CN113595215B - 一种电池充电系统与集成芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池充电系统与集成芯片，涉及电子电路技术领域，其中，电池充电系统包括第一转换模块、第二转换模块与第一控制单元，第一转换模块用于实现第一电压端的电压与第二电压端的电压之间的转换。第二转换模块包括第一开关支路与第一电容，第一开关支路包括第一组开关与第二组开关。第一控制单元分别与第一组开关以及第二组开关连接，第一控制单元用于开启第一组开关以建立第一导电通路，以通过第一导电通路将第一电容两端的电压充电至第一预设电压，以及开启第二组开关以建立第二导电通路，以将第一电容两端的电压与系统电压的总和施加于第三电压端。通过上述方式，能够提高在电池充放电过程中电池充电系统的工作效率。

Description

一种电池充电系统与集成芯片

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电池充电系统与集成芯片。

背景技术

随着技术的进一步发展，各种便携式设备，例如手机、平板电脑、数码相机、MP3播放器等，已经变得流行起来。每个便携式设备可以使用多个可充电电池单元。多个可充电电池单元可以串联或并联连接以形成用于存储电能的可充电电池组。

电池充电器用于为多个可充电电池单元恢复能量。电池充电器被控制为向多个可充电电池单元提供电压(例如恒压充电模式)和电流(例如恒流充电模式)，从而为电池恢复能量。

由于电池容量是有限的，则随着功耗的增加，需要通过减少为电池充电的时间长度来缓解用户的续航焦虑。快速充电已成为满足消费者不断变化的需求的真正解决方案。在现有的快速充电系统中，通常需要采用至少一个如图1所示的隔离开关118，以实现电池充电的路径管理，尤其是在电池预充电的过程中实现电池电压的线性稳压功能，从而实现电池的预充电和系统的供电同时进行。

然而，由于经过隔离开关的电流较高，且在系统充电和放电时电流都会经过隔离开关，这就会导致额外的损耗产生，从而降低了工作效率。

发明内容

本申请实施例旨在提供一种电池充电系统与集成芯片，能够提高在电池充放电过程中电池充电系统的工作效率。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种电池充电系统，包括：

第一转换模块，所述第一转换模块分别与第一电压端以及第二电压端连接，所述第一转换模块用于实现所述第一电压端的电压与所述第二电压端的电压之间的转换；

第二转换模块，所述第二转换模块分别与所述第二电压端以及第三电压端连接，所述第二转换模块包括第一开关支路与第一电容，所述第一开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第一开关支路包括第一组开关与第二组开关，所述第一组开关的第一端与所述第二组开关的第一端以及所述第一电容的第一端连接，所述第一组开关的第二端与所述第二组开关的第二端以及所述第一电容的第二端连接；

其中，所述第一电压端用于连接输入电源，所述第二电压端用于连接外部系统，且所述第二电压端的电压为支持所述外部系统工作的系统电压，所述第三电压端用于连接外部的电池支路，所述电池支路包括至少两节串联连接的电芯；

第一控制单元，所述第一控制单元分别与所述第一组开关以及所述第二组开关连接，所述第一控制单元用于：

开启所述第一组开关以建立第一导电通路，以通过第一导电通路将所述第一电容两端的电压充电至小于所述系统电压的第一预设电压；

开启所述第二组开关以建立第二导电通路，以将所述第一电容两端的电压与所述系统电压的总和施加于所述第三电压端，并通过所述第三电压端为外部的电池支路充电。

在一种可选的方式中，所述第一组开关包括至少两个开关管，所述开启所述第一组开关以建立第一导电通路，包括：

配置所述第一组开关中至少一个开关管工作在恒流区，并配置第一组开关中其余开关管导通，以建立第一导电通路。

在一种可选的方式中，所述第二组开关包括至少两个开关管，所述接通所述第二组开关以建立第二导电通路，包括：

配置所述第二组开关中的至少一个开关管工作在恒流区，并配置第二组开关中其余开关管导通，以建立第二导电通路。

在一种可选的方式中，所述第一开关支路包括依次串联连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管，所述第一开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第一开关支路的中点与所述第二电压端连接，所述第一电容连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间的第一节点与所述第三开关管和所述第四开关管之间的第二节点之间；

所述第一控制单元与所述第一开关支路中的各开关管连接；

其中，所述第一组开关包括所述第二开关管与所述第四开关管，所述第二组开关包括所述第一开关管与所述第三开关管。

在一种可选的方式中，所述第二开关管被配置为导通，所述第四开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第一导电通路。

在一种可选的方式中，所述第三开关管被配置为导通，所述第一开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第二导电通路；

当第一开关管两端的电压小于第二预设电压时，所述第一开关管与所述第三开关管被配置为关断。

在一种可选的方式中，所述电池充电系统还包括第二开关支路与第二电容，所述第二开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第二开关支路包括第三组开关与第四组开关，所述第二电容分别与所述第三组开关以及所述第四组开关连接；

所述第一控制单元分别与所述第三组开关以及所述第四组开关连接，所述第一控制单元还用于：

开启所述第三组开关以建立第三导电通路，以通过第三导电通路将所述第二电容两端的电压充电至小于所述系统电压的第三预设电压；

开启所述第四组开关以建立第四导电通路，以将所述第二电容两端的电压与所述系统电压的总和施加于所述第三电压端，并通过所述第三电压端为外部的电池支路充电。

在一种可选的方式中，所述第三组开关包括至少两个开关管，所述开启所述第三组开关以建立第三导电通路，包括：

配置所述第三组开关中至少一个开关管工作在恒流区，并配置第三组开关中其余开关管导通，以建立第三导电通路。

在一种可选的方式中，所述第四组开关包括至少两个开关管，所述接通所述第四组开关以建立第四导电通路，包括：

配置所述第四组开关中的至少一个开关管工作在恒流区，并配置第四组开关中其余开关管导通，以建立第四导电通路。

在一种可选的方式中，所述第二开关支路包括依次串联连接的第五开关管、第六开关管、第七开关管与第八开关管，所述第二开关支路连接于所述第三电压端以及地之间，所述第二开关支路的中点与所述第二电压端连接，所述第二电容连接于所述第五开关管和所述第六开关管之间的第三节点与所述第七开关管和所述第八开关管之间的第四节点之间；

所述第一控制单元与所述第二开关支路中的各开关管连接；

其中，所述第三组开关包括所述第六开关管与所述第八开关管，所述第四组开关包括所述第五开关管与所述第七开关管。

在一种可选的方式中，所述第一开关管和所述第三开关管的组合与所述第五开关管和所述第七开关管的组合被配置为以交替的方式导通，为所述电池支路提供充电电能。

在一种可选的方式中，所述第六开关管被配置为导通，所述第八开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第三导电通路。

在一种可选的方式中，所述第七开关管被配置为导通，所述第五开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第四导电通路；

当第五开关管两端的电压小于第四预设电压时，所述第五开关管与所述第七开关管被配置为关断。

在一种可选的方式中，所述第二开关管被配置为体端子连接可切换的场效应管；

其中，若所述第二开关管的体端子与其第二端相连，则其体二极管的阴极与其第三端连接；

若所述第二开关管的体端子与其第三端相连，则其体二极管的阴极与其第二端连接。

在一种可选的方式中，所述第二开关管被配置为体端子与第三端连接，所述第四开关管被配置为导通，且所述第二开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第一导电通路；

当所述第一电容两端的电压等于第五预设电压时，所述第四开关管被配置为关断，所述第二开关管被配置为关断，所述第二开关管还被配置为体端子与其第二端连接。

在一种可选的方式中，所述第三开关管被配置为导通，所述第一开关管被配置工作在恒流区，以建立所述第二导电通路；

当所述第一开关管两端的电压小于第六预设电压时，所述第一开关管与所述第三开关管被配置为关断。

在一种可选的方式中，所述第一开关支路还包括第九开关管，所述第二开关管通过所述第九开关管与所述第三开关管连接；

所述第九开关管的第一端与所述第一控制单元连接，所述第九开关管的第二端与所述第二开关管的第二端连接，所述第九开关管的第三端与所述第三开关管的第三端连接；

所述第二开关支路还包括第十开关管，所述第六开关管通过所述第十开关管与所述第七开关管连接；

所述第十开关管的第一端与所述第一控制单元连接，所述第十开关管的第二端与所述第六开关管的第二端连接，所述第十开关管的第三端与所述第七开关管的第三端连接。

在一种可选的方式中，所述第二开关管与所述第四开关管被配置为导通，所述第九开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第一导电通路；

当所述第一电容两端的电压等于第七预设电压时，所述第二开关管、所述第四开关管以及所述第九开关管被配置为关断。

在一种可选的方式中，所述第三开关管被配置为导通，所述第一开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第二导电通路；

当所述第一开关管两端的电压小于第八预设电压时，第一开关管与第三开关管被配置为关断。

在一种可选的方式中，所述第一开关支路还包括第十一开关管，所述第一开关管通过所述第十一开关管与所述第二开关管连接；

所述第十一开关管的第二端与所述第一开关管的第二端连接，所述第十一开关管的第三端与所述第二开关管的第三端连接；

所述第二开关支路还包括第十二开关管，所述第五开关管通过所述第十二开关管与所述第六开关管连接；

所述第十二开关管的第二端与所述第五开关管的第二端连接，所述第十二开关管的第三端与所述第六开关管的第三端连接。

在一种可选的方式中，所述第二开关管被配置为导通，所述第四开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第一导电通路；

当所述第一电容两端的电压与所述第二电压端的电压相等时，则所述第二开关管与所述第四开关管被配置为关断。

在一种可选的方式中，所述第一开关管与所述第四开关管被配置为导通，所述第十一开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第二导电通路；

当所述第十一开关管两端的电压小于第九预设电压时，所述第一开关管、所述第十一开关管与所述第三开关管被配置为关断。

在一种可选的方式中，所述第二转换模块还包括2N个第一扩展单元，所述2N个第一扩展单元用于使所述第三电压端的电压与所述第二电压端的电压的比率等于2•F(N+3):1，其中，N为正整数,F(n)表示斐波纳契数列，n=N+3；

所述第一扩展单元包括第三电容、第一扩展开关管、第二扩展开关管以及第三扩展开关管；

所述第三电容的第一端与所述第一扩展开关管的第三端连接，所述第三电容的第二端分别与所述第二扩展开关管的第二端以及所述第三扩展开关管的第三端连接，所述第三扩展开关管的第二端接地；

