CN113890354B - 一种谐振开关电容电路、电子设备 - Google Patents

一种谐振开关电容电路、电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种谐振开关电容电路、电子设备，涉及充电技术领域，用于改善实现快充的RSC电路中电容、电感数量增多，导致RSC电路占板面积较大的问题。谐振开关电容电路包括一个谐振电感和N相开关电容SC电路。谐振电感的第一端与负载电连接。N相SC电路的输入端并联，且与同一电源电连接。N相SC电路的输出端并联，且与谐振电感的第二端电连接。每相SC电路包括至少一个谐振电容。N相SC电路的各个谐振电容并联，且与谐振电感串联。每一相SC电路中单个谐振电容的电容值为谐振开关电容电路的总谐振电容的电容值的1/M。其中，M为谐振开关电容电路中并联的谐振电容的数量。

Description

一种谐振开关电容电路、电子设备
技术领域
本申请涉及充电技术领域，尤其涉及一种谐振开关电容电路、电子设备。
背景技术
随着电子设备小型化和轻薄化的发展，电子设备的体积越来越有限，电子设备中其他元器件的尺寸增大时，电池尺寸会减小，因此电池的容量不能太大，导致电子设备的续航较短。目前可以通过快速充电解决续航短的问题。发热是限制充电速度的重要因素，因此为了提高充电效率，可以采用比电池更高的电压经过谐振开关电容(resonant switchingcapacitor，RSC)电路降压后对电池进行充电，以降低输入电流，进而降低由于发热引起的线路损耗。
为了使得上述RSC电路在快充过程中，能够实现大压差的高效功率转换，并减小电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)，上述RSC电路中包括多组由串联的电感和电容形成的谐振网络，通过控制谐振网络的谐振频率实现对电容、电感的充放电，从而达到降压的过程。
然而，为了使得谐振开关电容电路达到较高的额定输出功率以及较高的转换效率，当并联的上述谐振网络的数量越多时，整个RSC电路中电容和电感的数量也会随之增多，从而导致RSC电路的占板面积较大，不利于电子设备小型化的设计。
发明内容
本申请实施例提供一种谐振开关电容电路、电子设备，用于改善实现快充的RSC电路中电容、电感数量增多，导致RSC电路占板面积较大的问题。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
本申请实施例的一方面，提供一种谐振开关电容电路。该谐振开关电容电路包括一个谐振电感和N相开关电容SC电路。谐振电感的第一端与负载电连接。N相SC电路的输入端并联，且与同一电源电连接。N相SC电路的输出端并联，且与上述谐振电感的第二端电连接。N≥2，N为整数。其中，每相SC电路包括至少一个谐振电容。N相SC电路的各个谐振电容并联，且与谐振电感串联。上述在谐振周期的前半周期，谐振电感和SC电路中的谐振电容用于充电。此外，在谐振周期的后半周期，谐振电感和SC电路中的谐振电容还用于放电，以向负载供电。这样一来，本示例中谐振开关电容电路在实现对负载供电的过程中，只需要设置一个谐振电感，且该谐振电感的电感值与谐振开关电容电路的总谐振电感的电感值可以相同。因此可以达到减小谐振电感数量的目的。此外，由于N相SC电路的各个谐振电容并联后与谐振电感串联，因此每一相SC电路中单个谐振电容的电容值为谐振开关电容电路的总谐振电容的电容值的1/M。其中，M为谐振开关电容电路中并联的谐振电容的数量。并且，随着谐振开关电容电路中并联的SC电路的相数N的数值越大，每一相SC电路中的单个谐振电容的电容值减小的越多。因此能够有效减小每一相SC电路中单个谐振电容的尺寸，从而可以有效减小谐振开关电容电路的占板面积，有利于电子设备小型化的设计。
可选的，SC电路包括一个谐振电容。SC电路还包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管。第一开关管的第一极作为SC电路的输入端，第一开关管的第二极与谐振电容的第一端电连接。第二开关管的第一极与第一开关管的第二极电连接，第二开关管的第二极作为SC电路的输出端与谐振电感的第二端电连接。第三开关管的第一极与第二开关管的第二极电连接，第三开关管的第二极与谐振电容的第二端电连接。第四开关管的第一极与第三开关管的第二极电连接，第四开关管的第二极接地。其中，第一开关管、第三开关管的栅极用于接收相同的驱动信号，第二开关管、第四开关管的栅极用于接收相同的驱动信号；第一开关管的栅极和第二开关管的栅极接收的驱动信号为等幅反相信号。这样一来，上述谐振开关电容电路中，由各相SC电路的开关管构成的开关阵列，以特定的方式交替形成充电回路和放电回路，从而在充电回路中对谐振电容进行充电，在放电回路中通过谐振电容向作为负载的电池进行放电。并且，在谐振电容的充放电过程中实现电压的转换，其中谐振开关电容电路的输入电压与输出电压的比值为2:1。
可选的，谐振开关电容电路包括至少两相SC电路，分别为第一SC电路和第二SC电路。谐振开关电容电路还包括第一控制信号端和第二控制信号端，第一控制信号端输出的驱动信号与第二控制信号端输出的驱动信号为等幅反相信号。第一SC电路中的第一开关管、第三开关管的栅极与第二SC电路中的第二开关管、第四开关管的栅极均与第一控制信号端电连接。第一SC电路中的第二开关管、第四开关管的栅极与第二SC电路中的第一开关管、第三开关管的栅极均与第二控制信号端电连接。这样一来，在上述SC电路中，无需向每个开关管的栅极单独设置信号控制端，从而达到简化电路结构的目的。
可选的，SC电路包括两个谐振电容，分别为第一谐振电容和第二谐振电容。SC电路还包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管以及飞跨电容。其中，第一开关管的第一极作为SC电路的输入端，第一开关管的第二极与第一谐振电容的第一端电连接。第二开关管的第一极与第一开关管的第二极电连接。第三开关管的第一极与第二开关管的第二极电连接，第三开关管的第二极与第二谐振电容的第一端电连接。第四开关管的第一极与第三开关管的第二极电连接，第四开关管的第二极与谐振电感的第二端电连接。第五开关管的第一极作为SC电路的输出端与谐振电感的第二端电连接，第五开关管的第二极与第一谐振电容的第二端电连接。第六开关管的第一极与第五开关管的第二极电连接，第六开关管的第二极接地。第七开关管的第一极与第五开关管的第一极电连接。飞跨电容的第一端与第二开关管的第二极电连接，飞跨电容的第二端与第七开关管的第二极电连接。第八开关管的第一极与第七开关管的第二极电连接，第八开关管的第二极接地。第九开关管的第一极与第五开关管的第一极电连接，第九开关管的第二极与第二谐振电容的第二端电连接。第十开关管的第一极与第九开关管的第二极电连接，第十开关管的第二极接地。第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管以及第九开关管的栅极用于接收相同的驱动信号，第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管以及第十开关管的栅极用于接收相同的驱动信号；第一开关管的栅极和第二开关管的栅极接收的驱动信号为等幅反相信号。这样一来，谐振开关电容电路中，由各相SC电路的开关管构成的开关阵列，以特定的方式交替形成充电回路和放电回路，从而在充电回路中对谐振电容进行充电，在放电回路中通过谐振电容向作为负载的电池进行放电。并且，在谐振电容的充放电过程中实现电压的转换，其中谐振开关电容电路的输入电压与输出电压的比值为4:1。
可选的，谐振开关电容电路包括至少两相SC电路，分别为第一SC电路和第二SC电路。谐振开关电容电路还包括第一控制信号端和第二控制信号端，第一控制信号端输出的驱动信号与第二控制信号端输出的驱动信号为等幅反相信号。第一SC电路中的第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管以及第九开关管的栅极与第二SC电路中的第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管以及第十开关管的栅极均与第一控制信号端电连接。第一SC电路中的第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管以及第十开关管的栅极与第二SC电路中的第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管以及第九开关管的栅极均与第二控制信号端电连接。这样一来，在SC电路中，无需向每个开关管的栅极单独设置信号控制端，从而达到简化电路结构的目的。
