CN112152294A - 电池电流管理系统及相关集成电路 - Google Patents

电池电流管理系统及相关集成电路 Download PDF

Info

Publication number
CN112152294A
CN112152294A CN202011045570.4A CN202011045570A CN112152294A CN 112152294 A CN112152294 A CN 112152294A CN 202011045570 A CN202011045570 A CN 202011045570A CN 112152294 A CN112152294 A CN 112152294A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
pin
follower
signal
switch module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011045570.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112152294B (zh
Inventor
王锐
克里斯蒂安·史波克
徐敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd filed Critical Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority to CN202011045570.4A priority Critical patent/CN112152294B/zh
Publication of CN112152294A publication Critical patent/CN112152294A/zh
Priority to US17/484,129 priority patent/US20220102999A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN112152294B publication Critical patent/CN112152294B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H02M3/1586—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel switched with a phase shift, i.e. interleaved
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

公开了一种用于电池包快速充电的电池电流管理系统。该系统由一个电压转换电路和多个开关模块并联而成，当电池电流管理系统工作在充电状态时，电压转换电路除本身提供主充电电流信号给电池包充电外，电压转换电路还控制开关模块提供补充充电电流给电池包充电。此外，电池电流管理系统还可以被设置工作在放电状态下，此时，电压转换电路可提供主放电电流信号对电池包放电，同时电压转换电路还控制开关模块提供补充放电电流对电池包放电。该方案提高了整个电池包系统的充电和放电能力，提高了效率并节约了时间。