其中，所述第一扩展开关管的第三端为所述第一扩展单元的第一端，所述第一扩展开关管的第二端为所述第一扩展单元的第二端，所述第二扩展开关管的第三端为所述第一扩展单元的第三端。

在一种可选的方式中，所述N为1，所述电池充电系统包括第一个所述第一扩展单元与第二个所述第一扩展单元；

第一个所述第一扩展单元的第一端与所述第一开关管的第二端连接，第一个所述第一扩展单元的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第二开关管的第三端连接，第一个所述第一扩展单元的第三端与所述第二开关管的第二端连接；

第二个所述第一扩展单元的第一端与所述第五开关管的第二端连接，第二个所述第一扩展单元的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第六开关管的第三端连接，第二个所述第一扩展单元的第三端与所述第六开关管的第二端连接。

在一种可选的方式中，所述第二转换模块还包括2K个第二扩展单元，所述2K个第二扩展单元用于使所述第三电压端的电压与所述第二电压端的电压的比率等于（K+2）:1，其中，K为正整数；

所述第二扩展单元包括第四电容、第四扩展开关管、第五扩展开关管以及第六扩展开关管；

所述第四电容的第一端与所述第四扩展开关管的第三端连接，所述第四电容的第二端分别与所述第五扩展开关管的第二端以及所述第六扩展开关管的第三端连接，所述第四扩展开关管的第二端与所述第五扩展开关管的第三端连接；

其中，所述第四扩展开关管的第三端为所述第二扩展单元的第一端，所述第四扩展开关管的第二端为所述第二扩展单元的第二端，所述第六扩展开关管的第二端为所述第二扩展单元的第三端。

在一种可选的方式中，所述K为1，所述电池充电系统包括第一个所述第二扩展单元与第二个所述第二扩展单元；

第一个所述第二扩展单元的第一端与所述第一开关管的第二端连接，第一个所述第二扩展单元的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第二开关管的第三端连接，第一个所述第二扩展单元的第三端与所述第一电容的第二端、所述第三开关管的第二端以及所述第四开关管的第三端连接；

第二个所述第二扩展单元的第一端与所述第五开关管的第二端连接，第二个所述第二扩展单元的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第六开关管的第三端连接，第二个所述第二扩展单元的第三端与所述第二电容的第二端、所述第七开关管的第二端以及所述第八开关管的第三端连接。

在一种可选的方式中，所述电池充电系统还包括第一调压模块，所述第一调压模块包括第二控制单元与第十三开关管；

所述第十三开关管的第一端与所述第二控制单元连接，所述第十三开关管的第二端与所述第三电压端连接，所述第十三开关管的第三端与所述第一开关管的第三端连接。

在一种可选的方式中，所述电池充电系统还包括信号选择模块；

所述信号选择模块分别与所述第一电压端以及所述第三电压端连接，所述信号选择模块用于根据所述第一电压端的输入电源，选择输入至所述第三电压端的电压信号。

在一种可选的方式中，所述信号选择模块包括第三控制单元与第一隔离开关；

所述第三控制单元的第一端与所述第一隔离开关的第一端连接，所述第三控制单元的第二端与所述第一电压端以及所述第一隔离开关的第二端连接，所述第一隔离开关的第三端与所述第三电压端连接。

在一种可选的方式中，当所述电池充电系统工作在负载瞬态期间，或当所述电池充电系统工作在纯电池模式时，所述第二转换模块被配置为从在1:2的升压电荷泵模式下工作，切换为在2:1的降压电荷泵模式下工作；

其中，当第二转换模块被配置为在2:1的降压电荷泵模式下工作时，所述第三电压端的电压用以为所述第二电压端提供电压。

第二方面，本申请提供一种集成芯片，包括如上所述的电池充电系统。

本申请实施例的有益效果是：本申请提供的电池充电系统包括第一转换模块、第二转换模块与第一控制单元，第一转换模块分别与第一电压端以及第二电压端连接，第一转换模块用于实现第一电压端的电压与第二电压端的电压之间的转换。第二转换模块分别与第二电压端以及第三电压端连接，第二转换模块包括第一开关支路与第一电容，第一开关支路连接于第三电压端与地之间，第一开关支路包括第一组开关与第二组开关，第一电容分别与第一组开关以及第二组开关连接。第一控制单元分别与第一组开关以及第二组开关连接，第一控制单元用于开启第一组开关以建立第一导电通路，以通过第一导电通路将第一电容两端的电压充电至小于系统电压的第一预设电压。开启第二组开关以建立第二导电通路，以将第一电容两端的电压与系统电压的总和施加于第三电压端，并通过第三电压端为外部的电池支路充电。因此，通过上述方式，无需设置隔离开关即可实现电池的充放电功能，功耗较低，能够提高在电池充放电过程中电池充电系统的工作效率。

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进行示例性说明，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为相关技术中的双级充电系统的电路结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电池充电系统的结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的电池充电系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电池充电系统的电路结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的电池充电系统的电路结构示意图；

图6为本申请又一实施例提供的电池充电系统的电路结构示意图；

图7为本申请又一实施例提供的电池充电系统的电路结构示意图；

图8为本申请又一实施例提供的电池充电系统的电路结构示意图；

图9为本申请又一实施例提供的电池充电系统的电路结构示意图；

图10为本申请实施例提供的第一扩展单元与第二扩展单元的电路结构示意图；

图11为本申请又一实施例提供的电池充电系统的电路结构示意图；

图12为本申请又一实施例提供的电池充电系统的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为相关技术中的双级充电系统的电路结构示意图。如图1所示，双级充电系统100包括两个功率级电路，分别为第一个功率级电路110与第二个功率级电路130。

其中，在第一个功率级电路110与第二个功率级电路130之间设置有一隔离开关118以实现电池充电的路径管理，尤其是在电池预充电的过程中实现电池电压的线性稳压功能，从而实现电池的预充电和系统的供电同时进行。

然而，由于经过隔离开关的电流较高(例如，4A或更高)，且在系统充电和放电时电流都会经过隔离开关，这就会导致额外的损耗产生，从而降低了工作效率。

基于此，本申请提供一种电池充电系统，该电池充电系统未设置隔离开关即可实现电池不同充电阶段的充电功能，功耗较低，有利于提高在电池充放电过程中电池充电系统的工作效率。

如图2所示，电池充电系统1包括第一转换模块10、第二转换模块20与第一控制单元U1。其中，第一转换模块10分别与第一电压端VBUS以及第二电压端VSYS连接，第二转换模块20分别与第二电压端VSYS以及第三电压端VBAT连接，第二转换模块20包括第一开关支路21与第一电容C1，第一开关支路21连接于第三电压端VBAT与地之间，第一开关支路21包括第一组开关211与第二组开关212，第一电容C1分别与第一组开关211以及第二组开关212连接，第一控制单元U1分别与第一组开关211以及第二组开关212连接。

其中，在本申请所提供的实施例中，第一电压端VBUS用于连接输入电源。第二电压端VSYS用于连接外部系统，以为外部系统供电，在一实施例中，外部系统为便携式设备，例如智能手机。第三电压端VBAT用于连接外部的电池支路，电池支路包括至少两节串联连接的电芯。

具体地，首先，第一控制单元U1通过控制第一组开关211开启，即控制第一组开关211中的各个开关导通，以建立第一导电通路，并利用第一转换模块10通过对第一电压端VBUS输入的电压的转换，在第二电压端VSYS处配置系统电压，以通过第一导电通路将第一电容C1两端的电压充电至小于系统电压的第一预设电压。其中，第二电压端VSYS的电压为支持外部系统工作的系统电压，即系统电压为第二电压端VSYS连接的外部系统的工作电压。

在一实施例中，第一组开关211包括至少两个开关管，则可配置第一组开关211中至少一个开关管工作在恒流区，并配置第一组开关211中其余开关管导通，以建立第一导电通路。其中，若开关管工作在恒流区，则该开关管上流过的电流基本不受开关管两端电压的变化而变化，只受栅极和源极间电压控制，可等效为一个可变电阻，而且其电阻值受控于栅极与源极之间的电压。

继而，第一控制单元U1还用于开启第二组开关212以建立第二导电通路，以将第一电容C1两端的电压（此时可为第一预设电压）与系统电压的总和施加于第三电压端VBAT，并通过第三电压端VBAT为外部的电池支路充电。

在一实施例中，第二组开关212包括至少两个开关管，则可配置第二组开关212中至少一个开关管工作在恒流区，并配置第二组开关212中其余开关管导通，以建立第二导电通路。

从而，在此实施例中，当电池支路中的电池处于预充电状态时，其充电所需的电压（即第一输入端VBAT连接的输入电源的电压）往往低于第二电压端VSYS连接的外部系统可承受的最低运行电压的两倍。通过第一开关组211对第一电容C1的充电过程进行控制，可以实现第一电容C1两端电压（即第一预设电压）小于第二电压端VSYS的电压，使得通过第二开关组212将第二电压端VSYS的电压和第一电容C1的电压串联时的总电压（即第三电压端VBAT的电压）低于第二电压端VSYS的电压的两倍。因此，无需专门设置隔离开关118，并可利用其工作在线性稳压模式实现压降，以实现获得小于第二电压端VSYS电压的两倍的第三电压端VBAT电压，从而实现电池的预充电。在本实施例中，由于去掉了隔离开关118所带来的损耗，本方案的功耗更低，有利于提高电池充电系统1的工作效率。

在一实施例中，输入电源为具有在6V至10V范围内的可调输出电压的电源。并且，该电源具有预先设计的电压调节步长，例如由USB PD3.0 适配器提供的20mV 的电压调节步长。

在一实施例中，输入电源可以为具有固定的输出电压（例如，5V）的电源。在另一实施例中，输入电源也可以为具有可调节的输出电压（例如，从3.6 V至5.5 V ），并具有预先设计的电压调节步长。例如，输入电源可以是一个USB PD3.0 PPS适配器。

在一实施例中，如图3所示，电池充电系统1还包括第二开关支路22与第二电容C2，第二开关支路22连接于第三电压端VBAT与地GND之间，第二开关支路22包括第三组开关221与第四组开关222，第二电容C2分别与第三组开关221以及第四组开关222连接。第一控制单元U1分别与第三组开关221以及第四组开关222连接。

具体地，首先，第一控制单元U1通过控制第三组开关221开启，即控制第三组开关221中的各个开关导通，以建立第三导电通路，并并利用第一转换模块10通过对第一电压端VBUS输入的电压的转换，在第二电压端VSYS处配置系统电压，以通过第三导电通路将第二电容C2两端的电压充电至小于系统电压的第三预设电压。

