CN114400890B - 功率转换结构、系统、方法包括其的电子设备及芯片单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种功率转换结构、系统、方法包括其的电子设备及芯片单元，涉及电源领域，通过将一开关电容串联支路连接在第一开关串联支路的第三端与接地端之间，可实现当功率转换结构需要工作在开关电容变换器模式时，从第一开关串联支路的第三端输出的电流的直流部分流向电感，仅交流分量流经导通的第一开关管，可大大减小第一开关管的导通损耗，提高功率转换结构的效率，并由于第一开关管的导通损耗较低，发热量少，则第一开关管的可选择空间更大，而可降低功率转换结构的成本，并仅需一个开关管就可以实现切换至开关电容变换器模式，而减少了开关管的数量，同时减少了导通损耗，提高了功率转换结构的效率，降低了成本，并节约了面积。

Description

功率转换结构、系统、方法包括其的电子设备及芯片单元
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其是功率转换结构、系统、方法包括其的电子设备及芯片单元。
背景技术
随着技术的不断进步，各种电子设备，如便携式设备（包括移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器、手表和/或其他类似的电子设备）已经流行起来。每个电子设备可以采用多个可充电的电池单元串联和/或并联连接而形成用于存储电能的可充电电池组。可充电电池组可由连接至电子设备的适配器和电子设备内的功率转换结构进行充电，以恢复电池的能量，可充电电池组可为各种类型的电池组，如锂离子（Li-ion）电池组。
目前市场希望功率转换结构能在越来越短的时间内完成对电池组的充电，且同时希望功率转换结构体积小、效率高、成本低，以满足消费者对电子设备小型化、高效率和低成本的需求。
适用于给可充电电池组充电的功率转换结构多种多样。目前比较常用的为如图1所示的一现有技术的电池组充电系统示意图。图1中，适配器10提供母线电压Vbus至开关电容变换器21和开关变换器或线性变换器22。实际应用中，当电池组300处于快充阶段时，控制使得开关电容变换器21工作而将母线电压Vbus变换为第一输出电压Vout1为电池组300进行充电；当电池组300处于涓流充电阶段、预充电阶段或截止充电阶段时，控制使得开关变换器或线性变换器22工作将母线电压Vbus变换为第二输出电压Vout1为电池组300进行充电，以满足电池组300不同充电阶段的需求。
然而，图1所示的电池组充电系统需要两个变换器来实现为电池组300充电，导致电池组充电系统体积大、成本高。
请参阅图2所示的另一现有技术的电池组充电系统示意图。图2中，开关管S1至开关管S4串联连接在输入端din与接地端GND之间，飞跨电容Cf连接在开关管S1和开关管S2的共节点与开关管S3和开关管S4的共节点之间，电感L连接在开关管S2和开关管S3的共节点与输出电容Cout的一端之间，输出电容Cout的另一端接地，并电感L的两端并联连接由开关管S11和开关管S22反向串联形成的开关串联支路。实际应用中，当电池组300处于快充阶段时，控制使得开关管S11和开关管S22均导通，并开关管S1至开关管S4、飞跨电容Cf和输出电容Cout形成开关电容变换器为电池组300进行充电；当电池组300处于涓流充电阶段、预充电阶段或截止充电阶段时，控制使得开关管S11和开关管S22均关断，并开关管S1至开关管S4、飞跨电容Cf和电感L形成三电平变换器为电池组300进行充电，以满足电池组300不同充电阶段的需求。
然而，图2所示的电池组充电系统需要两个开关管（开关管S11和开关管S22）并联在电感L的两端才能实现三电平变换器与开关电容变换器之间的切换，且工作在开关电容变换器模式时，其输出电流均流过开关管S11和开关管S22，导致开关电容变换器损耗大，效率低，并且对开关管S11和开关管S22的性能要求比较高，导致电池组充电系统体积大、成本高，且开关管S11和开关管S22的驱动电路复杂。
因此，目前的功率转换结构均无法在满足快充的基础上做到体积小、成本低并且效率高。
发明内容
本发明提出一种功率转换结构，包括：输入端，用于接收一输入电压；第一开关串联支路，包括串联连接的多个开关管，并包括第一端、第二端、第三端、第一上极板节点和第一下极板节点，所述第一开关串联支路的第一端连接所述输入端，所述第一开关串联支路的第二端连接一接地端，所述第一开关串联支路的第三端连接一电感的第一端；第一飞跨电容，连接在所述第一上极板节点与所述第一下极板节点之间；以及开关电容串联支路，包括第一端和第二端，所述开关电容串联支路的第一端连接所述第一开关串联支路的第三端，所述开关电容串联支路的第二端连接所述接地端，所述开关电容串联支路内包括串联连接的第一开关管和第一输出电容，所述第一开关管具有第一控制节点。