Description

电池电流管理系统及相关集成电路
技术领域
本发明涉及一种电子电路，更具体地说，本发明涉及一种电池电流管理系统。
背景技术
随着大量便携式电子产品(例如平板电脑、平板手机、笔记本电脑、超薄计算设备以及充电宝等等)的普及使用，电池充-放电电路被广泛的使用在这些便携式设备中。在这些便携设备中，电池续航能力要求越来越高，电池容量越做越大。因此，制造商对电池充电的速度要求也更高，需要提供更大的电流对电池充电，以缩短充电时间。同时，在一些应用场合，还需要一些便携设备向外给其他便携设备供电，同时也期望向外供电的电流能力很强，通过大电流放电以缩短其他便携设备充电的时间。但是，一般用于电池充放电的电池充放电流管理芯片的过电流能力有一定限制，电流越大，损耗越大，发热也很高。
因此，我们期望提出一种更经济、高效的具有大电流充电、或充电-放电能力的电池电流管理系统。
发明内容
为了解决前面描述的一个问题或者多个问题，本发明提出与现有技术不同的一种电池电流管理系统。
本发明一方面提供了一种电池电流管理系统，包括：电压转换电路，包括第一管脚、第二管脚和第三管脚，所述第一管脚耦接至USB端口，所述第二管脚耦接至电池包；以及多个开关模块，其中，每个开关模块具有第一端、第二端和控制端，每个开关模块的第一端耦接电压转换电路的第一管脚，每个开关模块的第二端耦接电压转换电路的第二管脚，每个开关模块的控制端耦接电压转换电路的第三管脚；其中，当电池电流管理系统工作在充电状态时，电压转换电路在其第一管脚接收输入电压信号，并将输入电压信号转换为第二管脚上输出的系统电压信号，同时在第二管脚输出主充电电流信号；当开关模块启动工作后，电压转换电路控制启动工作的开关模块在其第二端输出对应的补充充电电流信号。
本发明另一方面提供了一种电池电流管理系统，包括：电压转换电路，包括第一管脚和第二管脚，所述第一管脚耦接至USB端口，所述第二管脚耦接至电池包；以及多个开关模块，其中，每个开关模块具有第一端和第二端，每个开关模块的第一端耦接电压转换电路的第一管脚，每个开关模块的第二端耦接电压转换电路的第二管脚；其中，当电压转换电路在其第一管脚接收输入电压信号时，电压转换电路在其第二管脚输出主充电电流信号，并控制其中至少一个开关模块在第二端输出对应的补充充电电流信号。
本发明又一方面提供了一种电压转换集成电路，包括：第一管脚，耦接至USB端口；第二管脚，耦接至电池包；以及第三管脚，输出控制信号；其中，当电压转换集成电路在其第一管脚接收输入电压信号时，电压转换集成电路在其第二管脚输出主充电电流信号，电压转换集成电路通过第三管脚输出的控制信号控制至少一个开关模块在电压转换集成电路的第二管脚提供至少一个补充充电电流信号。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统100的示意图；
图2所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统200的电路原理图；
图3所示为根据本发明一个实施例的图2所示实施例的相关参数波形300的示意图；
图4所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统400的电路原理图；
图5所示为根据本发明一个实施例的图4所示实施例的相关参数波形500的示意图；
图6所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统600的电路原理图；
图7所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统700的电路原理图；
图8所示为根据本发明本发明图7所示实施例的相关参数波形800的示意图；
图9所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统900的电路原理图；
图10所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1000的电路原理图；
图11所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1100的示意图；
图12所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1200的电路原理图；
图13所示为根据本发明一个实施例的图12所示实施例的相关参数波形1300的示意图；
图14所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1400的电路原理图；
图15所示为根据本发明一个实施例的图14所示实施例的相关参数波形1500的示意图；
图16所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1600的电路原理图；
图17所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1700的电路原理图；
图18所示为根据本发明图17所示实施例的相关参数波形1800的示意图；
图19所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1900的电路原理图；
图20所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统2000的电路原理图；
图21所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统2100的示意图；
图22所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统2200的电路原理图；
图23所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统2300的电路原理图；
图24所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统2300的电路原理图；
图25所示为根据本发明一实施例的电压转换电路11的原理框图；
图26所示为根据本发明一实施例的图1-25中所示或所提及的开关电路101和控制电路102的原理框图；
图27所示为根据本发明一实施例的图26中所示的控制模块1029的原理框图。
下面将参考附图详细说明本发明的具体实施方式。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同的或相似的部件或特征。
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。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。
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。
图1所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统100的示意图。在图1所示实施例中，电池电流管理系统100可以被配置为普充状态、快充状态和普放状态。接下来将结合实施例分别予以说明。
如图1所示，电池电流管理系统100包括电压转换电路11、K个开关模块(21-1、......、21-K)、电池开关BS和电池包BATT。其中，K为一个大于等于2的整数。本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明的保护范围内，可以根据设计规格选择任意合适的K值。在图1所示实施例中，K个开关模块(21-1、......、21-K)为具有相同的结构和功能的电路。
在图1所示实施例中，电压转换电路11包括多个管脚，例如但不仅限于端口连接管脚IN、系统管脚SYS、电池电压管脚BAT、电池电流管脚IBAT、驱动管脚BG、控制信号输出管脚PWM以及接地管脚GND。本领域的技术人员可以理解，电压转换电路11可根据实际运用的场合和需求包括更多的管脚。电池包BATT可包括任何合适的一个或单个电芯结构，例如：单电芯结构、多串电芯结构或多串电芯堆叠结构等。同时，电池包可以是任何合适的可用于重复充电的化学装置。
在图1所示实施例中，端口连接管脚IN耦接至USB端口。系统管脚SYS将耦接至系统的负载并通过电池开关BS耦接至电池包BATT。电压转换电路11在系统管脚SYS产生一个系统电压信号VSYS。电池电压管脚BAT接收电池电压反馈信号VBAT_FB，其中，电池电压反馈信号VBAT_FB代表电池包BATT的电压。电池电流管脚IBAT接收电池电流反馈信号ICHA_FB，其中，电池电流反馈信号ICHA_FB代表流过电池包BATT的电流。驱动管脚BG连接至电池开关BS的控制端，提供驱动信号BGATE用于驱动电池开关BS。控制信号输出管脚PWM输出K组充电控制信号(PWM_C1、......、PWM_CK)。接地管脚GND连接至逻辑地。
每个开关模块21-j(j＝1、......、K)具有第一端、第二端和控制端，每个开关模块21-j的第一端耦接端口连接管脚IN，每个开关模块21-j的第二端耦接系统管脚SYS，每个开关模块21-j的控制端接收K组充电控制信号(PWM_C1、......、PWM_CK)中对应的一组充电控制信号PWM_Cj。
继续参见图1，在一个实施例中，电压转换电路11还包括模式管脚OTG。通过设置模式管脚OTG，电压转换电路11可被设置工作在充电模式或放电模式。在一个实施例中，模式管脚OTG耦接外部模式选择指示器，接收一个无主机数据传送(On-The-Go，OTG)信号VOTG。OTG信号VOTG用于设置电压转换电路11工作在充电模式或放电模式。在一些实施例中，模式选择指示器包括一个数字信号发射源，输出一个高低电平的数字指示信号用于指示电压转换电路11工作在充电模式或放电模式。例如，当OTG信号VOTG为逻辑高时，电压转换电路11将被设置为充电模式；当OTG信号VOTG为逻辑低时，电压转换电路11将被设置为放电模式。在其他实施例中，模式选择指示器包括一个模拟信号发射源或一个阻性元件。例如，当模式管脚OTG直接连接至参考地(即，阻性元件的阻值为0欧姆)，电压转换电路11将被设置为充电模式；当模式管脚OTG连接一个非零阻性元件(例如10K欧姆或20K欧姆等等)，电压转换电路11将被设置为放电模式。在一些实施例中，模式选择指示器也可被包含在一个外部控制器中。也即是说，在一些实施例中，外部控制器可以直接输出OTG信号VOTG至电压转换电路11的OTG管脚，用于设置电压转换电路11工作于充电模式或放电模式。
电池电流管理系统100可以被配置工作在普充状态、普放状态和快充状态。在图1所示实施例中，电压转换电路11可以在系统管脚SYS提供主充电电流信号ISYSC，还可以在端口连接管脚IN提供主放电电流信号ISYSD，每个开关模块21-j(j＝1、......、K)可以在第二端提供补充充电电流信号ICj。当电池电流管理系统100工作在普充状态时，仅由电压转换电路11提供主充电电流信号ISYSC给电池包BATT充电，每个开关模块21-j均不工作。此应用场合下，电压转换电路11工作在充电模式，端口连接管脚IN将通过USB端口接收外部供电电源提供的输入电压信号VIN。电压转换电路11根据电池电压管脚BAT接收的电池电压的电压反馈信号VBAT_FB、电池电流管脚IBAT接收的电池电流的电流反馈信号ICHA_FB、输入电压信号VIN的反馈信号以及系统电压信号VSYS的反馈电压信号，在系统管脚SYS输出主充电电流信号ISYSC给系统的负载和电池包BATT供电。当电池电流管理系统100工作在普放状态时，电池包BATT还可以通过电压转换电路11放电，此时USB端口外部耦接外部载荷。此应用场合下，电压转换电路11工作在放电模式，电压转换电路11将在端口连接管脚IN提供输出电压信号VOUT。同时还根据输出电压信号VOUT的反馈信号和系统电压信号VSYS的反馈信号，在端口连接管脚IN输出主放电电流信号ISYSD，并通过USB端口给外部载荷充电，同时，每个开关模块21-j均不工作。在一个实施例中，外部载荷包括多种外部设备，例如：移动手机、笔记本电脑、U盘、鼠标等等。当电池电流管理系统100工作在快充状态时，除了电压转换电路11提供主充电电流信号ISYSC给电池包BATT充电，电压转换电路11还控制K个开关模块(21-1、......、21-K)中至少有一个开关模块启动工作。启动工作后的开关模块21-j(j＝1、……、K)将在对应的充电控制信号PWM_Cj的控制下，在其第二端产生补充充电电流信号ICj(j＝1、……、K)给电池包BATT充电。在一个实施例中，每个启动工作的开关模块产生的补充充电电流信号均相等，同时，主充电电流信号ISYSC的平均值与每个补充充电电流信号ICj的平均值成倍数关系。
在一个实施例中，每个开关模块21-j是否工作由对应的充电控制信号PWM_Cj控制决定。在一个实施例中，每个开关模块21-j是否工作由电压转换电路11控制充电控制信号PWM_Cj决定。例如，电压转换电路11根据其端口连接管脚IN上的电流信息，判断是否需要启动开关模块或决定开关模块启动的数量。当不需要启动任何开关模块时，电池电流管理系统100被配置为普充状态，充电控制信号PWM_Cj控制对应的每个开关模块21-j不工作，仅由电压转换电路11在系统端口SYS提供主充电电流信号ISYSC；当需要启动全部或至少一个开关模块时，电池电流管理系统100被配置为快充状态，充电控制信号PWM_Cj控制对应的开关模块21-j启动工作并在各自的第二端产生对应的补充充电电流信号IDj。在另一个实施例中，每个开关模块21-j是否工作由外部控制器控制充电控制信号PWM_Cj决定，外部控制器包括但不仅限于：微编程控制器(Micro Programmed Control unit，MCU)、单片机控制器(Single Chip Microcomputer，SCM)、嵌入式控制器(Embedded Controller，EC)等等。例如，在外部控制器应用场合，电压转换电路11还包括数据管脚SDA。外部控制器通过与USB端口控制器(未示出，用于控制USB端口的电压和电流)通信来判断USB端口上电流信号的大小进而判断是否需要启动开关模块或决定开关模块启动的数量，再通过电压转换电路11的数据管脚SDA与电压转换电路11通信进而控制电压转换电路11在控制信号输出管脚PWM产生对应的充电控制信号。
在又一个实施例中，每个开关模块21-j是否工作和对应的充电控制信号PWM_Cj无关，而是由其他元器件控制。例如，在图1所示实施例中，电池电流管理系统100还包括K个附加充电开关(31-1、......、31-K)，其中K个附加充电开关(31-1、......、31-K)和K个开关模块(21-1、......、21-K)一一对应。每个开关模块21-j的第一端通过对应的附加充电开关31-j耦接端口连接管脚IN。在一个实施例中，由外部控制器提供附加充电开关控制信号控制对应附加充电开关的导通和关断。当电池电流管理系统100配置在快充状态下，一旦外部控制器控制某个附加充电开关31-j导通，对应的开关模块21-j工作，并在对应充电控制信号PWM_Cj的控制下，开关模块21-j在其第二端提供对应的补充充电电流信号ICj。当电池电流管理系统100配置在普充状态或普放状态时，外部控制器均控制K个附加充电开关(31-1、......、31-K)关断，K个开关模块(21-1、......、21-K)不工作。
在图1所示实施例中，电压转换电路11包括一个开关电路，该开关电路具有升压和降压的功能。对于电压转换电路11，当其端口连接管脚IN上的电压(VIN或VOUT)低于系统电压VSYS时，该电压转换电路内部的开关电路工作在升压模式；当其端口连接管脚IN上的电压(VIN或VOUT)高于系统电压VSYS时，该电压转换电路内部的开关电路工作在降压模式。在一个实施例中，开关电路包括BUCK-BOOST拓扑结构，当端口连接管脚IN上的电压(VIN或VOUT)低于系统电压VSYS时，该电压转换电路内部的开关电路工作在BOOST模式；当其端口连接管脚IN上的电压(VIN或VOUT)高于系统电压VSYS时，该电压转换电路内部的开关电路工作在BUCK模式；当其端口连接管脚IN上的电压(VIN或VOUT)接近于系统电压VSYS时，该电压转换电路内部的开关电路工作在BUCK-BOOST模式。在其他实施例中，开关电路还可以包括其他合适的可升压和降压的开关电路拓扑结构。每个开关模块21-j包括可控开关和电感，在电压转换电路11的控制下进行可控开关的导通和关断切换，进而产生补充充电电流信号IDj。
需要说明的是，在图1所示实施例中，电池电流管理系统100可根据实际应用场合自由进行三种工作状态的组合应用。例如，在一个实施例中，电池电流管理系统100仅工作在快充状态，不需要任何放电功能，此时，电压转换电路11可以不包括OTG管脚。在又一个实施例中，电池电流管理系统100可选择快充状态和普放状态的结合应用。
图2所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统200的电路原理图。为了方便描述，在图2所示实施例中，仅示出了包括一个开关模块21-1的应用实施例。在其他实施例中，根据电源和负载情况，可以包括多个开关模块。如图2所示，电池电流管理系统200包括电压转换电路11、开关模块21-1、电池开关BS和电池包BATT。
在图2所示实施例中，电压转换电路11包括开关电路101和控制电路102。开关电路101耦接在端口连接管脚IN耦接和系统管脚SYS之间。在图2所示实施例中，开关电路101被示意为BUCK-BOOST拓扑结构，包括：第一开关1011、第二开关1012、第三开关1013、第四开关1014和电感器1015。第一开关1011和第二开关1012串联连接在端口连接管脚IN和逻辑地之间；第三开关1013和第四开关1014串联连接在系统管脚SYS和逻辑地之间。第一开关1011和第二开关1012的公共端被标识为SWA；第三开关1013和第四开关1014的公共端被标识为SWB；电感器1015连接在公共端SWA和公共端SWB之间。