在一实施例中，第三组开关221包括至少两个开关管，则可配置第三组开关221中至少一个开关管工作在恒流区，并配置第三组开关221中其余开关管导通，以建立第三导电通路。

继而，第一控制单元U1还用于开启第四组开关212以建立第四导电通路，以将第二电容C2两端的电压（此时可为第三预设电压）与系统电压（即第二电压端VSYS连接的外部系统的工作电压）的总和施加于第三电压端VBAT，并通过第三电压端VBAT为外部的电池支路充电。

在一实施例中，第四组开关212包括至少两个开关管，则可配置第四组开关212中至少一个开关管工作在恒流区，并配置第四组开关212中其余开关管导通，以建立第四导电通路。

在一实施例中，如图4所示，第一转换模块10包括第一转换模块控制单元U0、电容CT1、电容CT2、电容CT3、第一电感L1、开关管QT1、开关管QT2、开关管QT3与开关管QT4。其中，在此实施例中，以各开关管均为MOS管为例。其中，电容CT1的第一端与第一电压端VBUS以及开关管QT4的第二端连接，电容CT1的第二端接地，开关管QT4的第三端与开关管QT1的第三端、电容CT2的第一端以及开关管QT3的第三端连接，电容CT2的第二端接地，开关管QT1的第二端与第一电感L1的第一端以及开关管QT2的第三端连接，开关管QT2的第二端接地，第一电感L1的第二端与开关管QT3的第二端、电容CT3的第一端以及第二电压端VSYS连接，电容CT3的第二端接地，开关管QT1的第一端、开关管QT2的第一端、开关管QT3的第一端以及开关管QT4的第一端皆与第一转换模块控制单元U0连接。

具体地，第一转换模块10的各开关管均受控于第一转换模块控制单元U0，即第一转换模块控制单元U0通过控制第一转换模块10中各开关管的导通或断开，可将第一电压端VBUS上的电压进行转换，并将转换后的电压从第二电压端VSYS输出，或将第二电压端VSYS上的电压进行转换，并将转换后的电压从第一电压端VBUS输出。

在一实施例中，第一开关支路21包括依次串联连接的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4，第一开关支路21连接于第三电压端VBAT与地GND之间，第一开关支路21的中点与第二电压端VSYS连接，第一电容C1连接于第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的第一节点P1与第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的第二节点P2之间，第一控制单元U1与第一开关支路21中的各开关管连接。其中，第一组开关211包括第二开关管Q2与第四开关管Q4，第二组开关212包括第一开关管Q1与第三开关管Q3。

具体地，在一实施方式中，第二开关管Q2被配置为导通，第四开关管Q4被配置为工作在恒流区，以建立第一导电通路。

在另一实施方式中，第三开关管Q3被配置为导通，第一开关管Q1被配置为工作在恒流区，以建立第二导电通路。当第一开关管Q1两端的电压小于第二预设电压时，第一开关管Q1与第三开关管Q3被配置为关断。其中，以第一开关管Q1为MOS管为例，第一开关管Q1两端的电压为第一开关管Q1的源极与漏极之间的电压。

在一实施例中，第二开关支路22包括依次串联连接的第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7与第八开关管Q8。其中，第二开关支路22连接于第三电压端VBAT以及地GND之间，第二开关支路22的中点与第二电压端VSYS连接，第二电容C2连接于第五开关管Q5和第六开关管Q6之间的第三节点P3与第七开关管Q7和第八开关管Q8之间的第四节点P4之间。第一控制单元U1与第二开关支路22中的各开关管连接。其中，第三组开关221包括第六开关管Q6与第八开关管Q8，第四组开关222包括第五开关管Q5与第七开关管Q7。

具体地，在一实施方式中，第六开关管Q6被配置为导通，第八开关管Q8被配置为工作在恒流区，以建立第三导电通路。

在另一实施方式中，第七开关管Q7被配置为导通，第五开关管Q5被配置为工作在恒流区，以建立第四导电通路。当第五开关管Q5两端的电压小于第四预设电压时，第五开关管Q5与第七开关管Q7被配置为关断。其中，以第五开关管Q5为MOS管为例第五开关管Q5两端的电压为第五开关管Q5的源极与漏极之间的电压。

在一实施方式中，第一开关管Q1和第三开关管Q3的组合与第五开关管Q5和第七开关管Q7的组合被配置为以交替的方式导通，为电池支路提供充电电能。

需要说明的是，在本申请的实施例（比如图4）中，各个开关均以MOS开关管为例。而在其他的实施例中，各个开关也可以是其他的可控开关，例如绝缘栅双极晶体管（IGBT）器件、集成栅极换向晶闸管（IGCT）器件、栅极可关断晶闸管（GTO）器件、可控硅（SCR）器件、结栅场效应晶体管（JFET）器件、MOS控制晶闸管（MCT）器件、氮化镓（GaN）基功率器件、碳化硅（SiC）基功率器件等。

同时，虽然本申请的实施例中的各个开关被实现为单个N型MOS开关管，但是本领域技术人员将认识到可以存在许多变化、修改和替代。例如，根据不同的应用和设计需要，可以将所有或至少一些开关实施为P型晶体管。其次，本申请的实施例中所示的每个开关可以被实现为并联连接的多个开关。此外，本申请的实施例中所示各个电容可以与一个开关并联以实现零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS）。

此外，在本申请的实施例中，若任一开关管为MOS管，则MOS管的栅极为该开关管的第一端，MOS管的源极为该开关管的第二端，MOS管的漏极为该开关管的第三端。

在一实施例中，如图4所示的电池充电系统1可工作在以下五种工作模式下：

第一种工作模式：电池充电系统1被配置为对至少一个电量耗尽的电芯进行充电，即电池支路包括至少一个电量耗尽的电芯。

第二种工作模式：电池充电系统1被配置为工作在恒流充电模式。

第三种工作模式：电池充电系统1被配置为工作在恒压充电模式。

第四种工作模式：电池充电系统1被配置为工作在纯电池模式。

第五种工作模式：电池充电系统1被配置为工作在OTG模式。

在第一种工作模式下，当电池支路2中的各电芯的电量耗尽时，第一转换模块10被配置为将第二电压端VSYS上的电压调节到等于所连接的外部系统的最小电压。当输入电源连接到第一电压端VBUS时，第一转换模块10的输出电压最初用于为多个系统负载供电。第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7与第八开关管Q8均处于关断状态。第一电容C1与第二电容C2放电到零伏。一旦第二电压端VSYS上的电压稳定，第一开关管Q1、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第七开关管Q7导通，第二电压端VSYS上的电压为第一电容C1与第二电容C2充电。

一旦第一电容C1两端的电压与第二电容C2两端的电压超过预定阈值，第四开关管Q4和第八开关管Q8关闭，然后第一开关管Q1和第五开关管Q5在第三开关管Q3导通之前快速关闭。在一些实施例中，预定阈值是电量耗尽的电芯电压和外部系统的最小电压之间的差。为了为电池支路2提供足够的充电余量，预定的充电余量电压(例如，400mV)被添加到预定阈值中。

一旦第三开关管Q3完全导通，第一开关管Q1就可被配置工作在恒流区，以输出恒定电流，该恒定电流等于预定的预充电电流。在给电池支路2充电时，第一开关管Q1的源极与漏极之间的电压余量受到密切监控。一旦第一开关管Q1两端的电压小于第二预设电压时，第一开关管Q1就被关断，并且第二开关管Q2和第四开关管Q4被导通以按照上述实施例所描述的方式为第一电容C1充电。同时，第七开关管Q7导通，然后第五开关管Q5导通，并以与第一开关管Q1相同的方式为电池支路2充电。一旦第五开关管Q5两端的电压小于第四预设电压，第五开关管Q5和第七开关管Q7断开，第六开关管Q6和第八开关管Q8导通以为第二电容C2充电。

在第一种工作模式下，有两个不同的充电周期。在第一充电周期中，导通第一开关管Q1以为电池支路2充电。在第二充电周期中，导通第五开关管Q5以为电池支路2充电。在第一种工作模式下，这两个充电周期循环并以交替方式重复，直到电池支路2的电压达到恒流充电模式的阈值。电池电压达到恒流充电模式的阈值后，开始恒流充电模式，即第二种工作模式。

在第二种工作模式下，系统进入恒流充电模式。这时第二转换模块被配置为在1:2的升压电荷泵模式工作，即第一组开关211和第二组开关212以固定预设频率交替完全导通和关断，实现第二转换模块20的在第三电压端VBAT的输出电压为其在第二电压端VSYS的输入电压的两倍。如果第一电压端VBUS上的电压来自固定电压电源，则在恒流充电模式期间，会不断监测电池支路2的充电电流以确定第一转换模块10的输出电压。在一些实施例中，第一转换模块10的输出电压满足以下等式：Ic=(2×V1-V2)/Rp(1)。在式(1)中，Ic为预设恒流充电电流；V1为第一转换模块10的输出电压（即第二电压端VSYS的电压）；V2为电池支路2的电压（即第三电压端VBAT的电压）；Rp为第二转换模块20的等效路径电阻。其中，路径电阻主要由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7与第八开关管Q8这8个开关管的导通阻抗决定。

在第二种工作模式下，随着电池支路2的电压的升高，第二电压端VSYS的电压缓慢升高，以保持充电电流恒定。当第二电压端VSYS上出现较大的系统负载阶跃（即第二电压端VSYS所连接的外部系统所需电流较大），且第二电压端VSYS处的电压降至电池支路2电压的一半以下时，第二转换模块20能够从工作在1:2的升压电荷泵模式（即以固定的1:2比例进行升压转换）切换为工作在2:1的降压电荷泵模式（即以固定的2:1比例进行升压转换），以为第二电压端VSYS所连接的外部系统补充电流。来自电池支路2的电流和来自第一转换模块10的电流组合起来为第二电压端VSYS所连接的外部系统提供电力以快速恢复第二电压端VSYS上的电压。在第二电压端VSYS上出现较大的系统负载阶跃的期间从电池支路2提供补充电流的模式也被称为补充充电模式。在第二电压端VSYS上的电压恢复的时间间隔内，第一转换模块10从负载瞬态恢复后，来自电池支路2的电流相应减少。电池支路2持续为第二电压端VSYS所连接的外部系统供电，直到第一转换模块10能够提供等于第二电压端VSYS所连接的外部系统所需电流的电流。一旦第二电压端VSYS上的电压达到其调节值，充电过程将完全恢复。