本发明还提出一种功率转换系统，包括：上述的功率转换结构；控制单元，连接所述功率转换结构内的开关管的控制节点，并且输出开关控制信号至所述功率转换结构内的开关管的控制节点，以将所述功率转换结构配置为工作在第一工作模式或第二工作模式，在所述第一工作模式中，所述第一开关管被配置为关断，所述第一开关串联支路、所述第一飞跨电容和所述电感被配置为三电平降压变换器；在所述第二工作模式中，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路、所述第一飞跨电容和所述第一输出电容被配置为开关电容变换器。
本发明还提出一种电子设备，包括：上述的功率转换结构；电池组，所述电池组的第一端通过一第六开关管连接所述电感的第二端，所述电池组的第二端接地；负载，所述负载连接在所述电感的第二端，以接收所述电感的第二端输出的电信号。
本发明还提出一种功率转换方法，包括：将功率转换结构耦合到电池组，所述功率转换结构包括：输入端，用于接收一输入电压；第一开关串联支路，包括串联连接的多个开关管，并包括第一端、第二端、第三端、第一上极板节点和第一下极板节点，所述第一开关串联支路的第一端连接所述输入端，所述第一开关串联支路的第二端连接一接地端，所述第一开关串联支路的第三端连接一电感的第一端；第一飞跨电容，连接在所述第一上极板节点与所述第一下极板节点之间；开关电容串联支路，包括第一端和第二端，所述开关电容串联支路的第一端连接所述第一开关串联支路的第三端，所述开关电容串联支路的第二端连接所述接地端，所述开关电容串联支路内包括串联连接的第一开关管和第一输出电容，所述第一开关管具有第一控制节点；提供所述输入电压；响应于所述电池组的不同充电条件，将所述功率转换结构配置为不同的工作模式。
本发明还提出一种芯片单元，包括：输入引脚，用于接收一输入电压；第二开关管，连接在所述输入引脚与第一上极板节点之间，所述第二开关管具有第二控制节点；第三开关管，连接在所述第一上极板节点与第一中间节点之间，所述第三开关管具有第三控制节点，所述第一中间节点连接一转换引脚，所述转换引脚用于连接位于芯片单元之外的一电感的第一端；第四开关管，连接在所述第一中间节点与第一下极板节点之间，所述第四开关管具有第四控制节点；第五开关管，连接在所述第一下极板节点与接地引脚之间，所述第五开关管具有第五控制节点；第一开关管，所述第一开关管的第一端连接一开关引脚，所述第一开关管的第二端连接所述接地引脚，所述第一开关管具有第一控制节点，所述开关引脚用于连接位于芯片单元之外的第一输出电容的第一端，第一输出电容的第二端连接所述电感的第一端，或，所述第一开关管的第一端连接所述转换引脚，所述第一开关管的第二端连接一开关引脚，所述第一开关管具有第一控制节点，所述开关引脚用于连接位于芯片单元之外的第一输出电容的第一端，第一输出电容的第二端连接所述接地引脚；第一飞跨电容上端引脚，连接所述第一上极板节点，用于连接位于芯片单元之外的第一飞跨电容的第一端；第一飞跨电容下端引脚，连接所述第一下极板节点，用于连接位于芯片单元之外的第一飞跨电容的第二端；系统端引脚，用于连接所述电感的第二端；电池端引脚，用于连接位于芯片单元之外的一电池组。
附图说明
图1为一现有技术的电池组充电系统示意图。
图2为另一现有技术的电池组充电系统示意图。
图3为本发明一实施例的功率转换结构示意图。
图4为本发明另一实施例的开关电容串联支路的电路示意图。
图5为本发明另一实施例的功率转换结构示意图。
图6为本发明另一实施例的功率转换结构示意图。
图7为本发明另一实施例的功率转换结构示意图。
图8为本发明一实施例的功率转换系统示意图。
图9为本发明一实施例的电子设备示意图。
图10所示的本发明一实施例的电源系统示意图。
图11a为本发明一实施例的芯片单元的电路示意图。
图11b为本发明另一实施例的芯片单元的电路示意图。
图12为本发明另一实施例的芯片单元的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例中，在于提供一种功率转换结构，其可应用于电子设备，具体的，请参阅图3所示的本发明一实施例的功率转换结构示意图，功率转换结构100包括：输入端din，用于接收一输入电压Vin；第一开关串联支路110，包括串联连接的多个开关管，并包括第一端d11、第二端d12、第三端d13、第一上极板节点dH1和第一下极板节点dL1，第一开关串联支路110的第一端d11连接输入端din，第一开关串联支路110的第二端d12连接一接地端GND，第一开关串联支路110的第三端d13连接一电感L1的第一端；第一飞跨电容Cf1，连接在第一上极板节点dH1与第一下极板节点dL1之间；以及开关电容串联支路210，包括第一端d31和第二端d32，开关电容串联支路210的第一端d31连接第一开关串联支路110的第三端d13，开关电容串联支路210的第二端d32连接接地端GND，开关电容串联支路210内包括串联连接的第一开关管Q1和第一输出电容Cout1，第一开关管Q1具有第一控制节点dQ1。
