CN113595177A - 混合模式充电电路、系统及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合模式充电电路、系统及充电方法，混合模式充电电路包括功率转换模块和输出模块，能够兼容非配对适配器和配对适配器，且均能够实现预充电/恒流充电/恒压充电；当工作在不同的工作模式时，所述功率转换模块中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换，且当工作在第二工作模式时，两个通道同相位工作，可以节省器件，节约成本，缩小方案面积，利于集成，同时能够保持较高的效率；当工作在第一工作模式时，各开关支路错相位工作，降低纹波提高效率。

Description

混合模式充电电路、系统及充电方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体的说，涉及一种混合模式充电电路、系统及充电方法。
背景技术
随着便携设备特别是智能手机电池容量的不断增长，充电器也从最初的线性充电器，演变为降压开关充电器，电荷泵充电器，甚至三电平充电器。目前市面上降压开关充电器和电荷泵充电器最为常见。降压充电器只需要添加反馈环路，调节占空比就可以很容易的实现电池充电所需的稳定输出电流或电压，所以这种类型的充电器具备相当好的兼容性能够支持多种多样的电源。虽然降压开关充电器的效率显著高于线性充电芯片，但是当降压充电器的输入电压大大高于电池电压时，效率通常会严重下降。且降压充电器需要电感器作为滤波器正常工作所必需的一部分，这增加了成本并增加了解决方案的尺寸。
为了实现更高的效率，这时候业界就出现了开关电容(电荷泵)充电器，这种充电器在固定电压变比时具有非常高的转换效率，以便在温升受限的便携设备中实现快速充电。但是由于在充电过程中输入电源和电池电压不能保持固定的比率，因此电荷泵通常不能独立用作电池充电器。通常如果连接的是一个经认证的可调节适配器，微控制器用于监视电池电压并调节输入源(例如适配器)的电压，以实现电池充电操作。如果连接的是一个未经认证或者不可调压的适配器电荷泵充电器就无法进行充电。
图1是现有技术中典型的开关电容充电系统，为了能够兼容非配对适配器和实现预充电/恒流充电/恒压充电还需要添加一个传统的降压充电器，所以该方案有两套相对独立的控制系统，两套外围器件，存在成本高，解决方案面积大，非配对适配器快充(这时由降压充电器充电，在高电压如9V输入)充电效率低等不足。
因此如何提出一种能兼容非配对适配器和能够实现涓流充电/预充电/恒压充电的模式，且能够减少系统元件，降低成本，适于集成的充电电路已成为本领域人员亟待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了能兼容非配对适配器和实现涓流充电/预充电/恒压充电，且能够减少系统元件，降低成本的充电电路、系统及充电方法，以解决现有技术中电源管理系统体积较大以及充电效率较低的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种混合模式充电电路，所述混合模式充电电路包括功率转换模块和输出模块；
所述功率转换模块至少支持两种工作模式：第一工作模式和第二工作模式；且在所述第一工作模式和所述第二工作模式时，所述功率转换模块中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换；
当所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，所述功率转换模块的输入电压与输出电压的比值固定；当所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，所述功率转换模块的输出信号根据所述功率转换模块中的开关管的导通时间占比进行调节；
在不同的工作模式下，所述功率转换模块输出信号的位置不同，且通过切换所述输出模块中的不同路径，使所述功率转换模块通过不同的路径对电池进行充电。
优选地，所述功率转换模块包括电感和N个开关支路，其中，N为大于等于1的自然数；
各个开关支路相并联，连接在输入端口和参考地之间，包括跨接电容和依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
所述跨接电容连接在第一连接端和第二连接端之间；所述第一连接端为所述第一开关管和所述第二开关管的连接端，所述第二连接端为所述第三开关管和所述第四开关管的连接端；所述第二开关管和所述第三开关管的连接端为中间节点；
当N≥2时，所述多个开关支路的中间节点连接在一起；
所述电感的第一端与所述中间节点连接，第二端连接负载系统。
优选地，所述输出模块包括路径切换开关；
所述路径切换开关的一端连接所述中间节点，另一端连接所述电池的正极；当所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，所述路径切换开关导通，当所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，所述路径切换开关断开。
优选地，所述路径切换开关包括两个相串联的子开关管，所述子开关管为共源极连接或共漏极连接。