在第二种工作模式下，如果第一电压端VBUS上的电压来自直连电池的USB充电器（具有直充能力的USB适配器），那么开关管QT3完全打开，开关管QT1和开关管QT2关断。第二电压端VSYS上的电压直接由USB充电器的输出提供。使用在电池充电系统1和耦合到电池充电系统1的USB适配器之间通信的USB快速充电协议来调整第一电压端VBUS处的电压。USB适配器可以调整馈入第二电压端VSYS的电压，以保持充电电流等于预设的恒定充电电流。

进而，当第二电压端VSYS上的电压达到电池支路2额定电压的一半时，电池充电系统1离开恒流充电模式并进入第三种工作模式，即恒压充电模式。

在第三种工作模式下，第一转换模块10的输出电压被调节到等于电池支路2的额定电压的一半。第二转换模块20配置为在1:2的升压电荷泵模式下运行。在恒压充电模式下，充电电流随着电池支路2电压的升高而减小。

在第三种工作模式下，一旦充电电流为零或小于预定阈值，恒压充电过程就完成了。在恒压充电模式期间，如果在第二电压端VSYS出现大的系统阶跃负载电流，则电池支路2可以在上述补充充电模式下运行。

充电过程完成后，第二转换模块20的所有开关管都会关闭，以防止由于各种系统活动而导致不必要的电池放电。只要第一电压端VBUS上的电源电压存在，第一转换模块10就会保持开启状态以向第二电压端VSYS所连接的外部系统供电。

在第四种工作模式下，在第一电压端VBUS的输入电源已经被移除之后，电池充电系统1可以在纯电池模式下操作。在纯电池模式下，第二转换模块20配置为在2:1的降压电荷泵模式下工作，即第一组开关211和第二组开关212以固定预设频率交替完全导通和关断，实现第二电压端VSYS的电压为第三电压端VBAT的电压的一半。

应该注意的是，在纯电池模式下，第二转换模块20始终工作并且永远不会关闭，除非电池支路2中各电芯的电量完全耗尽。在纯电池模式下，第一转换模块10完全关闭。开关管QT4用于在第一转换模块10关闭时防止第二电压端VSYS上具有电压。

在第五种工作模式下，当USB OTG模式启用时，第一转换模块10打开并在反向升压模式下运行，以在第一电压端VBUS上保持5.1V的OTG电压。在OTG工作模式下，开关管QT4起到隔离开关的作用，将第一转换模块10的输入与USB连接器的VBUS引脚隔离。同时，若开关管QT4导通，开关管QT4可等效为一可变电阻使用，以进行限流。

在一实施例中，如图5所示，第二开关管Q2被配置为体端子S2连接可切换的场效应管。其中，若第二开关管Q2的体端子S2与其第二端相连，则其体二极管的阴极与其第三端连接。若第二开关管Q2的体端子与其第三端相连，则其体二极管的阴极与其第二端连接。

以第二开关管Q2的第三端与第一连接点P1连接，且第二开关管Q2的第二端与第三开关管Q3连接为例。其中，第二开关管Q2的体二极管包括第一二极管D1与第二二极管D2。若第二开关管Q2的体端子S2与其第二端相连，即对应第二二极管D2被短路，体端子S2直接与第二开关管Q2的第二端相连，则第一二极管D1的阳极与第二开关管Q2的第二端相连，且第一二极管D1的阴极与第二开关管Q2的第三端相连。此时，第二开关管Q2的体二极管中有效的二极管为第一二极管D1。若第二开关管Q2的体端子S2与其第三端相连，即对应第一二极管D1被短路，体端子S2直接与第二开关管Q2的第三端相连，则第二二极管D2的阳极与第二开关管Q2的第三端相连，且第二二极管D2的阴极与第二开关管Q2的第二端相连。此时，第二开关管Q2的体二极管中有效的二极管为第二二极管D2。其中，第一二极管D1与第二二极管D2均并联一个开关（图未示），当第一二极管D1或第二二极管D2需要被短路时，通过闭合对应的开关即可，比如，闭合与第一二极管D1并联的开关可将第一二极管D1短路。

在一实施例中，第二开关管Q2被配置为体端子S2与其第三端连接，第四开关管Q4被配置为导通，且第二开关管Q2被配置为工作在恒流区，以建立第一导电通路。当第一电容C1两端的电压等于第五预设电压时，第四开关管Q4被配置为关断，第二开关管Q2被配置为关断，第二开关管Q2还被配置为体端子S2与第二开关管Q2的第二端连接。

在一实施例中，第三开关管Q3被配置为导通，第一开关管Q1被配置工作在恒流区，以建立第二导电通路。

当第一开关管Q1两端的电压小于第六预设电压时，第一开关管Q1与第三开关管Q3被配置为关断。

可以理解的是，第六开关管Q6也可被配置为体端子连接可切换的场效应管，具体应用情况与第二开关管Q2被配置为体端子连接可切换的场效应管类似，其他本领域技术人员容易理解的范围内，这里不再赘述。

在一实施例中，如图5所示的电池充电系统1也可工作在上述实施例中的五种工作模式。以该电池充电系统1工作在第一种工作模式为例。

在第一种工作模式下，第四开关管Q4与第八开关管Q8完全导通。第二开关管Q2和第六开关管Q6部分导通以减慢第一电容C1与第二电容C2的预充电速度。一旦第一电容C1和第二电容C2两端的电压达到预定值，第二开关管Q2和第六开关管Q6关断，同时第四开关管Q4与第八开关管Q8保持打开。一旦第二开关管Q2关断，第二开关管Q2的体二极管的阴极应与漏极和源极均分开一预设时长以关闭第四开关管Q4。一旦第四开关管Q4关断，第二开关管Q2的体端子S2与可以第二开关管Q2的源极连接，并且第一开关管Q1和第三开关管Q3导通。如上文关于图4所述，在该配置中，导通第一开关管Q1以产生预定电流以对电池支路2进行预充电。

一旦第一开关管Q1的电压减小至小于第二预设电压时，第一开关管Q1和第三开关管Q3就关断。以与上述相同的方式接通第二开关管Q2和第四开关管Q4以对第一电容C1充电。同时，第六开关管Q6的体二极管的阴极与第六开关管Q6的漏极和源极同时断开一预设时长以关断第八开关管Q8。一旦第八开关管Q8断开，第六开关管Q6的体端子可以与第六开关管Q6的源极连接，并且第五开关管Q5和第七开关管Q7导通。导通第五开关管Q5以产生预定电流以对电池支路2进行预充电。一旦第五开关管Q5的电压减小至小于第四预设电压时，第五开关管Q5和第七开关管Q7关断，第二电容C2可以按照前面描述的相同方式充电。

上述循环以交替方式继续对电量耗尽的电池支路2进行预充电，直到电池支路2的电压达到阈值则开始恒流充电模式。一旦电池充电系统1进入恒流充电模式，第二开关管Q2和第六开关管Q6的体端子总是连接到各自的源极。

在一实施例中，如图6所示，第一开关支路21还包括第九开关管Q9，第二开关管Q2通过第九开关管Q9与第三开关管Q3连接，第二开关支路22还包括第十开关管Q10，第六开关管Q6通过第十开关管Q10与第七开关管Q7连接。其中，第九开关管Q9的第一端与第一控制单元U1连接，第九开关管Q9的第二端与第二开关管Q2的第二端连接，第九开关管Q9的第三端与第三开关管Q3的第三端连接。第十开关管Q10的第一端与第一控制单元U1连接，第十开关管Q10的第二端与第六开关管Q6的第二端连接，第十开关管Q10的第三端与第七开关管Q7的第三端连接。

具体地，在一实施方式中，第二开关管Q2与第四开关管Q4被配置为导通，第九开关管Q9被配置为工作在恒流区，以建立第一导电通路。当第一电容C1两端的电压等于第七预设电压时，第二开关管Q2、第四开关管Q4以及第九开关管Q9被配置为关断。

在另一实施方式中，第三开关管Q3被配置为导通，第一开关管Q1被配置为工作在恒流区，以建立第二导电通路。当第一开关管Q1两端的电压小于第八预设电压时，第一开关管Q1与第三开关管Q3被配置为关断。

图6所示的电池充电系统1与图5所示的电池充电系统主要区别在于将图5中具有体端子连接可切换的场效应管（比如图5中的第二开关管Q2）替代为两个体端子连接固定的场效应管（比如图6中的第二开关管Q2与第九开关管Q9）。因此，图6所示的电池充电系统1与图5所示的电池充电系统1的工作原理相似。

比如，在图6中，在第一电容C1和第二电容C2的充电过程中，第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6与第八开关管Q8完全导通。第九开关管Q9和第十开关管Q10部分导通（恒流区）以分别对第一电容C1和第二电容C2缓慢充电。当第一电容C1和第二电容C2两端的电压达到第七预设电压时，第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10同时关闭。然后，第一开关管Q1和第三开关管Q3导通以与上文关于图5所述的相同的方式对电量耗尽的电池支路2进行预充电。充电循环以交替方式重复直到电池支路2的电压达到恒流充电模式的阈值。在达到恒流充电模式的阈值后，电池充电系统1进入恒流充电模式。然后，在恒流充电模式期间，第九开关管Q9和第十开关管Q10一直保持完全导通。

值得注意的是，第九开关管Q9和第十开关管Q10在其他工作模式，例如恒流充电模式、恒压充电模式、纯电池模式和OTG模式下均是完全导通的。

在一实施例中，如图7所示，第一开关支路21还包括第十一开关管Q11，第一开关管Q1通过第十一开关管Q11与第二开关管Q2连接。第二开关支路22还包括第十二开关管Q12，第五开关管Q5通过第十二开关管Q12与第六开关管Q6连接。其中，第十一开关管Q11的第二端与第一开关管Q1的第二端连接，第十一开关管Q11的第三端与第二开关管Q2的第三端连接。第十二开关管Q12的第二端与第五开关管Q5的第二端连接，第十二开关管Q12的第三端与第六开关管Q6的第三端连接。

具体地，在一实施方式中，第二开关管Q2被配置为导通，第四开关管Q4被配置为工作在恒流区，以建立第一导电通路。当第一电容C1两端的电压与第二电压端VSYS的电压相等时，则第二开关管Q2与第四开关管Q4被配置为关断。

在另一实施方式中，第一开关管Q1与第三开关管Q3被配置为导通，第十一开关管Q11被配置为工作在恒流区，以建立第二导电通路。当第十一开关管Q11两端的电压小于第九预设电压时，第一开关管Q1、第十一开关管Q11与第三开关管Q3被配置为关断。