控制电路102接收代表端口连接管脚IN处电压的电压反馈信号VFB、代表系统电压反馈信号VSYS的系统电压反馈信号VSYS_FB、电池电压反馈信号VBAT_FB和电池电流反馈信号ICHA_FB。控制电路102根据电压反馈信号VFB、系统电压反馈信号VSYS_FB、电池电压反馈信号VBAT_FB和电池电流反馈信号ICHA_FB产生控制信号PWM1-PWM4、充电控制信号PWM_C1和驱动信号BGATE。其中，控制信号PWM1-PWM4分别用于控制第一开关1011、第二开关1012、第三开关1013和第四开关1014的导通和关断；驱动信号BGATE通过驱动管脚BG送至电池开关BS的控制端用于驱动电池开关BS的导通和关断；充电控制信号PWM_C1通过控制信号输出管脚PWM送至开关模块21-1，用于控制开关模块21-1内部开关的导通和关断。在一个实施例中，当电压转换电路11被设置在充电模式时，电压反馈信号VFB代表输入电压信号VIN的反馈信号VIN_FB；当电压转换电路11被设置在放电模式时，电压反馈信号VFB代表输出电压信号VOUT的反馈信号VOUT_FB。在其他实施例中，控制电路102还通过电流采样管脚IA接收代表端口连接管脚IN处电流的电流反馈信号IFB，当电压转换电路11被设置在充电模式时，电流反馈信号IFB代表流进端口连接管脚IN的电流的反馈信号；当电压转换电路11被设置在放电模式时，电流反馈信号IFB代表流出端口连接管脚IN的电流(例如，主放电电流信号ISYSD)的反馈信号。控制电路102根据电压反馈信号VFB、电流反馈信号IFB、系统电压反馈信号VSYS_FB、电池电压反馈信号VBAT_FB和电池电流反馈信号ICHA_FB产生控制信号PWM1-PWM4、充电控制信号PWM_C1和驱动信号BGATE。
继续参见图2，开关模块21-1的第一端耦接至USB端口，开关模块21-1的第二端耦接至电压转换电路11的系统管脚SYS。需要注意，在图2所示实施例中，附加充电开关31-1被省略，开关模块21-1是否开启工作由充电控制信号PWM_C1控制。在图2所示实施例中，开关模块21-1包括第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21和跟随电感LC，其中，第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21串联耦接在开关模块21-1的第一端和逻辑地之间；跟随电感LC耦接在第一跟随开关Q11与第二跟随开关Q21的公共端和开关模块21-1的第二端之间。在该实施例中，充电控制信号PWM_C1包括第一跟随开关控制信号PWM11和第二跟随开关控制信号PWM21，分别用于控制第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21。
在电池电流管理系统200工作在普充状态时，仅电压转换电路11在其系统管脚SYS产生主充电电流信号ISYSC，开关模块21-1不启动工作。在一个实施例中，通过使第一跟随开关控制信号PWM11和第二跟随开关控制信号PWM21处于高阻态进而控制开关模块21-1不启动工作。在另一个实施例中，可通过屏蔽第一跟随开关控制信号PWM11和第二跟随开关控制信号PWM21使得第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21处于高阻态(栅极浮空)进而控制开关模块21-1不启动工作。在又一个实施例中，通过同时关断第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21使得开关模块21-1不启动工作。
在电池电流管理系统200工作在普放状态时，仅电压转换电路11在其端口连接管脚IN产生主放电电流信号ISYSD，开关模块21-1不启动工作。
在电池电流管理系统200工作在快充状态时，开关模块21-1启动工作并在其第二端输出补充充电电流信号IC1，当输入电压信号VIN大于系统电压信号VSYS，开关电路101工作在降压阶段。第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2控制第一开关1011和第二开关1012互补导通；第三控制信号PWM3控制第三开关1013导通；第四控制信号PWM4控制第四开关1014关断。在一个实施例中，第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1完全相同，即：第一跟随开关Q11和第一开关1011导通关断同步；第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2完全相同，即：第二跟随开关Q21和第二开关1012导通关断同步。在另一个实施例中，第一跟随开关控制信号PWM11是第一控制信号PWM1的180°移相信号，即：第一跟随开关Q11和第一开关1011交错180°导通和关断；第二跟随开关控制信号PWM21是第二控制信号PWM2的180°移相信号，即：第二跟随开关Q21和第二开关1012交错180°导通和关断。需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在图2所示实施例中，仅示意了一个开关模块21-1，在其他应用场合中，还可以包括多个开关模块，每个开关模块均包括第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21和跟随电感LC。例如，在电池电流管理系统200具有K个开关模块的应用场合，当K个开关模块均启动工作时，每个开关模块21-j的第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1可以保持同步也可以依次具有相同相位差；每个开关模块21-j的第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2可以保持同步也可以依次具有相同相位差。如果选择依次保持相同相位差，则相位差为360°/(K+1)。例如，当K等于2时，第一控制信号PWM1、开关模块21-1的第一跟随开关控制信号PWM11和开关模块21-2的第一跟随开关控制信号PWM11依次具有120°相位差；第二控制信号PWM2、开关模块21-1的第二跟随开关控制信号PWM21和开关模块21-2的第二跟随开关控制信号PWM21依次具有120°相位差，依次类推。当输入电压信号VIN小于系统电压信号VSYS时，开关模块21-1不工作，开关电路101工作在升压阶段。具体地：第一控制信号PWM1控制第一开关1011导通；第二控制信号PWM1控制第二开关1012关断；第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4控制第三开关1013和第四开关1014互补导通。在图2所示实施例中，补充充电电流信号IC1的平均值与主充电电流信号ISYSC的平均值相等。
图3所示为根据本发明一个实施例的图2所示实施例的相关参数波形300的示意图。如图3所示，从上至下依次示出了电感电流信号IL1、补充充电电流信号IC1、第一控制信号PWM1、第一跟随开关控制信号PWM11、第二控制信号PWM2、第二跟随开关控制信号PWM21、第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4的波形图。结合图2和图3可以看出，当输入电压信号VIN大于系统电压信号VSYS时，开关电路101工作在降压阶段。此时，第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2逻辑互补；第三控制信号PWM 3逻辑高(第三开关1013常通)；第四控制信号PWM4逻辑低(第四开关1014常断)。与此同时，第一跟随开关控制信号PWM11相比第一控制信号PWM1相位滞后180°；第二跟随开关控制信号PWM21相比第二控制信号PWM2相位滞后180°。当输入电压信号VIN小于系统电压信号VSYS时，开关电路101工作在升压阶段。此时，第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4逻辑互补；第一控制信号PWM 1逻辑高(第一开关1011常通)；第二控制信号PWM2逻辑低(第二开关1012常断)。与此同时，第一跟随开关控制信号PWM11逻辑低(第一跟随开关Q11常断)；第二跟随开关控制信号PWM21逻辑低(第二跟随开关Q21常断)，开关模块21-1不工作。同时可以看到，主充电电流信号ISYSC的平均值AVG_ISYSC等于补充充电电流信号IC1的平均值AVG_IC1。
图4所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统400的电路原理图。与图2所示实施例中的电池电流管理系统200相比，在电池电流管理系统400中，开关模块21-1具有新的拓扑结构。具体地：在图4所示实施例中，开关模块21-1包括第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31、第四跟随开关Q41和跟随电感LC。其中，第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21串联耦接在开关模块21-1的第一端和逻辑地之间；第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41串联耦接在开关模块21-1的第二端和逻辑地之间；跟随电感LC耦接在第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21的公共端与第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41的公共端之间。在图4所示实施例中，充电控制信号PWM_C1包括第一跟随开关控制信号PWM11、第二跟随开关控制信号PWM21、第三跟随开关控制信号PWM31和第四跟随开关控制信号PWM41，分别用于控制第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41。
在电池电流管理系统400工作在普充状态时，仅电压转换电路11在其系统管脚SYS产生主充电电流信号ISYSC，开关模块21-1不启动工作。
在电池电流管理系统400工作在普放状态时，仅电压转换电路11在其端口连接管脚IN产生主放电电流信号ISYSD，开关模块21-1不启动工作。
在电池电流管理系统400工作在快充状态时，开关模块21-1启动工作。当输入电压信号VIN大于系统电压信号VSYS时，开关电路101工作在降压阶段。具体地：第一开关1011和第二开关1012互补导通和关断；第三开关1013导通；第四开关1014关断。第一跟随开关Q11和第一开关1011同步或交错180°导通和关断；第二跟随开关Q21和第二开关1012同步或交错180°导通和关断；第三跟随开关Q31和第三开关1013同步导通关断；第四跟随开关Q41和第四开关1014同步导通关断。当输入电压信号VIN小于系统电压信号VSYS时，开关电路101工作在升压阶段，具体地：第一开关1011导通；第二开关1012关断；第三开关1013和第四开关1014互补导通和关断。第一跟随开关Q11和第一开关1011同步导通和关断；第二跟随开关Q21和第二开关1012同步导通和关断；第三跟随开关Q31和第三开关1013同步或交错180°导通关断；第四跟随开关Q41和第四开关1014同步或交错180°导通关断。
需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在图4所示实施例中，仅示意了一个开关模块21-1，在其他应用场合中，还可以包括多个开关模块，每个开关模块均包括第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41和跟随电感LC。例如，在包括K个开关模块的应用场合，且K个开关模块均启动工作时：当输入电压信号VIN大于系统电压信号VSYS时，每个开关模块21-j的第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1可以保持同步也可以依次具有相同相位差；第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2可以保持同步也可以依次具有相同相位差；第三跟随开关控制信号PWM31和第三控制信号PWM3完全相同；第四跟随开关控制信号PWM41和第四控制信号PWM4完全相同。当输入电压信号VIN小于系统电压信号VSYS时，每个开关模块的第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1完全相同；第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2完全相同；第三跟随开关控制信号PWM31和第三控制信号PWM3可以保持同步也可以依次具有相同相位差；第四跟随开关控制信号PWM41和第四控制信号PWM4可以保持同步也可以依次具有相同相位差。如果第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1、第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2、第三跟随开关控制信号PWM31和第三控制信号PWM3、第四跟随开关控制信号PWM41和第四控制信号PWM4分别选择依次保持相同相位差，则相位差为360°/(K+1)。例如，当K等于2时，第一控制信号PWM1、开关模块21-1的第一跟随开关控制信号PWM11和开关模块21-2的第一跟随开关控制信号PWM11依次具有120°相位差；第二控制信号PWM2、开关模块21-1的第二跟随开关控制信号PWM21和开关模块21-2的第二跟随开关控制信号PWM21依次具有120°相位差。依次类推。
在图4所示实施例中，通过控制第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41的导通和关断，开关模块21-1将在其第二端输出补充充电电流信号IC1。在图4所示实施例中，补充充电电流信号IC1的平均值与主充电电流信号ISYSC的平均值相等。
图5所示为根据本发明一个实施例的图4所示实施例的相关参数波形500的示意图。如图5所示，从上至下依次示出了电感电流信号IL1、补充充电电流信号IC1、第一控制信号PWM1、第一跟随开关控制信号PWM11、第二控制信号PWM2、第二跟随开关控制信号PWM21、第三控制信号PWM3、第三跟随开关控制信号PWM31、第四控制信号PWM4和第四跟随开关控制信号PWM41的波形图。结合图4和图5可以看出，当输入电压信号VIN大于系统电压信号VSYS时，开关电路101工作在降压阶段。此时，第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2逻辑互补；第三控制信号PWM 3逻辑高(第三开关1013常通)；第四控制信号PWM4逻辑低(第四开关1014常断)。与此同时，第一跟随开关控制信号PWM11相比第一控制信号PWM1相位滞后180°；第二跟随开关控制信号PWM21相比第二控制信号PWM2相位滞后180°；第三跟随开关控制信号PWM31逻辑高(第三跟随开关Q31常通)；第四跟随开关PWM41逻辑低(第四跟随开关Q41常断)。当输入电压信号VIN小于系统电压信号VSYS时，开关电路101工作在升压阶段。此时，第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4逻辑互补；第一控制信号PWM1逻辑高(第一开关1011常通)；第二控制信号PWM2逻辑低(第二开关1012常断)。与此同时，第一跟随开关控制信号PWM11逻辑高(第一跟随开关Q11常通)；第二跟随开关控制信号PWM21逻辑低(第二跟随开关Q21常断)；第三跟随开关控制信号PWM31相比第三控制信号PWM3相位滞后180°；第四跟随开关控制信号PWM41相比第四控制信号PWM4相位滞后180°。同时可以看到，主充电电流信号ISYSC的平均值AVG_ISYSC等于补充充电电流信号IC1的平均值AVG_IC1。
图6所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统600的电路原理图。与图2/图4所示实施例中的电池电流管理系统200/400相比，在电池电流管理系统600中，电压转换电路11还包括电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2。电感器1015不再耦接在第一开关1011和第二开关1012的公共端SWA和第三开关1013和第四开关1014的公共端SWB之间，而是耦接在电压转换电路11外部的电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2之间。同时，在电压转换电路11内部，公共端SWA耦接电感连接管脚LX1，公共端SWB耦接电感连接管脚LX2。在电池电流管理系统600中，由于将电感器1015耦接在电压转换电路11的外部，电压转换电路11的内部电路温度降低。在图6所示实施例中，开关模块21-1的第二端耦接电感连接管脚LX2，并通过电感连接管脚LX2和第三开关1013耦接至电压转换电路11的系统管脚SYS。在另一个实施例中，同前面所示实施例相同，开关模块21-1的第二端可直接耦接至电压转换电路11外部的系统管脚SYS。