可选的，谐振开关电容电路还包括输出电容，输出电容的第一端与谐振电感的第一端电连接，输出电容的第二端接地。通过输出电容可以稳定谐振开关电容电路输出的电流，减小输出电流的纹波。
本申请实施例的另一方面，提供一种电子设备，电子设备具有外接接口，电子设备包括电池以及如上所述的任意一种谐振开关电容电路。谐振开关电容电路与外接接口和电池电连接，谐振开关电容电路用于将外接接口输入的电压进行降压后施加至电池，并向电池提供第一充电电流I1。该电子设备具有与前述实施例提供的谐振开关电容电路相同的技术效果，此处不再赘述。
可选的，电子设备还包括降压电路和处理器。降压电路，与外接接口和电池电连接，降压电路用于将外接接口输入的电压进行降压后施加至电池，并向电池提供第二充电电流I2。其中，I1＞I2。处理器与降压电路、谐振开关电容电路以及电池电连接，处理器用于检测电池的充电电流。当充电电流大于预设电流时，处理器还用于控制谐振开关电容电路向电池提供第一充电电流I1。当充电电流小于预设电流时，处理器还用于控制降压电路向电池提供第二充电电流I2。这样一来，当需要对手机进行大功率快充时，处理器控制谐振开关电容电路向电池进行充电，当需要对手机进行标准充电时，处理器控制降压电路进行工作。
可选的，电子设备还包括双向截止开关管，双向截止开关管的选通端与处理器电连接，双向截止开关管的第一极与外接接口电连接，双向截止开关管的第二极与谐振开关电容电路和降压电路电连接。双向截止开关管用于在处理器输出截止信号时，将外接接口与谐振开关电容电路以及降压电路断开。这样一来，电子设备与外接充电器电连接的情况下，不会因为电子设备内部电压较高，外接充电器电压较低时，发生电子设备的电池向外接充电器倒灌的现象。或者，当电池的电量充满时，即使电子设备与外接充电器或者适配器电连接，外接充电器或者适配器不会继续对电子设备进行充电。
本申请实施例的另一方面，提供一种谐振开关电容电路的控制方法，谐振开关电容电路包括一个谐振电感以及N相SC电路。N相SC电路的输入端并联。N相SC电路的输出端并联，且与谐振电感的第二端电连接。N≥2，N为整数。其中，每相SC电路包括至少一个谐振电容；N相SC电路中的谐振电容并联，且与谐振电感串联。控制方法包括：在谐振周期的前半周期，SC电路的输入端接收电信号，对至少一相SC电路中的谐振电容进行充电。在谐振周期的后半周期，至少一相SC电路中的谐振电容放电，并向负载供电。上述谐振开关电容电路的控制方法与前述实施例提供的谐振开关电容电路具有相同的技术效果，此处不再赘述。
可选的，SC电路包括一个谐振电容。SC电路还包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管。第一开关管的第一极作为SC电路的输入端，第一开关管的第二极与谐振电容的第一端电连接。第二开关管的第一极与第一开关管的第二极电连接，第二开关管的第二极作为SC电路的输出端与谐振电感的第二端电连接。第三开关管的第一极与第二开关管的第二极电连接，第三开关管的第二极与谐振电容的第二端电连接；第四开关管的第一极与第三开关管的第二极电连接，第四开关管的第二极接地。在谐振周期的前半周期，SC电路的输入端接收电信号，对至少一相SC电路中的谐振电容进行充电包括：在谐振周期的前半周期，控制第一开关管、第三开关管导通，第二开关管、第四开关管截止，SC电路的输入端接收到的电信号通过第一开关管、第三开关管，对谐振电容进行充电。此外，在谐振周期的后半周期，至少一相SC电路中的谐振电容放电，并向负载供电包括：在谐振周期的后半周期，控制第二开关管、第四开关管导通，第一开关管、第三开关管截止，谐振电容通过第二开关管、第四开关管放电，并向负载供电。这样一来，谐振开关电容电路中，由各相SC电路的开关管构成的开关阵列，以特定的方式交替形成充电回路和放电回路，从而在充电回路中对谐振电容进行充电，在放电回路中通过谐振电容向作为负载的电池进行放电。并且，在谐振电容的充放电过程中实现电压的转换，其中谐振开关电容电路的输入电压与输出电压的比值为2:1。
可选的，SC电路包括两个谐振电容，分别为第一谐振电容和第二谐振电容。SC电路还包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管以及飞跨电容。第一开关管的第一极作为SC电路的输入端，第一开关管的第二极与第一谐振电容的第一端电连接。第二开关管的第一极与第一开关管的第二极电连接；第三开关管的第一极与第二开关管的第二极电连接，第三开关管的第二极与第二谐振电容的第一端电连接。第四开关管的第一极与第三开关管的第二极电连接，第四开关管的第二极与谐振电感的第二端电连接。第五开关管的第一极作为SC电路的输出端与谐振电感的第二端电连接，第五开关管的第二极与第一谐振电容的第二端电连接。第六开关管的第一极与第五开关管的第二极电连接，第六开关管的第二极接地；第七开关管的第一极与第五开关管的第一极电连接。飞跨电容的第一端与第二开关管的第二极电连接，飞跨电容的第二端与第七开关管的第二极电连接。第八开关管的第一极与第七开关管的第二极电连接，第八开关管的第二极接地。第九开关管的第一极与第五开关管的第一极电连接，第九开关管的第二极与第二谐振电容的第二端电连接。第十开关管的第一极与第九开关管的第二极电连接，第十开关管的第二极接地；在谐振周期的前半周期，SC电路的输入端接收电信号，对至少一相SC电路中的谐振电容进行充电包括：在谐振周期的前半周期，控制第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管以及第九开关管导通，第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管以及第十开关管截止；SC电路的输入端接收到的电信号通过第一开关管、第五开关管对第一谐振电容进行充电；电信号还通过第九开关管、第三开关管以及第八开关管，对飞跨电容、第二谐振电容进行充电。此外，在谐振周期的后半周期，至少一相SC电路中的谐振电容放电，并向负载供电包括：在谐振周期的后半周期，控制第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管以及第十开关管导通，第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管以及第九开关管截止；第一谐振电容经过第二开关管向飞跨电容进行放电；飞跨电容经过第七开关管，第二谐振电容经过第四开关管向负载供电。这样一来，谐振开关电容电路中，由各相SC电路的开关管构成的开关阵列，以特定的方式交替形成充电回路和放电回路，从而在充电回路中对谐振电容进行充电，在放电回路中通过谐振电容向作为负载的电池进行放电。并且，在谐振电容的充放电过程中实现电压的转换，其中谐振开关电容电路的输入电压与输出电压的比值为4:1。
附图说明
图1a为本申请实施例提供的一种充电系统的结构示意图；
图1b为图1a中电子设备的一种结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种充电系统的结构示意图；
图3为图2中RSC电路的一种结构示意图；
图4为图2中RSC电路的另一种结构示意图；
图5a为图4中第一SC电路的一种工作状态示意图；
图5b为图5a所示电路结构的等效示意图；
图6a为图4中第一SC电路的另一种工作状态示意图；
图6b为图6a所示电路结构的等效示意图；
图7a为图4中各相SC电路的一种工作状态示意图；
图7b为图4中各相SC电路的另一种工作状态示意图；
图8为图7a或图7b中控制开关管的驱动信号的一种波形图；
图9a为图4中各相SC电路的另一种工作状态示意图；
图9b为图4中各相SC电路的另一种工作状态示意图；
图10为图9a或图9b中各种信号的波形图；
图11为图2中RSC电路的另一种结构示意图；
图12为图7a或图7b中控制开关管的驱动信号的另一种波形图；