图7所示的电池充电系统1与图4所示的电池充电系统主要区别在于图7中使用串联的第一开关管Q1与第十一开关管Q11替代图4中的第一开关管Q1，图7中使用串联的第五开关管Q5与第十二开关管Q12替代图4中的第五开关管Q5。则，图7所示的电池充电系统1与图4所示的电池充电系统1的工作原理相似。

在本实施例中，第十一开关管Q11和第十二开关管Q12具有两个功能。首先，可通过导通第十一开关管Q11和第十二开关管Q12以对电量已耗尽的电池支路2进行预充电。其次，第十一开关管Q11和第十二开关管Q12可用作简单开关，使得第二转换模块20可以工作在1:2的升压电荷泵模式或2:1的降压电荷泵模式。

在一实施例中，如图8所示，电池充电系统1还包括第一调压模块30，第一调压模块30包括第二控制单元U2与第十三开关管Q13。其中，第十三开关管Q13的第一端与第二控制单元U2连接，第十三开关管Q13的第二端与第三电压端VBAT连接，第十三开关管Q13的第三端与第一开关管Q1的第三端连接。

图8所示的电池充电系统1与图4所示的电池充电系统主要区别在于图8所示的电池充电系统1增加了第一调压模块30，其中，第一调压模块30可用于控制上述实施例中的五种工作模式以及补充充电模式。

在第一种工作模式下，电池支路2的电量耗尽，则第一调压模块30输入端的电压等于第二电压端VSYS所连接的外部系统的最小电压的两倍。第一调压模块30在预充电模式（即线性稳压模式）下操作以对电池支路2充电。在电池支路2的预充电期间不允许切换为补充充电模式，直到电池支路2的电压等于第二电压端VSYS所连接的外部系统的最小电压的两倍。

在第二种工作模式下，第二电压端VSYS被调节以跟踪电池支路2的电压。可通过调节第二电压端VSYS的电压，以使得第二电压端VSYS的两倍电压与电池支路2的电压之间的差值大于或等于维持第一调压模块30作为恒流源所需的最小电压。

在第二种工作模式下，如果第二电压端VSYS出现较大的系统阶跃负载，且较大的系统阶跃负载导致第二电压端VSYS的电压下降至电池支路2的电压的一半以下，则第二控制单元U2驱动第十三开关管Q13完全导通使得电池支路2可以补充额外的电流以满足系统需求。一旦第一转换模块10从瞬态响应中恢复，第一调压模块30退出补充充电模式并恢复恒流充电模式的运行。

在一实施方式中，如果耦合到电池充电系统1的USB适配器能够直充（例如，直接到电池充电器），一旦预充电模式完成，第一转换模块10被关闭，并且开关管QT3导通以绕过开关管QT1和第一电感L1。通过直充协议调整第一电压端VBUS的电压，可使得第二转换模块20的输出电压（即第二电压端VSYS的电压）大于或等于第一调压模块30的最小电压，以保持第一调压模块30作为恒流源运行。在恒流充电模式下，第一电压端VBUS的电压随着电池支路2的电压的增加而增加。

在一实施方式中，一旦电池进入恒压充电模式，第二电压端VSYS的电压被调节到等于电池支路2的额定电压的一半，第二控制单元U2可以完全打开第十三开关管Q13以减少第十三开关管Q13的功耗。无论是固定直流电源还是连接到第一电压端VBUS的直充USB适配器，第一转换模块10都能够在恒压充电模式期间完全控制第二电压端VSYS的电压。

在一实施方式中，如果电池支路2处于健康状态并且第一电压端VBUS所连接的输入电源已经被移除，则电池充电系统1可以仅工作在纯电池模式下。在纯电池模式下，第一调压模块30用于驱动第十三开关管Q13完全导通，第二转换模块20工作在2:1的降压电荷泵模式，为耦合到第二电压端VSYS的外部系统供电。在纯电池模式下，第一转换模块10中各开关管均关断，并且开关管QT4保持关闭以防止第二电压端VSYS的电压与第一电压端VBUS的电压相等。

在一实施方式中，当USB OTG模式被启用时，第一转换模块10被配置为在反向升压模式下运行，以在第一电压端VBUS提供5.1V或更高的电压。开关管QT4用作USB OTG模式的使能开关。此外，开关管QT4用于进行电流限制，以防止电池支路2被耦合到电池充电系统1的OTG设备过载或短路。

在一实施例中，电池充电系统1还包括信号选择模块40。信号选择模块1分别与第一电压端VBUS以及第三电压端VBAT连接，信号选择模块40用于根据第一电压端VBUS的输入电源，选择输入至第三电压端VBAT的电压信号。

在一实施例中，信号选择模块40包括第三控制单元U3与第一隔离开关（图9中以第一隔离开关管QS1为例）。其中，第三控制单元U3的第一端与第一隔离开关管QS1的第一端连接，第三控制单元U3的第二端与第一电压端VBUS以及第一隔离开关管QS1的第二端连接，第一隔离开关管QS1的第三端与第三电压端VBAT连接。

其中，第一隔离开关管QS1包括两个背对背连接的晶体管。第一隔离开关管QS1可以使USB的电源直接施加到第三电压端VBAT，而无需经过USB过压保护单元U4，以达到更好的充电效率。在一实施方式中，USB过压保护单元U4可为USB OVP芯片，USB OVP芯片可用于在VBUS端子处出现大浪涌电压，或无线输入电源被用于为电池支路2充电时将USB输入电源与电池充电系统1断开。其中，USB过压保护单元U4的第一端与第一电压端VBUS连接，USB过压保护单元U4的第二端与电容CT1的第一端连接，USB过压保护单元U4的第三端接地。

在一实施例中，电池充电系统1还包括无线充电模块50，其中无线充电模组50包括开关管QS2与线性充电单元U5，其中开关管QS2的第二端用于与第四电压端VWPC连接，开关管QS2的第一端与线性充电单元U5的第一端连接，开关管QS2的第三端与线性充电单元U5的第二端连接，线性充电单元U5的第三端还与第三电压端VBAT连接。其中，第四电压端VWPC（即无线充电输入端）用于与无线输入电源连接。

在此实施例中，电池充电系统1具有两种输入源，即USB输入和无线输入。如图9所示，接收器的输出通过充电模块50连接到第三电压端VBAT。充电模块50中的开关管QS2能够防止反向电流，并能够提供限流保护。线性充电单元U5能够在包括预充电模式、恒流模式和恒压模式的各种工作模式下控制馈入电池支路2的电流和/或电压。充电模块50的输出电压范围为约6V至约10V。

在一实施例中，电池充电系统1可被配置为处理至少以下四种输入电源。第一种输入电源是连接到第一电压端VBUS的标准5V USB适配器。第二种输入电源是低电压（例如，从3.6V到5.5V）的直充USB适配器输入（例如，直接连接至电池支路2的USB充电器）。第三种输入电源是高压（例如，从5V到10V）的直充USB适配器输入。第四种输入电源是无线充电输入。

在一实施例中，第三控制单元U3为快充协议控制器。第三控制单元U3用于与不同类型的直充USB转接器握手以选择输入至第三电压端VBAT的电压信号，以最小化充电功率损耗。例如，如果第一电压端VBUS连接高压直充USB适配器，则第一隔离开关管QS1导通，使得高压直充USB适配器的输出可以直接连接到电池支路2。在此系统配置中，第二转换模块20以2:1的降压电荷泵模式运行，为耦合到第二电压端VSYS的外部系统供电。在该系统配置中，第一转换模块10和USB过压保护单元U4都保持关闭。

在另一实施例中，若第一电压端VBUS连接低电压直充USB转接器，则USB过压保护单元U4及开关管QT3导通，以在第二电压端VSYS为外部系统供电，同时为电池支路2充电。在该系统配置中，第二转换模块20以1:2的升压电荷泵模式运行，以对电池支路2充电。

在一实施例中，如果第一电压端VBUS连接了固定的5Vdc电源或5V USB 适配器，则USB过压保护单元U4和第一转换模块10被启用以对耦合到第二电压端VSYS的外部系统供电。其中，若输入功率高于系统功率，则第二转换模块20以1:2的升压电荷泵模式运行以对电池支路2充电；若输入功率低于系统功率，则第二转换模块20以2:1的降压电荷泵模式运行以对第二电压端VSYS所连接的外部系统补充额外功率。

需要说明的是，电池充电系统1的系统复位特性适用于本申请的所有实施例。在一些实施例中，系统复位特征可通过关闭所有开关并将第一电容C1与第二电容C2两端的电压和第二电压端VSYS的电压主动放电至零实现。在将上述的各个电压放电至零之后，电池充电系统1在预定时间间隔内保持在零电压状态。

在一些实施例中，预定时间间隔约为500毫秒。然后，电池充电系统1首先打开第一转换模块10，然后打开第二转换模块20，以在第二电压端VSYS建立电压。

在一些实施例中，可通过关闭图9中的所有开关以启用运输模式。第一控制单元U1上只有非常低的静态电流，用于支持逻辑电路监控第三电压端VBAT的电压。一旦第一电压端VBUS输入有效的直流电压，或者按下启动开关达预定时间段（例如两秒），电池充电系统1通过打开第一转换模块10（如果第一电压端VBUS输入有效的直流电源）或启动第二转换模块20（如果第一电压端VBUS没有输入有效的直流电源并且电池健康）的方式来停止运输模式。

在一实施例中，如图10所示，电池充电系统1还包括2N个第一扩展单元23，2N个第一扩展单元23用于使第三电压端VBAT的电压与第二电压端VSYS的电压的比率等于2•F(N+3):1，其中，N为正整数,F(n)表示斐波纳契数列，n=N+3。斐波那契数列指的是这样一个数列：0、1、1、2、3、5、8、13、21、34…,这个数列从第3项开始，每一项都等于前两项之和，即F(0)=0，F(1)=1, F(n)=F(n-1)+F(n-2)（n≥2）。则当N为1时，n为4，F(4)=3，此时2N个第一扩展单元23用于使第三电压端VBAT的电压与第二电压端VSYS的电压的比率等于2•3:1=6:1。

其中，第一扩展单元23包括第三电容C3、第一扩展开关管A1、第二扩展开关管A2以及第三扩展开关管A3。在此实施例中，第一扩展开关管A1、第二扩展开关管A2以及第三扩展开关管A3均以MOS管为例。

具体地，第三电容C3的第一端与第一扩展开关管A1的第三端连接，第三电容C3的第二端分别与第二扩展开关管A2的第二端以及第三扩展开关管A3的第三端连接，第三扩展开关管A3的第二端接地GND。其中，第一扩展开关管A1的第三端为第一扩展单元23的第一端，第一扩展开关管A1的第二端为第一扩展单元23的第二端，第二扩展开关管A2的第三端为第一扩展单元23的第三端。