如上所述，在第一开关串联支路110的第三端d13与接地端GND之间连接开关电容串联支路210，当功率转换结构需要工作在开关电容变换器模式时，控制使得第一开关管Q1导通，则将第一输出电容Cout1连接在了第一开关串联支路110的第三端d13与接地端GND之间，而使得第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和第一输出电容Cout1形成开关电容变换器而输出电压Vout，电感L1仅起到滤波的功能。根据电容的特性，从第一开关串联支路110的第三端d13输出的电流的直流部分流向电感L1，仅交流分量流经导通的第一开关管Q1，可大大减小第一开关管Q1的导通损耗，提高功率转换结构的效率，并由于第一开关管Q1的导通损耗较低，发热量少，则第一开关管Q1的可选择空间更大，因而可降低功率转换结构的成本。
更进一步的，如图3所示，仅需一个第一开关管Q1就可以实现切换至开关电容变换器模式，相对于现有技术，减少了开关管的数量，同时减少了导通损耗，提高了功率转换结构的效率，降低了成本，并节约了面积。并且第一开关管Q1的驱动电路简单。
更进一步的，如图3所示，第一输出电容Cout1的第一端形成开关电容串联支路210的第一端d31，第一输出电容Cout1的第二端连接第一开关管Q1的第一端，第一开关管Q1的第二端形成开关电容串联支路210的第二端。或，请参阅图4所示的本发明另一实施例的开关电容串联支路的电路示意图，如图4所示，第一开关管Q1的第一端形成开关电容串联支路210’的第一端，第一开关管Q1的第二端连接第一输出电容Cout1的第一端，第一输出电容Cout1的第二端形成开关电容串联支路210’的第二端。
在实际应用中，本申请并不限定开关电容串联支路的具体结构，只要包括串联连接的第一开关管Q1与第一输出电容Cout1，当第一开关管Q1关断时，将第一输出电容Cout1连接在第一开关串联支路110的第三端d13与接地端GND之间即可。并且这里的第一输出电容Cout1可由一颗电容形成，也可由多颗电容串联和/或并联形成。同样的，第一开关管Q1可为单个开关管，也可为多个开关管串联和/或并联。
在实际应用中，如图3所示的功率转换结构可被配置为工作在第一工作模式，在第一工作模式中，第一开关管Q1被配置为关断，第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和电感L1被配置成三电平降压变换器。
在实际应用中，如图3所示的功率转换结构还可被配置为工作在第二工作模式，在第二工作模式中，第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和第一输出电容Cout1被配置成开关电容变换器。
如此实现三电平降压变换器与开关电容变换器之间的切换，也即如图3所示的功率转换结构可兼容三电平降压变换器与开关电容变换器两种变换器的优点。
更进一步的，请参阅图5所示的本发明另一实施例的功率转换结构示意图，功率转换结构还包括第二输出电容Cout2，第二输出电容Cout2连接在电感L1的第二端与接地端GND之间。则在功率转换结构工作在开关电容变换器模式时，电感L1与第二输出电容Cout2形成LC滤波单元，如此在第一输出电容Cout1滤波的基础上，相对于现有技术又多了一个LC滤波单元，而使得输出的电压Vout的纹波更小。在三电平降压变换器模式时，第二输出电容Cout2形成输出滤波电容。
在实际应用中，任何可驱动使得第一开关管Q1导通或关断的方式均适用于本申请。
更进一步的，请参阅图6所示的本发明另一实施例的功率转换结构示意图，第一开关串联支路110包括串联连接的第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5，第二开关管Q2连接在输入端din与第一上极板节点dH1之间，第二开关管Q2具有第二控制节点dQ2，第三开关管Q3连接在第一上极板节点dH1与第一开关串联支路110的第三端d13之间，第三开关管Q3具有第三控制节点dQ3，第四开关管Q4连接在第一开关串联支路110的第三端d13与第一下极板节点dL1之间，第四开关管Q4具有第四控制节点dQ4，第五开关管Q5连接在第一下极板节点dL1与接地端GND之间，第五开关管Q5具有第五控制节点dQ5。