图7所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统700的电路原理图。与图2/图4所示实施例中的电池电流管理系统200/400相比，电池电流管理系统700的开关电路101包括一个不同的拓扑结构。具体地，在电池电流管理系统700中，开关电路101包括：第一开关1011、第二开关1012、第三开关1013、第四开关1014、第五开关1015、第六开关1016、电感器1015和电感器1016。第一开关1011和第二开关1012串联连接在端口连接管脚IN和逻辑地之间；第三开关1013和第四开关1014串联连接在系统管脚SYS和逻辑地之间；第五开关1015和第六开关1016串联连接在端口连接管脚IN和逻辑地之间。第一开关1011和第二开关1012的公共端被标识为SWA；第三开关1013和第四开关1014的公共端被标识为SWB；第五开关1015和第六开关1016的公共端被标识为SWC。电感器1015连接在公共端SWA和公共端SWB之间；电感器1016连接在公共端SWC和公共端SWB之间。
同样地，控制电路102根据电压反馈信号VFB、电流反馈信号IFB、系统电压反馈信号VSYS_FB、电池电压反馈信号VBAT_FB和电池电流反馈信号ICHA_FB产生控制信号PWM1-PWM6、充电控制信号PWM_C1和驱动信号BGATE。其中，控制信号PWM1-PWM6分别用于控制第一开关1011、第二开关1012、第三开关1013、第四开关1014、第五开关1015和第六开关1016的导通和关断。
开关模块21-1的拓扑结构可以是图2所示实施例中的开关模块21-1拓扑结构，也可以是图4所示实施例中的开关模块21-1拓扑结构。接下来，假定图7所示实施例中的开关模块21-1的拓扑结构是图2所示实施例中的开关模块21-1拓扑结构，即：开关模块21-1包括第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21。并在该假定应用情况下对电池电流管理系统700的工作原理进行说明。
在一个实施例中，当电池电流管理系统700工作在快充状态时，第一跟随开关控制信号PWM11、第一控制信号PWM1和第五控制信号PWM5完全相同；第二跟随开关控制信号PWM21、第二控制信号PWM2和第六控制信号PWM6完全相同。即：第一跟随开关Q11、第一开关1011和第五开关1015导通关断同步；第二跟随开关Q21、第二开关1012和第六开关1016导通关断同步。
在另一个实施例中，当电池电流管理系统700工作在快充状态时，第一控制信号PWM1、第五控制信号PWM5和第一跟随开关控制信号PWM11依次移相相同的度数；第二控制信号PWM2、第六控制信号PWM6和第二跟随开关控制信号PWM21依次移相相同的度数。即：第一开关1011、第五开关1015和第一跟随开关Q11依次交错导通和关断；第二开关1012、第六开关1016和第二跟随开关Q21依次交错导通和关断。同样需要说明的是，在图7所示实施例中，仅示意了一个开关模块21-1，当电池电流管理系统700需要连接多个开关模块的应用场合，例如，电池电流管理系统700具有K个开关模块，且K个开关模块均工作时，每个开关模块的第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1、第五控制信号PWM5依次具有相同相位差；第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2、第六控制信号PWM6依次具有相同相位差，其中，相位差均为360°/(K+2)。例如，当K等于2时，第一控制信号PWM1、第五控制信号PWM5、第一开关模块21-1的第一跟随开关控制信号PWM11和第二开关模块21-2的第一跟随开关控制信号PWM21依次具有90°相位差；第二控制信号PWM2、第六控制信号PWM6、第一开关模块21-1的第二跟随开关控制信号PWM21和第二开关模块21-2的第二跟随开关控制信号PWM21依次具有90°相位差。依次类推。
在图7所示实施例中，电压转换电路11将在系统管脚SYS输出主充电电流信号ISYSC。其中，主充电电流信号ISYSC为流过电感器1015的电感电流IL1与流过电感器1016的电感电流IL2的和。开关模块21-1将在其第二端输出补充充电电流信号IC1。在图7所示实施例中，主充电电流信号ISYSC的平均值是补充充电电流信号IC1的平均值的两倍。
图8所示为根据本发明本发明图7所示实施例的相关参数波形800的示意图。如图8所示，从上至下依次示出了电感电流信号IL1、电感电流信号IL2、补充充电电流信号IC1、第一控制信号PWM1、第五控制信号PWM5、第一跟随开关控制信号PWM11、第二控制信号PWM2、第六控制信号PWM6、第二跟随开关控制信号PWM21、第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4的波形图。结合图8和图7可以看出，当输入电压信号VIN大于系统电压信号VSYS时，开关电路101工作在降压模式。此时，第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2逻辑互补；第三控制信号PWM 3逻辑高(第三开关1013导通)；第四控制信号PWM4逻辑低(第四开关1014关断)。与此同时，第五控制信号PWM 5和第一跟随开关控制信号PWM11相对于第一控制信号PWM1依次移相120°；第六控制信号PWM 6和第二跟随开关控制信号PWM21相对于第二控制信号PWM2依次移相120°。在图8所示实施例中，当输入电压信号VIN小于系统电压信号VSYS时，开关电路101工作在升压模式。此时，第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4逻辑互补；第一控制信号PWM1逻辑高(第一开关1011导通)；第二控制信号PWM2、第五控制信号PWM 5和第六控制信号PWM6逻辑低(第二开关1012、第五开关1015和第六开关1016关断)。在另一个实施例中，当输入电压信号VIN小于系统电压信号VSYS时，第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4逻辑互补；第一控制信号PWM 1和第五控制信号PWM 5逻辑高(第一开关1011和第五开关1015导通)；第二控制信号PWM2和第六控制信号PWM 6逻辑低(第四开关1011和第六开关1016关断)；第一跟随开关控制信号PWM11和第二跟随开关控制信号PWM21逻辑低。从波形800的示意图中也可以看出，主充电电流信号ISYSC的平均值AVG_ISYSC是每个补充充电电流信号ICj的平均值AVG_IC1的两倍。
图9所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统900的电路原理图。与图7所示实施例中的电池电流管理系统700相比，在电池电流管理系统900中，电压转换电路11还包括电感连接管脚LX1、电感连接管脚LX2和电感连接管脚LX3。电感器1015和电感器1016分别耦接在电压转换电路11的外部。在一个实施例中，电感器1015耦接在电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2之间；电感器1016耦接在电感连接管脚LX3和电感连接管脚LX2之间。同时，在电压转换电路11内部，公共端SWA耦接电感连接管脚LX1；公共端SWB耦接电感连接管脚LX2；公共端SWC耦接电感连接管脚LX3。同电池电流管理系统600类似，在电池电流管理系统900中，由于将电感器1015和电感器1016耦接在电压转换电路11的外部，有利于降低电压转换电路11的内部电路温度。在图9所示实施例中，开关模块21-1的第二端耦接电感连接管脚LX2，并通过电感连接管脚LX2和第三开关1013耦接至电压转换电路11的系统管脚SYS。在另一个实施例中，同前面所示实施例相同，开关模块21-1的第二端可直接耦接至电压转换电路11外部的系统管脚SYS。
图10所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1000的电路原理图。图10所示电池电流管理系统1000是图9所示电池电流管理系统900的另一种不同管脚连接方式的应用。在电池电流管理系统1000中，电压转换电路11外部的电感连接管脚LX2和电感连接管脚LX3之间连接的电感器1016被省略，仅有电感器1015耦接在电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2之间，电感连接管脚LX2和电感连接管脚LX3直接连接。在此应用场合下，等同于第一开关1011和第五开关1015并联连接，第二开关1012和第六开关1016并联连接，因此端口连接管脚IN和公共端SWA之间的开关导通电阻以及公共端SWA与逻辑地之间的开关导通电阻均降低。相比于图6所示实施例中的电池电流管理系统600，电池电流管理系统1000中的电压转换电路11的内部电路发热程度更低。
图11所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1100的示意图。如图11所示，电池电流管理系统1100包括电压转换电路11、K个开关模块(21-1、......、21-K)、电池开关BS和电池包BATT。电压转换电路11、电池开关BS和电池包BATT的连接关系与图1所示实施例的电池电流管理系统100中相同模块的连接方式相同。与电池电流管理系统100区别在于：K个开关模块(21-1、......、21-K)不会再在各自第二端提供补充充电电流信号(IC1、......、或ICK)，而是可以在各自第一端提供补充放电电流信号(ID1、......、或IDK)。电压转换电路11在控制信号输出管脚PWM输出K组放电控制信号(PWM_D1、......、PWM_DK)分别控制K个开关模块(21-1、......、21-K)。
在图11所示实施例中，电压转换电路11可以在系统管脚SYS提供主充电电流信号ISYSC，还可以在端口连接管脚IN提供主放电电流信号ISYSD，每个开关模块21-j(j＝1、......、K)可以在其第一端提供补充放电电流信号IDj。
电池电流管理系统1100可以被配置工作在普充状态、普放状态和快放状态。电池电流管理系统1100的普充状态和普放状态的工作原理与电池电流管理系统100的普充状态和普放状态的工作原理相同，这里不再重复描述。当电池电流管理系统1100工作在快放状态时，除了电压转换电路11提供主放电电流信号ISYSD外，K个开关模块(21-1、......、21-K)中至少有一个开关模块在其第一端提供对应的补充放电电流信号至USB端口。
同图1所示实施例类似，在一个实施例中，每个开关模块21-j是否工作可由对应的放电控制信号PWM_Dj控制决定，其原理类似于图1所示实施例中充电控制信号(PWM_C1、......、PWM_CK)控制K个开关模块(21-1、......、21-K)工作的原理，可参见图1所示实施例中的相关描述。在另一个实施例中，每个开关模块21-j是否工作和对应的放电控制信号PWM_Dj无关，而是由其他元器件控制。例如，如图11所示，电池电流管理系统1100还包括K个附加放电开关(32-1、......、32-K)。每个附加放电开关32-j耦接在电压转换电路11的系统管脚SYS和对应的开关模块21-j的第二端之间。在一个实施例中，K个附加放电开关(32-1、......、32-K)可由外部控制器控制其导通和关断。
在图11所示实施例中，主放电电流信号ISYSD的平均值与每个补充放电电流信号IDj的平均值成倍数关系。
需要说明的是，在图11所示实施例中，电池电流管理系统1100可根据实际应用场合自由进行三种工作状态的组合应用。例如，在一个实施例中，电池电流管理系统1100仅工作在快放状态，不需要任何充电功能，此时，电压转换电路11可以不包括OTG管脚。在又一个实施例中，电池电流管理系统1100可选择快放状态和普充状态的结合应用。
图12所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1200的电路原理图。为了方便描述，在图12所示实施例中，仅示出了包括一个开关模块21-1的应用实施例。在其他实施例中，根据电池包和外部载荷的情况，可以包括多个开关模块。如图12所示，电池电流管理系统1200包括电压转换电路11、开关模块21-1、电池开关BS和电池包BATT。
在图12所示实施例中，电池电流管理系统1200中各模块和元器件的连接关系和图2所示实施例中具有相同标记的模块和元器件的连接关系相同，这里不再累述。区别在于：开关模块21-1不会再在第二端提供补充充电电流信号IC1，而是在第一端提供补充放电电流信号ID1，同时，开关模块21-1接收电压转换电路11的控制信号输出管脚PWM输出的一组放电控制信号PWM_D1。
在图12所示实施例中，开关模块21-1包括第三跟随开关Q31、第四跟随开关Q41和跟随电感LC。其中，第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41串联耦接在开关模块21-1的第二端和逻辑地之间；跟随电感LC耦接在第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41的公共端和开关模块21-1的第一端之间。在该实施例中，放电控制信号PWM_D1包括第三跟随开关控制信号PWM31和第四跟随开关控制信号PWM41，分别用于控制第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41。在一个实施例中，第三跟随开关控制信号PWM31和第三控制信号PWM3完全相同；第四跟随开关控制信号PWM41和第四控制信号PWM4完全相同。即：第三跟随开关Q31和第三开关1013导通关断同步；第四跟随开关Q41和第四开关1014导通关断同步。在另一个实施例中，第三跟随开关控制信号PWM31是第三控制信号PWM3的180°移相信号；第四跟随开关控制信号PWM41是第四控制信号PWM4的180°移相信号。即：第三跟随开关Q31和第三开关1013交错180°导通和关断；第四跟随开关Q41和第四开关1014交错180°导通和关断。需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在图12所示实施例中，仅示意了一个开关模块21-1，在其他应用场合中，还可以包括多个开关模块，每个开关模块均包括第三跟随开关Q31、第四跟随开关Q41和跟随电感LC。例如，在电池电流管理系统1200具有K个开关模块的应用场合，当K个开关模块均启动时，每个开关模块的第三跟随开关控制信号PWM31和第三控制信号PWM3可以保持同步也可以依次具有相同相位差；第四跟随开关控制信号PWM41和第四控制信号PWM4可以保持同步也可以依次具有相同相位差。如果选择依次保持相同相位差，则相位差为360°/(K+1)。例如，当K等于2时，第三控制信号PWM3、第一开关模块21-1的第三跟随开关控制信号PWM31和第二开关模块21-2的第三跟随开关控制信号PWM31依次具有120°相位差；第四控制信号PWM4、第一开关模块21-1的第四跟随开关控制信号PWM41和第二开关模块21-2的第四跟随开关控制信号PWM41依次具有120°相位差，依次类推。
在图12所示实施例中，通过控制第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41的导通和关断，开关模块21-1将在其第一端输出补充放电电流信号ID1。在图12所示实施例中，补充放电电流信号ID1的平均值与主放电电流信号ISYSD的平均值相等。当系统电压信号VSYS小于输出电压信号VOUT时，开关模块21-1不工作，开关电路101工作在升压阶段。具体地：第三开关1013导通；第四开关1014关断；第一开关1011和第二开关1012互补导通和关断。
图13所示为根据本发明一个实施例的图12所示实施例的相关参数波形1300的示意图。如图13所示，从上至下依次示出了电感电流信号IL1、补充放电电流信号ID1、第三控制信号PWM3、第三跟随开关控制信号PWM31、第四控制信号PWM4、第四跟随开关控制信号PWM41、第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2的波形图。结合图12和图13可以看出，当系统电压信号VSYS大于输出电压信号VOUT时，开关电路101依然工作在降压阶段。需要说明的是：与图2和3所示实施例不同，这里的降压模式是指开关电路101将系统电压信号VSYS降低到输出电压信号VOUT的工作模式。此时，第三控制信号PWM 3和第四控制信号PWM4逻辑互补；第一控制信号PWM1逻辑高(第一开关1011常通)；第二控制信号PWM2逻辑低(第二开关1012常断)。与此同时，第三跟随开关控制信号PWM31相比第三控制信号PWM3相位滞后180°；第四跟随开关控制信号PWM41相比第四控制信号PWM4相位滞后180°。当系统电压信号VSYS小于输出电压信号VOUT时，开关电路101工作在升压模式。此时，第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2逻辑互补；第三控制信号PWM 3逻辑高(第三开关1013常通)；第四控制信号PWM4逻辑低(第四开关1014常断)；第三跟随开关控制信号PWM31和第四跟随开关控制信号PWM41逻辑低(第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41关断)。同时可以看到，主放电电流信号ISYSD的平均值AVG_ISYSD等于补充放电电流信号ID1的平均值AVG_ID1。