在一实施例中，上述实施例中的N为1，则电池充电系统包括2个第一扩展单元23。如图11所示，2个第一扩展单元23分别为第一个第一扩展单元23a与第二个第一扩展单元23b。

其中，第一个第一扩展单元23a的第一端与第一开关管Q1的第二端连接，第一个第一扩展单元23a的第二端与第一电容C1的第一端以及第二开关管Q2的第三端连接，第一个第一扩展单元23a的第三端与第二开关管Q2的第二端连接。第二个第一扩展单元23b的第一端与第五开关管Q5的第二端连接，第二个第一扩展单元23b的第二端与第二电容C2的第一端以及第六开关管Q6的第三端连接，第二个第一扩展单元23b的第三端与第六开关管Q6的第二端连接。

在此实施例中，当电池充电系统1工作在恒流充电模式、恒压充电模式、纯电池模式及OTG模式时，第二转换模块20可用以提供3:1电压降压比（电池支路2放电时）或1:3电压升压比（电池支路2充电时）。

在一实施例中，如果电池支路2的电量耗尽，则第二转换模块20能够以上文所述的第一种工作模式进行工作。最初，第一转换模块10和第二转换模块20关闭，第一电容C1、第二电容C2、第一个第一扩展单元23a的第三电容C3a与第二个第一扩展单元23b的第三电容C3b放电至零，并且此时没有输入电源输入至第一电压端VBUS。当第一电压端VBUS出现有效的输入电源（直流电压）时，第一转换模块10开启。第一转换模块10将第二电压端VSYS的电压调节到等于第二电压端VSYS所连接的外部系统的最小电压。一旦第二电压端VSYS的电压稳定，第二转换模块20就会启动。如果电量耗尽的电池支路2的电压大于第二电压端VSYS的电压，并且小于第二电压端VSYS的电压的两倍，则打开第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6与第八开关管Q8以对电池支路2进行预充电。具体地，第四开关管Q4和第八开关管Q8用作恒流源分别对第一电容C1与第二电容C2充电。一旦第一电容C1与第二电容C2两端的电压等于第一电压端VBUS的电压与第二电压端VSYS的电压之间的差加上预定值（例如，400mV），第一电容C1与第二电容C2的充电过程通过关断第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6与第八开关管Q8而终止。然后导通第一开关管Q1、第一个第一扩展单元23a的第一扩展开关管A1a与第三开关管Q3。导通第一开关管Q1以产生预定电流以对电池支路2进行预充电。

继而，第一开关管Q1两端的电压减小。一旦第一开关管Q1两端的电压达到预定的最小电压阈值，第一开关管Q1、第一个第一扩展单元23a的第一扩展开关管A1a与第三开关管Q3就被关断，并且第二开关管Q2与第四开关管Q4被再次导通，以按照先前描述的方式对第一电容C1充电。同时，第二个第一扩展单元23b的第一扩展开关管A1b和第七开关管Q7完全接通。导通第五开关管Q5以产生预定电流以对电池支路2进行预充电。第五开关管Q5两端的电压在给电池充电时减小。一旦第五开关管Q5两端的电压等于预定的最小电压阈值，第五开关管Q5、第二个第一扩展单元23b的第一扩展开关管A1b和第七开关管Q7就关断，并且第六开关管Q6与第八开关管Q8导通，以按照先前描述的方式对第二电容C2充电。同时，再次导通第一开关管Q1、第一个第一扩展单元23a的第一扩展开关管A1a与第三开关管Q3，以前面描述的方式连续地对电池支路2进行预充电。

上述过程以交替方式循环，直至电池支路2的电压达到等于第二电压端VSYS所连接的外部系统的最小电压的两倍。当电池支路2的电压大于或等于外部系统的最小电压的两倍但小于三倍时，第二转换模块20可以以不同的工作模式对电量耗尽的电池支路2进行预充电。继而，如前所述，一旦第二电压端VSYS的电压稳定，第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6与第八开关管Q8就被导通以对第一电容C2与第二电容C2进行充电。当第一电容C2与第二电容C2两端的电压达到第二电压端VSYS所连接的外部系统的电压值时，第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6与第八开关管Q8关断。第一个第一扩展单元23a的第一扩展开关管A1a、第一个第一扩展单元23a的第三扩展开关管A3a、第三开关管Q3、第二个第一扩展单元23b的第一扩展开关管A1b、第二个第一扩展单元23b的第三扩展开关管A3b和第七开关管Q7被导通以分别对第一个第一扩展单元23a的第三电容C3a和第二个第一扩展单元23b的第三电容C3b充电。第一个第一扩展单元23a的第三扩展开关管A3a和第二个第一扩展单元23b的第三扩展开关管A3b作为电流源分别为第一个第一扩展单元23a的第三电容C3a和第二个第一扩展单元23b的第三电容C3b充电。一旦第一个第一扩展单元23a的第三电容C3a和第二个第一扩展单元23b的第三电容C3b两端的电压等于电量耗尽的电池支路2的电压加上预定电压（例如，400 mV）与第二电压端VSYS所连接的外部系统的最小电压之间的差值，第一个第一扩展单元23a的第一扩展开关管A1a、第一个第一扩展单元23a的第三扩展开关管A3a、第三开关管Q3、第二个第一扩展单元23b的第一扩展开关管A1b、第二个第一扩展单元23b的第三扩展开关管A3b和第七开关管Q7被关断。然后导通第一开关管Q1和第一个第一扩展单元23a的第二扩展开关管A2a以通过第一个第一扩展单元23a的第三电容C3a对电池支路2进行预充电。同时打开第二开关管Q2和第四开关管Q4以再次为第一电容C1充电。如前所述，第一开关管Q1可作为电流源以预定电流值对电池进行预充电。在对电池支路2进行预充电时，第一开关管Q1的电压减小。一旦第一开关管Q1的电压达到预定的最小电压，第二开关管Q2和第四开关管Q4就被关断，并且第一个第一扩展单元23a的第一扩展开关管A1a、第一个第一扩展单元23a的第三扩展开关管A3a与第三开关管Q3被再次导通，并以先前描述的方式对第一个第一扩展单元23a的第三电容C3a充电。同时，导通第五开关管Q5和第二个第一扩展单元23b的第二扩展开关管A2b以继续对电池支路2进行预充电，并再次导通第六开关管Q6和第八开关管Q8以对第二电容C2进行充电。一旦第五开关管Q5两端的电压达到预定的最小电压阈值时，第五开关管Q5、第二个第一扩展单元23b的第二扩展开关管A2b、第六开关管Q6和第八开关管Q8被关断，并且第二个第一扩展单元23b的第一扩展开关管A1b、第二个第一扩展单元23b的第三扩展开关管A3b和第七开关管Q7被再次导通，以先前描述的方式对第二个第一扩展单元23b的第三电容C3b充电。第一开关管Q1与第一个第一扩展单元23a的第二扩展开关管A2a导通，以持续对电池支路2进行预充电，第二开关管Q2与第四开关管Q4再次导通，以对第一电容C1充电。按照上述的充电方式循环，并以交替的方式进行，直到电池支路2的电压达到阈值才开始恒流充电模式。

在一实施例中，请再次参照图10，第二转换模块20还包括2K个第二扩展单元24，2K个第二扩展单元24用于使第三电压端VBAT的电压与第二电压端VSYS的电压的比率等于（K+2）:1，其中，K为正整数。第二扩展单元24包括第四电容C4、第四扩展开关管B1、第五扩展开关管B2以及第六扩展开关管B3。第四电容C4的第一端与第四扩展开关管B1的第三端连接，第四电容C4的第二端分别与第五扩展开关管B2的第二端以及第六扩展开关管B3的第三端连接，第四扩展开关管B1的第二端与第五扩展开关管B2的第三端连接。其中，第四扩展开关管B1的第三端为第二扩展单元24的第一端，第四扩展开关管B1的第二端为第二扩展单元24的第二端，第六扩展开关管B3的第二端为第二扩展单元24的第三端。

在一实施例中，上述实施例中的K为1，则电池充电系统包括2个第二扩展单元24。如图12所示，2个第二扩展单元24分别为第一个第二扩展单元24a与第二个第二扩展单元24b。其中，第一个第二扩展单元24a的第一端与第一开关管Q1的第二端连接，第一个第二扩展单元24a的第二端与第一电容C1的第一端以及第二开关管Q2的第三端连接，第一个第二扩展单元24a的第三端与第一电容C1的第二端、第三开关管Q3的第二端以及第四开关管Q4的第三端连接。第二个第二扩展单元24b的第一端与第五开关管Q5的第二端连接，第二个第二扩展单元24b的第二端与第二电容C2的第一端以及第六开关管Q6的第三端连接，第二个第二扩展单元24b的第三端与第二电容C2的第二端、第七开关管Q7的第二端以及第八开关管Q8的第三端连接。

在此实施例中，当电池充电系统1工作在恒流充电模式、恒压充电模式、纯电池模式及OTG模式时，第二转换模块20可用以提供3:1电压降压比（电池支路2放电时）或1:3电压升压比（电池支路2充电时）。

在一实施例中，如果电池支路2的电量耗尽，则第二转换模块20能够以上文所述的第一种工作模式进行工作。最初，第一转换模块10和第二转换模块20关闭，第一电容C1、第二电容C2、第一个第二扩展单元24a的第四电容C4a与第二个第二扩展单元24b的第四电容C4b放电至零，并且此时没有输入电源输入至第一电压端VBUS。当第一电压端VBUS出现有效的输入电源（直流电压）时，第一转换模块10开启。第一转换模块10将第二电压端VSYS的电压调节到等于第二电压端VSYS所连接的外部系统的最小电压。一旦第二电压端VSYS的电压稳定，第二转换模块20就会启动。如果电量耗尽的电池支路2的电压大于第二电压端VSYS的电压，并且小于第二电压端VSYS的电压的两倍，则打开第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6与第八开关管Q8以对电池支路2进行预充电。具体地，第四开关管Q4和第八开关管Q8用作恒流源分别对第一电容C1与第二电容C2充电。一旦第一电容C1与第二电容C2两端的电压等于第一电压端VBUS的电压与第二电压端VSYS的电压之间的差加上预定值（例如，400mV），第一电容C1与第二电容C2的充电过程通过关断第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6与第八开关管Q8而终止。然后导通第一开关管Q1、第二个第一扩展单元24a的第一扩展开关管B1a与第三开关管Q3。导通第一开关管Q1以产生预定电流以对电池支路2进行预充电。

继而，第一开关管Q1两端的电压减小。一旦第一开关管Q1两端的电压达到预定的最小电压阈值，第一开关管Q1、第二个第一扩展单元24a的第一扩展开关管B1a与第三开关管Q3就被关断，并且第二开关管Q2与第四开关管Q4被再次导通，以按照先前描述的方式对第一电容C1充电。同时，第二个第二扩展单元24b的第一扩展开关管B1b和第七开关管Q7完全接通。导通第五开关管Q5以产生预定电流以对电池支路2进行预充电。第五开关管Q5两端的电压在给电池充电时减小。一旦第五开关管Q5两端的电压等于预定的最小电压阈值，第五开关管Q5、第二个第二扩展单元24b的第一扩展开关管B1b和第七开关管Q7就关断，并且第六开关管Q6与第八开关管Q8导通，以按照先前描述的方式对第二电容C2充电。同时，再次导通第一开关管Q1、第一个第二扩展单元24a的第一扩展开关管B1a与第三开关管Q3，以前面描述的方式连续地对电池支路2进行预充电。

上述过程以交替方式循环，直至电池支路2的电压达到等于第二电压端VSYS所连接的外部系统的最小电压的两倍。当电池支路2的电压大于或等于外部系统的最小电压的两倍但小于三倍时，第二转换模块20可以以不同的工作模式对电量耗尽的电池支路2进行预充电。继而，如前所述，一旦第二电压端VSYS的电压稳定，第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6、第八开关管Q8、第一个第二扩展单元24a的第一扩展开关管B1a、第一个第二扩展单元24a的第三扩展开关管B3a、第二个第二扩展单元24b的第一扩展开关管B1b与第二个第二扩展单元24b的第三扩展开关管B3b就被导通，以对第一电容C2、第二电容C2、第一个第二扩展单元24a的第四电容C4a与第二个第二扩展单元24b的第四电容C4b进行充电。当第一电容C2、第二电容C2、第一个第二扩展单元24a的第四电容C4a与第二个第二扩展单元24b的第四电容C4b两端的电压达到第一电压端VBUS所连接的输入电源的电压值Vin1与第二电压端VSYS所连接的外部系统的电压值Vin2之间的差值的一半（即(Vin1-Vin2)/2），并加上预定电压（例如，400mV）时，第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6、第八开关管Q8、第一个第二扩展单元24a的第一扩展开关管B1a、第一个第二扩展单元24a的第三扩展开关管B3a、第二个第二扩展单元24b的第一扩展开关管B1b与第二个第二扩展单元24b的第三扩展开关管B3b被关断。第一开关管Q1、第三开关管Q3和第一个第二扩展单元24a的第二扩展开关管B2a被导通，以使用预定电流对耗尽的电池进行预充电。如前所述，第一开关管Q1可作为电流源以预定电流值对电池进行预充电。在对电池支路2进行预充电时，第一开关管Q1两端的电压减小。一旦第一开关管Q1的电压达到预定的最小电压，第一开关管Q1、第三开关管Q3和第一个第二扩展单元24a的第二扩展开关管B2a就被关断，并且第一个第二扩展单元24a的第一扩展开关管B1a、第一个第二扩展单元24a的第三扩展开关管B3a、第二开关管Q2与第四开关管Q4被再次导通，并以先前描述的方式对第一个第二扩展单元24a的第四电容C4a以及第一电容C1充电。同时，导通第五开关管Q5、第七开关管Q7和第二个第二扩展单元24b的第二扩展开关管B2b以继续对电池支路2进行预充电。一旦第五开关管Q5两端的电压达到预定的最小电压阈值时，第五开关管Q5、第七开关管Q7和第二个第二扩展单元24b的第二扩展开关管B2b被关断，并且第二个第二扩展单元24b的第一扩展开关管B1b、第二个第二扩展单元24b的第三扩展开关管B3b、第五开关管Q5和第七开关管Q7被再次导通，以先前描述的方式对第二电容C2与第二个第二扩展单元24b的第四电容C4b充电。同时，第一开关管Q1、第三开关管Q3与第一个第二扩展单元24a的第二扩展开关管B2a导通，以持续对电池支路2进行预充电。按照上述的充电方式循环，并以交替的方式进行，直到电池支路2的电压达到阈值才开始恒流充电模式。

第二方面，本申请实施例还提供一种集成芯片，该集成芯片包括如上述任一实施例中的电池充电系统。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (27)

1.一种电池充电系统，其特征在于，包括：

第一转换模块，所述第一转换模块分别与第一电压端以及第二电压端连接，所述第一转换模块用于实现所述第一电压端的电压与所述第二电压端的电压之间的转换；

第二转换模块，所述第二转换模块分别与所述第二电压端以及第三电压端连接，所述第二转换模块包括第一开关支路与第一电容，所述第一开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第一开关支路包括第一组开关与第二组开关，所述第一组开关的第一端与所述第二组开关的第一端以及所述第一电容的第一端连接，所述第一组开关的第二端与所述第二组开关的第二端以及所述第一电容的第二端连接；

其中，所述第一电压端用于连接输入电源，所述第二电压端用于连接外部系统，且所述第二电压端的电压为支持所述外部系统工作的系统电压，所述第三电压端用于连接外部的电池支路，所述电池支路包括至少两节串联连接的电芯；

第一控制单元，所述第一控制单元分别与所述第一组开关以及所述第二组开关连接，所述第一控制单元用于：

开启所述第一组开关以建立第一导电通路，以通过第一导电通路将所述第一电容两端的电压充电至小于所述系统电压的第一预设电压；

开启所述第二组开关以建立第二导电通路，以将所述第一电容两端的电压与所述系统电压的总和施加于所述第三电压端，并通过所述第三电压端为外部的电池支路充电；

其中，所述第一开关支路包括依次串联连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管，所述第一开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第一开关支路的中点与所述第二电压端连接，所述第一电容连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间的第一节点与所述第三开关管和所述第四开关管之间的第二节点之间；

所述第一控制单元与所述第一开关支路中的各开关管连接；

其中，所述第一组开关包括所述第二开关管与所述第四开关管，所述第二组开关包括所述第一开关管与所述第三开关管；

所述第二开关管被配置为体端子连接可切换的场效应管；

其中，若所述第二开关管的体端子与其第二端相连，则其体二极管的阴极与其第三端连接；

若所述第二开关管的体端子与其第三端相连，则其体二极管的阴极与其第二端连接。

2.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，所述第一组开关包括至少两个开关管，所述开启所述第一组开关以建立第一导电通路，包括：

配置所述第一组开关中至少一个开关管工作在恒流区，并配置第一组开关中其余开关管导通，以建立第一导电通路。

3.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，所述第二组开关包括至少两个开关管，所述开启所述第二组开关以建立第二导电通路，包括：

配置所述第二组开关中的至少一个开关管工作在恒流区，并配置第二组开关中其余开关管导通，以建立第二导电通路。

4.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第二开关管被配置为导通，所述第四开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第一导电通路。

5.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第三开关管被配置为导通，所述第一开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第二导电通路；

当第一开关管两端的电压小于第二预设电压时，所述第一开关管与所述第三开关管被配置为关断。

6.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第二开关管被配置为体端子与第三端连接，所述第四开关管被配置为导通，且所述第二开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第一导电通路；

当所述第一电容两端的电压等于第五预设电压时，所述第四开关管被配置为关断，所述第二开关管被配置为关断，所述第二开关管还被配置为体端子与其第二端连接。

7.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第三开关管被配置为导通，所述第一开关管被配置工作在恒流区，以建立所述第二导电通路；

当所述第一开关管两端的电压小于第六预设电压时，所述第一开关管与所述第三开关管被配置为关断。

8.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，

所述电池充电系统还包括第一调压模块，所述第一调压模块包括第二控制单元与第十三开关管；

所述第十三开关管的第一端与所述第二控制单元连接，所述第十三开关管的第二端与所述第三电压端连接，所述第十三开关管的第三端与所述第一开关管的第三端连接。

9.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，

所述电池充电系统还包括信号选择模块；

所述信号选择模块分别与所述第一电压端以及所述第三电压端连接，所述信号选择模块用于根据所述第一电压端的输入电源，选择输入至所述第三电压端的电压信号。

10.根据权利要求9所述的电池充电系统，其特征在于，

所述信号选择模块包括第三控制单元与第一隔离开关；

所述第三控制单元的第一端与所述第一隔离开关的第一端连接，所述第三控制单元的第二端与所述第一电压端以及所述第一隔离开关的第二端连接，所述第一隔离开关的第三端与所述第三电压端连接。

11.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，

当所述电池充电系统工作在负载瞬态期间，或当所述电池充电系统工作在纯电池模式时，所述第二转换模块被配置为从在1:2的升压电荷泵模式下工作，切换为在2:1的降压电荷泵模式下工作；

其中，当第二转换模块被配置为在2:1的降压电荷泵模式下工作时，所述第三电压端的电压用以为所述第二电压端提供电压。

12.一种电池充电系统，其特征在于，包括：

第一转换模块，所述第一转换模块分别与第一电压端以及第二电压端连接，所述第一转换模块用于实现所述第一电压端的电压与所述第二电压端的电压之间的转换；

第二转换模块，所述第二转换模块分别与所述第二电压端以及第三电压端连接，所述第二转换模块包括第一开关支路与第一电容，所述第一开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第一开关支路包括第一组开关与第二组开关，所述第一组开关的第一端与所述第二组开关的第一端以及所述第一电容的第一端连接，所述第一组开关的第二端与所述第二组开关的第二端以及所述第一电容的第二端连接；

其中，所述第一电压端用于连接输入电源，所述第二电压端用于连接外部系统，且所述第二电压端的电压为支持所述外部系统工作的系统电压，所述第三电压端用于连接外部的电池支路，所述电池支路包括至少两节串联连接的电芯；

第一控制单元，所述第一控制单元分别与所述第一组开关以及所述第二组开关连接，所述第一控制单元用于：

开启所述第一组开关以建立第一导电通路，以通过第一导电通路将所述第一电容两端的电压充电至小于所述系统电压的第一预设电压；

开启所述第二组开关以建立第二导电通路，以将所述第一电容两端的电压与所述系统电压的总和施加于所述第三电压端，并通过所述第三电压端为外部的电池支路充电；

其中，所述第一开关支路包括依次串联连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管，所述第一开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第一开关支路的中点与所述第二电压端连接，所述第一电容连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间的第一节点与所述第三开关管和所述第四开关管之间的第二节点之间；

所述第一控制单元与所述第一开关支路中的各开关管连接；

其中，所述第一组开关包括所述第二开关管与所述第四开关管，所述第二组开关包括所述第一开关管与所述第三开关管；

所述电池充电系统还包括第二开关支路与第二电容，所述第二开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第二开关支路包括第三组开关与第四组开关，所述第二电容分别与所述第三组开关以及所述第四组开关连接；

所述第一控制单元分别与所述第三组开关以及所述第四组开关连接，所述第一控制单元还用于：

开启所述第三组开关以建立第三导电通路，以通过第三导电通路将所述第二电容两端的电压充电至小于所述系统电压的第三预设电压；

开启所述第四组开关以建立第四导电通路，以将所述第二电容两端的电压与所述系统电压的总和施加于所述第三电压端，并通过所述第三电压端为外部的电池支路充电；

所述第一开关支路还包括第九开关管，所述第二开关管通过所述第九开关管与所述第三开关管连接；

所述第九开关管的第一端与所述第一控制单元连接，所述第九开关管的第二端与所述第二开关管的第二端连接，所述第九开关管的第三端与所述第三开关管的第三端连接；

所述第二开关支路包括依次串联连接的第五开关管、第六开关管、第七开关管与第八开关管，所述第二开关支路连接于所述第三电压端以及地之间，所述第二开关支路的中点与所述第二电压端连接，所述第二电容连接于所述第五开关管和所述第六开关管之间的第三节点与所述第七开关管和所述第八开关管之间的第四节点之间；

所述第一控制单元与所述第二开关支路中的各开关管连接；

其中，所述第三组开关包括所述第六开关管与所述第八开关管，所述第四组开关包括所述第五开关管与所述第七开关管；

所述第二开关支路还包括第十开关管，所述第六开关管通过所述第十开关管与所述第七开关管连接；

所述第十开关管的第一端与所述第一控制单元连接，所述第十开关管的第二端与所述第六开关管的第二端连接，所述第十开关管的第三端与所述第七开关管的第三端连接。

13.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，所述第三组开关包括至少两个开关管，所述开启所述第三组开关以建立第三导电通路，包括：

配置所述第三组开关中至少一个开关管工作在恒流区，并配置第三组开关中其余开关管导通，以建立第三导电通路。

14.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，所述第四组开关包括至少两个开关管，所述开启所述第四组开关以建立第四导电通路，包括：

配置所述第四组开关中的至少一个开关管工作在恒流区，并配置第四组开关中其余开关管导通，以建立第四导电通路。

15.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第一开关管和所述第三开关管的组合与所述第五开关管和所述第七开关管的组合被配置为以交替的方式导通，为所述电池支路提供充电电能。

16.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第六开关管被配置为导通，所述第八开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第三导电通路。

17.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第七开关管被配置为导通，所述第五开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第四导电通路；

当第五开关管两端的电压小于第四预设电压时，所述第五开关管与所述第七开关管被配置为关断。

18.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第二开关管与所述第四开关管被配置为导通，所述第九开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第一导电通路；

当所述第一电容两端的电压等于第七预设电压时，所述第二开关管、所述第四开关管以及所述第九开关管被配置为关断。

19.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第三开关管被配置为导通，所述第一开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第二导电通路；

当所述第一开关管两端的电压小于第八预设电压时，第一开关管与第三开关管被配置为关断。

20.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第二转换模块还包括2N个第一扩展单元，所述2N个第一扩展单元用于使所述第三电压端的电压与所述第二电压端的电压的比率等于2•F(N+3):1，其中，N为正整数,F(n)表示斐波纳契数列，n=N+3；

所述第一扩展单元包括第三电容、第一扩展开关管、第二扩展开关管以及第三扩展开关管；

所述第三电容的第一端与所述第一扩展开关管的第三端连接，所述第三电容的第二端分别与所述第二扩展开关管的第二端以及所述第三扩展开关管的第三端连接，所述第三扩展开关管的第二端接地；

其中，所述第一扩展开关管的第三端为所述第一扩展单元的第一端，所述第一扩展开关管的第二端为所述第一扩展单元的第二端，所述第二扩展开关管的第三端为所述第一扩展单元的第三端。

21.根据权利要求20所述的电池充电系统，其特征在于，

所述N为1，所述电池充电系统包括第一个所述第一扩展单元与第二个所述第一扩展单元；

第一个所述第一扩展单元的第一端与所述第一开关管的第二端连接，第一个所述第一扩展单元的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第二开关管的第三端连接，第一个所述第一扩展单元的第三端与所述第二开关管的第二端连接；

第二个所述第一扩展单元的第一端与所述第五开关管的第二端连接，第二个所述第一扩展单元的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第六开关管的第三端连接，第二个所述第一扩展单元的第三端与所述第六开关管的第二端连接。

22.根据权利要求12所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第二转换模块还包括2K个第二扩展单元，所述2K个第二扩展单元用于使所述第三电压端的电压与所述第二电压端的电压的比率等于（K+2）:1，其中，K为正整数；

所述第二扩展单元包括第四电容、第四扩展开关管、第五扩展开关管以及第六扩展开关管；

所述第四电容的第一端与所述第四扩展开关管的第三端连接，所述第四电容的第二端分别与所述第五扩展开关管的第二端以及所述第六扩展开关管的第三端连接，所述第四扩展开关管的第二端与所述第五扩展开关管的第三端连接；

其中，所述第四扩展开关管的第三端为所述第二扩展单元的第一端，所述第四扩展开关管的第二端为所述第二扩展单元的第二端，所述第六扩展开关管的第二端为所述第二扩展单元的第三端。

23.根据权利要求22所述的电池充电系统，其特征在于，

所述K为1，所述电池充电系统包括第一个所述第二扩展单元与第二个所述第二扩展单元；

第一个所述第二扩展单元的第一端与所述第一开关管的第二端连接，第一个所述第二扩展单元的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第二开关管的第三端连接，第一个所述第二扩展单元的第三端与所述第一电容的第二端、所述第三开关管的第二端以及所述第四开关管的第三端连接；

第二个所述第二扩展单元的第一端与所述第五开关管的第二端连接，第二个所述第二扩展单元的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第六开关管的第三端连接，第二个所述第二扩展单元的第三端与所述第二电容的第二端、所述第七开关管的第二端以及所述第八开关管的第三端连接。

24.一种电池充电系统，其特征在于，包括：

第一转换模块，所述第一转换模块分别与第一电压端以及第二电压端连接，所述第一转换模块用于实现所述第一电压端的电压与所述第二电压端的电压之间的转换；

第二转换模块，所述第二转换模块分别与所述第二电压端以及第三电压端连接，所述第二转换模块包括第一开关支路与第一电容，所述第一开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第一开关支路包括第一组开关与第二组开关，所述第一组开关的第一端与所述第二组开关的第一端以及所述第一电容的第一端连接，所述第一组开关的第二端与所述第二组开关的第二端以及所述第一电容的第二端连接；

其中，所述第一电压端用于连接输入电源，所述第二电压端用于连接外部系统，且所述第二电压端的电压为支持所述外部系统工作的系统电压，所述第三电压端用于连接外部的电池支路，所述电池支路包括至少两节串联连接的电芯；

第一控制单元，所述第一控制单元分别与所述第一组开关以及所述第二组开关连接，所述第一控制单元用于：

开启所述第一组开关以建立第一导电通路，以通过第一导电通路将所述第一电容两端的电压充电至小于所述系统电压的第一预设电压；

开启所述第二组开关以建立第二导电通路，以将所述第一电容两端的电压与所述系统电压的总和施加于所述第三电压端，并通过所述第三电压端为外部的电池支路充电；

其中，所述第一开关支路包括依次串联连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管，所述第一开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第一开关支路的中点与所述第二电压端连接，所述第一电容连接于所述第一开关管和所述第二开关管之间的第一节点与所述第三开关管和所述第四开关管之间的第二节点之间；

所述第一控制单元与所述第一开关支路中的各开关管连接；

其中，所述第一组开关包括所述第二开关管与所述第四开关管，所述第二组开关包括所述第一开关管与所述第三开关管；

所述电池充电系统还包括第二开关支路与第二电容，所述第二开关支路连接于所述第三电压端与地之间，所述第二开关支路包括第三组开关与第四组开关，所述第二电容分别与所述第三组开关以及所述第四组开关连接；

所述第一控制单元分别与所述第三组开关以及所述第四组开关连接，所述第一控制单元还用于：

开启所述第三组开关以建立第三导电通路，以通过第三导电通路将所述第二电容两端的电压充电至小于所述系统电压的第三预设电压；

开启所述第四组开关以建立第四导电通路，以将所述第二电容两端的电压与所述系统电压的总和施加于所述第三电压端，并通过所述第三电压端为外部的电池支路充电；

所述第二开关支路包括依次串联连接的第五开关管、第六开关管、第七开关管与第八开关管，所述第二开关支路连接于所述第三电压端以及地之间，所述第二开关支路的中点与所述第二电压端连接，所述第二电容连接于所述第五开关管和所述第六开关管之间的第三节点与所述第七开关管和所述第八开关管之间的第四节点之间；

所述第一控制单元与所述第二开关支路中的各开关管连接；

其中，所述第三组开关包括所述第六开关管与所述第八开关管，所述第四组开关包括所述第五开关管与所述第七开关管；

所述第一开关支路还包括第十一开关管，所述第一开关管通过所述第十一开关管与所述第二开关管连接；

所述第十一开关管的第二端与所述第一开关管的第二端连接，所述第十一开关管的第三端与所述第二开关管的第三端连接；

所述第二开关支路还包括第十二开关管，所述第五开关管通过所述第十二开关管与所述第六开关管连接；

所述第十二开关管的第二端与所述第五开关管的第二端连接，所述第十二开关管的第三端与所述第六开关管的第三端连接。

25.根据权利要求24所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第二开关管被配置为导通，所述第四开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第一导电通路；

当所述第一电容两端的电压与所述第二电压端的电压相等时，则所述第二开关管与所述第四开关管被配置为关断。

26.根据权利要求24所述的电池充电系统，其特征在于，

所述第一开关管与所述第四开关管被配置为导通，所述第十一开关管被配置为工作在恒流区，以建立所述第二导电通路；

当所述第十一开关管两端的电压小于第九预设电压时，所述第一开关管、所述第十一开关管与所述第三开关管被配置为关断。

27.一种集成芯片，其特征在于，包括如权利要求1-26任意一项所述的电池充电系统。

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