图13为图2中RSC电路的另一种结构示意图；
图14a为图13中第一SC电路的另一种工作状态示意图；
图14b为图14a所示电路结构的等效示意图；
图15a为图13中第一SC电路的另一种工作状态示意图；
图15b为图15a所示电路结构的等效示意图；
图16为图2中RSC电路的另一种结构示意图。
附图标记：
01-电子设备；02-适配器；03-外接接口；10-显示屏；11-中框；110-承载板；111-边框；12-壳体；13-电池；20-RSC电路；21-降压电路；22-处理器；201-SC电路。
具体实施方式
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描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述方便，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请实施例中，“上”、“下”、“左”、“右”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语可以是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“电连接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接的电性连接。
本申请实施例提供一种充电系统。该充电系统包括电子设备。该电子设备可以包括手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、带无线收发功能的电脑、智能穿戴产品(例如，智能手表、智能手环)、虚拟现实(virtual reality，VR)终端设备、增强现实(augmentedreality AR)终端设备等具有需要充电的设备。上述电子设备还可以是充电电动汽车、充电家用小型电器(例如豆浆机、扫地机器人)、无人机等电子产品。本申请实施例对上述电子设备的具体形式不做特殊限制。以下为了方便说明，是以电子设备01为如图1a所示的手机为例进行的说明。
为了对上述电子设备01进行充电，上述充电系统还包括如图1a所示的适配器02。该适配器02可以通过线缆与电子设备01的外接接口03电连接。适配器02能够将220V的交流电根据充电功率的需要转换成直流电(例如10V，4A的电信号)，并将该直流电传输至电子设备01，以对电子设备01进行供电。示例的，在本申请的一些实施例中，上述适配器02可以采用反激变换器(flyback converter)拓扑结构。
上述电子设备01以手机为例，如图1b所示，主要包括显示屏(display panel，DP)10。该显示屏10可以为液晶显示(liquid crystal display，LCD)屏，或者，有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)显示屏。本申请对此不作限定。上述电子设备01还包括如图1b所示的中框11和壳体12。显示屏10和壳体12分别位于中框11的两侧，且与中框11相连接。其中，中框11包括承载板110以及绕承载板110一周的边框111。
电子设备01还可以包括设置于承载板110朝向壳体12的一侧表面上的印刷电路板(printed circuit boards，PCB)和电池13。此外，当电子设备01支持大功率充电(即快充)时，上述电子设备01还可以包括设置于PCB上的RSC电路20。该RSC电路20可以承受较高的输入输出压差，且具有较高的电压转换效率(例如转换效率可以在97％以上)，因此可以用于对电池13进行大功率充电(即快充)，以提高电子设备01的充电速度。
如图2所示，RSC电路20具有输入端Ip1和输出端Op1，该输入端Ip1与电子设备01的外接接口03电连接，输出端Op1与电池13电连接。该RSC电路20可以用于将外接接口03传输至RSC电路20输入端Ip1的输入电压Vin进行降压后生成输出电压Vout，通过RSC电路20的输出端Op1将上述输出电压Vout施加至电池13，并向电池13提供第一充电电流I1。
此外，上述电子设备01还包括处理器22，例如，片上系统(system on chip，SOC)。该处理器22可以与电池13和RSC电路20电连接，处理器22可以检测电池13的充电电流。电子设备01的外接接口03中设置有D+引脚和D-引脚。D+引脚和D-引脚可以将适配器02与处理器22，或者能够检测适配器02类别的检测芯片电连接。这样一来，处理器22或者上述检测芯片可以基于充电协议，例如BC1.2充电协议，检测出适配器02的类别。
例如，当适配器02支持对电池13进行大功率充电(即快充)时，该适配器02的输出功率可以为40W(即10V，4A)。此时，RSC电路20的输入功率为40W(即10V，4A)。外接接口03中的电源线接口Vbus将可以输入电压Vin传输至RSC电路20的输入端Ip1，Vin＝10V。
上述电池13通常为锂电池，锂电池的充电的电压可以在3.5V～4.4V的范围内。在电池13内设置有电池保护板的情况下，RSC电路20的输出电压Vout可以大于电池13的充电电压，例如Vout＝5V。在此情况下，上述RSC电路20可以将上述输入电压Vin(10V)转换成输出电压Vout(5V)。该输出电压Vout作为充电电压Vbat提供至电池13。由于RSC电路20的输入功率与RSC电路20的输出功率可以相同，例如可以均为40W，因此，RSC电路20向电池13提供第一充电电流I1，I1＝8A。
为了减小充电过程对电池13性能的影响，随着充电时间的增加，RSC电路20向电池13提供第一充电电流I1需要逐渐减小。在此情况下，处理器22可以通过外接接口03中的D+引脚和D-引脚与适配器02进行通信，使得适配器02的输出功率可以根据电池13的充电电流的减小而减小，从而使得RSC电路20向电池13提供第一充电电流I1可以随着充电时间的增加而逐渐减小。
在此基础上，当电池13的电量达到90％以上时，电池13的充电电流会小于预设电流(例如，1A)。此时，无需对上述电池13进行快充，而需要采用小功率充电对电池13进行标准充电。由于RSC电路20为开环电路，因此当充电功率较小时，RSC电路20输出电流变小，处理器22对充电电流检测精度降低，不利于对充电电流进行精确调节。此外，当充电功率较小时，RSC电路20的转换效率会降低。在此情况下，上述电子设备01如图2所示，还可以包括与处理器22电连接的降压(Buck)电路21。降压(Buck)电路21可以对电池13进行上述小功率充电。
该降压电路21具有输入端Ip2和输出端Op2，该输入端Ip2与电子设备01的外接接口03电连接，输出端Op2与电池13电连接。Buck电路21可以用于将外接接口03传输至降压电路21输入端Ip2的电压进行降压后，通过降压电路21的输出端Op2施加至电池13，并向电池13提供第二充电电流I2。其中，第二充电电流I2小于上述第一充电电流I1，即I2＜I1，从而可以实现小功率充电。
例如，当对电池13进行小功率充电，该适配器02的输出功率可以为5W(例如，5V，1A)。此时，Buck电路21的输入功率也可为5W(即5V，1A)。外接接口03中的电源线接口Vbus将输入电压Vin传输至Buck电路21，Vin＝5V。Buck电路21为闭环电路，因此Buck电路21可以对电池13的充电电流进行实时检测，并根据检测结果和预设的充电电流，例如第二充电电流I2，I2＝1A，对其内部开关管控制信号的占空比进行调节，以向电池提供降压后的电压，并使得Buck电路21向电池13提供的电流与上述第二充电电流I2相同或近似相同。
由上述可知，RSC电路20和Buck电路21均与处理器22电连接。这样一来，当处理器22检测到电池13的充电电流大于预设电流(例如，1A)时，处理器22可以控制RSC电路20处于工作状态，从而能通过RSC电路20向电池13提供上述第一充电电流I1。此外，当处理器22检测到电池13的充电电流小于或等于预设电流(例如，1A)时，处理器22可以控制Buck电路21处于工作状态，从而能通过Buck电路21向电池13提供上述第二充电电流I2。