如此，第二开关管Q2至第五开关管Q5、第一飞跨电容Cf1和第一输出电容Cout1可形成开关电容变换器。具体的，可通过控制使得第二开关管Q2和第四开关管Q4同时导通与第三开关管Q3和第五开关管Q5同时导通依次执行，而实现开关电容变换器的功能。
如此，第二开关管Q2至第五开关管Q5、第一飞跨电容Cf1和电感L1可形成三电平降压变换器。具体的，可通过控制使得第二开关管Q2和第四开关管Q4同时导通、第四开关管Q4和第五开关管Q5同时导通、第三开关管Q3和第五开关管Q5同时导通与第四开关管Q4和第五开关管Q5同时导通依次执行，而实现三电平降压变换器的功能。
在实际应用中，本申请并不限定第一开关串联支路110为图6中所示的具体结构，只要第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和第一输出电容Cout1可形成开关电容变换器，并第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和电感L1可形成三电平降压变换器。
在实际应用中，为提高对电池组的充电速度，希望功率转换结构的功率等级尽量高。请参阅图7所示的本发明另一实施例的功率转换结构示意图。功率转换结构还包括第二开关串联支路120和第二飞跨电容Cf2，第二开关串联支路120包括串联连接的多个开关管，并包括第一端d21、第二端d22、第三端d23、第二上极板节点dH2和第二下极板节点dL2，第二开关串联支路120的第一端d21连接输入端din，第二开关串联支路120的第二端d22连接接地端GND，第二开关串联支路120的第三端d23连接第一开关串联支路110的第三端d13，第二飞跨电容Cf2连接在第二上极板节点dH2与第二下极板节点dL2之间。则在第二工作模式中，第二开关串联支路120、第二飞跨电容Cf2和第一输出电容Cout1也可被配置成第二相开关电容变换器，而共同形成两相开关电容变换器并联的结构，而提高了功率转换结构的功率等级。对于两相开关电容变换器并联的结构，其输出电流更大，采用本发明的功率转换结构相对于现有技术可进一步降低损耗、提高效率、并降低成本。
当然，本申请一实施例中，还可包括n个如图7所示的第二相开关电容转换器并联连接，其中n为正整数，而实现n+1相开关电容转换器。图7仅以两相讲明原理。
更具体的，如图7所示，第二开关串联支路120包括串联连接的第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10，第七开关管Q7连接在输入端din与第二上极板节点dH2之间，第七开关管Q7具有第七控制节点dQ7，第八开关管Q8连接在第二上极板节点dH2与第二开关串联支路120的第三端d23之间，第八开关管Q8具有第八控制节点dQ8，第九开关管Q9连接在第二开关串联支路120的第三端d23与第二下极板节点dL2之间，第九开关管Q9具有第九控制节点dQ9，第十开关管Q10连接在第二下极板节点dL2与接地端GND之间，第十开关管Q10具有第十控制节点dQ10。同样的，本申请并不限定第二开关串联支路120的具体结构。
本发明一实施例中，在于提供一种功率转换系统，可参阅图8所示的本发明一实施例的功率转换系统示意图，功率转换系统包括如图3所示的功率转换结构100；控制单元400，控制单元400连接功率转换结构100内的开关管的控制节点，并且输出开关控制信号至功率转换结构100内的开关管的控制节点，以将功率转换结构100配置为工作在第一工作模式或第二工作模式，在第一工作模式中，第一开关管Q1被配置为关断，第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和电感L1被配置为三电平降压变换器；在第二工作模式中，第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和第一输出电容Cout1被配置为开关电容变换器。
功率转换系统的工作原理和优点如上述的功率转换结构，在此不再赘述。
本发明一实施例中，在于提供一种电子设备40，该电子设备40可为如便携式设备（包括移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器、手表和/或其他类似的电子设备）。具体的，可参阅图9所示的本发明一实施例的电子设备示意图，电子设备包括如图3所示的功率转换结构100；电池组300，电池组300的第一端通过一第六开关管Q6连接电感L1的第二端，电池组300的第二端接地；负载200，负载200连接在电感L1的第二端，以接收电感L1的第二端输出的电信号Vout。