图14所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1400的电路原理图。与图12所示实施例中的电池电流管理系统1200相比，在电池电流管理系统1400中，开关模块21-1具有新的拓扑结构。具体地：在图14所示实施例中，开关模块21-1包括第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31、第四跟随开关Q41和跟随电感LC。其中，第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21串联耦接在开关模块21-1的第一端和逻辑地之间；第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41串联耦接在开关模块21-1的第二端和逻辑地之间；跟随电感LC耦接在第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21的公共端与第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41的公共端之间。在图14所示实施例中，放电控制信号PWM_D1包括第一跟随开关控制信号PWM11、第二跟随开关控制信号PWM21、第三跟随开关控制信号PWM31和第四跟随开关控制信号PWM41，分别用于控制第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41。
在电池电流管理系统1400工作在普充状态时，仅电压转换电路11在其系统管脚SYS产生主充电电流信号ISYSC，开关模块21-1不启动工作。在一个实施例中，第一跟随开关控制信号PWM11、第二跟随开关控制信号PWM21、第三跟随开关控制信号PWM31和第四跟随开关控制信号PWM41分别控制第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41关断，开关模块21-1不工作。
在电池电流管理系统1400工作在普放状态时，仅电压转换电路11在其端口连接管脚IN产生主放电电流信号ISYSD，开关模块21-1不启动工作。
在电池电流管理系统1400工作在快放状态时，开关模块21-1启动工作。当系统电压信号VSYS大于输出电压信号VOUT时，开关电路101工作在降压阶段。具体地：第一开关1011导通；第二开关1012关断；第三开关1013和第四开关1014互补导通和关断。第一跟随开关Q11和第一开关1011同步导通关断；第二跟随开关Q21和第二开关1012同步导通关断；第三跟随开关Q31和第三开关1013同步或交错180°导通关断；第四跟随开关Q41和第四开关1014同步或交错180°导通关断。当系统电压信号VSYS小于输出电压信号VOUT时，开关电路101工作在升压阶段，具体地：第一开关1011和第二开关1012互补导通和关断；第三开关1013导通；第四开关1014关断。第一跟随开关Q11和第一开关1011同步或交错180°导通关断；第二跟随开关Q21和第二开关1012同步或交错180°导通关断；第三跟随开关Q31和第三开关1013同步导通关断；第四跟随开关Q41和第四开关1014同步导通关断。
需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在图14所示实施例中，仅示意了一个开关模块21-1，在其他应用场合中，还可以包括多个开关模块，每个开关模块均包括第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41和跟随电感LC。例如，在包括K个开关模块的应用场合，且K个开关模块均启动工作时：当系统电压信号VSYS大于输出电压信号VOUT时，每个开关模块21-j的第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1完全相同；第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2完全相同；第三跟随开关控制信号PWM31和第三控制信号PWM3可以保持同步也可以依次具有相同相位差；第四跟随开关控制信号PWM41和第四控制信号PWM4可以保持同步也可以依次具有相同相位差。当系统电压信号VSYS小于输出电压信号VOUT时，每个开关模块的第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1可以保持同步也可以依次具有相同相位差；第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2可以保持同步也可以依次具有相同相位差；第三跟随开关控制信号PWM31和第三控制信号PWM3完全相同；第四跟随开关控制信号PWM41和第四控制信号PWM4完全相同。如果第一跟随开关控制信号PWM11和第一控制信号PWM1、第二跟随开关控制信号PWM21和第二控制信号PWM2、第三跟随开关控制信号PWM31和第三控制信号PWM3、第四跟随开关控制信号PWM41和第四控制信号PWM4选择分别依次保持相同相位差，则相位差为360°/(K+1)。例如，当K等于2时，第一控制信号PWM1、开关模块21-1的第一跟随开关控制信号PWM11和开关模块21-2的第一跟随开关控制信号PWM11依次具有120°相位差；第二控制信号PWM2、开关模块21-1的第二跟随开关控制信号PWM21和开关模块21-2的第二跟随开关控制信号PWM21依次具有120°相位差。依次类推。
在图14所示实施例中，通过控制第一跟随开关Q11、第二跟随开关Q21、第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41的导通和关断，开关模块21-1将在其第一端输出补充放电电流信号ID1。在图14所示实施例中，补充放电电流信号ID1的平均值与主放电电流信号ISYSD的平均值相等。
图15所示为根据本发明一个实施例的图14所示实施例的相关参数波形1500的示意图。如图15所示，从上至下依次示出了电感电流信号IL1、补充放电电流信号ID1、第三控制信号PWM3、第三跟随开关控制信号PWM31、第四控制信号PWM4、第四跟随开关控制信号PWM41、第一控制信号PWM1、第一跟随开关控制信号PWM11、第二控制信号PWM2和第二跟随开关控制信号PWM21的波形图。结合图14和图15可以看出，当系统电压信号VSYS大于输出电压信号VOUT时，开关电路101工作在降压阶段。此时，第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4逻辑互补；第一控制信号PWM1逻辑高(第一开关1011常通)；第二控制信号PWM2逻辑低(第二开关1012常断)。与此同时，第三跟随开关控制信号PWM31相比第三控制信号PWM3相位滞后180°；第四跟随开关控制信号PWM41相比第四控制信号PWM4相位滞后180°；第一跟随开关控制信号PWM11逻辑高(第一跟随开关Q11常通)；第二跟随开关控制信号PWM21逻辑低(第二跟随开关Q21常断)。当系统电压信号VSYS小于输出电压信号VOUT时，开关电路101工作在升压阶段。此时，第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2逻辑互补；第三控制信号PWM3逻辑高(第三开关1013常通)；第四控制信号PWM4逻辑低(第四开关10142常断)。与此同时，第三跟随开关控制信号PWM31逻辑低(第三跟随开关Q31常断)；第四跟随开关控制信号PWM41逻辑低(第四跟随开关Q41常断)；第一跟随开关控制信号PWM11相比第一控制信号PWM1相位滞后180°；第二跟随开关控制信号PWM21相比第二控制信号PWM2相位滞后180°。同时可以看到，主放电电流信号ISYSD的平均值AVG_ISYSD等于补充放电电流信号ID1的平均值AVG_ID1。
图16所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1600的电路原理图。与图12/图14所示实施例中的电池电流管理系统1200/1400相比，在电池电流管理系统1600中，电压转换电路11还包括电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2。电感器1015不再耦接在第一开关1011和第二开关1012的公共端SWA和第三开关1013和第四开关1014的公共端SWB之间，而是耦接在电压转换电路11外部的电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2之间。同时，在电压转换电路11内部，公共端SWA耦接电感连接管脚LX1，公共端SWB耦接电感连接管脚LX2。与电池电流管理系统600类似，在电池电流管理系统1600中，由于将电感器1015耦接在电压转换电路11的外部，电压转换电路11的内部电路温度降低。
图17所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1700的电路原理图。与图12/图14所示实施例相比，电池电流管理系统1700的开关电路101包括一个不同的拓扑结构。具体地，在电池电流管理系统1700中，开关电路101包括：第一开关1011、第二开关1012、第三开关1013、第四开关1014、第七开关1017、第八开关1018、电感器1015和电感器1016。第一开关1011和第二开关1012串联连接在端口连接管脚IN和逻辑地之间；第三开关1013和第四开关1014串联连接在系统管脚SYS和逻辑地之间；第七开关1017和第八开关1018串联连接在在系统管脚SYS和逻辑地之间。第一开关1011和第二开关1012的公共端被标识为SWA；第三开关1013和第四开关1014的公共端被标识为SWB；第七开关1017和第八开关1018的公共端被标识为SWD；电感器1015连接在公共端SWA和公共端SWB之间；电感器1016连接在公共端SWD和公共端SWA之间。
控制电路102根据电压反馈信号VFB、电流反馈信号IFB、系统电压反馈信号VSYS_FB、电池电压反馈信号VBAT_FB和电池电流反馈信号ICHA_FB产生控制信号PWM1-PWM4、PWM7-PWM8、放电控制信号PWMD1和驱动信号BGATE。其中，控制信号PWM1-PWM4、PWM7-PWM8分别用于控制第一开关1011、第二开关1012、第三开关1013、第四开关1014、第七开关1017和第八开关1018的导通和关断。
开关模块21-1的拓扑结构可以是图12所示实施例中的开关模块21-1拓扑结构，也可以是图14所示实施例中的开关模块21-1拓扑结构。接下来，假定图17所示实施例中的开关模块21-1的拓扑结构是图12所示实施例中的开关模块21-1拓扑结构，即：开关模块21-1包括第一跟随开关Q11和第二跟随开关Q21。并在该假定应用情况下对电池电流管理系统1700的工作进行说明。
在一个实施例中，当电池电流管理系统1700工作在快放状态时，第三跟随开关Q31、第三开关1013和第七开关1017导通关断同步；第四跟随开关Q41、第四开关1014和第八开关1018导通关断同步。
在另一个实施例中，当电池电流管理系统1700工作在快充状态时，第三开关1013、第七开关1017和第三跟随开关Q31依次交错导通和关断；第四开关1014、第八开关1018和第四跟随开关Q41依次交错导通和关断。第三开关1013、第七开关1017和第三跟随开关Q31依次交错导通和关断的原理和图7中所示实施例中第一开关1011、第五开关1015和第一跟随开关Q11依次交错导通和关断的原理相同；第四开关1014、第八开关1018和第四跟随开关Q41依次交错导通和关断依次交错导通和关断的原理和图7中所示实施例中第二开关1012、第六开关1016和第二跟随开关Q21依次交错导通和关断的原理相同，可以参照图7实施例中对应的说明，这里不再累述。
在图17所示实施例中，电压转换电路11将在端口连接管脚IN输出主放电电流信号ISYSD。其中，主放电电流信号ISYSD为流过电感器1015的电感电流IL1与流过电感器1016的电感电流IL2的和。开关模块21-1将在其第一端输出补充放电电流信号ID1。在图17所示实施例中，主放电电流信号ISYSD的平均值是补充放电电流信号ID1的平均值的两倍。
图18所示为根据本发明图17所示实施例的相关参数波形1800的示意图。如图18所示，从上至下依次示出了电感电流信号IL1、电感电流信号IL2、补充放电电流信号ID1、第三控制信号PWM3、第七控制信号PWM7、第三跟随开关控制信号PWM31、第四控制信号PWM4、第八控制信号PWM8、第四跟随开关控制信号PWM41、第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2的波形图。结合图18和图17可以看出，当系统电压信号VSYS大于输出电压信号VOUT时，开关电路101工作在降压阶段。此时，第三控制信号PWM 3和第四控制信号PWM4逻辑互补；第一控制信号PWM1逻辑高(第一开关1011常通)；第二控制信号PWM2逻辑低(第二开关1012常断)。与此同时，第七控制信号PWM 7和第三跟随开关控制信号PWM31相比第三控制信号PWM3依次移相120°；第八控制信号PWM 8和第四跟随开关控制信号PWM41相比第四控制信号PWM4依次移相120°。当系统电压信号VSYS小于输出电压信号VOUT时，开关电路101工作在升压模式。此时，第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2逻辑互补；第三控制信号PWM 3逻辑高(第三开关1013常通)；第四控制信号PWM4、第七控制信号PWM 7和第八控制信号PWM 8逻辑低(第四开关1014、第七开关1017和第八开关1018常断)。在另一个实施例中，开关电路101工作在升压模式时，第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2逻辑互补；第三控制信号PWM 3和第七控制信号PWM 7逻辑高(第三开关1013和第七开关1017常通)；第四控制信号PWM4和第八控制信号PWM 8逻辑高(第四开关1014和第八开关1018常断)。第三跟随开关控制信号PWM31和第四跟随开关控制信号PWM41逻辑低(第三跟随开关Q31和第四跟随开关Q41关断)。从波形1800的示意图中也可以看出，主放电电流信号ISYSD的平均值AVG_ISYSD是补充放电电流信号ID1的平均值AVG_ID1的两倍。
图19所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统1900的电路原理图。与图17所示实施例中的电池电流管理系统1700相比，在电池电流管理系统1900中，电压转换电路11还包括电感连接管脚LX1、电感连接管脚LX2和电感连接管脚LX3。电感器1015和电感器1016分别耦接在电压转换电路11的外部。在一个实施例中，电感器1015耦接在电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2之间；电感器1016耦接在电感连接管脚LX3和电感连接管脚LX1之间。同时，在电压转换电路11内部，公共端SWA耦接电感连接管脚LX1；公共端SWB耦接电感连接管脚LX2；公共端SWD耦接电感连接管脚LX3。同电池电流管理系统900类似，在电池电流管理系统1900中，由于将电感器1015和电感器1016耦接在电压转换电路11的外部，有利于降低电压转换电路11的内部电路温度。
图20所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统2000的电路原理图。图20所示电池电流管理系统2000是图19所示电池电流管理系统1900的另一种不同管脚连接方式的应用。在电池电流管理系统2000中，电压转换电路11外部的电感连接管脚LX2和电感连接管脚LX3之间连接的电感器1016被省略，仅有电感器1015耦接在电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2之间，电感连接管脚LX2和电感连接管脚LX3直接连接。在此应用场合下，等同于第三开关1013和第七开关1017并联连接，第四开关1014和第八开关1018并联连接，因此系统连接管脚SYS和公共端SWB之间的开关导通电阻以及公共端SWB与逻辑地之间的开关导通电阻均降低。相比于图16所示实施例中的电池电流管理系统1600，电池电流管理系统2000中的电压转换电路11的内部电路发热程度更低。
图21所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统2100的示意图。如图21所示，电池电流管理系统2100包括电压转换电路11、K个开关模块(21-1、......、21-K)、电池开关BS和电池包BATT。电压转换电路11、电池开关BS和电池包BATT的连接关系和图1所示实施例的电池电流管理系统100以及图11所示实施例的电池电流管理系统1100中相同模块的连接方式相同。与电池电流管理系统100/1100的区别在于：K个开关模块(21-1、......、21-K)可以在各自第一端提供补充放电电流信号(ID1、......、IDK)，还可以在各自第二端提供补充充电电流信号(IC1、......、ICK)。电压转换电路11在控制信号输出管脚PWM输出K组充电控制信号(PWM_C1、......、PWM_CK)和K组放电控制信号(PWM_D1、......、PWM_DK)分别控制K个开关模块(21-1、......、21-K)。