此外，如图2所示，上述电子设备01还可以包括双向截止开关管SW。该双向截止开关管SW的选通端与处理器22电连接，双向截止开关管SW的第一极a与外接接口03电连接，双向截止开关管SW的第二极b与RSC电路20和Buck电路电连接。双向截止开关管SW用于在处理器22输出截止信号时，将外接接口03与RSC电路20以及Buck电路断开。
在本申请的一些实施例中，上述双向截止开关管SW可以包括两个开关管。这两个开关管的寄生二极管反向设置。此外，上述两个开关管的栅极g电连接，且作为双向截止开关管SW的选通端。双向截止开关管SW的选通端可以与处理器22电连接，通过处理器22控制双向截止开关管SW的开启和关断。当双向截止开关管SW的选通端接收到处理器22输出的截止信号时，该双向截止开关管SW中的两个开关管均截止。根据二极管的单向导通特性可知，当双向截止开关管SW中的两个开关管均截止时，外接接口03与RSC电路20以及Buck电路断开。
这样一来，电子设备01与外接充电器(例如充电宝)电连接的情况下，如果电子设备01内部电压较高，外接充电器电压较低时，可以通过处理器22控制双向截止开关管SW截止，从而避免发生电子设备01的电池13向外接充电器倒灌的现象。或者，当电池13的电量充满时，即使电子设备01与外接充电器或者适配器02电连接，可以通过处理器22控制双向截止开关管SW截止，从而使得外接充电器或者适配器02不会继续对电子设备01进行充电。
此外，在本申请的另一些实施例中，在电子设备01中的处理器22可以通过外接接口03的D+引脚和D-引脚，与外接设备(例如充电宝、手机、智能手表)电连接。当电子设备01支持反向充电时，处理器22可以控制双向截止开关管SW导通。此时，电子设备01可以向上述外接设备进行反向充电。以下对上述RSC电路20的结构以及工作过程进行详细的举例说明。
示例一
在本示例中，如图3所示，RSC电路20可以包括一个谐振电感Lr和N相开关电容(switched capacitor，SC)电路201。其中，N≥2，N为整数。
谐振电感Lr具有第一端a1和第二端a2。该谐振电感Lr的第一端a1可以作为上述RSC电路20的输出端Op1，与负载(例如，电池)30电连接。该谐振电感Lr的第一端a1用于向负载30进行供电。此外，上述N相SC电路201的输入端并联后，作为上述RSC电路20的输入端Ip1，与同一个电源，即上述适配器02电连接。N相SC电路的输出端并联，且与谐振电感的Lr第二端a2电连接。这样一来，N相SC电路201的输出端并联后，再串联一个上述谐振电感Lr的一起给负载30供电。
需要说明的是，本申请实施例中是以电池作为负载30为例进行的说明。本申请对负载的类型不做限定。例如，在本申请的另一些实施例中，上述负载30还可以为一些控制芯片，例如，电源管理单元(power management unit，PMU)、中央处理器(central processingunit，CPU)，或者，上述SOC等。
在本申请的一些实施例中，为了使得谐振电感Lr输出的电流具有很小的纹波，以保持恒定，上述RSC电路20还可以包括输出电容Co。该输出电容Co的一端与谐振电感Lr的第一端a1电连接，另一端接地(GND)。
在此基础上，每相SC电路201可以包括多个开关管和至少一个谐振电容Cr。例如图3中每相SC电路201可以包括一个谐振电容Cr，以及四个开关管Q。其中，N相SC电路201的各个谐振电容Cr并联，且多个谐振电容Cr并联后与谐振电感Lr串联。
以下对图3所示的RSC电路20的每相SC电路201中各个元器件的连接方式，以及该RSC电路20的电压转换过程进行详细的说明。
如图4所示，以第一SC电路201_1为例，该第一SC电路201_1包括一个谐振电容Cr1，以及四个开关管，分别为第一开关管Q11、第二开关管Q12、第三开关管Q13以及第四开关管Q14。
第一开关管Q11的第一极，例如，漏极(drain，d)作为SC电路201_1的输入端，第一开关管Q11的第二极，例如，源极(source，s)与谐振电容Cr1的第一端b1电连接。
第二开关管Q12的第一极(例如，漏极d)与第一开关管Q11的第二极(例如，源极s)电连接。第二开关管Q12的第二极(例如，源极s)作为第一SC电路201_1的输出端，与谐振电感Lr的第二端a2电连接。
第三开关管Q13的第一极(例如，漏极d)与第二开关管Q12的第二极(例如，源极s)电连接，第三开关管Q13的第二极(例如，源极s)与谐振电容Cr1的第二端b2电连接。
第四开关管Q14的第一极(例如，漏极d)与第三开关管Q13的第二极(例如，源极s)电连接，第四开关管Q14的第二极(例如，源极s)接地。
其中，上述第一开关管Q11、第三开关管Q13的栅极(gate，g)用于接收相同的驱动信号，从而使得第一开关管Q11、第三开关管Q13可以同时导通，或者，同时截止。第二开关管Q12、第四开关管Q14的栅极g用于接收相同的驱动信号，从而使得第二开关管Q12、第四开关管Q14可以同时导通，或者，同时截止。此外，第一开关管Q11的栅极g和第二开关管Q12的栅极g接收的驱动信号为等幅反相信号。在此情况下，当第一开关管Q11、第三开关管Q13导通时，第二开关管Q12、第四开关管Q14截止。或者，当第一开关管Q11、第三开关管Q13截止时，第二开关管Q12、第四开关管Q14导通。
为了控制上述开关管的导通和截止，RSC电路20可以不包括控制器(图中未示出)，该控制器能够根据需要向上述开关管的栅极提供占空比可调的脉冲宽度可调(pulsewidth modulation，PWM)信号作为上述驱动信号，以控制开关管的导通和截止。在本申请的一些实施例中，上述RSC电路20可以制作于一个芯片中，而上述控制器可以集成于该芯片内。
需要说明的是，在本申请的一些实施例中，上述开关管，例如上述是以第一开关管Q11、第二开关管Q12、第三开关管Q13以及第四开关管Q14可以为N型金属氧化物半导体(negative channel metal oxide semiconductor，NMOS)开关管。在此情况下，上述开关管的第一极为漏极d，第二极为源极s。或者，在本申请的另一些实施例中，上述各个开关管可以为P型金属氧化物半导体(positive channel metal oxide semiconductor，PMOS)开关管。在此情况下，开关管的第一极可以为源极s，第二极为漏极d。以下为了方便说明，均是以开关管为N型开关管为例进行举例说明。
此外，本申请实施例中，每个开关管中，并联于开关管漏极d和源极s之间的二极管D’和电容C’，分别为制作该开关管时一同形成的寄生二极管和寄生电容。上述寄生二极管和寄生电容对开关管的导通和截止不造成影响。
图4所示的RSC电路20中每相SC电路可以实现2:1的电压转换过程，即每一相SC电路输入电压Vin与输出电压Vout的比值为2:1。以下以第一SC电路201_1为例，对一相SC电路201的电压转换过程进行说明。
在RSC电路20进行电压转换的第一阶段，例如，RSC电路20的谐振周期T的前半周期(0～T/2)，如图5a所示，控制第一开关管Q11、第三开关管Q13导通，并控制第二开关管Q12、第四开关管Q14截止。作为电源的适配器02向第一SC电路201_1的输入端Ip1施加输入电压Vin，例如，Vin＝10V。在适配器02的输出功率为40W时，RSC电路20的输入端Ip1接收到输入电流Iin，Iin＝4A。
如图5a所示，该输入电流Iin从第一开关管Q11到谐振电容Cr1，再从第三开关管Q13到谐振电感Lr、输出电容Co后形成充电回路。输入电流Iin可以在上述充电回路中对谐振电容Cr1以及输出电容Co进行充电。其中，在上述充电的过程中，上述谐振电感Lr可以阻碍充电回路中电流的变化，使得谐振电容Cr1以及输出电容Co上的电量缓慢地增加。由上述可知，在谐振周期的前半周期(0～T/2)，谐振电感Lr和RSC电路20中的谐振电容Cr1可以用于进行充电。
基于此，图5a所示的结构的等效电路如图5b所示，可以看出谐振电容Cr1与输出电容Co串联。因此，上述充电过程结束后，谐振电容Cr1两端的电压V_Cr1、输出电容Co两端的电压Vout以及输入电压Vin之间满足以下公式：
Vin＝V_Cr1+Vout (1)