如图9所示，电感L1的第二端也即功率转换结构100的输出端。负载200可为一电子设备的耗电单元，如便携式设备（包括移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器、手表和/或其他类似的电子设备）的耗电单元。电池组300可为电子设备内的可充电电池组，如便携式设备（包括移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器、手表和/或其他类似的电子设备）内的可充电电池组。
请参阅图10所示的本发明一实施例的电源系统示意图，在实际应用中，当电子设备40内的耗电单元需要供电和/或电子设备内的电池组300需要充电时，将适配器30连接电子设备40，为功率转换结构的输入端din提供输入电压Vin，并控制器400响应于电池组300的不同充电条件，配置功率转换结构100工作在相应的模式。
电池组300的充电全过程包括涓流充电阶段、预充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段和截止充电阶段。在实际应用的实施例中，上述的第一工作模式，用于为电池组300进行涓流充电、预充电、恒压充电的第二阶段和截止充电中的任一阶段。上述的第二工作模式，用于为电池组300进行恒压充电的第一阶段和恒流充电中的任一阶段，其中恒压充电阶段的第一阶段和恒压充电阶段的第二阶段形成电池组的恒压充电阶段。如此本申请提供的功率转换结构可以在电池组300的充电全过程均实现高效率。
在实际应用中，恒压充电的第一阶段是指充电电流从恒流充电阶段时的电流降低到一预定电流值的阶段，恒压充电的第二阶段是指充电电流从该预定电流值降低到0安培或截止充电阶段的电流的阶段。在本发明的一个实施例中，所述预定电流值是6安培。
上述实施例中的，通过使第六开关管Q6被配置为导通而实现对电子设备的耗电单元（即负载200）供电的同时，实现对电子设备的电池组300充电，或使电子设备的电池组300为负载200供电，通过使第六开关管Q6被配置为关断而实现只对电子设备的耗电单元（即负载200）供电，也即第六开关管Q6实现功率路径管理的功能。
本发明一实施例中，上述的开关管均为MOSFET，均包括源极、漏极和栅极。其中，第二开关管Q2的漏极连接输入端din，第二开关管Q2的源极连接第三开关管Q3的漏极，第三开关管Q3的源极连接第四开关管Q4的漏极，第四开关管Q4的源极连接第五开关管Q5的漏极，第五开关管Q5的源极接地。第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10形成的支路与第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5形成的支路的连接关系相同，在此不再赘述。第一开关管Q1的第一端为漏极，第二端为源极。
本发明一实施例中，上述的开关管也可为双极结型晶体管、超结晶体管、绝缘栅双极晶体管、基于氮化镓的功率器件和/或类似器件。业界能接收一开关控制信号而导通或关断的器件均可。
本发明一实施例中，上述的开关管均以包括单个开关管为例来实现，在实际应用中，每一开关管均可包括多个开关管串联和/或并联。
在一实施例中，本申请还提供一种功率转换方法，可参阅图3至图9，包括：将功率转换结构耦合到电池组300，功率转换结构可参阅图3所示；提供输入电压；响应于电池组300的不同充电条件，将功率转换结构配置为不同的工作模式。
该功率转换方法具备图3所示的功率转换结构的优点，在此不再赘述。
更进一步的，响应于电池组300的不同充电条件，将功率转换结构配置为不同的工作模式，包括：响应于电池组300的第一充电阶段的条件，将功率转换结构配置为第一工作模式，在第一工作模式，将第一开关管Q1配置为关断，将第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和电感L1配置为三电平降压变换器；响应于电池组300的第二充电阶段的条件，将功率转换结构配置为第二工作模式，在第二工作模式，将第一开关管Q1配置为导通，将第一开关串联支路110、第一飞跨电容Cf1和第一输出电容Cout1配置为开关电容变换器。其工作原理和作用与图3和图5所示的功率转换结构相同，在此不再赘述。
在实际应用的一实施例中，电池组300的充电全过程包括涓流充电阶段、预充电阶段、恒压充电阶段、恒流充电阶段和截止充电阶段。上述的第一充电阶段为对电池组300进行涓流充电、预充电、恒压充电的第二阶段和截止充电中的任一阶段。上述的第二充电阶段为对电池组300进行恒压充电的第一阶段和恒流充电中的任一阶段，其中恒压充电阶段的第一阶段和恒压充电阶段的第二阶段形成电池组的恒压充电阶段。如此本申请提供的功率转换方可可以在电池组300的充电全过程均实现高效率。
与上述的功率转换结构相同的，还可包括第二开关串联支路120和第二飞跨电容Cf2，在第二工作模式中，还包括将第二开关串联支路120、第二飞跨电容Cf2和第一输出电容Cout1配置为开关电容变换器。其工作原理和作用与上述的功率转换结构相同，在此不再赘述。
本发明一实施例中，还提供一种芯片单元，具体的，请参阅图11a所示的本发明一实施例的芯片单元的电路示意图和图11b所示的本发明另一实施例的芯片单元的电路示意图。如图11a和11b所示，芯片单元500和芯片单元500’均包括：输入引脚Vbus、转换引脚SW、系统端引脚SYS、电池端引脚BAT、接地引脚GND、第一飞跨电容上端引脚CHF1、第一飞跨电容下端引脚CHL1和开关引脚SQ，芯片单元500和芯片单元500’内集成有：第二开关管Q2，第二开关管Q2连接输入引脚Vbus与第一上极板节点dH1之间，第二开关管Q2具有第二控制节点dQ2；第三开关管Q3，第三开关管Q3连接在第一上极板节点dH1与第一中间节点dM1之间，第三开关管Q3具有第三控制节点dQ3，第一中间节点dM1连接转换引脚SW，转换引脚SW用于连接位于芯片单元500和芯片单元500’之外的一电感L1的第一端；第四开关管Q4，第四开关管Q4连接在第一中间节点dM1与第一下极板节点dL1之间，第四开关管Q4具有第四控制节点dQ4；第五开关管Q5，第五开关管Q5连接在第一下极板节点dL1与接地引脚GND之间，第五开关管Q5具有第五控制节点dQ5；第一开关管Q1，第一开关管Q1的第一端连接开关引脚SQ，第一开关管Q1的第二端连接接地引脚GND，第一开关管Q1具有第一控制节点dQ1，开关引脚SQ用于连接位于芯片单元500之外的第一输出电容Cout1的第一端，第一输出电容Cout1的第二端连接电感L1的第一端，或，第一开关管Q1的第一端连接转换引脚SW，第一开关管Q1的第二端连接开关引脚SQ，第一开关管Q1具有第一控制节点dQ1，开关引脚SQ用于连接位于芯片单元500’之外的第一输出电容Cout1的第一端，第一输出电容Cout1的第二端连接接地引脚GND；第一飞跨电容上端引脚CHF1，连接第一上极板节点dH1，用于连接位于芯片单元500和芯片单元500’之外的第一飞跨电容Cf1的第一端；第一飞跨电容下端引脚CHL1，连接第一下极板节点dL1，用于连接位于芯片单元500和芯片单元500’之外的第一飞跨电容Cf1的第二端；系统端引脚SYS，用于连接电感L1的第二端；电池端引脚BAT，用于连接位于芯片单元500和芯片单元500’之外的一电池组300。
其原理和效果与上述的功率转换结构相同，在此不再赘述。
如图11a和11b所示，芯片单元500和芯片单元500’内还集成有第六开关管Q6，连接在系统端引脚SYS与电池端引脚BAT之间，第六开关管Q6具有第六控制节点dQ6。其原理和效果与上述的功率转换结构相同，在此不再赘述。
与上述的功率转换结构相似的，请参阅图12所示的本发明另一实施例的芯片单元的电路示意图。芯片单元500”内还集成有第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10，其连接关系与上述的功率转换结构相同，在此不再赘述。芯片单元500”还包括第二飞跨电容上端引脚CHF2和第二飞跨电容下端引脚CHL2，第二飞跨电容上端引脚CHF2，连接第二上极板节点dH2，用于连接位于芯片单元500”之外的第二飞跨电容Cf2的第一端，第二飞跨电容下端引脚CHL2，连接第二下极板节点dL2，用于连接位于芯片单元500”之外的第二飞跨电容Cf2的第二端。其原理和效果与上述的功率转换结构相同，在此不再赘述。
如图11a、图11b和图12所示的芯片单元，通过将开关管集成在芯片单元的内部，电感、电容等体积较大的器件设置在芯片单元的外部，可提高芯片单元的集成度，符合目前对电源芯片高集成度的需求。另仅需在芯片单元外部配置相应的电感和/或电容即可实现电力变换的功能，提高了芯片单元应用的灵活性。如图11a、图11b和图12所示的芯片单元配合外围的电感和/或电容可工作在上述的功率转换结构100的第一工作模式或第二工作模式，且其技术效果相同。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种功率转换结构，其特征在于，包括：
输入端，用于接收一输入电压；
第一开关串联支路，包括串联连接的多个开关管，并包括第一端、第二端、第三端、第一上极板节点和第一下极板节点，所述第一开关串联支路的第一端连接所述输入端，所述第一开关串联支路的第二端连接一接地端，所述第一开关串联支路的第三端连接一电感的第一端；
第一飞跨电容，连接在所述第一上极板节点与所述第一下极板节点之间；以及
开关电容串联支路，包括第一端和第二端，所述开关电容串联支路的第一端连接所述第一开关串联支路的第三端，所述开关电容串联支路的第二端连接所述接地端，所述开关电容串联支路内包括串联连接的第一开关管和第一输出电容，所述第一开关管具有第一控制节点，
所述功率转换结构用于通过所述电感的第二端为一电池组充电，其中，响应于所述电池组的第一充电阶段的条件，将所述功率转换结构配置为第一工作模式，在所述第一工作模式，将所述第一开关管配置为关断，将所述第一开关串联支路、所述第一飞跨电容和所述电感配置为三电平降压变换器；响应于所述电池组的第二充电阶段的条件，将所述功率转换结构配置为第二工作模式，在所述第二工作模式，将所述第一开关管配置为导通，将所述第一开关串联支路、所述第一飞跨电容和所述第一输出电容配置为开关电容变换器，
其中，所述第一充电阶段包括对所述电池组的涓流充电阶段、预充电阶段、恒压充电阶段的第二阶段和截止充电阶段中的任一阶段，所述第二充电阶段包括对所述电池组的恒压充电阶段的第一阶段和恒流充电阶段中的任一阶段，其中恒压充电阶段的第一阶段和恒压充电阶段的第二阶段形成所述电池组的恒压充电阶段。
2.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，所述第一输出电容的第一端形成所述开关电容串联支路的第一端，所述第一输出电容的第二端连接所述第一开关管的第一端，所述第一开关管的第二端形成所述开关电容串联支路的第二端。
3.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，所述第一开关管的第一端形成所述开关电容串联支路的第一端，所述第一开关管的第二端连接所述第一输出电容的第一端，所述第一输出电容的第二端形成所述开关电容串联支路的第二端。
4.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，还包括第二输出电容，连接在所述电感的第二端与所述接地端之间。
5.根据权利要求1至4任一项所述的功率转换结构，其特征在于，所述第一开关串联支路包括串联连接的第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管，所述第二开关管连接在所述输入端与所述第一上极板节点之间，所述第二开关管具有第二控制节点，第三开关管连接在所述第一上极板节点与所述第一开关串联支路的第三端之间，所述第三开关管具有第三控制节点，所述第四开关管连接在所述第一开关串联支路的第三端与所述第一下极板节点之间，所述第四开关管具有第四控制节点，所述第五开关管连接在所述第一下极板节点与所述接地端之间，所述第五开关管具有第五控制节点。
6.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，还包括第二开关串联支路和第二飞跨电容，所述第二开关串联支路包括串联连接的多个开关管，并包括第一端、第二端、第三端、第二上极板节点和第二下极板节点，所述第二开关串联支路的第一端连接所述输入端，所述第二开关串联支路的第二端连接所述接地端，所述第二开关串联支路的第三端连接所述第一开关串联支路的第三端，所述第二飞跨电容连接在所述第二上极板节点与所述第二下极板节点之间。
7.根据权利要求6所述的功率转换结构，其特征在于，所述第二开关串联支路包括串联连接的第七开关管、第八开关管、第九开关管和第十开关管，所述第七开关管连接在所述输入端与所述第二上极板节点之间，所述第七开关管具有第七控制节点，第八开关管连接在所述第二上极板节点与所述第二开关串联支路的第三端之间，所述第八开关管具有第八控制节点，所述第九开关管连接在所述第二开关串联支路的第三端与所述第二下极板节点之间，所述第九开关管具有第九控制节点，第十开关管连接在所述第二下极板节点与所述接地端之间，所述第十开关管具有第十控制节点。
8.一种功率转换系统，其特征在于，包括：
权利要求1所述的功率转换结构；
控制单元，连接所述功率转换结构内的开关管的控制节点，并且输出开关控制信号至所述功率转换结构内的开关管的控制节点，以响应于所述电池组的所述第一充电阶段的条件，将所述功率转换结构配置为所述第一工作模式，响应于所述电池组的所述第二充电阶段的条件，将所述功率转换结构配置为所述第二工作模式。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求1所述的功率转换结构；
电池组，所述电池组的第一端通过一第六开关管连接所述电感的第二端，所述电池组的第二端接地；
负载，所述负载连接在所述电感的第二端，以接收所述电感的第二端输出的电信号。
10.一种功率转换方法，其特征在于，包括：
将功率转换结构耦合到电池组，所述功率转换结构包括：
输入端，用于接收一输入电压；
第一开关串联支路，包括串联连接的多个开关管，并包括第一端、第二端、第三端、第一上极板节点和第一下极板节点，所述第一开关串联支路的第一端连接所述输入端，所述第一开关串联支路的第二端连接一接地端，所述第一开关串联支路的第三端连接一电感的第一端；
第一飞跨电容，连接在所述第一上极板节点与所述第一下极板节点之间；
开关电容串联支路，包括第一端和第二端，所述开关电容串联支路的第一端连接所述第一开关串联支路的第三端，所述开关电容串联支路的第二端连接所述接地端，所述开关电容串联支路内包括串联连接的第一开关管和第一输出电容，所述第一开关管具有第一控制节点；
提供所述输入电压；
响应于所述电池组的第一充电阶段的条件，将所述功率转换结构配置为第一工作模式，在所述第一工作模式，将所述第一开关管配置为关断，将所述第一开关串联支路、所述第一飞跨电容和所述电感配置为三电平降压变换器；
响应于所述电池组的第二充电阶段的条件，将所述功率转换结构配置为第二工作模式，在所述第二工作模式，将所述第一开关管配置为导通，将所述第一开关串联支路、所述第一飞跨电容和所述第一输出电容配置为开关电容变换器，
其中，所述第一充电阶段包括对所述电池组的涓流充电阶段、预充电阶段、恒压充电阶段的第二阶段和截止充电阶段中的任一阶段，所述第二充电阶段包括对所述电池组的恒压充电阶段的第一阶段和恒流充电阶段中的任一阶段，其中恒压充电阶段的第一阶段和恒压充电阶段的第二阶段形成所述电池组的恒压充电阶段。
11.根据权利要求10所述的功率转换方法，其特征在于，所述功率转换结构还包括第二开关串联支路和第二飞跨电容，所述第二开关串联支路包括串联连接的多个开关管，并包括第一端、第二端、第三端、第二上极板节点和第二下极板节点，所述第二开关串联支路的第一端连接所述输入端，所述第二开关串联支路的第二端连接所述接地端，所述第二开关串联支路的第三端连接所述第一开关串联支路的第三端，所述第二飞跨电容连接在所述第二上极板节点与所述第二下极板节点之间，其中在将所述功率转换结构配置为工作在第二工作模式中，还包括将所述第二开关串联支路、所述第二飞跨电容和所述第一输出电容配置为开关电容变换器。
12.一种芯片单元，其特征在于，包括：
输入引脚，用于接收一输入电压；
第二开关管，连接在所述输入引脚与第一上极板节点之间，所述第二开关管具有第二控制节点；
第三开关管，连接在所述第一上极板节点与第一中间节点之间，所述第三开关管具有第三控制节点，所述第一中间节点连接一转换引脚，所述转换引脚用于连接位于芯片单元之外的一电感的第一端；
第四开关管，连接在所述第一中间节点与第一下极板节点之间，所述第四开关管具有第四控制节点；
第五开关管，连接在所述第一下极板节点与接地引脚之间，所述第五开关管具有第五控制节点；
第一开关管，所述第一开关管的第一端连接一开关引脚，所述第一开关管的第二端连接所述接地引脚，所述第一开关管具有第一控制节点，所述开关引脚用于连接位于芯片单元之外的第一输出电容的第一端，第一输出电容的第二端连接所述电感的第一端，或，所述第一开关管的第一端连接所述转换引脚，所述第一开关管的第二端连接一开关引脚，所述第一开关管具有第一控制节点，所述开关引脚用于连接位于芯片单元之外的第一输出电容的第一端，第一输出电容的第二端连接所述接地引脚；
第一飞跨电容上端引脚，连接所述第一上极板节点，用于连接位于芯片单元之外的第一飞跨电容的第一端；
第一飞跨电容下端引脚，连接所述第一下极板节点，用于连接位于芯片单元之外的第一飞跨电容的第二端；
系统端引脚，用于连接所述电感的第二端；
电池端引脚，用于连接位于芯片单元之外的一电池组，
其中，响应于所述电池组的第一充电阶段的条件，将所述第一开关管配置为关断；响应于所述电池组的第二充电阶段的条件，将第一开关管配置为导通，
其中，所述第一充电阶段包括对所述电池组的涓流充电阶段、预充电阶段、恒压充电阶段的第二阶段和截止充电阶段中的任一阶段，所述第二充电阶段包括对所述电池组的恒压充电阶段的第一阶段和恒流充电阶段中的任一阶段，其中恒压充电阶段的第一阶段和恒压充电阶段的第二阶段形成所述电池组的恒压充电阶段。
13.根据权利要求12所述的芯片单元，其特征在于，还包括：
第六开关管，连接在所述系统端引脚与所述电池端引脚之间，所述第六开关管具有第六控制节点。
14.根据权利要求12所述的芯片单元，其特征在于，还包括：
第七开关管，连接在所述输入引脚与第二上极板节点之间，所述第七开关管具有第七控制节点；
第八开关管，连接在所述第二上极板节点与第二中间节点之间，所述第八开关管具有第八控制节点，所述第二中间节点连接所述第一中间节点；
第九开关管，连接在所述第二中间节点与第二下极板节点之间，所述第九开关管具有第九控制节点；
第十开关管，连接在所述第二下极板节点与所述接地引脚之间，所述第十开关管具有第十控制节点；
第二飞跨电容上端引脚，连接所述第二上极板节点，用于连接位于芯片单元之外的第二飞跨电容的第一端；
第二飞跨电容下端引脚，连接所述第二下极板节点，用于连接位于芯片单元之外的第二飞跨电容的第二端。
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