在图21所示实施例中，电压转换电路21可以在系统管脚SYS提供主充电电流信号ISYSC，还可以在端口连接管脚IN提供主放电电流信号ISYSD，每个开关模块21-j(j＝1、......、K)可以在第一端提供补充放电电流信号IDj也可以在第二端提供补充充电电流信号ICj。
电池电流管理系统2100可以被配置为普充状态、普放状态、快充状态以及快放状态。电池电流管理系统2100的普充状态和普放状态的工作原理与电池电流管理系统100/1100的普充状态和普放状态的工作原理相同，这里不再重复描述。
当电池电流管理系统2100工作在快充状态时，除了电压转换电路11提供主充电电流信号ISYSC给电池包BATT充电，K个开关模块(21-1、......、21-K)中至少有一个开关模块在其第二端提供对应的补充充电电流信号给电池包BATT充电。其工作原理和图1所示实施例中电池电流管理系统100工作在快充状态时的原理相同。
当电池电流管理系统2100工作在快放状态时，除了电压转换电路11提供主放电电流信号ISYSD外，K个开关模块(21-1、......、21-K)中至少有一个开关模块在其第一端提供对应的补充放电电流信号至USB端口。其工作原理和图11所示实施例中电池电流管理系统1100工作在快放状态时的原理相同。
同图1/图11所示实施例类似，在一个实施例中，每个开关模块21-j是否工作可由对应的充电控制信号PWM_Cj和放电控制信号PWM_Dj控制决定，其原理类似于图1/图11所示实施例中K组充电控制信号(PWM_C1、......、PWM_CK)和K组放电控制信号(PWM_D1、......、PWM_DK)控制K个开关模块(21-1、......、21-K)工作的原理，可参见图1/图11所示实施例中的相关描述。在另一个实施例中，每个开关模块21-j是否工作和对应的充电控制信号PWM_Cj和放电控制信号PWM_Dj无关，而是由其他元器件控制。例如，如图21所示，电池电流管理系统2100还包括K个附加充电开关(31-1、......、31-K)和K个附加放电开关(32-1、......、32-K)。每个附加充电开关31-j耦接在电压转换电路11的端口连接管脚IN和对应的开关模块21-j的第一端之间；每个附加放电开关32-j耦接在电压转换电路11的系统管脚SYS和对应的开关模块21-j的第二端之间。在一个实施例中，K个附加充电开关(31-1、......、31-K)和K个附加放电开关(32-1、......、32-K)均可由外部控制器控制其导通和关断。
在图21所示实施例中，主充电电流信号ISYSC的平均值与每个补充充电电流信号ICj的平均值成倍数关系；主放电电流信号ISYSD的平均值与每个补充放电电流信号IDj的平均值成倍数关系。
需要说明的是，在图21所示实施例中，电池电流管理系统2100也可根据实际应用场合自由进行三种工作状态的组合应用。例如，在一个实施例中，电池电流管理系统2100可选择快充状态和快放状态的结合应用。在又一个实施例中，电池电流管理系统2100可选择快放状态和普充状态的结合应用。
图22所示为根据本发明一实施例的电池电流管理系统2200的电路原理图。为了方便描述，在图22所示实施例中，仅示出了包括一个开关模块21-1的应用实施例。图22所示实施例的电池电流管理系统2200与图4/图14所示实施例的电池电流管理系统400/1400在元器件连接关系上相同，区别仅在于电池电流管理系统2200控制开关模块21-1可以在第一端提供补充放电电流信号ID1也可以在第二端提供补充充电电流信号IC1。
电池电流管理系统2200可以被配置为普充状态、普放状态、快充状态以及快放状态。电池电流管理系统2200的普充状态和普放状态的工作原理与电池电流管理系统400/1400的普充状态和普放状态的工作原理相同；电池电流管理系统2200的快充状态的工作原理与电池电流管理系统400的快充状态的工作原理相同；电池电流管理系统2200的快放状态的工作原理与电池电流管理系统1400的快放状态的工作原理相同。这里不再重复描述。
根据本发明一个实施例，电池电流管理系统2200中的电压转换电路11还可以包括电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2。电感器1015不再耦接在第一开关1011和第二开关1012的公共端SWA和第三开关1013和第四开关1014的公共端SWB之间，而是耦接在电压转换电路11外部的电感连接管脚LX1和电感连接管脚LX2之间。同时，在电压转换电路11内部，公共端SWA耦接电感连接管脚LX1，公共端SWB耦接电感连接管脚LX2。相关示意和图6/图16所示实施例的示意相同。
根据本发明一个实施例，图22所示实施例中开关电路101可替换成图7所示实施例中的开关电路101，替换后变为如图23所示实施例的电池电流管理系统2300。电池电流管理系统2300的普充状态、普放状态、快充状态的工作原理与电池电流管理系统700的普充状态、普放状态、快充状态的工作原理相同。这里不再重复描述，仅描述电池电流管理系统2300的快放状态。在一个实施例中，当电池电流管理系统2300工作在快放状态时，第三跟随开关Q31和第三开关1013同步或依次交错导通关断；第四跟随开关Q41和第四开关1014同步或依次交错导通关断；第一跟随开关Q11常通；第二跟随开关Q21常断；第一开关1011和第五开关1015同时常通或选择其一常通；第二开关1012和第六开关1016同时常断。
根据本发明一个实施例，图22所示实施例中开关电路101可替换成图17所示实施例中的开关电路101，替换后变为如图24所示实施例的电池电流管理系统2400。电池电流管理系统2400的普充状态、普放状态、快放状态的工作原理与电池电流管理系统1700的普充状态、普放状态、快放状态的工作原理相同。这里不再重复描述，仅描述电池电流管理系统2400的快充状态。在一个实施例中，当电池电流管理系统2400工作在快放状态时，第一跟随开关Q11和第一开关1011同步或依次交错导通关断；第二跟随开关Q21和第二开关1012同步或依次交错导通关断；第三跟随开关Q31常通；第四跟随开关Q41常断；第三开关1013和第七开关1017同时常通或选择其一常通；第四开关1014和第八开关1018同时常闭。
根据本发明一个实施例，在电池电流管理系统2200和2400中的电压转换电路11还包括电感连接管脚LX1、电感连接管脚LX2和电感连接管脚LX3。电感器1015和电感器1016分别耦接在电压转换电路11的外部。相关示意和图9/图19所示实施例中电感器1015和电感器1016的连接方式的示意相同。需要说明，在前述的所有实施例中，电压转换电路11和开关模块21-1还可以包括其他合适的拓扑结构，均在本发明的保护范围之内。
图25所示为根据本发明一实施例的电压转换电路11的原理框图。在图25所示实施例中，电压转换电路11包括开关电路101、控制电路102和多个反馈电路，例如，输入/输出电压反馈电路103、系统电压反馈电路104和电池电压反馈电路105。本领域的一般技术人员可以理解，反馈电路不仅限于图25所示实施例中示出的各反馈电路，电压转换电路11还可以包括其他类型的反馈电路，例如温度反馈电路等等。
输入电压反馈电路103将采样端口连接管脚IN上的电压信号，并产生代表端口连接管脚IN上的电压信号的电压反馈信号VFB。在一个实施例中，例如，当电压转换电路11工作在充电模式时，端口连接管脚IN将接收来自USB端口的输入电压信号VIN，此时电压反馈信号VFB可被示意为输入电压信号的反馈信号VIN_FB代表输入电压信号VIN。当电压转换电路11工作在放电模式时，端口连接管脚IN将提供输出电压信号VOUT至USB端口，此时电压反馈信号VFB被示意输出电压信号的反馈信号VOUT_FB代表输出电压信号VOUT。系统电压反馈电路104用于采样系统电压信号VSYS并产生代表系统电压信号VSYS的系统电压反馈信号VSYS_FB。电池电压反馈电路105用于采样电池包BATT的电压并产生代表电池包BATT电压的电池电压反馈信号VBAT_FB。控制电路102接收电压反馈信号VFB、电池电压反馈信号VBAT_FB、系统电压反馈信号VSYS_FB、来自电流采样管脚IA的电流反馈信号IFB、电池电流反馈信号ICHA_FB、来自数据管脚SDA的数据信号DATA和来自模式管脚OTG的OTG信号VOTG，并根据这些信号产生一组开关控制信号PWM_SW用于控制开关电路101的开关，同时还产生驱动信号BGATE送至驱动管脚用于控制电池开关BS的导通和关断，并产生K组充电控制信号(PWM_C1、......、PWM_CK)和/或K组放电控制信号(PWM_D1、......、PWM_DK)送至控制信号输出管脚PWM。开关控制信号PWM_SW包括前述的第一控制信号PWM1至第八控制信号PWM8。
图26所示为根据本发明一实施例的图1-25中所示或所提及的开关电路101和控制电路102的原理框图。
在图26所示实施例中，控制电路102包括多个反馈控制环路1021-1026、数据选择器1027、比较电路1028以及控制模块1029。
反馈控制环路1021-1026中的每个控制环路分别接收对应的反馈信号、斜坡信号RAMP和参考信号，并根据这些信号产生对应的环路控制信号CM1-CM6。在一个实施例中，反馈控制环路1021-1026中的每个控制环路包括运算电路和比较电路。其中，运算电路基于反馈信号和斜坡信号RAMP产生运算信号；比较电路比较运算信号和参考信号产生对应的环路控制信号。
数据选择器1027接收OTG信号VOTG和环路控制信号CM1-CM6，并根据OTG信号VOTG的状态选择环路控制信号CM1-CM6中的至少一个，并根据选择的环路控制信号产生逻辑整合信号RES。在一个实施例中，逻辑整合信号RES根据环路控制信号CM1-CM6的状态的变化而变化。例如，当任意一个环路控制信号CM1-CM6为逻辑高时，逻辑整合信号RES为逻辑高。
比较电路1028包括同相输入端、反相输入端和输出端。其中，比较电路1028的同相输入端耦接收电压反馈信号VFB(充电模式下接收输入电压反馈信号VIN_FB，放电模式下接收输出电压反馈信号VOUT_FB)；反相输入端接收系统电压信号VSYS的反馈信号VSYS_FB；比较电路1028比较电压反馈信号VFB和系统电压信号的反馈信号VSYS_FB，并在输出端产生模式控制信号Mode。例如，当输入电压反馈信号VIN_FB大于系统电压反馈信号VSYS_FB时，模式控制信号Mode为逻辑高状态，控制模块1029控制开关电路101工作在降压模式。当输入电压反馈信号VIN_FB小于系统电压反馈信号VSYS_FB时，模式控制信号Mode为逻辑低状态，控制模块1029控制开关电路101工作在升压模式。控制模块1029接收逻辑整合信号RES、模式控制信号Mode和数据信号DATA，并基于逻辑整合信号RES、模式控制信号Mode和数据信号DATA产生开关控制信号PWM_SW、驱动信号BGATE和K组充电控制信号(PWM_C1、......、PWM_CK)和/或K组放电控制信号(PWM_D1、......、PWM_DK)。开关控制信号PWM_SW可包括前述的第一控制信号PWM1至第八控制信号PWM8。数据信号DATA用于控制K个开关模块(21-1、......、21-K)是否工作。
图27所示为根据本发明一实施例的图26中所示的控制模块1029的原理框图。图27所示实施例仅示意了一种可用于图2所示电池电流管理系统200的控制模块原理框图，在其他实施例中，也可采用不同控制模块搭建不同的控制方法控制前述的各实施例。
如图27所示，开关控制模块1029包括分频电路271、第一逻辑电路272、第二逻辑电路273、以及第三逻辑电路274。分频电路271接收逻辑整合信号RES，并对逻辑整合信号RES进行分频操作，将其脉冲依次分配至第一分频信号RES1和第二分频信号RES2。本领域技术人员可知，分频电路271可以有多种具体实现方式，为简单起见，在此不一一例举。
第一逻辑电路272接收第一分频信号RES1、模式控制信号Mode和时长控制信号TOFF1，并产生开关控制信号PWM1和开关控制信号PWM2。当模式控制信号Mode为高电平时，根据第一分频信号RES1和时长控制信号TOFF1产生第一控制信号PWM1和第二控制信号PWM2。在一个实施例中，当模式控制信号Mode为低电平时，第一控制信号PWM1为高电平以控制第一开关1011维持导通，第二控制信号PWM2为低电平以控制第二开关1012维持关断。
第一逻辑电路272例如包括RS触发电路FF1、选择电路375、以及选择电路376。RS触发电路FF1的置位端S接收时长控制信号TOFF1，复位端R接收第一分频信号RES1。选择电路375的第一输入端接收高电平，第二输入端耦接至RS触发电路FF1的正相输出端Q，控制端接收模式控制信号Mode。当模式控制信号Mode为高电平时，选择电路375选择RS触发电路FF1的正相输出端输出的信号作为第一控制信号PWM1在其输出端输出；当模式控制信号Mode为低电平时，选择电路375选择高电平作为第一控制信号PWM1在其输出端输出。选择电路376的第一输入端接收低电平，第二输入端耦接至RS触发电路FF1的反相输出端/Q，控制端接收模式控制信号Mode。当模式控制信号Mode为高电平时，选择电路376选择RS触发电路FF1的反相输出端输出的信号作为第二控制信号PWM2在其输出端输出；当模式控制信号Mode为低电平时，选择电路376选择低电平作为第二控制信号PWM2在其输出端输出。
第二逻辑电路273接收第二分频信号RES2、模式控制信号Mode和时长控制信号TOFF1，并产生第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4。当模式控制信号Mode为高电平时，根据第二分频信号RES2和时长控制信号TOFF1产生第一跟随开关控制信号PWM11和第二跟随开关控制信号PWM21。在一个实施例中，当模式控制信号Mode为低电平时，第一跟随开关控制信号PWM11为低电平以控制第一跟随开关Q11维持关断，第二跟随开关控制信号PWM11为低电平以控制第一跟随开关Q21维持关断。
第二逻辑电路273例如包括RS触发电路FF2、选择电路377、以及选择电路378。RS触发电路FF2的置位端S接收时长控制信号TOFF1，复位端R接收第二分频信号RES2，选择电路377的第一输入端接收低电平，第二输入端耦接至RS触发电路FF2的正相输出端Q，控制端接收数据信号DATA。当数据信号DATA为高电平(开关模块21-1开启工作)时，选择电路377选择RS触发电路FF2的正相输出端输出的信号作为第一跟随开关控制信号PWM11在其输出端输出；当数据信号DATA为低电平(开关模块21-1不工作)时，选择电路377选择低电平作为第一跟随开关控制信号PWM11在其输出端输出。选择电路378的第一输入端接收低电平，第二输入端耦接至RS触发电路FF2的反相输出端/Q，控制端接收数据信号DATA。当数据信号DATA为高电平(开关模块21-1开启工作)时，选择电路378选择RS触发电路FF2的反相输出端输出的信号作为第二跟随开关控制信号PWM21在其输出端输出；当数据信号DATA为低电平(开关模块21-1不工作)时，选择电路378选择低电平作为第二跟随开关控制信号PWM21在其输出端输出。
第三逻辑电路274接收逻辑整合信号RES、模式控制信号Mode和时长控制信号TOFF2，并产生第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4。当模式控制信号Mode为低电平时，第三逻辑电路274根据逻辑整合信号RES和时长控制信号TOFF2产生第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4。在一个实施例中，第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4在相位上互补，从而开关1013和开关1014在模式控制信号Mode为低电平时，互补导通。当模式控制信号Mode为高电平时，第三控制信号PWM3为高电平以控制第三开关1013维持导通，第四控制信号PWM4为低电平以控制第四开关1014维持关断。
第三逻辑电路274包括RS触发电路FF3、选择电路379、以及选择电路380。RS触发电路FF3的置位端S接收时长控制信号TOFF2，复位端R接收逻辑整合信号RES。选择电路379的第一输入端接收高电平，第二输入端耦接至RS触发电路FF3的正相输出端Q，控制端接收模式控制信号Mode。当模式控制信号Mode为低电平时，选择电路379选择RS触发电路FF3的正相输出端输出的信号作为第三控制信号PWM3在其输出端输出；当模式控制信号Mode为高电平时，选择电路379选择高电平作为第三控制信号PWM3在其输出端输出。选择电路380的第一输入端接收高电平，第二输入端耦接至RS触发电路FF3的反相输出端/Q，控制端接收模式控制信号Mode。当模式控制信号Mode为高电平时，选择电路380选择RS触发电路FF3的反相输出端输出的信号作为第四控制信号PWM4在其输出端输出；当模式控制信号Mode为高电平时，选择电路380选择低电平作为第四控制信号PWM4在其输出端输出。
在图27所示实施例中，时长控制模块275产生时长控制信号TOFF1和时长控制信号TOFF2。在一个实施例中，可以根据程序或电路设置的关断时长产生电路产生时长控制信号TOFF1和时长控制信号TOFF2。在另一个实施例中，也可以根据第一开关1011预期的开关周期产生时长控制信号TOFF1，根据第三开关1013预期的开关周期产生时长控制信号TOFF2。在一个实施例中，时长控制信号TOFF1和TOFF2在电压转换电路11工作时，可随着电路参数的变化实时调节，例如随输入电压VIN、系统电压VSYS的变化而实时调整开关的关断时长。
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 (30)

