管24的栅极以及第十功率开关管25用于被施加控制信号。在一些实施例中，第一功率开关管11与第三功率开关管13由第一控制信号CS1控制，第六功率开关管21及第八功率开关管23由第二控制信号CS2控制，第二功率开关管12由第三控制信号CS3控制，第七功率开关管22由第四控制信号CS4控制，第四功率开关管14由第五控制信号CS5控制，第九功率开关管24由第六控制信号CS6控制，第五功率开关管15由第七控制信号CS7控制，第十功率开关管25由第八控制信号CS8控制。其中，各个控制信号用于控制对应功率开关管的开关状态，即导通状态和关断状态。

在一些实施例中，电源转换电路100包括控制器，控制器分别与第一功率开关管11的栅极、第二功率开关管12的栅极、第三功率开关管13的栅极、第四功率开关管14的栅极、第五功率开关管15的栅极、第六功率开关管21的栅极、第七功率开关管22的栅极、第八功率开关管23的栅极、第九功率开关管24的栅极以及第十功率开关管25的栅极连接，用于为各个功率开关管提供对应的控制信号。其中，控制器可以为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM（Acorn RISCMachine）或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，控制器还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。

在一些实施例中，如图1所示，电源转换电路100还包括第三滤波电容C5，第一功率变换模块10的一端、第二功率变换模块20的一端及第三滤波电容C5的一端共同连接于第一端口Port1，第三滤波电容C5的另一端接地。

在一些实施例中，电源转换电路100操作在第一工作模式，在第一工作模式中，第一控制信号CS1、第二控制信号CS2、第三控制信号CS3、第四控制信号CS4、第五控制信号CS5及第六控制信号CS6为第一电平信号，第七控制信号CS7及第八控制信号CS8为第二电平信号。第一电平信号为高电平信号，第二电平信号为低电平信号，结合图1可知，第一功率开关管11、第二功率开关管12、第三功率开关管13、第四功率开关管14、第六功率开关管21、第七功率开关管22、第八功率开关管23以及第九功率开关管24均被控制在导通状态，第五功率开关管15和第十功率开关管25均被控制在关断状态。

在本实施例中，可以将第一端口Port1、第二端口Port2以及第三端口Port3中的任意一个端口作为输入端口，其余两个端口作为输出端口，例如将第一端口Port1作为输入端口，第二端口Port2及第三端口Port3作为输出端口，此时，第一端口Port1的电压、第二端口Port2的电压及第三端口Port3的电压均相等，由于在第一工作模式中，输入电压等于输出电压，因而第一工作模式也被称为“直通模式”。值得说明的是，在本实施例中，第一储能电容C1及第二储能电容C2是可以被忽略的。

在一些实施例中，电源转换电路100操作在第二工作模式，在第二工作模式中，第一控制信号CS1与第二控制信号CS2具有第一占空比D1且具有180度的相位差，第三控制信号CS3、第四控制信号CS4、第七控制信号CS7及第八控制信号CS8具有第二占空比D2且第三控制信号CS3、第七控制信号CS7与第四控制信号CS4、第八控制信号CS8具有180度的相位差，第五控制信号CS5及第六控制信号CS6为第一电平信号，其中，第一占空比D1与第二占空比D2互补且第一控制信号CS1、第二控制信号CS2、第三控制信号CS3、第四控制信号CS4、第七控制信号CS7、第八控制信号CS8工作在相同频率。

下面结合图2对本实施例进行详细说明。如图2所示，第一电平信号为高电平信号，结合图1可知，第四功率开关管14及第九功率开关管24均被控制在导通状态，第一控制信号CS1与第二控制信号CS2具有相同的占空比D1，并且两者具有180度的相位差（t0与t1之间的时间差），第三控制信号CS3、第四控制信号CS4、第七控制信号CS7及第八控制信号CS8相同的占空比D2，第三控制信号CS3与第七控制信号CS7同步，第四控制信号CS4与第八控制信号CS8同步，第三控制信号CS3与第四控制信号CS4具有180度的相位差，第一占空比D1可以为任意占空比，第一占空比D1与第二占空比D2互补，例如第一占空比D1为40%时，那么第二占空比D2则为60%（60%=1-40%），第一控制信号CS1、第二控制信号CS2、第三控制信号CS3、第四控制信号CS4、第七控制信号CS7及第八控制信号CS8均工作在相同开关周期（t2与t3之间的时间差），也就是工作在相同频率。

在本实施例中，可以将第一端口Port1、第二端口Port2以及第三端口Port3中的任意一个端口作为输入端口，其余两个端口作为输出端口，此时，第一端口Port1的电压、第二端口Port2的电压及第三端口Port3的电压三者的比值为2：1：D1，例如，以第一端口Port1作为输入端口，第二端口Port2及第三端口Port3作为输出端口，并且第一端口Port1的电压为20V，第一占空比为40%为例，那么，第二端口Port2的电压为10V，第三端口Port3的电压为4V。该种工作模式也被称为“混合DC/DC模式”。

在一些实施例中，电源转换电路100操作在第三工作模式，在第三工作模式中，第一控制信号CS1、第二控制信号CS2、第三控制信号CS3及第四控制信号CS4为第一电平信号，第五控制信号CS5与第六控制信号CS6具有第三占空比D3且具有180度的相位差，第七控制信号CS7与第八控制信号CS8具有第四占空比D4且具有180度的相位差，其中，第三占空比D3与第四占空比D4互补，并且第五控制信号CS5、第六控制信号CS6、第七控制信号CS7与第八控制信号CS8工作在相同频率。

下面结合图3对本实施例进行详细说明。如图3所示，第一电平信号为高电平信号，结合图1可知，第一功率开关管11、第二功率开关管12、第三功率开关管13、第六功率开关管21、第七功率开关管22及第八功率开关管23均被控制在导通状态，第五控制信号CS5与第六控制信号CS6具有相同的占空比D3，并且两者具有180度的相位差（t4与t5之间的时间差），第七控制信号CS7与第八控制信号CS8具有相同的占空比D4，并且两者具有180度的相位差，第三占空比D3可以为任意占空比，第三占空比D3与第四占空比D4互补，例如第三占空比D3为40%时，那么第四占空比D4则为60%（60%=1-40%），第五控制信号CS5、第六控制信号CS6、第七控制信号CS7及第八控制信号CS8均工作在相同开关周期（t6与t7之间的时间差），也就是工作在相同频率。

在本实施例中，可以将第一端口Port1、第二端口Port2以及第三端口Port3中的任意一个端口作为输入端口，其余两个端口作为输出端口，此时，第一端口Port1的电压、第二端口Port2的电压及第三端口Port3的电压三者的比值为1：1：D3，例如，以第一端口Port1作为输入端口，第二端口Port2及第三端口Port3作为输出端口，并且第一端口Port1的电压为20V，第三占空比为40%为例，那么，第二端口Port2的电压为20V，第三端口Port3的电压为8V，此种情况下输出端口电压相对于输入端口电压而言是降压。又例如，以第三端口Port3作为输入端口，第一端口Port1及第二端口Port2作为输出端口，并且第三端口Port3的电压为5V，第三占空比为40%为例，那么第二端口Port2的电压及第三端口Port3的电压均为12.5V，此种情况下输出端口电压相对于输入端口电压而言是升压。因而该种工作模式也被称为“双相升/降压模式”。请再次参阅图1，第四功率开关14及第一滤波电感L1组成第一相升/降压转换器，第九功率开关24及第二滤波电感L2组成第二相升/降压转换器，实现双相的升/降压，在本实施例中，第一储能电容C1及第二储能电容C2是可以被忽略的。

值得说明的是，上述的第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式均是基于图1所示的实施例的基础上进行操作的，通过双相（第一功率转换模块10作为一相，第二功率转换模块20作为另一相）的控制来实现在开环工作下得到不同的电压转换比，满足各种电压转换需求。而事实上，在某些应用场景下，通过单相的控制也能够实施上述三种工作模式，例如可以忽略第二功率转换模块20，单独对第一功率转换模块10进行控制，而针对第一功率转换模块10的控制方法可以参照上述实施例，在此不赘述。可以理解的是，由于单相控制的原因，在上述第三工作模式的操作中，只能实现单相升/降压，而不能实现双相升/降压。

在一些实施例中，电源转换电路100还包括第一谐振电感L3及第二谐振电感L4，第一谐振电感L3与第一储能电容C1串联连接于第三连接点10b及第四连接点10c之间，第二谐振电感L4与第二储能电容C2串联连接于第五连接点20b及第六连接点20c之间。如图4所示，在一些实施例中，第一谐振电感L3的一端连接于第三连接点10b，第一谐振电感L3的另一端与第一储能电容C1的一端连接，第一储能电容C1的另一端连接于第四连接点10c，第二谐振电感L4的一端连接于第五连接点20b，第二谐振电感L4的另一端与第二储能电容C2的一端连接，第二储能电容C2的另一端连接于第六连接点20c。

在本实施例中，如图4所示，第一滤波电感L1和第二滤波电感L2的参数和尺寸会影响电源转换电路100的工作频率，一般而言，通过减小第一滤波电感L1和第二滤波电感L2的尺寸会相应地提高电源转换电路100的工作频率，但是提高工作频率会增加开关损耗，从而降低转换效率，于是，本实施例通过增加第一谐振电感L3和第二谐振电感L4来弥补由于第一滤波电感L1和第二滤波电感L2的尺寸减小所造成的转换效率低的缺点，通过第一谐振电感L3与第一储能电容C1构成一个谐振电路，第二谐振电感L4与第二储能电容C2构成另一个谐振电路，使得电源转换电路100在实际工作过程中，能够在提高工作频率的同时也能达到很高的转换效率。

下面结合图5对本实施例进行详细说明。如图5所示，在初始条件下所有的功率开关管均处于关断状态，此时流过第一谐振电感L3和第二谐振电感的电流均为0，第一储能电容C1两端的电压和第二储能电容C2两端的电压也为0。在t8与t9之间的时长内，将第一功率开关管11及第三功率开关管13控制在导通状态，使得电流i1从0开始沿半波逐渐上升，到达半波峰值后开始逐渐下降至0，在该段时长内，电流i1给第一储能电容C1和第一滤波电容C3充电，当电流i1降至0时（t9时刻），将第一功率开关管11及第三功率开关管13控制在关断状态，此时，将第二功率开关管12、第四功率开关管14及第五功率开关管15控制在导通状态，使得电流i1从0开始沿半波逐渐下降，到达半波波谷后开始逐渐上升至0，在该段时长内，电流i1给第一储能电容C1放电的同时给第一滤波电容C3充电，当电流i1上升至0后，将第二功率开关管12及第五功率开关管15控制在关断状态，并且，在t12时刻开始进入下一个循环，一个循环可相当于一个开关周期。

与之相对应的，在t10与t11之间的时长内，将第六功率开关管21及第七功率开关管23控制在导通状态，使得电流i2从0开始沿半波逐渐上升，到达半波峰值后开始逐渐下降至0，在该段时长内，电流i2给第二储能电容C2和第一滤波电容C3充电，当电流i2降至0时（t11时刻），将第六功率开关管21及第七功率开关管23控制在关断状态，此时，将第七功率开关管22、第九功率开关管24及第十功率开关管25控制在导通状态，使得电流i2从0开始沿半波逐渐下降，到达半波波谷后开始逐渐上升至0，在该段时长内，电流i2给第二储能电容C2放电的同时给第一滤波电容C3充电，当电流i2上升至0后，将第七功率开关管22及第十功率开关管25控制在关断状态，在t13时刻开始进入下一个循环，一个循环可相当于一个开关周期。

因此，通过增加第一谐振电感L3与第二谐振电感L4，形成由第一谐振电感L3和第一储能电容C1组成谐振电路，以及由第二谐振电感L4和第二储能电容C2组成谐振电路，一方面，其能够减小第一滤波电感L1和第二滤波电感L2的尺寸，从而提高工作频率，另一方面，通过控制所有功率开关管在电流为0时进行开关切换，实现ZVS，能够有效降低开关损耗，从而实现在高频工作中也能达到很高的转换效率。

另外，与图1所示的实施例类似，其也能够实现上述的第一工作模式、第二工作模式及第三工作模式，操作在第二工作模式的方法与图2所示的控制方法类似，在此不赘述，操作在第三工作模式的方法与图3所示的控制方法类似，在此不赘述，同样将第一端口Port1、第二端口Port2及第三端口Port3中的任意一个端口作为输入端口，其余两个端口作为输出端口的基础上，按照图2和图3的控制方法，其能够得到上述对应的电压转换比。需要注意的是，在第二工作模式中，各个控制信号在一个开关周期中对功率开关管的最少使能时间不能低于半周谐振周期，对功率开关管使能的意思是控制功率开关管处于导通状态，而谐振周期是由第一谐振电感L3和第一储能电容C1/第二谐振电感L4和第二储能电容C2的参数共同决定的。

在一些实施例中，如图6所示，电源转换电路100还包括第一负载开关S1，第一负载开关S1的一端用于与第一负载端连接，第一负载开关S1的另一端与第一端口Port1连接。第一负载端可以连接任意合适的负载，该负载可包括任意的电源、用电负载以及其他负载。

在本实施例中，第一负载开关S1起到输入选择的作用，例如，将电池BAT连接在第三端口Port3，若将第一端口Port1作为输入时，则控制第一负载开关S1导通，输入电压可通过第一负载端施加在第一端口Port1，若不将第一端口Port1作为输入时，则控制第一负载开关S1关断。在一些实施例中，第一负载开关S1包括NMOS管，该NMOS管的源极用于连接负载，该NMOS管的漏极与第一端口Port1连接。

在一些实施例中，如图6所示，电源转换电路100还包括第二负载开关S2，第二负载开关S2的一端用于与第二负载端连接，第二负载开关S2的另一端与第一端口Port1连接。第二负载端可以连接任意合适的负载，该负载可包括任意的电源、用电负载以及其他负载。

在本实施例中，第二负载开关S2起到输入选择的作用，例如，将电池BAT连接在第三端口Port3，若将第一端口Port1作为输入时，则控制第二负载开关S2导通，输入电压可通过第二负载端施加在第一端口Port1，若不将第一端口Port1作为输入时，则控制第二负载开关S2关断。在一些实施例中，第二负载开关S2包括背靠背连接的两个NMOS管，其中一个NMOS的源极和漏极分别与另一个NMOS的源极和第一端口Port1连接，另一个NMOS的漏极用于连接负载。

在一些实施例中，如图6所示，电源转换电路100还包括第三负载开关S3，第三负载开关S3的一端用于与第三负载端连接，第三负载开关S3的另一端与第二端口Port2连接。第三负载端可以连接任意合适的负载，该负载可包括任意的电源、用电负载以及其他负载。

在本实施例中，第三负载开关S3起到输入选择的作用，例如，将电池BAT连接在第三端口Port3，若将第二端口Port2作为输入时，则控制第三负载开关S3导通，输入电压可通过第三负载端施加在第一端口Port1，若不将第一端口Port1作为输入时，则控制第二负载开关S2关断。在一些实施例中，第三负载开关S3包括背靠背连接的两个NMOS管，其中一个NMOS的源极和漏极分别与另一个NMOS的源极和第二端口Port2连接，另一个NMOS的漏极用于连接负载。

为了灵活地选择合适的输入电压施加在第一端口Port1或第二端口Port2以进行电压转换，在一些实施例中，电源转换电路100同时包括第一负载开关S1、第二负载开关S2及第三负载开关S3，此时，当以电池作为输入并且该电池的电压作为输入电压施加在任意一个端口时，其余的端口作为输出端口，而作为输出端口的对应负载开关则被控制在导通状态，例如，电池的电压施加在第三端口Port3时，若将第一端口Port1作为输出端口，则控制第一负载开关S1和/或第二负载开关S2处于导通状态以将第一端口Port1的电压输出至对应负载，若将第二端口Port2作为输出端口，则控制第三负载开关S3处于导通状态，以将第二端口Port2的电压输出至与第三负载开关S3连接的负载。

在本实施例中，在给电池充电的应用中，可灵活地根据输入电压的大小以及选择合适的输入端口对电池进行充电，下面以电池连接在第三端口Port3为例进行说明。

当5V的输入电压施加在第一负载端、第二负载端及第三负载端中任意一个负载端时，控制对应作为输入的负载开关导通，控制其余的负载开关关断，例如，5V的输入电压施加在第一负载端时，控制第一负载开关S1导通，控制第二负载开关S2及第三负载开关S3关断，此时可操作在第三工作模式给电池充电，具体可参见图5所示的实施例，在此不赘述，可以理解的是，电池的充电电压取决于第三占空比D3。

当6至12V的输入电压施加在第一负载端、第二负载端及第三负载端中任意一个负载端时，控制对应作为输入的负载开关导通，控制其余的负载开关关断，例如，6至12V的输入电压施加在第一负载端时，控制第一负载开关S1导通，控制第二负载开关S2及第三负载开关S3关断，此时可操作在第二工作模式或第三工作模式给电池充电，具体可参见图2或图3所示的实施例，而采用何种工作模式则取决于电池的充电状态（恒流充电状态或恒压充电状态）以及具体的输入电压值，可以理解的是，当采用第二工作模式充电时，电池的充电电压取决于输入电压及第一占空比D1，当采用第三工作模式充电时，电池的充电电压取决于输入电压及第三占空比D3。

当12至20V的输入电压施加在第一负载端及第二负载端的任意一个负载端时，控制对应作为输入的负载开关导通，控制其余的负载开关关断，例如，12至20V的输入电压施加在第一负载端时，控制第一负载开关S1导通，控制第二负载开关S2及第三负载开关S3关断，此时可操作在第二工作模式或第三工作模式给电池充电，具体可参见图2或图3所示的实施例，而采用何种工作模式则取决于电池的充电状态（恒流充电状态或恒压充电状态）以及具体的输入电压值。

当电池作为第三端口Port3的输入电压时，第二端口Port2的电压等于电池电压乘以1/(1-D2), 其中D2为第二占空比。第一端口Port1的电压等于第二端口Port2的电压的两倍。这时可以根据需求开通对应的负载开关或获取所需的反向升压电压。

作为本发明实施例的另一方面，本发明实施例还提供一种电源转换系统，包括电源以及如上所述的电源转换电路100（例如图1、图4或图6所示的电源转换电路），电源转换电路100与电源连接。电源可以是电压源、电池以及其他电源。

作为本发明实施例的又一方面，本发明实施例还提供一种电源芯片，包括如上所述的电源转换电路100（例如图1、图4或图6所示的电源转换电路）。

最后要说明的是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本发明的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本发明不同方面的许多其它变化，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种电源转换电路，其特征在于，包括第一功率变换模块、第二功率变换模块、第一储能电容、第二储能电容、第一滤波电感、第二滤波电感、第一滤波电容及第二滤波电容；所述第一功率变换模块的一端与所述第二功率变换模块的一端共同连接于第一端口，所述第一功率变换模块的另一端与所述第二功率变换模块的另一端共同接地，所述第一功率变换模块包括依次串接的第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管及第五功率开关管，所述第二功率变换模块包括依次串接的第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管、第九功率开关管及第十功率开关管，所述第二功率开关管与所述第三功率开关管之间的第一连接点、所述第七功率开关管与所述第八功率开关管之间的第二连接点及所述第一滤波电容的一端共同连接于第二端口，所述第一滤波电容的另一端接地；

所述第一储能电容的一端连接于所述第一功率开关管与所述第二功率开关管之间的第三连接点，所述第一储能电容的另一端连接于所述第三功率开关管及所述第四功率开关管之间的第四连接点；

所述第二储能电容的一端连接于所述第六功率开关管与所述第七功率开关管之间的第五连接点，所述第二储能电容的另一端连接于所述第八功率开关管与所述第九功率开关管之间的第六连接点；

所述第一滤波电感的一端与所述第四功率开关管与所述第五功率开关管之间的第七连接点连接，所述第二滤波电感的一端与所述第九功率开关管与所述第十功率开关管之间的第八连接点连接，所述第一滤波电感的另一端、所述第二滤波电感的另一端、所述第二滤波电容的一端共同连接于第三端口，所述第二滤波电容的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，

还包括第三滤波电容；

所述第一功率变换模块的一端、所述第二功率变换模块的一端及所述第三滤波电容的一端共同连接于所述第一端口，所述第三滤波电容的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，还包括第一谐振电感及第二谐振电感；

所述第一谐振电感与所述第一储能电容串联连接于所述第三连接点及所述第四连接点之间，所述第二谐振电感与所述第二储能电容串联连接于所述第五连接点及所述第六连接点之间。

4.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，还包括第一负载开关，所述第一负载开关的一端用于与第一负载端连接，所述第一负载开关的另一端与所述第一端口连接。

5.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，还包括第二负载开关，所述第二负载开关的一端用于与第二负载端连接，所述第二负载开关的另一端与所述第一端口连接。

6.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，还包括第三负载开关，所述第三负载开关的一端用于与第三负载端连接，所述第三负载开关的另一端与所述第二端口连接。

7.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述第一功率开关管、所述第二功率开关管、所述第三功率开关管、所述第四功率开关管、所述第五功率开关管、所述第六功率开关管、所述第七功率开关管、所述第八功率开关管、所述第九功率开关管及所述第十功率开关管连接。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的电源转换电路，其特征在于，所述第一功率开关管与所述第三功率开关管由第一控制信号控制，所述第六功率开关管及所述第八功率开关管由第二控制信号控制，所述第二功率开关管由第三控制信号控制，所述第七功率开关管由第四控制信号控制，所述第四功率开关管由第五控制信号控制，所述第九功率开关管由第六控制信号控制，所述第五功率开关管由第七控制信号控制，所述第十功率开关管由第八控制信号控制。

9.根据权利要求8所述的电源转换电路，其特征在于，其操作在第一工作模式，在所述第一工作模式下，所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号、所述第四控制信号、所述第五控制信号及所述第六控制信号为第一电平信号，所述第七控制信号及所述第八控制信号为第二电平信号。

10.根据权利要求8所述的电源转换电路，其特征在于，其操作在第二工作模式，在所述第二工作模式下，所述第一控制信号与所述第二控制信号具有第一占空比且具有180度的相位差，所述第三控制信号、所述第四控制信号、所述第七控制信号及所述第八控制信号具有第二占空比，且所述第三控制信号与所述第四控制信号具有180度的相位差，所述第七控制信号与所述第八控制信号具有180度的相位差，所述第五控制信号及所述第六控制信号为第一电平信号，其中，所述第一占空比与所述第二占空比互补，并且所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号、所述第四控制信号、所述第七控制信号、所述第八控制信号工作在相同频率。

11.根据权利要求8所述的电源转换电路，其特征在于，其操作在第三工作模式，在所述第三工作模式下，所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号及所述第四控制信号为第一电平信号，所述第五控制信号与所述第六控制信号具有第三占空比且具有180度的相位差，所述第七控制信号与所述第八控制信号具有第四占空比且具有180度的相位差，其中，所述第三占空比与所述第四占空比互补，并且所述第五控制信号、所述第六控制信号、所述第七控制信号及所述第八控制信号工作在相同频率。

12.一种电源转换系统，其特征在于，包括：

电源；以及

如权利要求1至11任意一项所述的电源转换电路，所述电源转换电路与所述电源连接。

13.一种电源芯片，其特征在于，包括：

如权利要求1至11任意一项所述的电源转换电路。