优选地，所述输出模块还包括：充放电开关管，所述充放电开关管一端连接所述电感的第二端，另一端连接所述电池的正极。
优选地，所述混合模式充电电路还包括隔离开关，所述隔离开关串联于输入电源和所述功率转换模块的输入端口之间，所述隔离开关在所述输入电源正常供电时导通，在所述输入电源非正常供电时关断。
优选地，所述隔离开关、所述充放电开关管和各个开关支路中的开关管集成于芯片内部，所述路径切换开关集成于芯片内部或作为外围元件放置于芯片外部。
优选地，当所述功率转换模块工作在第一工作模式时，同一开关支路中的所述第一开关管和所述第三开关管的开关状态相同，同一开关支路中的所述第二开关管和所述第四开关管的开关状态相同且与同一开关支路中的第一开关管的开关状态互补。
优选地，当N≥2，且所述功率转换模块工作在第一工作模式时，相邻开关支路中的所述第一开关管的驱动信号的相位相差第二预设角度，以实现交错并联工作，所述驱动信号用来控制对应开关管的导通或断开。
优选地，所述第二预设角度为360°/N。
优选地，当所述功率转换模块工作在第二工作模式时，且N≥2时，每个开关支路中对应开关管的开关状态均相同。
优选地，同一开关支路中的所述第三开关管与所述第二开关管的开关状态互补；同一开关支路中的所述第四开关管与所述第一开关管的开关状态互补，同一开关支路中的所述第一开关管和所述第二开关管的驱动信号的占空比相同且相位相差第一预设角度，所述驱动信号用来控制对应开关管的导通或断开。
优选地，所述第一预设角度为180°。
优选地，当输入电源不可调时，所述功率转换模块工作在第二工作模式；当输入电源可调时，所述功率转换模块根据所述电池的电压和电流在第一工作模式和第二工作模式间切换。
优选地，当输入电源可调时，当所述电池的电压小于所述负载系统的最小工作电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流小于所述第一预设电流同时大于第二预设电流时，所述功率转换模块工作在第二工作模式；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于第一预设电流时，所述功率转换模块工作在第一工作模式；其中，所述第一预设电流大于所述第二预设电流。
第二方面，本发明实施例还提供了一种混合模式充电系统，所述混合模式充电系统包括模式切换电路和混合模式充电电路；
所述模式切换电路接收控制信号，所述控制信号根据电池的电压和电流对功率转换模块的工作状态进行控制，当所述电池的电压小于负载系统的最小工作电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流小于所述第一预设电流同时大于第二预设电流时，所述功率转换模块工作在第二工作模式；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于第一预设电流时，所述功率转换模块工作在第一工作模式；其中，所述第一预设电流大于所述第二预设电流。
优选地，所述控制信号还根据电池电压对所述输出切换模块的输出路径进行切换，使得当所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，导通路径切换开关，所述功率转换模块通过所述路径切换开关对电池进行充电；当所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，断开所述路径切换开关，所述功率转换模块通过所述充放电开关管对电池进行充电。
优选地，所述混合模式充电系统还包括充放电控制电路；
所述充放电控制电路根据电池的电压和电流对充放电开关管的状态进行控制；当所述电池的电压小于所述负载系统的最小工作电压时，使所述充放电开关管处于线性调制状态；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，或当所述电池电压达到所述预设电压时且所述电池电流大于所述第二预设电流时，使所述充放电开关管处于完全导通状态；当所述电池的电压达到预设电压且所述电池电流小于所述第二预设电流时，使所述充放电开关管处于截止状态。
第三方面，本发明实施例还提供了一种混合模式充电方法，所述混合模式充电方法包括以下步骤：
对功率转换模块的工作模式进行切换，当工作在不同的工作模式时，所述功率转换模块中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换；
对输出模块中的路径进行切换：当所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，导通路径切换开关，所述功率转换模块的输入电压与输出电压的比值固定，所述功率转换模块通过所述路径切换开关对电池进行充电；当所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，断开所述路径切换开关，根据所述功率转换模块中的开关管的导通时间占比对所述功率转换模块的输出信号进行调节，所述功率转换模块通过充放电开关管对电池进行充电。
优选地，所述的混合模式充电方法还包括以下步骤：
对输入电源的状态进行检测，当输入电源非正常供电时，断开隔离开关；当输入电源正常供电时，导通所述隔离开关。
优选地，所述的混合模式充电方法还包括以下步骤：检测输入电源是否可调节，根据所述输入电源是否可调节，对所述功率转换模块的工作状态进行控制：当所述输入电源为不可调节时，控制所述功率转换模块工作在第二工作模式；当输入电源可调时，控制所述功率转换模块在第一工作模式和第二工作模式间切换。
优选地，当所述输入电源为可调节时，根据电池的电压和电流对所述功率转换模块的工作状态进行切换；
当所述电池电压小于所述负载系统的最小工作电压时，控制所述功率转换模块工作在第二工作模式；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于第一预设电流时，控制所述功率转换模块工作在第一工作模式；当所述电池的电压达到所述预设电压，同时所述电池的电流小于所述第一预设电流且大于第二预设电流时，控制所述功率转换模块工作在第二工作模式；其中，所述第一预设电流大于所述第二预设电流。
优选地，所述的混合模式充电方法还包括以下步骤：根据所述电池的电压和电流对所述充放电开关管的状态进行控制：
当所述电池的电压小于所述负载系统的最小工作电压时，控制所述充放电开关管处于线性调制状态；
当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，或当所述电池电压达到所述预设电压且所述电池电流大于所述第二预设电流时，控制所述充放电开关管处于完全导通状态；
当所述电池的电压达到预设电压且所述电池的电流小于所述第二预设电流时，控制所述充放电开关管处于截止状态。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
1.当输入电源不可调时，工作在第二工作模式；当输入电源可调时，能在第一工作模式和第二工作模式间切换；从而能够兼容非配对适配器，且当适配器可调时，能够实现预充电/恒流充电/恒压充电；
2.当工作在不同的工作模式时，所述功率转换模块中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换，且当工作在第二工作模式时，两个通道同相位工作，转换效率高；从而且可以节省器件，节约成本，缩小方案面积，利于集成。
3.当工作在第一工作模式时，各开关支路错相位工作，可以降低纹波提高效率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为现有技术混合模式充电电路的示意图；
图2为本发明的混合模式充电电路的示意图；
图3为本发明的混合模式充电电路中功率转换模块在第一工作模式下，第一开关支路和第二开关支路中的第一开关管的驱动信号示意图；
图4为本发明的混合模式充电电路中功率转换模块在第二工作模式下，第一开关支路和第二开关支路中的第一开关管的驱动信号示意图；
图5为本发明的混合模式充电方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
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。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
实施例一
如图2所示，本实施例公开一种混合模式充电电路，用于移动设备，包括功率转换模块11和输出模块12；所述功率转换模块11至少支持两种工作模式：第一工作模式和第二工作模式；且在所述第一工作模式和所述第二工作模式时，所述功率转换模块11中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换。
当所述功率转换模块11工作在所述第一工作模式时，所述功率转换模块11的输入电压与输出电压的比值固定；当所述功率转换模块11工作在所述第二工作模式时，所述功率转换模块11的输出信号根据所述功率转换模块11中的开关管的导通时间占比进行调节。
需要说明的是，在本实施例中，所述第一工作模式为开关电容模式，所述第二工作模式为三电平模式。
具体地，所述功率转换模块11包括电感L和N个开关支路，其中，N为大于等于1的自然数；各个开关支路相并联，连接在输入端口和参考地之间，包括跨接电容和依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管。
所述跨接电容CFLY连接在第一连接端和第二连接端之间；所述第一连接端为所述第一开关管和所述第二开关管的连接端，所述第二连接端为所述第三开关管和所述第四开关管的连接端；所述第二开关管和所述第三开关管的连接端为中间节点；所述多个开关支路的中间节点连接在一起；所述电感L的第一端与所述中间节点连接，第二端连接负载系统。如图2所示，以N＝2为例进行说明。
需要说明的是，各个开关支路也可以包括更多的开关管和跨接电容；凡是满足能够支持两种工作模式的功率转换模块11的组成均满足该发明，在此不一一列举。但当所述开关支路的组成为该实施例中列举时，当工作在两种工作模式时，开关管的利用效率最高，使得功率转换模块11的元件减少，成本降低。
如图2所示，所述输出模块12包括路径切换开关和充放电开关管QBAT；所述路径切换开关的一端连接所述中间节点，另一端连接所述电池的正极；所述充放电开关管QBAT一端连接所述电感L的第二端，另一端连接所述电池的正极；当所述功率转换模块11工作在所述第一工作模式时，所述功率转换模块11通过所述电感L的第一端(也即中间节点)输出信号，所述路径切换开关导通，通过所述路径切换开关向电池进行充电；当所述功率转换模块11工作在所述第二工作模式时，所述功率转换模块11从所述电感L的第二端输出信号，所述路径切换开关断开，通过所述充放电开关管QBAT向所述电池进行充电。
作为示例，如图2所示，所述路径切换开关包括两个相串联的子开关管：第一子开关管QSCA和第二子开关管QSCB，两个子开关管为共源极连接或共漏极连接；两个子开关管同时导通或同时断开；当两个子开关管都断开时，两个子开关管的体二极管背靠背连接，可以防止当所述路径切换开关断开时，所述功率转换模块11的输出信号通过其中一个子开关管的体二极管到达电池正极。当两个子开关管为共源极方式连接时，只需要一个栅极驱动器就可以同时控制两个子开关管的状态；当两个子开关管为共漏极连接时，需要两个独立的栅极驱动器分别控制两个子开关管的状态；可选地，所述路径切换开关也可以是具备双向阻断功能的单个开关管。
如图2所示，所述混合模式充电电路还包括隔离开关QB，所述隔离开关QB串联于输入电源和所述功率转换模块11的输入端口之间，所述隔离开关QB在所述输入电源正常供电时导通，在所述输入电源非正常供电时关断。作为示例，如图2所示，所述输入模块还包括旁路电容，所述旁路电容一端和所述功率转换模块11的输入端连接，另一端接参考地，来滤除所述功率转换模块11的输入信号中的干扰。
具体地，所述隔离开关QB、所述充放电开关管QBAT和各个开关支路中的开关管集成于芯片内部，所述路径切换开关可以集成于芯片内部或作为外围元件放置于芯片外部。当所述路径切换开关放置于芯片外部时，所述路径切换开关的两个子开关管可为集成的背靠背开关管，所述跨接电容由于电容值较大会增加芯片封装体积和成本，从而设置于芯片的外部，所述电感L也设置于芯片的外部。
在本发明的实施例中，各个开关管可以采用各种现有的电可控开关器件，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)，或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)，本发明对此不进行限制。
当所述功率转换模块11工作在第一工作模式时，同一开关支路中的所述第一开关管和所述第三开关管的开关状态相同，同一开关支路中的所述第二开关管和所述第四开关管的开关状态相同且与同一开关支路中的第一开关管的开关状态互补(当同一开关支路中的第一开关管断开时，第四开关管导通；同一开关支路中的第一开关管导通时，第四开关管断开)；所述功率转换模块11的输出电压为所述功率转换模块11输入电压的2分之一，所述功率转换模块11的输出电流为所述功率转换模块11输入电流的2倍。
当N≥2时，不同开关支路中对应开关管的开关状态不同，且相邻开关支路中的所述第一开关管的驱动信号的相位相差第二预设角度，以实现交错并联工作，此时可以降低输入信号和输出信号(信号包括电压和电流)的纹波。
具体地，所述第二预设角度为360°/N。
作为示例，如图3所示，当N＝2时，第一开关支路中的第一开关管Q11的驱动信号G11和第二开关支路中的第一开关管Q21的驱动信号G21的相位相差180°，即当第一开关支路的第一开关Q11导通时，第二开关支路的第一开关Q21断开；当第一开关支路的第一开关Q11断开时，第二开关支路的第一开关Q21导通。当N＝2时，所述功率转换模块11的开关管的利用效率最高，所以，优选地，N＝2。
当所述功率转换模块11工作在第二工作模式时，每个开关支路同相并联工作，如图4所示，第一开关支路中的第一开关管Q11的驱动信号G11和所述第二开关支路中的第一开关管Q21的驱动信号G21同相。各个开关支路中对应开关管的开关状态均相同，即所有开关支路中的第一开关状态相同，所有开关支路中的第二开关状态相同，所有开关支路中的第三开关状态相同，所有开关支路中的第四开关状态相同。同一开关支路中的所述第三开关管与所述第二开关管的开关状态互补；同一开关支路中的所述第四开关管与所述第一开关管的开关状态互补，同一开关支路中的所述第一开关管和所述第二开关管的驱动信号的占空比相同且相位相差第一预设角度，所述驱动信号用来控制对应开关管的导通或断开。
具体地，所述第一预设角度为180°。
需要说明的是，当工作在第二工作模式时，在本实施例中，各个开关支路的输出端的电压保持一致，可以直接相连接并共用同一个电感L和同一个路径切换开关；当各个开关支路的输出端电压不同时，各个开关支路的输出端不能相连接，且各个开关支路的输出端均通过不同的电感L和不同的路径切换开关与电池连接，或各个开关支路的输出端均通过不同的电感L和不同的第一子开关管QSCA与同一个第二子开关管QSCB连接(此时当各个第一子开关管QSCA中的至少一个导通时，第二子开关管QSCB均导通)；即当两个或多个通道同相位工作时，可以节省(N-1)个路径切换开关或(N-1)个第一子开关管QSCA，及同时可以节省(N-1)个电感L。
当输入电源不可调节时，所述功率转换模块11工作在第二工作模式；当输入电源为受控可调节时，所述功率转换模块11根据电池的电压和电流在第一工作模式和第二工作模式之间进行切换：当所述电池的电压小于负载系统的最小工作电压时，控制所述功率转换模块11工作于第二工作模式，使得所述功率转换模块11的输出电压等于负载系统的最小工作电压，以维持负载系统的最小工作电压；当所述电池的电压大于负载系统的最小工作电压且小于预设电压时(此时电池未充满)，所述功率转换模块11工作于第一工作模式，此时为恒流充电过程；当所述电池的电压达到所述预设电压(此时电池接近充满电)且所述电池的电流大于第一预设电流i1时，所述功率转换模块11工作于第一工作模式，通过控制输入电源的电压，使功率转换模块11的输出电压等于所述预设电压，以实现高效率的大电流恒压充电；当所述电池的电压达到所述预设电压同时所述电池的电流小于所述第一预设电流i1且大于第二预设电流i2时，所述功率转换模块11工作在第二工作模式以实现恒压充电；其中，所述第一预设电流i1大于所述第二预设电流i2。
同时，所述充放电开关管QBAT的状态取决于所述电池的电压和电流，当所述电池的电压小于所述负载系统的最小工作电压时，所述功率转换模块11工作在第二工作模式，所述充放电开关管QBAT处于线性调制状态，以实现预充电；当电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于所述预设电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于第一预设电流i1时，所述功率转换模块11工作在第一工作模式，所述充放电开关管QBAT处于完全导通状态，以实现高效率大电流充电；当所述电池的电压达到预设电压，同时所述电池的电流小于所述第一预设电流i1且大于第二预设电流i2时，所述功率转换模块11工作在第二工作模式，所述充放电开关管QBAT处于完全导通状态，以实现恒压充电；当所述电池的电压达到预设电压时且所述电池电流小于所述第二预设电流i2时，所述充放电开关管QBAT处于截止状态，此时所述电池充电完成。
具体地，所述充放电开关管QBAT的状态还取决于输入电源的供电状态，当输入电源非正常供电，所述充放电开关管QBAT处于完全导通状态，此时，所述负载系统通过所述电池对其进行供电。
需要说明的是，当电池电压小于所述负载系统的最小工作电压时，此时如果所述充放电开关管QBAT完全导通，电池的电压等于系统负载的输入电压，会使负载系统在最小工作电压下工作，影响负载系统的运行，可能造成相关元器件的损坏，因此当所述充放电开关处于线性调制状态时(不完全导通状态)，在限流状态下对电池充电，防止所述负载系统的输入电压被电池的电压拉低。
实施例二
本实施例公开一种混合模式充电系统，所述混合模式充电系统包括模式切换电路和实施例一中的混合模式充电电路；
所述模式切换电路接收控制信号，所述控制信号根据电池的电压和电流对功率转换模块11的工作状态进行控制，当所述电池的电压小于负载系统的最小工作电压时，所述功率转换模块11工作在第二工作模式；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，所述功率转换模块11工作在第一工作模式；当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于第一预设电流i1时，所述功率转换模块11工作在第一工作模式；当所述电池的电压达到所述预设电压，同时所述电池的电流小于所述第一预设电流i1且大于第二预设电流i2时，所述功率转换模块11工作在第二工作模式；其中，所述第一预设电流i1大于所述第二预设电流i2。所述控制信号还根据电池电压对所述输出切换模块的输出路径进行切换，使得当所述功率转换模块11工作在所述第一工作模式时，导通路径切换开关，所述功率转换模块11通过所述路径切换开关对电池进行充电；当所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，断开所述路径切换开关，所述功率转换模块11通过所述充放电开关管QBAT对电池进行充电。
具体地，所述混合模式充电系统还包括充放电控制电路；所述充放电控制电路根据电池的电压和电流对充放电开关管QBAT的状态进行控制；当所述电池的电压小于负载系统的最小工作电压时，使所述充放电开关管QBAT处于线性调制状态；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，或当所述电池电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于所述第二预设电流i2时，使所述充放电开关管QBAT处于完全导通状态；当所述电池的电压达到预设电压且所述电池的电流小于所述第二预设电流i2时，使所述充放电开关管QBAT处于截止状态。
作为示例，所述混合模式充电电路还可以包括采样模块，以采集所述电池的电压和电流。
实施例三
如图5所示，本实施例公开一种混合模式充电方法，在本实施例中所述混合模式充电方法基于实施例一中的混合模式充电电路和实施例二中的混合模式充电系统进行实现，在实际的混合模式充电方法的实现方式中包括但不限于基于实施例一和实施例二中的混合模式充电电路和系统进行实现，所述混合模式充电方法包括以下步骤：
S1：对输入电源的状态进行检测，根据输入电源是否正常供电对隔离开关QB进行控制：当输入电源非正常供电时，执行步骤S11，当所述输入电源正常供电时，执行步骤S12。
S11：断开隔离开关QB。
S12：导通所述隔离开关QB。
S2：对输入电源是否可调节进行检测，根据所述输入电源是否可调节对所述功率转换模块11的工作模式进行控制：当所述输入电源为不可调节时，执行步骤S21；当输入电源可调时，执行步骤S22。
S21：控制所述功率转换模块11工作在第二工作模式。
S22：所述模式切换电路根据电池的电压和电流对所述功率转换模块11的工作状态进行控制，使得所述功率转换模块11根据所述电池的电压和电流在第一工作模式和第二工作模式间切换：当所述电池电压小于所述负载系统的最小工作电压，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流小于第一预设电流i1且大于第二预设电流i2时，执行步骤S21；当所述电池的电压大于负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于第一预设电流i1时，执行步骤S221。
S221：控制所述功率转换模块11工作在第一工作模式。
S3：根据所述功率转换模块11的工作模式，对输出模块12的导通路径进行切换；当所述功率转换模块11工作在所述第一工作模式时，执行步骤S31；当所述功率转换模块11工作在所述第二工作模式时，执行步骤S32。
S31：导通路径切换开关，所述功率转换模块11通过所述路径切换开关对电池进行充电。
S32：断开所述路径切换开关，所述功率转换模块11通过所述充放电开关管QBAT对电池进行充电。
S4：所述充放电控制电路根据电池的电压和电流对所述充放电开关管QBAT的状态进行控制；当所述电池的电压小于所述负载系统的最小工作电压时，执行步骤S41；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于预设电压时，或当所述电池电压达到所述预设电压且所述电池电流大于第二预设电流时，执行步骤S42；当所述电池的电压达到预设电压且所述电池电流小于第二预设电流i2时，执行步骤S43。
S41：控制所述充放电开关管QBAT处于线性调整状态。
S42：控制所述充放电开关管QBAT处于完全导通状态。
S43：控制所述充放电开关管QBAT处于截止状态。
需要说明的是，步骤S11、S12为步骤S1的子步骤，步骤S21、S22为步骤S2的子步骤，步骤S21、S221为步骤S22的子步骤，步骤S31、S32为步骤S3的子步骤，步骤S41、S42、S43为步骤S4的子步骤。在步骤S22中，当工作在不同的工作模式时，所述功率转换模块11中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换。步骤S3可以在步骤S4之后，也可以在步骤S4之前，或与步骤S4同时进行，如图5所示，未标注出步骤S3和S4的先后关系。所述第一预设电流i1大于所述第二预设电流i2。
进一步需要说明的是，在执行步骤S3或S4的过程中，可以执行步骤S1，不一定要按照S1，S2，S3，S4的顺序执行，即步骤S1，S2，S3，S4并不代表执行的先后顺序；且步骤S2，步骤S3或步骤S4是在所述电池正常供电时执行，即步骤S2，步骤S3或步骤S4是在执行步骤S12之后执行。
综上所述，本发明提供一种混合模式充电电路包括功率转换模块11和输出模块12；当所述功率转换模块11工作在第一工作模式和第二工作模式时，所述功率转换模块11中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换当所述功率转换模块11工作在所述第一工作模式时，所述功率转换模块11的输入电压与输出电压的比值固定；当所述功率转换模块11工作在所述第二工作模式时，所述功率转换模块11的输出信号根据所述功率转换模块11中的开关管的导通时间占比进行调节；在不同的工作模式下，所述功率转换模块11输出信号的位置不同，当所述功率转换模块11工作在第一工作模式时，通过导通所述路径切换开关对电池进行充电；当所述功率转换模块11工作在第二工作模式时，断开所述路径切换开关，通过所述充放电开关管QBAT对所述电池进行充电。本发明还提供一种混合模式充电系统，所述混合模式充电系统包括模式切换电路和混合模式充电电路；所述模式切换电路接收控制信号，对所述混合充电模式充电电路的状态进行控制；本发明还提供一种混合模式充电方法；当输入电源不可调时，工作在第二工作模式，当输入电源可调时，能在第一工作模式和第二工作模式间切换，从而能够兼容非配对适配器，且能够实现预充电/恒流充电/恒压充电；当工作在不同的工作模式时，所述功率转换模块11中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换，且当工作在第二工作模式时，各个开关支路同相位工作，转换效率高，且可以节省器件利于所述混合模式充电电路的集成；当工作在第一工作模式时，各开关支路错相位工作，降低纹波提高效率。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (23)

1.一种混合模式充电电路，用于移动设备，其特征在于：所述混合模式充电电路包括功率转换模块和输出模块；
所述功率转换模块至少支持两种工作模式：第一工作模式和第二工作模式；且工作在所述第一工作模式和所述第二工作模式时，所述功率转换模块中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换；
当所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，所述功率转换模块的输入电压与输出电压的比值固定；当所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，所述功率转换模块的输出信号根据所述功率转换模块中的开关管的导通时间占比进行调节；
在不同的工作模式下，所述功率转换模块输出信号的位置不同，且通过切换所述输出模块中的不同路径，使所述功率转换模块通过不同的路径对电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的混合模式充电电路，其特征在于：所述功率转换模块包括电感和N个开关支路，其中，N为大于等于1的自然数；
各个开关支路相并联，连接在输入端口和参考地之间，包括跨接电容和依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
所述跨接电容连接在第一连接端和第二连接端之间；所述第一连接端为所述第一开关管和所述第二开关管的连接端，所述第二连接端为所述第三开关管和所述第四开关管的连接端；所述第二开关管和所述第三开关管的连接端为中间节点；
当N≥2时，各个开关支路的中间节点连接在一起；
所述电感的第一端与所述中间节点连接，第二端连接负载系统。
3.根据权利要求2所述的混合模式充电电路，其特征在于：所述输出模块包括路径切换开关；
所述路径切换开关的一端连接所述中间节点，另一端连接所述电池的正极；当所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，所述路径切换开关导通，当所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，所述路径切换开关断开。
4.根据权利要求3所述的混合模式充电电路，其特征在于：所述路径切换开关包括两个相串联的子开关管，所述子开关管为共源极连接或共漏极连接。
5.根据权利要求3所述的混合模式充电电路，其特征在于，所述输出模块还包括：充放电开关管，所述充放电开关管的一端连接所述电感的第二端，另一端连接所述电池的正极；当输入电源可调时，所述充放电开关管的状态取决于所述电池的电压和电流。
6.根据权利要求5所述的混合模式充电电路，其特征在于：所述混合模式充电电路还包括隔离开关，所述隔离开关串联于输入电源和所述功率转换模块的输入端口之间，所述隔离开关在所述输入电源正常供电时导通，在所述输入电源非正常供电时关断。
7.根据权利要求6所述的混合模式充电电路，其特征在于：所述隔离开关、所述充放电开关管和各个开关支路中的开关管集成于芯片内部，所述路径切换开关集成于芯片内部或作为外围元件放置于芯片外部。
8.根据权利要求2所述的混合模式充电电路，其特征在于：
当所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，同一开关支路中的所述第一开关管和所述第三开关管的开关状态相同，同一开关支路中的所述第二开关管和所述第四开关管的开关状态相同且与同一开关支路中的第一开关管的开关状态互补。
9.根据权利要求8所述的混合模式充电电路，其特征在于：当N≥2，且所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，相邻开关支路中的所述第一开关管的驱动信号的相位相差第二预设角度，以实现交错并联工作，所述驱动信号用来控制对应开关管的导通或断开。
10.根据权利要求9所述的混合模式充电电路，其特征在于：所述第二预设角度为360°/N。
11.根据权利要求2所述的混合模式充电电路，其特征在于：当N≥2，且所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，每个开关支路中对应开关管的开关状态均相同。
12.根据权利要求11所述的混合模式充电电路，其特征在于：当N≥2，且所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，同一开关支路中的所述第三开关管与所述第二开关管的开关状态互补；同一开关支路中的所述第四开关管与所述第一开关管的开关状态互补，同一开关支路中的所述第一开关管和所述第二开关管的驱动信号的占空比相同且相位相差第一预设角度，所述驱动信号用来控制对应开关管的导通或断开。
13.根据权利要求12所述的混合模式充电电路，其特征在于：所述第一预设角度为180°。
14.根据权利要求1-13任意一项所述的混合模式充电电路，其特征在于：当输入电源不可调时，所述功率转换模块工作在所述第二工作模式；当输入电源可调时，所述功率转换模块根据所述电池的电压和电流在所述第一工作模式和所述第二工作模式间切换。
15.根据权利要求14所述的混合模式充电电路，其特征在于：输入电源为可调时，当所述电池的电压小于所述负载系统的最小工作电压时，或当所述电池的电压达到预设电压且所述电池的电流小于第一预设电流同时大于第二预设电流时，所述功率转换模块工作在所述第二工作模式；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于所述预设电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于所述第一预设电流时，所述功率转换模块工作在所述第一工作模式；其中，所述第一预设电流大于所述第二预设电流。
16.一种混合模式充电系统，其特征在于：所述混合模式充电系统包括模式切换电路和权利要求1-15任一项所述的混合模式充电电路；
所述模式切换电路接收控制信号，所述控制信号根据电池的电压和电流对功率转换模块的工作状态进行控制，当所述电池的电压小于负载系统的最小工作电压时，或当所述电池的电压达到预设电压且所述电池的电流小于第一预设电流同时大于第二预设电流时，所述功率转换模块工作在第二工作模式；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于所述预设电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于所述第一预设电流时，所述功率转换模块工作在第一工作模式；其中，所述第一预设电流大于所述第二预设电流。
17.根据权利要求16所述的混合模式充电系统，其特征在于：所述控制信号还根据电池的电压和电流对所述输出切换模块的输出路径进行切换，使得当所述功率转换模块工作在所述第一工作模式时，导通路径切换开关，所述功率转换模块通过所述路径切换开关对电池进行充电；当所述功率转换模块工作在所述第二工作模式时，断开所述路径切换开关，所述功率转换模块通过充放电开关管对电池进行充电。
18.根据权利要求16或17所述的混合模式充电系统，其特征在于：所述混合模式充电系统还包括充放电控制电路；
所述充放电控制电路根据电池的电压和电流对充放电开关管的状态进行控制；当所述电池的电压小于所述负载系统的最小工作电压时，使所述充放电开关管处于线性调制状态；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于所述预设电压时，或当所述电池电压达到所述预设电压时且所述电池的电流大于所述第二预设电流时，使所述充放电开关管处于完全导通状态；当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池电流小于所述第二预设电流时，使所述充放电开关管处于截止状态。
19.一种混合模式充电方法，其特征在于，所述混合模式充电方法包括以下步骤：
对功率转换模块的工作模式进行切换，当工作在不同的工作模式时，所述功率转换模块中的全部或部分开关管被复用以进行功率变换；
对输出模块中的路径进行切换：当所述功率转换模块工作在第一工作模式时，导通路径切换开关，所述功率转换模块的输入电压与输出电压的比值固定，所述功率转换模块通过所述路径切换开关对电池进行充电；当所述功率转换模块工作在第二工作模式时，断开所述路径切换开关，根据所述功率转换模块中的开关管的导通时间占比对所述功率转换模块的输出信号进行调节，所述功率转换模块通过充放电开关管对电池进行充电。
20.根据权利要求19所述的混合模式充电方法，其特征在于：所述的混合模式充电方法还包括以下步骤：
检测输入电源的供电状态，当输入电源非正常供电时，断开隔离开关；当输入电源正常供电时，导通所述隔离开关。
21.根据权利要求19所述的混合模式充电方法，其特征在于：所述的混合模式充电方法还包括以下步骤：检测输入电源是否可调节，根据所述输入电源是否可调节，对所述功率转换模块的工作状态进行控制：当所述输入电源为不可调节时，控制所述功率转换模块工作在所述第二工作模式；当输入电源可调时，控制所述功率转换模块在所述第一工作模式和所述第二工作模式间切换。
22.根据权利要求21所述的混合模式充电方法，其特征在于：当所述输入电源为可调节时，根据电池的电压和电流对所述功率转换模块的工作状态进行切换；
当所述电池电压小于所述负载系统的最小工作电压时，或当所述电池的电压达到预设电压且所述电池的电流小于第一预设电流同时大于第二预设电流时，控制所述功率转换模块工作在所述第二工作模式；当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于所述预设电压时，或当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流大于所述第一预设电流时，控制所述功率转换模块工作在所述第一工作模式；其中，所述第一预设电流大于所述第二预设电流。
23.根据权利要求22所述的混合模式充电方法，其特征在于：所述的混合模式充电方法还包括以下步骤：根据所述电池的电压和电流对所述充放电开关管的状态进行控制：
当所述电池的电压小于所述负载系统的最小工作电压时，控制所述充放电开关管处于线性调制状态；
当所述电池的电压大于所述负载系统的最小工作电压且小于所述预设电压时，或当所述电池电压达到所述预设电压且所述电池电流大于所述第二预设电流时，控制所述充放电开关管处于完全导通状态；
当所述电池的电压达到所述预设电压且所述电池的电流小于所述第二预设电流时，控制所述充放电开关管处于截止状态。
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