1.一种电池电流管理系统，包括：
电压转换电路，包括第一管脚、第二管脚和第三管脚，所述第一管脚耦接至USB端口，所述第二管脚耦接至电池包；以及
多个开关模块，其中，每个开关模块具有第一端、第二端和控制端，每个开关模块的第一端耦接电压转换电路的第一管脚，每个开关模块的第二端耦接电压转换电路的第二管脚，每个开关模块的控制端耦接电压转换电路的第三管脚；其中，
当电池电流管理系统工作在充电状态时，电压转换电路在其第一管脚接收输入电压信号，并将输入电压信号转换为第二管脚上输出的系统电压信号，同时在第二管脚输出主充电电流信号；
当开关模块启动工作时，电压转换电路控制启动工作的开关模块在其第二端输出对应的补充充电电流信号。
2.如权利要求1所述的电池电流管理系统，其中，当输入电压信号大于系统电压信号时，至少一个开关模块启动工作；当输入电压信号小于系统电压信号时，多个开关模块均不启动工作。
3.如权利要求1所述的电池电流管理系统，其中，所述每个电压转换电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第一电感器，其中第一开关管和第二开关管串联耦接在电压转换电路的第一管脚和逻辑地之间，第三开关管和第四开关管串联耦接在电压转换电路的第二管脚和逻辑地之间，第一电感器耦接在第一开关管与第二开关管的公共端和第三开关管与第四开关管的公共端之间。
4.如权利要求3所述的电池电流管理系统，其中，每个开关模块包括：
第一跟随开关；
第二跟随开关，和第一跟随开关串联耦接在开关模块的第一端和逻辑地之间；以及
跟随电感，耦接在第一跟随开关与第二跟随开关的公共端和开关模块的第二端之间。
5.如权利要求4所述的电池电流管理系统，其中，当输入电压信号大于系统电压信号时，第一开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关同步导通和关断，第二开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关同步导通和关断。
6.如权利要求4所述的电池电流管理系统，其中，当输入电压信号大于系统电压信号时，第一开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关依次交错导通和关断，第二开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关依次交错导通和关断。
7.如权利要求4所述的电池电流管理系统，其中，每个开关模块还包括：
第三跟随开关；以及
第四跟随开关，和第三跟随开关串联耦接在开关模块的第二端和逻辑地之间；其中，跟随电感不再耦接在第一跟随开关与第二跟随开关的公共端和开关模块的第二端之间，而是耦接在第一跟随开关与第二跟随开关的公共端和第三跟随开关与第四跟随开关的公共端之间。
8.如权利要求7所述的电池电流管理系统，其中，第一开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关同步导通和关断；第二开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关同步导通和关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关同步导通和关断；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关同步导通和关断。
9.如权利要求7所述的电池电流管理系统，其中，
当输入电压信号大于系统电压信号时，第一开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关依次交错导通和关断；第二开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关和依次交错导通和关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关均导通；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关均关断；
当输入电压信号小于系统电压信号时，第一开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关导通；第二开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关依次交错导通和关断；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关依次交错导通和关断。
10.如权利要求4所述的电池电流管理系统，其中，所述每个电压转换电路还包括第五开关管、第六开关管和第二电感器，其中，第五开关管和第六开关管串联耦接在电压转换电路的第一管脚和逻辑地之间，第二电感器耦接在第五开关管与第六开关管的公共端和第三开关管与第四开关管的公共端之间。
11.如权利要求10所述的电池电流管理系统，其中，当输入电压信号大于系统电压信号时，第一开关管、第五开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关同步导通和关断；第二开关管、第六开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关同步导通和关断。
12.如权利要求10所述的电池电流管理系统，其中，当输入电压信号大于系统电压信号时，第一开关管、第五开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关依次交错导通和关断；第二开关管、第六开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关依次交错导通和关断。
13.如权利要求10所述的电池电流管理系统，其中，每个开关模块还包括第三跟随开关和第四跟随开关，其中，第三跟随开关和第四跟随开关串联耦接在开关模块的第二端和逻辑地之间，跟随电感不再耦接在第一跟随开关与第二跟随开关的公共端和开关模块的第二端之间，而是耦接在第一跟随开关与第二跟随开关的公共端和第三跟随开关与第四跟随开关的公共端之间；
当输入电压信号大于系统电压信号时，第一开关管、第五开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关依次交错导通和关断；第二开关管、第六开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关依次交错导通和关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关均导通；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关均关断；
当输入电压信号小于系统电压信号时，第一开关管、第五开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关均导通；第二开关管、第六开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关均关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关依次交错导通和关断；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关依次交错导通和关断。
14.如权利要求10所述的电池电流管理系统，其中，每个开关模块还包括第三跟随开关和第四跟随开关，其中，第三跟随开关和第四跟随开关串联耦接在开关模块的第二端和逻辑地之间，跟随电感不再耦接在第一跟随开关与第二跟随开关的公共端和开关模块的第二端之间，而是耦接在第一跟随开关与第二跟随开关的公共端和第三跟随开关与第四跟随开关的公共端之间；
当输入电压信号大于系统电压信号时，第一开关管、第五开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关依次交错导通和关断；第二开关管、第六开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关依次交错导通和关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关均导通；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关均关断；
当输入电压信号小于系统电压信号时，第一开关管和第五开关管选择其一导通，另一个关断；第二开关管和第一开关管的导通和关断状态相反；第六开关管和第五开关管的导通和关断状态相反；每个启动工作的开关模块的第一跟随开关导通，第二跟随开关关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关依次交错导通和关断；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关依次交错导通和关断。
15.如权利要求1所述的电池电流管理系统，其中，主充电电流信号的平均值和每个补充充电电流信号的平均值成整倍数关系。
16.如权利要求1所述的电池电流管理系统，其中，第三管脚用于输出控制信号，所述控制信号用于控制每个开关模块启动工作，并控制启动工作的开关模块在其第二端输出对应的补充充电电流信号。
17.如权利要求1所述的电池电流管理系统，还包括：
多个附加充电开关，所述多个附加充电开关和多个开关模块一一对应；
其中，每个开关模块的第一端通过对应的附加充电开关耦接至电压转换电路的第一管脚，当其中一个附加充电开关导通时，对应的开关模块启动工作。
18.如权利要求17所述的电池电流管理系统，其中，电压转换电路进一步包括第四管脚，第四管脚连接至微处理器，多个附加充电开关的导通和关断由微处理器控制。
19.如权利要求10所述的电池电流管理系统，其中，电压转换电路还包括第五管脚、第六管脚和第七管脚；第一开关管与第二开关管的公共端耦接第五管脚；第三开关管与第四开关管的公共端耦接第六管脚；第五开关管与第六开关管的公共端耦接第七管脚；第一电感器耦接在第五管脚和第六管脚之间，第二电感器耦接在第六管脚和第七管脚之间；每个开关模块的第二端不再耦接第二管脚，而是耦接至第六管脚。
20.如权利要求19所述的电池电流管理系统，其中，第二电感器省略，第五管脚和第七管脚耦接在一起。
21.如权利要求1所述的电池电流管理系统，其中，当电池电流管理系统工作在放电状态时，电压转换电路将系统电压信号转换为第一管脚上输出的输出电压信号，同时在第一管脚输出主放电电流信号；每个开关模块均不启动工作。
22.如权利要求1所述的电池电流管理系统，其中，当电池电流管理系统工作在放电状态时，电压转换电路将系统电压信号转换为第一管脚上输出的输出电压信号，同时在第一管脚输出主放电电流信号；电压转换电路控制其中至少一个开关模块启动工作，启动工作的开关模块在其第一端输出对应的补充放电电流信号。
23.如权利要求7所述的电池电流管理系统，其中，当电池电流管理系统工作在放电状态时，电压转换电路将系统电压信号转换为第一管脚上输出的输出电压信号，同时在第一管脚输出主放电电流信号；启动工作的开关模块在其第一端输出对应的补充放电电流信号；第一开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关同步导通和关断；第二开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关同步导通和关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关同步导通和关断；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关同步导通和关断。
24.如权利要求7所述的电池电流管理系统，其中，当电池电流管理系统工作在放电状态时，电压转换电路将系统电压信号转换为第一管脚上输出的输出电压信号，同时在第一管脚输出主放电电流信号；启动工作的开关模块在其第一端输出对应的补充放电电流信号；
当系统电压信号大于输出电压信号时：第一开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关均导通；第二开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关均关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关依次交错导通和关断；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关依次交错导通和关断；
当系统电压信号小于输出电压信号时：第一开关管和每个启动工作的开关模块的第一跟随开关依次交错导通和关断；第二开关管和每个启动工作的开关模块的第二跟随开关依次交错导通和关断；第三开关管和每个启动工作的开关模块的第三跟随开关均导通；第四开关管和每个启动工作的开关模块的第四跟随开关均关断。
25.如权利要求21、22、23或24所述的电池电流管理系统，其中，当电池电流管理系统工作在充电状态，所述USB端口耦接外部电源；当电池电流管理系统工作在放电状态，所述USB端口耦接外部载荷。
26.如权利要求21、22、23或24所述的电池电流管理系统，其中，电压转换电路还包括第八管脚用于设置电池电流管理系统工作在工作在充电状态或放电状态。
27.一种电池电流管理系统，包括：
电压转换电路，包括第一管脚和第二管脚，所述第一管脚耦接至USB端口，所述第二管脚耦接至电池包；以及
多个开关模块，其中，每个开关模块具有第一端和第二端，每个开关模块的第一端耦接电压转换电路的第一管脚，每个开关模块的第二端耦接电压转换电路的第二管脚；其中，
当电压转换电路在其第一管脚接收输入电压信号时，电压转换电路在其第二管脚输出主充电电流信号，并控制其中至少一个开关模块在第二端输出对应的补充充电电流信号。
28.如权利要求27所述的电池电流管理系统，其中，当电压转换电路在其第一管脚提供输出电压信号时，电压转换电路在其第一管脚输出主放电电流信号，并控制其中至少一个开关模块在第一端输出对应的补充放电电流信号。
29.一种电压转换集成电路，包括：
第一管脚，耦接至USB端口；
第二管脚，耦接至电池包；以及
第三管脚，输出控制信号；其中，
当电压转换集成电路在其第一管脚接收输入电压信号时，电压转换集成电路在其第二管脚输出主充电电流信号，电压转换集成电路通过第三管脚输出的控制信号控制至少一个开关模块在电压转换集成电路的第二管脚提供至少一个补充充电电流信号。
30.如权利要求29所述的电池电流管理系统，其中，当电压转换集成电路在其第一管脚向外提供输出电压信号时，电压转换集成电路在其第一管脚输出主放电电流信号，电压转换集成电路通过第三管脚输出的控制信号控制至少一个开关模块在电压转换集成电路的第一管脚提供至少一个补充放电电流信号。
CN202011045570.4A 2020-09-28 2020-09-28 电池电流管理系统及相关集成电路 Active CN112152294B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011045570.4A CN112152294B (zh) 2020-09-28 2020-09-28 电池电流管理系统及相关集成电路
US17/484,129 US20220102999A1 (en) 2020-09-28 2021-09-24 Battery charge current management system and related integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011045570.4A CN112152294B (zh) 2020-09-28 2020-09-28 电池电流管理系统及相关集成电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112152294A true CN112152294A (zh) 2020-12-29
CN112152294B CN112152294B (zh) 2022-10-21