接下来，在RSC电路20进行电压转换的第二阶段，例如，RSC电路20的谐振周期T的后半周期(T/2～T)，如图6a所示，控制第二开关管Q12、第四开关管Q14导通，并控制第一开关管Q11、第三开关管Q13截止。谐振电容Cr1进行放电，放电电流Iout由第二开关管Q12到谐振电感Lr，然后到电池13，再由第四开关管Q14下地形成放电回路，以对电池13进行充电。此外，输出电容Co也在该放电回路中对电池13进行放电。其中，在上述放电的过程中，谐振电感Lr可以阻碍放电回路中电流的变化，使得谐振电容Cr1以及输出电容Co上的电量缓慢地减小。由上述可知，在谐振周期的后半周期放电(T/2～T)，谐振电感Lr和RSC电路20中的谐振电容Cr1还可以用于放电，以向作为负载30供电。
由上述可知，RSC电路20在充电过程中，谐振电感Lr阻碍充电回路中电流的变化，使得谐振电容Cr1以及输出电容Co上的电量缓慢地增加。在放电过程中，谐振电感Lr阻碍放电回路中电流的变化，使得谐振电容Cr1以及输出电容Co上的电量缓慢地减小。因此，RSC电路20中通过设置谐振电容Cr1，可以对谐振电容Cr1以及输出电容Co在充放电过程中进行缓冲，避免其对电池进行硬充电而出现较大的电流尖峰，减小电磁干扰(electromagneticinterference，EMI)出现的几率。
基于此，图6a所示的结构的等效电路如图6b所示，可以看出谐振电容Cr1与输出电容Co并联。因此，上述放电过程结束后，谐振电容Cr1两端的电压V_Cr1、输出电容Co两端的电压Vout之间满足以下公式：
V_Cr1＝Vout (2)
将上述公式(2)代入公式(1)之后，可以得出Vin＝2Vout，因此，RSC电路20输入电压Vin与输出电压Vout的比值为2:1。
综上所述，RSC电路20中，由各相SC电路201的开关管构成的开关阵列，以特定的方式交替形成充电回路和放电回路，从而在充电回路中对谐振电容Cr以及输出电容Co进行充电，在放电回路中通过谐振电容Cr以及输出电容Co向作为负载的电池13进行放电。并且，在谐振电容Cr以及输出电容Co的充放电过程中实现电压的转换，使得RSC电路20输出的电压能够对电池13进行充电。
由上述可知，本申请实施例提供的RSC电路20中至少包括两相SC电路201，例如第一SC电路201_1和第二SC电路201_2。以下对RSC电路20中，相邻的第一SC电路201_1和第二SC电路201_2的结构以及控制方法进行举例说明。
例如，在本申请的一些实施例中，第一SC电路201_1和第二SC电路201_2中，电路连接方式相同的开关管，例如，图7a中的第一SC电路201_1中第一开关管Q11和第二SC路201_2中第一开关管Q21的栅极g接收到的驱动信号的相位差为0°，即上述各个开关管的栅极g接收到的驱动信号可以均为图8所示的驱动信号VG1。
此外，图7a中的第一SC电路201_1中第二开关管Q12和第二SC路201_2中第二开关管Q22的栅极g接收到的驱动信号的相位差为0°，即上述各个开关管的栅极g接收到的驱动信号可以均为图8所示的驱动信号VG2。其中，驱动信号VG1和驱动信号VG2为等幅反相信号。
在此情况下，在RSC电路20进行电压转换的第一阶段，如图7a所示，第一SC电路201_1中，第一开关管Q11、第三开关管Q13导通，第二开关管Q12、第四开关管Q14截止。第二SC电路201_2中，第一开关管Q21、第三开关管Q23导通，第二开关管Q22、第四开关管Q24截止。RSC电路20的输入端Ip1接收到输入电流Iin向每一相SC电路201中的谐振电容Cr进行充电，充电过程同上所述，此处不再赘述。
接下来，在RSC电路20进行电压转换的第二阶段，如图7b所示，第一SC电路201_1中，第二开关管Q12、第四开关管Q14导通，第一开关管Q11、第三开关管Q13截止。第二SC电路201_2中，第二开关管Q22、第四开关管Q24导通，第一开关管Q21、第三开关管Q23截止，各相SC电路201中的谐振电容Cr向电池13进行放电，放电过程同上所述，此处不再赘述。
需要说明的是，RSC电路20中，除了第一SC电路201_1和第二SC电路201_2以外的SC电路201_i中开关管的导通、截止状态，以及该SC电路201_i的充放电过程同上所述，此处不再赘述。其中，3≤i≤N，i为整数。
又例如，在本申请的另一些实施例中，RSC电路20中任意相邻两相SC电路201，例如第一SC电路201_1和第二SC电路201_2中，电路连接方式相同的开关管，例如，图9a中的第一SC电路201_1中第一开关管Q11的栅极g接收到的驱动信号VG1，和第二SC路201_2中第一开关管Q21的栅极g接收到的驱动信号VG2的相位如图10所示相差180°。此外，图9a中的第一SC电路201_1中第二开关管Q12的栅极g接收到的驱动信号VG2，和第二SC路201_2中第二开关管Q22的栅极g接收到的驱动信号VG1的相位差为180°。
在此情况下，在RSC电路20进行电压转换的第一阶段，如图9a所示，第一SC电路201_1中，第一开关管Q11、第三开关管Q13导通，第二开关管Q12、第四开关管Q14截止。RSC电路20的输入端Ip1接收到输入电流Iin向第一SC电路201_1中的谐振电容Cr1进行充电，充电过程同上所述，此处不再赘述。此外，第二SC电路201_2中，第二开关管Q22、第四开关管Q24导通，第一开关管Q21、第三开关管Q23截止。第二SC电路201_2中的谐振电容Cr2向电池13进行放电，放电过程同上所述，此处不再赘述。
接下来，在RSC电路20进行电压转换的第二阶段，如图9b所示，第一SC电路201_1中，第二开关管Q12、第四开关管Q14导通，第一开关管Q11、第三开关管Q13截止。第一SC电路201_1中的谐振电容Cr1向电池13进行放电，放电过程同上所述，此处不再赘述。此外，第二RC电路201_2中，第一开关管Q21、第三开关管Q23导通，第二开关管Q22、第四开关管Q24截止。RSC电路20的输入端Ip1接收到输入电流Iin向第二SC电路201_2中的谐振电容Cr2进行充电，充电过程同上所述，此处不再赘述。
其中，以适配器02的输出功率为40W，且该适配器02向RSC电路20施加的输入电压Vin如图10所示为10V为例，经过RSC电路20的电压转换后，该RSC电路20的输出电压Vout如图10所示，可以为4.9V左右，接近5V。因此，电压转换效率可以达到98％左右。此外，输出电流Iout为9A左右，接近10A。
由图10所示，流过第一SC电路201_1中，谐振电容Cr1的电流I_Cr1，以及流过第二SC电路201_2中，谐振电容Cr2的电流I_Cr2均为正弦波的形式，从而可以说明每一相SC电路201均可以实现谐振工作。此外，由于流过各相SC电路201中谐振电容的电流为正弦波的形式，因此如图10所示，输入电压Iin为馒头波的形式。在此情况下，为了减小输入电压Iin的纹波，可以在RSC电路20的输入端设置输入电容(图中未示出)，该输入电容的一端可以与RSC电路20的输入端Ip1电连接，另一端接地。
需要说明的是，RSC电路20中，对于第i个SC电路201_i而言，当i≤N，i为奇数时，第i个SC电路201_i中开关管的导通、截止状态，以及该SC电路201_i的充放电过程与第一SC电路201_1相同。当i≤N，i为偶数时，第i个SC电路201_i中开关管的导通、截止状态，以及该SC电路201_i的充放电过程与第二SC电路201_2相同，此处不再赘述。
由上述可知，同一个SC电路，例如第一SC电路201中第一开关管Q11、第三开关管Q13的栅极g接收到的驱动信号相同，例如均为图10所示的驱动信号VG1。第二开关管Q12、第四开关管Q14的栅极g接收到的驱动信号相同，例如均为图10所示的驱动信号VG2。驱动信号VG1和驱动信号VG2为等幅反相信号，即两者之间的相位差为180°。
此外，RSC电路20中任意相邻两相SC电路201，例如第一SC电路201_1和第二SC电路201_2中，电路连接方式相同的开关管(例如，图9a中的Q11和Q21，或者Q12和Q22，或者Q13和Q23，或者Q14和Q24)的栅极g接收到的驱动信号相差180°。因此，第一SC电路201_1中的第一开关管Q11、第三开关管Q13与第二SC电路201_2中的第二开关管Q21、第四开关管Q24的栅极g接收到的驱动信号相同，例如均为图10所示的驱动信号VG1。同理，第一SC电路201_1中的第二开关管Q21、第四开关管Q14与第二SC电路201_2中的第一开关管Q21、第三开关管Q23的栅极g接收到的驱动信号相同，例如均为图10所示的驱动信号VG2。
基于此，为了简化电路结构，如图11所示，RSC电路20还可以包括第一控制信号端S1和第二控制信号端S2，第一控制信号端S1用于输出上述驱动信号VG1，与第二控制信号端S2用于输出上述驱动信号VG2。
在此情况下，第一SC电路201_1中的第一开关管Q11、第三开关管Q13与第二SC电路201_2中的第二开关管Q21、第四开关管Q24的栅极g均与第一控制信号端S1电连接。并且，第一SC电路201_1中的第二开关管Q21、第四开关管Q14与第二SC电路201_2中的第一开关管Q21、第三开关管Q23的栅极g可以均与第二控制信号端S2电连接。这样一来，在SC电路201中，无需向每个开关管的栅极单独设置信号控制端，从而达到简化电路结构的目的。
需要说明的是，上述是以RSC电路20中任意相邻两相SC电路201中，电路连接方式相同的开关管的栅极接收到的驱动信号的相位差为0°，或者180°为例进行的说明。在本申请的另一些实施例中，RSC电路20中任意相邻两相SC电路201，例如第一SC电路201_1和第二SC电路201_2中，电路连接方式相同的开关管(例如，图9a中的Q11和Q21，或者Q12和Q22，或者Q13和Q23，或者Q14和Q24)的栅极g，分别接收到的驱动信号VG1和驱动信号VG2的相位差可以如图12所示可以相差90°。在此情况下，RSC电路20的电压转换过程同理可得，此处不再赘述。
综上所述，本申请实施例提供的RSC电路20中，流过每一相SC电路201中谐振电容的电流均可以实现谐振，且RSC电路20的电压转换效率可以达到98％左右。在此基础上，RSC电路20中只需要设置一个谐振电感Lr。因此，RSC电路20的总谐振电感Ltr＝Lr。
此外，N相SC电路201中的谐振电容Cr并联后，再与上述谐振电感Lr串联。由于N相SC电路201中的谐振电容Cr并联，因此RSC电路20的总谐振电容Ctr的电容值为N相SC电路201中的谐振电容Cr之和。
即：Ctr＝Cr1+Cr2+…+CrN (3)
当每一相SC电路201的谐振电容Cr的电容值均相等时，各相SC电路201的谐振电容Cr满足以下公式：
Cr1＝Cr2＝…＝CrN＝Ctr/M (4)
其中，公式(4)中M为谐振开关电容电路中并联的谐振电容的数量，例如本示例中M＝N。
其中，RSC电路20的总谐振电感Ltr与总谐振电容Ctr满足以下公式：
公式(5)中fr为流过每一相SC电路201中谐振电容的电流的谐振频率。该谐振频率与控制开关管栅极g的驱动信号的频率，即RSC电路20的开关频率(例如500KHz)相同。这样一来，可以通过RSC电路20的谐振频率fr、总谐振电感Ltr、总谐振电容Ctr，以及上述公式可以计算出上述各相SC电路201的谐振电容Cr的电容值，以及谐振电感Lr的电感值。
示例的，在本申请的一些实施例中，RSC电路20的输入功率为40W(10V，4A)，输出功率为40W(5V，8A)，开关频率为500KHz，RSC电路20的总谐振电感Ltr＝Lr＝101nH时，由公式(5)可以得出总谐振电容Ctr为1μF。
在此情况下，由公式(4)可知，当RSC电路20包括两相(N＝2)SC电路，例如第一SC电路201_1和第二SC电路201_2时，第一SC电路201_1中的谐振电容Cr1以及第二SC电路201_2中的谐振电容Cr1可以均为0.5μF。
这样一来，本示例中RSC电路20中只需要设置一个谐振电感Lr，且该谐振电感Lr的电感值与RSC电路20的总谐振电感Ltr的电感值相同。因此可以达到减小谐振电感数量的目的。此外，RSC电路20中每一相SC电路201中单个谐振电容Cr的电容值为RSC电路20的总谐振电容Ctr的电容值的1/M。其中，M＝N。并且，随着RSC电路20中并联的SC电路201的相数N的数值越大，每一相SC电路201中单个谐振电容Cr的电容值减小的越多。因此能够有效减小每一相SC电路201的单个谐振电容Cr的尺寸，从而可以有效减小RSC电路20的占板面积，有利于电子设备小型化的设计。
需要说明的是，本申请对RSC电路20中并联的SC电路201的相数N的大小不做限定。在RSC电路20输入输出功率不变的情况下，当相数N越大时，对每一相SC电路201中元器件，例如谐振电容以及开关管的性能要求越低，但是RSC电路20中元器件的数量越多。反之，对每一相SC电路201中元器件的性能要求越高，但是RSC电路20中元器件的数量越小。
示例二
在本示例与示例一相同，如图13所示，RSC电路20可以包括一个谐振电感Lr和N相SC电路201。谐振电感Lr和N相SC电路的连接方式同上所述，此处不再赘述。
此外，与示例一的不同之处在于，每相SC电路201可以包括多个开关管和两个谐振电容Cr，分别为第一谐振电容C1r、第二谐振电容C2r。如图13所示，以第一相SC电路201_1为例，该SC电路201_1包括第一谐振电容C1r1、第二谐振电容C2r1、飞跨电容Cf1以及第一开关管Q11、第二开关管Q12、第三开关管Q13、第四开关管Q14、第五开关管Q15、第六开关管Q16、第七开关管Q17、第八开关管Q18、第九开关管Q19、第十开关管Q110。
其中，N相SC电路201的所有谐振电容并联，且并联的多个谐振电容与谐振电感Lr串联。上述开关管可以为NMOS管，也可以为PMOS管，以下为了方便说明，均是以上述开关管为NMOS管为例进行的说明。
第一相SC电路201_1中，各个开关管的连接方式可以为：第一开关管Q11的第一极(例如，漏极d)作为RSC电路20的输入端Ip1，第一开关管Q11的第二极(例如，源极s)与第一谐振电容C1r1的第一端电连接。第二开关管Q12的第一极(例如，漏极d)与第一开关管Q11的第二极(例如，源极s)电连接。第三开关管Q13的第一极(例如，漏极d)与第二开关管Q12的第二极(例如，源极s)电连接。第三开关管Q13的第二极(例如，源极s)与第二谐振电容C2r1的第一端电连接。第四开关管Q14的第一极(例如，漏极d)与第三开关管Q13的第二极(例如，源极s)电连接，第四开关管Q14的第二极(例如，源极s)与谐振电感Lr的第二端a2电连接。
此外，第五开关管Q15的第一极(例如，漏极d)作为RSC电路20的输入端Op1与谐振电感Lr的第二端a2电连接，第五开关管Q15的第二极(例如，源极s)与第一谐振电容C1r1的第二端电连接。第六开关管Q16的第一极(例如，漏极d)与第五开关管Q15的第二极(例如，源极s)电连接，第六开关管Q16的第二极(例如，源极s)接地。
第七开关管Q17的第一极(例如，漏极d)与第五开关管Q15的第一极(例如，漏极d)电连接。飞跨电容Cf1的第一端与第二开关管Q12的第二极(例如，源极s)电连接，飞跨电容Cf1的第二端与第七开关管Q17的第二极(例如，源极s)电连接。第八开关管Q18的第一极(例如，漏极d)与第七开关管Q17的第二极(例如，源极s)电连接，第八开关管Q18的第二极接地。
第九开关管Q19的第一极(例如，漏极d)与第五开关管Q15的第一极(例如，漏极d)电连接，第九开关管Q19的第二极(例如，源极s)与第二谐振电容C2r1的第二端电连接。第十开关管Q110的第一极(例如，漏极d)与第九开关管Q19的第二极(例如，源极s)电连接，第十开关管Q110的第二极(例如，源极s)接地。
其中，第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第八开关管Q18以及第九开关管Q19的栅极g用于接收相同的驱动信号，从而使得第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第八开关管Q18以及第九开关管Q19可以同时导通，或者，同时截止。此外，第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110用于接收相同的驱动信号，从而使得第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110可以同时导通，或者，同时截止。上述第一开关管Q11的栅极g和第二开关管Q12的栅极g接收的驱动信号为等幅反相信号。
在此情况下，第一相SC电路201_1中，当第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第八开关管Q18以及第九开关管Q19导通时，第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110截止。或者，当第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第八开关管Q18以及第九开关管Q19截止时，第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110导通。
图13所示的RSC电路20中每相SC电路201可以实现4:1的电压转换过程，即每一相SC电路201输入电压Vin与输出电压Vout的比值为4:1。以下以第一相SC电路201_1为例，对一相SC电路201的电压转换过程进行说明。
在RSC电路20进行电压转换的第一阶段，例如，RSC电路20的谐振周期T的前半周期(0～T/2)，如图14a所示，控制第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第八开关管Q18以及第九开关管Q19导通，并控制第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110截止。作为电源的适配器02向SC电路201的输入端Ip1施加输入电压Vin，例如，Vin＝10V。在适配器02的输出功率为40W时，RSC电路20的输入端Ip1接收到输入电流Iin，Iin＝4A。
如图14a所示，该输入电流Iin从第一开关管Q11到第一谐振电容C1r1，再从第五开关管Q15到谐振电感Lr、输出电容Co后形成充电回路。输入电流Iin可以在上述充电回路中对第一谐振电容C1r1以及输出电容Co进行充电。其中，在上述充电的过程中，上述谐振电感Lr阻碍充电回路中电流的变化，使得第一谐振电容C1r1以及输出电容Co上的电量缓慢地增加。此外，上述输入电流Iin还经过第九开关管Q19、第三开关管Q13以及第八开关管Q18对第二谐振电容C1r1和飞跨电容Cf1进行充电。
基于此，图14a所示的结构的等效电路如图14b所示，可以看出第一谐振电容C1r1与输出电容Co串联。飞跨电容Cf1与第二谐振电容C1r2串联后与输出电容Co并联。因此，上述充电过程结束后，第一谐振电容C1r1两端的电压V_C1r1、输出电容Co两端的电压Vout以及输入电压Vin之间满足以下公式：
Vin-V_C1r1＝Vout (6)
此外，飞跨电容Cf1两端的电压V_Cf1、第二谐振电容C1r2两端的电压V_C1r2以及输出电容Co两端的电压Vout之间满足以下公式：
V_Cf1-V_C1r2＝Vout (7)
接下来，在RSC电路20进行电压转换的第二阶段，例如，RSC电路20的谐振周期T的后半周期(T/2～T)，如图15a所示，控制第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110导通，并控制第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第八开关管Q18以及第九开关管Q19截止。第一谐振电容C1r1进行放电，放电电流Iout经过第二开关管Q12流向飞跨电容Cf1。飞跨电容Cf1的放电电流Iout经过第七开关管Q17流向谐振电感Lr、电池13形成放电回路。第二谐振电容C1r2经过第四开关管Q14对电池13进行放电，以对电池13进行充电。此外，输出电容Co也在该放电回路中对电池13进行放电。其中，在上述放电的过程中，谐振电感Lr可以阻碍放电回路中电流的变化，使得第一谐振电容C1r1、第二谐振电容C1r2以及输出电容Co上的电量缓慢地减小。
基于此，图15a所示的结构的等效电路如图15b所示，可以看出飞跨电容Cf1与输出电容Co串联后，与第一谐振电容C1r1并联，第二谐振电容C1r2与输出电容Co并联。因此，上述放电过程结束后，第一谐振电容C1r1两端的电压V_C1r1、输出电容Co两端的电压Vout以及飞跨电容Cf1两端的电压V_Cf1之间满足以下公式：
V_C1r1-V_Cf1＝Vout (8)
此外，第二谐振电容C1r2两端的电压V_C1r2与输出电容Co两端的电压Vout之间满足以下公式：
V_C1r2＝Vout (9)
根据上述公式(6)、公式(7)、公式(8)以及公式(9)，可以得出Vin＝4Vout，因此，RSC电路20输入电压Vin与输出电压Vout的比值为4:1。
此外，本申请实施例提供的RSC电路20中至少包括两相SC电路201，例如第一SC电路201_1和第二SC电路201_2的控制方法可以与示例一同理。例如，在本申请的一些实施例中，第一SC电路201_1和第二SC电路201_2中，电路连接方式相同的开关管，例如，图13中的第一SC电路201_1中第一开关管Q11和第二SC路201_2中第一开关管Q21的栅极g接收到的驱动信号的相位差为0°，即上述各个开关管的栅极g接收到的驱动信号可以均为上述驱动信号VG1。此外，图13中的第一SC电路201_1中第二开关管Q12和第二SC路201_2中第二开关管Q22的栅极g接收到的驱动信号的相位差为0°，即上述各个开关管的栅极g接收到的驱动信号可以均为上述驱动信号VG2。在此情况下，RSC电路20的充放电过程同理可得，此处不再赘述。
或者，又例如，在本申请的另一些实施例中，RSC电路20的第一SC电路201_1和第二SC电路201_2中，电路连接方式相同的开关管，(例如，图16中的Q11和Q21，或者Q12和Q22，或者Q13和Q23，或者Q14和Q24，或者Q15和Q25，或者Q16和Q26，或者Q17和Q27，或者Q18和Q28，或者Q19和Q29，或者Q110和Q210)的栅极g接收到的驱动信号相差180°。
在此情况下，第一SC电路201_1中的第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第八开关管Q18以及第九开关管Q19，与第二SC电路201_2中的第二开关管Q22、第四开关管Q24、第六开关管Q26、第七开关管Q27以及第十开关管Q210的栅极g接收到的驱动信号相同，例如均为图10所示的驱动信号VG1。
同理，第一SC电路201_1中的第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110，与第二SC电路201_2中的第一开关管Q21、第三开关管Q23、第五开关管Q25、第八开关管Q28以及第九开关管Q29的栅极g接收到的驱动信号相同，例如均为图10所示的驱动信号VG2。
由上述可知，同一个SC电路，例如第一SC电路201中第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第七开关管Q17以及第九开关管Q19的栅极g接收到的驱动信号相同，例如均为上述驱动信号VG1。第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110的栅极g接收到的驱动信号相同，例如均为上述驱动信号VG2。驱动信号VG1和驱动信号VG2为等幅反相信号，即两者之间的相位差为180°。
基于此，为了简化电路结构，如图16所示，RSC电路20还可以包括第一控制信号端S1和第二控制信号端S2，第一控制信号端S1用于输出上述驱动信号VG1，与第二控制信号端S2用于输出上述驱动信号VG2。
第一SC电路201_1中的第一开关管Q11、第三开关管Q13、第五开关管Q15、第八开关管Q18以及第九开关管Q19的栅极g，与第二SC电路201_2中的第二开关管Q22、第四开关管Q24、第六开关管Q26、第七开关管Q27以及第十开关管Q210的栅极g均与第一控制信号端S1电连接。
第一SC电路201_1中第二开关管Q12、第四开关管Q14、第六开关管Q16、第七开关管Q17以及第十开关管Q110的栅极g，与第二SC电路201_2中的第一开关管Q21、第三开关管Q23、第五开关管Q25、第八开关管Q28以及第九开关管Q29的栅极g均与第二控制信号端S2电连接。这样一来，在SC电路201中，无需向每个开关管的栅极单独设置信号控制端，从而达到简化电路结构的目的。
或者，又例如，在本申请的一些实施例中，RSC电路20的第一SC电路201_1和第二SC电路201_2中，电路连接方式相同的开关管，(例如，图16中的Q11和Q21，或者Q12和Q22，或者Q13和Q23，或者Q14和Q24，或者Q15和Q25，或者Q16和Q26，或者Q17和Q27，或者Q18和Q28，或者Q19和Q29，或者Q110和Q210)的栅极g接收到的驱动信号相差90°。在此情况下，RSC电路20的电压转换过程同理可得，此处不再赘述。
同理可得，对于本示例中输入电压Vin与输出电压Vout的比值为4:1的RSC电路20而言，RSC电路20中只需要设置一个谐振电感Lr。因此，RSC电路20的总谐振电感Ltr＝Lr。此外，N相SC电路201中的N个第一谐振电容C1r与N个第二谐振电容C2r并联后，再与上述谐振电感Lr串联。由于N相SC电路201中共有2N个谐振电容并联，因此RSC电路20的总谐振电容Ctr的电容值为N相SC电路201中的谐振电容之和。
即：Ctr＝(C1r1+C1r2+…+C1rN)+(C2r1+C2r2+…+C2rN) (10)
当每一相SC电路201的第一谐振电容C1r的电容值均相等，第二谐振电容C2r的电容值均相等，且第一谐振电容C1r的电容值与第二谐振电容C2r的电容值相等时，各相SC电路201的单个谐振电容满足以下公式：
C1r1＝C1r2＝…＝C1rN＝Ctr/M (11)
C2r1＝C2r2＝…＝C2rN＝Ctr/M (12)
其中，公式(11)、公式(12)中M为谐振开关电容电路中并联的谐振电容的数量，例如本示例中M＝2N。
在此情况下，可以通过RSC电路20的谐振频率fr、总谐振电感Ltr、总谐振电容Ctr，以及上述公式可以计算出上述各相SC电路201的第一谐振电容C1r、第二谐振电容C2r的电容值，以及谐振电感Lr的电感值。
这样一来，本示例中，RSC电路20中只需要设置一个谐振电感Lr，且该谐振电感Lr的电感值与RSC电路20的总谐振电感Ltr的电感值相同。因此可以达到减小谐振电感数量的目的。此外，RSC电路20中每一相SC电路201中的单个第一谐振电容C1r或单个第二谐振电容C2r的电容值为RSC电路20的总谐振电容Ctr的电容值的1/M，其中，M＝2N。并且，随着RSC电路20中并联的SC电路201的相数N的数值越大，每一相SC电路201中的单个第一谐振电容C1r、单个第二谐振电容C2r的电容值减小的越多。因此能够有效减小每一相SC电路201的第一谐振电容C1r、第二谐振电容C2r的尺寸，从而可以有效减小RSC电路20的占板面积，有利于电子设备小型化的设计。
需要说明的是，示例一是以RSC电路20的输入电压Vin与输出电压Vout的比值为2:1为例对RSC电路20的结构以及充放电过程进行的说明。示例二是以RSC电路20的输入电压Vin与输出电压Vout的比值为4:1为例对RSC电路20的结构以及充放电过程进行的说明。本申请对RSC电路20电压转换比例不做限定，例如还可以为3:1、5:1、6:1或8:1。对于这些电压转换比例的RSC电路20而言，其结构同理可得，即需要满足RSC电路20包括一个谐振电感Lr和N相SC电路。N相SC电路的多个谐振电容并联后与上述谐振电感Lr串联即可。其余电压转换比例的RSC电路20的充放电过程，同上所述，此处不再赘述。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种谐振开关电容电路，其特征在于，包括：
一个谐振电感，第一端与负载电连接；
N相开关电容SC电路；所述N相SC电路的输入端并联，且与同一电源电连接；所述N相SC电路的输出端并联，且与所述谐振电感的第二端电连接；N≥2，N为整数；
其中，每相所述SC电路包括至少一个谐振电容；
所述SC电路包括两个谐振电容，分别为第一谐振电容和第二谐振电容；所述SC电路还包括：
第一开关管，第一极作为所述SC电路的输入端，所述第一开关管的第二极与所述第一谐振电容的第一端电连接；
第二开关管，第一极与所述第一开关管的第二极电连接；
第三开关管，第一极与所述第二开关管的第二极电连接，所述第三开关管的第二极与所述第二谐振电容的第一端电连接；
第四开关管，第一极与所述第三开关管的第二极电连接，所述第四开关管的第二极与所述谐振电感的第二端电连接；
第五开关管，第一极作为所述SC电路的输出端与所述谐振电感的第二端电连接，所述第五开关管的第二极与所述第一谐振电容的第二端电连接；
第六开关管，第一极与所述第五开关管的第二极电连接，所述第六开关管的第二极接地；
第七开关管，第一极与所述第五开关管的第一极电连接；
飞跨电容，第一端与所述第二开关管的第二极电连接，所述飞跨电容的第二端与所述第七开关管的第二极电连接；
第八开关管，第一极与所述第七开关管的第二极电连接，所述第八开关管的第二极接地；
第九开关管，第一极与所述第五开关管的第一极电连接，所述第九开关管的第二极与所述第二谐振电容的第二端电连接；
第十开关管，第一极与所述第九开关管的第二极电连接，所述第十开关管的第二极接地；
其中，所述第一开关管、所述第三开关管、第五开关管、第八开关管以及第九开关管的栅极用于接收相同的驱动信号，所述第二开关管、所述第四开关管、第六开关管、第七开关管以及第十开关管的栅极用于接收相同的驱动信号；所述第一开关管的栅极和所述第二开关管的栅极接收的驱动信号为等幅反相信号。
2.根据权利要求1所述的谐振开关电容电路，其特征在于，所述谐振开关电容电路包括至少两相SC电路，分别为第一SC电路和第二SC电路；所述谐振开关电容电路还包括第一控制信号端和第二控制信号端，所述第一控制信号端输出的驱动信号与所述第二控制信号端输出的驱动信号为等幅反相信号；
所述第一SC电路中的第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管以及第九开关管的栅极与所述第二SC电路中的第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管以及第十开关管的栅极均与所述第一控制信号端电连接；
所述第一SC电路中的第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管以及第十开关管的栅极与所述第二SC电路中的第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管以及第九开关管的栅极均与所述第二控制信号端电连接。
3.根据权利要求1或2所述的谐振开关电容电路，其特征在于，所述谐振开关电容电路还包括输出电容，所述输出电容的第一端与所述谐振电感的第一端电连接，所述输出电容的第二端接地。
4.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备具有外接接口，所述电子设备包括电池以及如权利要求1-3任一项所述的谐振开关电容电路；
所述谐振开关电容电路与外接接口和所述电池电连接，所述谐振开关电容电路用于将所述外接接口输入的电压进行降压后施加至所述电池，并向所述电池提供第一充电电流I1。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：
降压电路，与所述外接接口和所述电池电连接，所述降压电路用于将所述外接接口输入的电压进行降压后施加至所述电池，并向所述电池提供第二充电电流I2；其中，I1＞I2；
处理器，与所述降压电路、所述谐振开关电容电路以及所述电池电连接，所述处理器用于检测所述电池的充电电流；当所述充电电流大于预设电流时，所述处理器还用于控制所述谐振开关电容电路向所述电池提供所述第一充电电流I1；当所述充电电流小于所述预设电流时，所述处理器还用于控制所述降压电路向所述电池提供所述第二充电电流I2。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括双向截止开关管，所述双向截止开关管的选通端与所述处理器电连接，所述双向截止开关管的第一极与所述外接接口电连接，所述双向截止开关管的第二极与所述谐振开关电容电路和所述降压电路电连接；所述双向截止开关管用于在处理器输出截止信号时，将所述外接接口与所述谐振开关电容电路以及所述降压电路断开。
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