Family

ID=73894471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011045570.4A Active CN112152294B (zh) 2020-09-28 2020-09-28 电池电流管理系统及相关集成电路

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20220102999A1 (zh)
CN (1) CN112152294B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200395774A1 (en) * 2019-06-17 2020-12-17 Renesas Electronics America Inc. Single inductor multiple output charger for multiple battery applications
US11888342B2 (en) * 2020-05-12 2024-01-30 Monolithic Power Systems, Inc. Bi-directional battery charging circuit with voltage regulation control

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103066666A (zh) * 2013-01-22 2013-04-24 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种升压型电池充电管理系统及其控制方法
CN105553007A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 成都芯源系统有限公司 一种升降压电池充电电路及其控制电路和控制方法
CN105703423A (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 珠海市魅族科技有限公司 充电控制方法、充电设备及充电系统
CN107612107A (zh) * 2017-08-23 2018-01-19 成都芯源系统有限公司 一种供电电压产生电路及其集成电路

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI508411B (zh) * 2014-04-21 2015-11-11 鴻海精密工業股份有限公司 Usb適配器及usb線

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103066666A (zh) * 2013-01-22 2013-04-24 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种升压型电池充电管理系统及其控制方法
CN105553007A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 成都芯源系统有限公司 一种升降压电池充电电路及其控制电路和控制方法
CN105703423A (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 珠海市魅族科技有限公司 充电控制方法、充电设备及充电系统
CN107612107A (zh) * 2017-08-23 2018-01-19 成都芯源系统有限公司 一种供电电压产生电路及其集成电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN112152294B (zh) 2022-10-21
US20220102999A1 (en) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112152293B (zh) 电池电流管理系统及相关集成电路
US10826395B2 (en) Voltage converter, method for controlling voltage converter, and voltage conversion system
CN101055987B (zh) 使用多电源的电源管理系统
CN104052278B (zh) 多电平增压变换器拓扑、控制和软启动系统及方法
CN100499313C (zh) 电池充电控制电路、电池充电设备和电池充电控制方法
US8674669B2 (en) Switching regulator with a single inductor in a multiple output power supply configuration
US20210359606A1 (en) Power conversion circuit, power conversion system and power chip
US20170187214A1 (en) Buck-boost battery charging circuit, control circuit and associated control method
US7893662B2 (en) Method and related device for charging at the same voltage two or more capacitors connected in series
CN106464135B (zh) 切换功率级及用于控制所述切换功率级的方法
CN107959421B (zh) Buck-boost型直流转换器及其控制方法
CN105518969A (zh) 具有升降压操作的电池充电器
CN107659150B (zh) Dcdc模块自动切换的直流电能变换方法和系统
TW201351861A (zh) 控制電源轉換裝置的方法及其相關電路
JP2008118847A (ja) 充電器／昇圧制御器を備える電源管理システム
CN101369775A (zh) 高效率电荷泵dc到dc转换器电路和方法
CN112152294B (zh) 电池电流管理系统及相关集成电路
US11742756B2 (en) Hybrid bi-directional DC-DC power converter and methods of operation thereof
CN108199424A (zh) 多相充电电路及其控制电路和控制方法
CN102290992A (zh) 直流-直流升压转换器电路及其驱动方法
CN108092591A (zh) 开关驱动装置
CN113765368A (zh) 一种三电平直流转换器、电源系统及芯片
Ren et al. Dual-edge modulated four-switch Buck-Boost converter
JP2007508793A (ja) ブーストコンバータ
JP2022533638A (ja) 降圧回路、電子機器及び降圧方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Christian Spock

Inventor after: Wang Rui

Inventor after: Xu Min

Inventor before: Wang Rui

Inventor before: Christian Spock

Inventor before: Xu Min

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant