CN115882547A - 多模式电源系统及其电源转换电路 - Google Patents

Abstract

一种多模式电源系统及其电源转换电路。该多模式电源系统包括一电池模块、一第一转换电路及一第二转换电路。该电池模块包括一电池路径开关及一电池组。该第一转换电路包括多个开关及一第一电容器，其中该些开关包括该电池路径开关。该多模式电源系统操作于多个操作模式组合中的其中一种，其中当该第一转换电路操作于一第一对外模式或一第一旁通模式时，该第二转换电路操作于一第二对内模式、一第二对外模式或一第二旁通模式；当该第一转换电路操作于一第一对内模式时，该第二转换电路操作于该第二对内模式或该第二旁通模式。

Description

多模式电源系统及其电源转换电路

技术领域

本发明涉及一种电源系统，特别涉及一种多模式电源系统。本发明还涉及一种适用于多模式电源系统的电源转换电路。

背景技术

请参照图1，图1是现有技术的电源系统100的示意图，其中电源系统100的功能是将外部电源50转换为系统电源以对内部系统90供电，其中外部电源50具有电压VBUS，系统电源具有系统电压VSYS。如图1所示，电源系统100包含一升降压转换器110、一电池模块120及一降压转换器130(Buck converter)。在电源系统100采用例如两个单电池(batterycell)的情况下，降压转换器130用以将具有较大电压值的中继电压VMID转换为具有较低电压值的系统电源(对应于系统电压VSYS)以对内部系统90供电，而升降压转换器110则用以进行系统电压VSYS与中继电压VMID之间的双向转换，其中系统电压VSYS可高于、等于或低于中继电压VMID。

图1现有技术的电源系统100的缺点在于元件数量太多，其中升降压转换器110包含多个开关Qp1-Qp4及电感器L1，降压转换器130包含开关QU、QL及电感器L2，且需专用的电池路径开关QPP用以控制电池组BAT与中继电压VMID之间的电连接路径，使得现有技术的电源系统100的成本较高，尺寸较大，且功率损耗较大。

请参照图2，图2是另一现有技术的电源系统102的示意图。如图2所示，电源系统102包含一升降压转换器110、一电池模块120及一分压转换器140(Divided-by-2converter)，其中分压转换器140用以将具有较大电压值的外部电源50转换为具有较低电压值的系统电源以对内部系统90供电。尽管分压转换器140采用了切换电容式转换器，相较于图1的现有技术稍微降低了功耗，但分压转换器140还需采用额外的多个开关Qp5-Qp8及一电容器CFLY，使得现有技术的电源系统102依旧存在着功率损耗较大、尺寸较大，以及成本较高的问题。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种具有较少元件数量的多模式电源系统，可以降低多模式电源系统的整体功耗、电路尺寸及成本。

发明内容

本发明提供了一种多模式电源系统，包含：一电池模块，包括彼此串联的一电池路径开关及一电池组，其中该电池组包括至少一单电池；一第一转换电路，包括多个开关及一第一电容器，该些开关用以切换该第一电容器与一内部系统及该电池模块的耦接关系，以将该电池组的电源转换为一系统电源以供电给该内部系统，或将该系统电源转换为该电池组的电源，其中该第一转换电路的该些开关包括该电池路径开关；以及一第二转换电路，包括多个另一开关及一电感器，该些另一开关用以切换该电感器与一外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该外部电源转换为该系统电源，或将该系统电源转换为该外部电源，其中该系统电源为一直流电源，用以供电给该内部系统；其中该多模式电源系统操作于以下多个操作模式组合中的其中一种：当该第一转换电路操作于一第一对外模式或一第一旁通模式时，该第二转换电路操作于一第二对内模式、一第二对外模式或一第二旁通模式；以及当该第一转换电路操作于一第一对内模式时，该第二转换电路操作于该第二对内模式或该第二旁通模式；其中当该第一转换电路操作于该第一对外模式时，该些开关周期性地切换该第一电容器与该内部系统及该电池模块的耦接关系，以将该电池组的电源转换为该系统电源；其中当该第一转换电路操作于该第一对内模式时，该些开关周期性地切换该第一电容器与该内部系统及该电池模块的耦接关系，以将该系统电源转换为该电池组的电源；其中当该第一转换电路操作于该第一旁通模式时，一部分的该些开关恒导通，使得该系统电源与该电池组的电源之间恒导通，其中该部分的该些开关包括该电池路径开关；其中当该第二转换电路操作于该第二对外模式时，该些另一开关周期性地切换该电感器与该外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该系统电源转换为该外部电源；其中当该第二转换电路操作于该第二对内模式时，该些另一开关周期性地切换该电感器与该外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该外部电源转换为该系统电源；其中当该第二转换电路操作于该第二旁通模式时，一部分的该些另一开关恒导通，使得该系统电源与该外部电源之间恒导通。

在一些实施例中，上述系统电源包括一系统电压，其中该电池组的电压大于或等于该系统电压，该外部电源的电压大于或等于该系统电压，该外部系统的电压大于、等于或小于该电池组的电压。

在一些实施例中，当上述第一转换电路操作于该第一对内模式时，该第一转换电路为一电荷泵(Charge pump)，使得该电池组的电压大于该系统电压；当该第一转换电路操作于该第一对外模式时，该第一转换电路为一电容式分压电路，使得该电池组的电压大于该系统电压。

在一些实施例中，上述电池组的电压为该系统电压的2倍。

在一些实施例中，上述第一转换电路为一迪克森转换器(Dickson converter)，该电池组的电压为该系统电压的2、3或4倍。

在一些实施例中，当上述第二转换电路操作于该第二对内模式时，该第二转换电路为一降压转换器(Buck converter)，使得该外部电源的电压大于该系统电压；当该第二转换电路操作于该第二对外模式时，该第二转换电路为一升压转换器(Boost converter)，使得该外部电源的电压大于该系统电压。

在一些实施例中，上述第二转换电路以至少二阶的脉宽调制方式进行该外部电源与该系统电源之间的转换。

在一些实施例中，上述第一转换电路的该些开关及该第二转换电路的该些另一开关同步切换且具有相关的占空比。

在一些实施例中，上述该些操作模式组合还包括：当该第一转换电路操作于一第一断路模式时，该第二转换电路操作于一第二断路模式、该第二对内模式或该第二旁通模式；以及当该第二转换电路操作于该第二断路模式时，该第一转换电路操作于该第一对外模式或该第一旁通模式；其中当该第一转换电路操作于该第一断路模式时，该些开关恒不导通；其中当该第二转换电路操作于该第二断路模式时，该些另一开关恒不导通。

在一些实施例中，上述该些开关包括：一第一开关，具有一第一控制端、一第一反相输出端以及一第一同相输出端，该第一反相输出端耦接该电池组；一第二开关，具有一第二控制端、一第二反相输出端以及一第二同相输出端，该第二反相输出端耦接该第一同相输出端，该第二同相输出端耦接一内部系统；一第三开关，具有一第三控制端、一第三反相输出端以及一第三同相输出端，该第三反相输出端耦接于该第二同相输出端与该内部系统之间；以及一第四开关，具有一第四控制端、一第四反相输出端以及一第四同相输出端，该第四反相输出端耦接该第三同相输出端，该第四同相输出端接地；其中该第一电容器的第一端耦接于该第一同相输出端与该第二反相输出端之间，该第一电容器的第二端耦接于该第三同相输出端与该第四反相输出端之间；其中该第一转换电路还包括一第一控制电路，用以产生一第一控制信号、一第二控制信号、一第三控制信号及一第四控制信号，以分别控制该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关；其中该第一开关对应为该电池路径开关。

在一些实施例中，上述第一控制电路用以通过以下至少之一方式操作该些开关：当该第一转换电路操作于一第一旁通模式时，该第一开关及该第二开关恒导通且该第三开关及该第四开关恒不导通；当该第一转换电路操作于一第一对外模式或一第一对内模式时，该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第一开关及该第三开关导通时，该第二开关及该第四开关不导通；当该第一开关及该第三开关不导通时，该第二开关及该第四开关导通；及/或当该第一转换电路操作于一第一断路模式时，该第一开关及该第二开关恒不导通。

在一些实施例中，上述该些另一开关包括：一第五开关，具有一第五控制端、一第五反相输出端以及一第五同相输出端，该第五同相输出端接地；以及一第六开关，具有一第六控制端、一第六反相输出端以及一第六同相输出端，该第六反相输出端耦接一外部电源，该第六同相输出端耦接该第五反相输出端；其中该电感器的第一端耦接于该第六同相输出端与该第五反相输出端之间，该电感器的第二端耦接于该第二同相输出端、该第三反相输出端与该内部系统之间；以及其中该第一转换电路还包括一第一控制电路，一第二控制电路，用以产生一第五控制信号及一第六控制信号，以分别控制该第五开关及该第六开关。

在一些实施例中，上述第二控制电路用以通过以下至少之一方式操作该些另一开关：当该第二转换电路操作于一第二旁通模式时，该第六开关恒导通且该第五开关恒不导通；当该第二转换电路操作于一第二对外模式或一第二对内模式时，该第五开关及该第六开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第五开关导通时，该第六开关不导通；当该第五开关不导通时，该第六开关导通；及/或当该第二转换电路操作于一第二断路模式时，该第五开关及该第六开关恒不导通。

在一些实施例中，上述该些另一开关还包括：一第七开关，具有一第七控制端、一第七反相输出端以及一第七同相输出端，该第七反相输出端耦接该第五同相输出端，该第七同相输出端接地；一第八开关，具有一第八控制端、一第八反相输出端以及一第八同相输出端，该第八反相输出端耦接该外部电源，该第八同相输出端耦接该第六反相输出端；以及一第二电容器，该第二电容器的第一端耦接于该第八同相输出端与该第六反相输出端之间，该第二电容器的第二端耦接于该第五同相输出端与该第七反相输出端之间；其中该第二控制电路还用以产生一第七控制信号及一第八控制信号，以分别控制该第七开关及该第八开关。

在一些实施例中，上述第二控制电路还用以通过以下至少之一方式操作该些另一开关：当该第二转换电路操作于一第二旁通模式时，该第六开关及该第八开关恒导通且该第五开关及该第七开关恒不导通；当该第二转换电路操作于一第二对外模式或一第二对内模式时，该第五开关、该第六开关、该第七开关及该第八开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第五开关及该第八开关导通时，该第六开关及该第七开关不导通；当该第五开关及该第八开关不导通时，该第六开关及该第七开关导通；及/或当该第二转换电路操作于一第二断路模式时，该第五开关、该第六开关、该第七开关及该第八开关恒不导通。

在一些实施例中，上述该些开关为一金氧半晶体管(MOSFET)，该些开关的控制端为一栅极(Gate)，该些开关的反相输出端为一漏极(Drain)，该些开关的同相输出端为一源极(Source)。

本发明另提供了一种适于多模式电源系统的电源转换电路，其中该多模式电源系统包括耦接于该电源转换电路的一第一电容器、一电感器以及一电池组，该电源转换电路包含：一电池子模块，包括一电池路径开关，与该电池组串联；一第一转换子电路，包括多个开关，该些开关用以切换该第一电容器与一内部系统及该电池组的耦接关系，以将该电池组的电源转换为一系统电源以供电给该内部系统，或将该系统电源转换为该电池组的电源，其中该第一转换子电路的该些开关包括该电池路径开关；以及一第二转换子电路，包括多个另一开关，该些另一开关用以切换该电感器与一外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该外部电源转换为该系统电源，或将该系统电源转换为该外部电源，其中该系统电源为一直流电源，用以供电给该内部系统；其中该电源转换电路操作于以下多个操作模式组合中的其中一种：当该第一转换子电路操作于一第一对外模式或一第一旁通模式时，该第二转换子电路操作于一第二对内模式、一第二对外模式或一第二旁通模式；以及当该第一转换子电路操作于一第一对内模式时，该第二转换子电路操作于该第二对内模式或该第二旁通模式；其中当该第一转换子电路操作于该第一对外模式时，该些开关周期性地切换该第一电容器与该内部系统及该电池组的耦接关系，以将该电池组的电源转换为该系统电源；其中当该第一转换子电路操作于该第一对内模式时，该些开关周期性地切换该第一电容器与该内部系统及该电池组的耦接关系，以将该系统电源转换为该电池组的电源；其中当该第一转换子电路操作于该第一旁通模式时，一部分的该些开关恒导通，使得该系统电源与该电池组的电源之间恒导通，其中该部分的该些开关包括该电池路径开关；其中当该第二转换子电路操作于该第二对外模式时，该些另一开关周期性地切换该电感器与该外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该系统电源转换为该外部电源；其中当该第二转换子电路操作于该第二对内模式时，该些另一开关周期性地切换该电感器与该外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该外部电源转换为该系统电源；其中当该第二转换子电路操作于该第二旁通模式时，一部分的该些另一开关恒导通，使得该系统电源与该外部电源之间恒导通。

以下将通过具体实施例详加说明，以更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的效果。

附图说明

图1是一种现有技术的电源系统的示意图。

图2是另一现有技术的电源系统的示意图。

图3是本发明的一实施例中多模式电源系统的电路方块图。

图4是本发明的一实施例中多模式电源系统的电路示意图。

图5A是本发明的一实施例中第一转换电路及第二转换电路操作时的波形图。

图5B是本发明的一实施例中第一转换电路及第二转换电路同步操作时的波形图。

图6是本发明的另一实施例中电源转换电路的电路示意图。

图7是本发明的一实施例中迪克森转换器的示意图。

图8A是本发明的一实施例中多模式电源系统的电源转换效率曲线图(一)。

图8B是本发明的一实施例中多模式电源系统的电源转换效率曲线图(二)。

图9是本发明的一实施例中多模式电源系统与电源转换电路的示意图。

图中符号说明

50：外部电源

90：内部系统

100：电源系统

102：电源系统

110：切换电感式转换电路

120：电池模块

130：降压转换器

140：分压转换器

200：多模式电源系统

210：电池模块

210’：电池子模块

220：第一转换电路

220’：第一转换子电路

221：储能电路

230：第二转换电路

230’：第二转换子电路

231：储能电路

250：电池组

300：多模式电源系统

310：电池模块

320：第一转换电路

321：第一控制电路

330：第二转换电路

331：第二控制电路

600：多模式电源系统

630：第二转换电路

700：迪克森转换器

900：多模式电源系统

910：电源转换电路

BAT：电池组

C1-C3：电容器

CFLY：电容器

CFLY1：第一电容器

CFLY2：第二电容器

CN1：节点

CN2：节点

CP1：节点

CP2：节点

CSYS：系统电容器

G0：路径控制信号

G1：第一控制信号

G2：第二控制信号

G3：第三控制信号

G4：第四控制信号

G5：第五控制信号

G6：第六控制信号

G7：第七控制信号

G8：第八控制信号

G9-G17：控制信号

GL：控制信号

Gp1-Gp8：控制信号

GPP：控制信号

GU：控制信号

ISYS：系统电流

L：电感器

L1：实线

L2：虚线

L3：一点链线

N1-N5：节点

Q0：外部路径开关

Q1：第一开关(电池路径开关)

Q2：第二开关

Q3：第三开关

Q4：第四开关

Q5：第五开关

Q6：第六开关

Q7：第七开关

Q8：第八开关

Q9-Q17：开关

QL：开关

Qp1-Qp8：开关

QPP：电池路径开关

QU：开关

R1-R3：实线方框

SW：切换节点

t1-t4：时间点

TA：切换周期

TB：切换周期

VBAT：电池组的电压(电池电压)

VBUS：外部电源的电压(外部电压)

VMID：中继电压

VSYS：系统电压

W1-W16：波形

具体实施方式

本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明，但这并不旨在限制本发明的权利要求。

请参照图3，图3是本发明的一实施例中多模式电源系统200的电路方块图。如图3所示，多模式电源系统200包含一电池模块210、一第一转换电路220及一第二转换电路230，其中电池模块210包括彼此串联的一电池路径开关及包括至少一单电池的一电池组，第一转换电路220包括多个开关及一第一电容器，第二转换电路230包括多个另一开关及一电感器，换言之，在本实施例中，第一转换电路220为一切换电容式转换器，第二转换电路230为一切换电感式转换器。在一些实施例中，所述多个开关用以切换所述第一电容器与一内部系统90及电池模块210的耦接关系，以将所述电池组的电源转换为一系统电源(例如对应于系统电压VSYS)以供电给内部系统90，或将所述系统电源转换为所述电池组的电源，用以对所述电池组充电，其中第一转换电路220与电池模块210共同使用所述电池路径开关。在一些实施例中，所述多个另一开关用以切换所述电感器与一外部电源50及一内部系统90的耦接关系，以将外部电源50转换为所述系统电源，或将所述系统电源转换为外部电源50，其中所述系统电源为一直流电源，用以供电给内部系统90。

请参照表1，表1是本发明的一实施例中多模式电源系统200的第一转换电路220及第二转换电路230的操作模式组合表，其中标示为“O”代表可成立的操作模式组合，而标示为“X”的操作模式组合则不成立。在一些实施例中，多模式电源系统200操作于多个操作模式组合中的其中一种。如表1所示，第一转换电路220具有第一对内、第一对外及第一旁通三种模式，第二转换电路230具有第二对内、第二对外及第二旁通三种模式。当第一转换电路220操作于第一对外模式或第一旁通模式时，第二转换电路230可操作于第二对内模式、第二对外模式或第二旁通模式；当第一转换电路220操作于第一对内模式时，第二转换电路230可操作于第二对内模式及第二旁通模式。

[表1]

模式	第一对内	第一对外	第一旁通
				第二对内	O	O	O
第二对外	X	O	O
				第二旁通	O	O	O

请参照表2，表2是本发明的另一实施例中多模式电源系统200的第一转换电路220及第二转换电路230的操作模式表。如表2所示，在一些实施例中，第一转换电路220还具有第一断路模式，第二转换电路230还具有第二断路模式，使得多模式电源系统200可以操作于更多组合的操作模式中。当第一转换电路220操作于第一断路模式时，第二转换电路230可操作于第二断路模式、第二对内模式或第二旁通模式；当第二转换电路230操作于第二断路模式时，第一转换电路220可操作于第一对外模式或第一旁通模式。以下将介绍适于多模式电源系统200的一多模式电源系统300，并详细解释多模式电源系统300的结构、功能及各种模式的操作方法。

[表2]

模式	第一对内	第一对外	第一旁通	第一断路
					第二对内	O	O	O	O
第二对外	X	O	O	X
					第二旁通	O	O	O	O
第二断路	X	O	O	O

请参照图4，图4是本发明的一实施例中多模式电源系统300的电路示意图。如图4所示，多模式电源系统300包含一电池模块310、一第一转换电路320及一第二转换电路330。电池模块310包括一电池路径开关Q1及一电池组BAT，其中电池组BAT串联于电池路径开关Q1，电池组BAT包括至少一单电池，电池组BAT的电源(以下称电池电源)包括一电池组BAT的电压VBAT(以下称电池电压VBAT)。在一些实施例中，电池组BAT包括至少二个单电池，其中电池电压VBAT大于等于系统电压VSYS。

在一些实施例中，第一转换电路320包括一第一开关Q1(亦即电池路径开关Q1)、一第二开关Q2、一第三开关Q3、一第四开关Q4、一第一电容器CFLY1以及一第一控制电路321，其中第一开关Q1及电池路径开关Q1为同一个开关，换句话说，第一转换电路320与电池模块310共同使用电池路径开关Q1(或第一开关Q1)。为了描述方便，以下统一将电池路径开关Q1称为第一开关Q1。第一开关Q1具有一第一控制端、一第一反相输出端以及一第一同相输出端，其中所述第一反相输出端耦接电池组BAT。第二开关Q2具有一第二控制端、一第二反相输出端以及一第二同相输出端，其中所述第二反相输出端、所述第一同相输出端与第一电容器CFLY1的第一端耦接于节点CP1。第三开关Q3具有一第三控制端、一第三反相输出端以及一第三同相输出端，其中所述第三反相输出端、所述第二同相输出端与内部系统90共同耦接于所述系统电源(对应于系统电压VSYS)。第四开关Q4具有一第四控制端、一第四反相输出端以及一第四同相输出端，其中所述第四反相输出端、所述第三同相输出端与第一电容器CFLY1的第二端耦接于节点CN1，所述第四同相输出端接地。第一控制电路321耦接所述第一控制端、所述第二控制端、所述第三控制端及所述第四控制端，用以产生一第一控制信号G1、一第二控制信号G2、一第三控制信号G3及一第四控制信号G4，以分别控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3及第四开关Q4。

在一些实施例中，第二转换电路330包括一第五开关Q5、一第六开关Q6、一电感器L以及一第二控制电路331。第五开关Q5具有一第五控制端、一第五反相输出端以及一第五同相输出端，第六开关Q6具有一第六控制端、一第六反相输出端以及一第六同相输出端，其中所述第五同相输出端接地，所述第五反相输出端及所述第六同相输出端与电感器L的第一端耦接于切换节点SW，所述第六反相输出端耦接一外部电源50，电感器L的第二端与系统电容器CSYS耦接于所述系统电源(系统电压VSYS)。第二控制电路331耦接于所述第五控制端及所述第六控制端，用以产生一第五控制信号G5及一第六控制信号G6，以分别控制第五开关Q5及第六开关Q6。在一些实施例中，多模式电源系统300还包含一外部路径开关Q0，用以控制外部电源50与第六开关Q6之间的导通，其中外部路径开关Q0由第二控制电路331产生一路径控制信号G0以进行控制。在非第二断路模式的情况下，外部路径开关Q0都控制为导通。

在一些实施例中，电池电压VBAT大于或等于系统电压VSYS，外部电源50的电压VBUS(以下称外部电压VBUS)大于或等于系统电压VSYS，外部电压VBUS大于、等于或小于电池电压VBAT，其中由于系统电压VSYS相对较低，因此内部系统90可以使用低压元件以节省成本。在一些实施例中，内部系统90所使用的低压元件的耐压低于电池电压VBAT。在一些实施例中，内部系统90所使用的低压元件的耐压低于外部电压VBUS。

在一些实施例中，当第一转换电路320操作于所述第一旁通模式时，第一开关Q1及第二开关Q2恒导通且第三开关Q3及第四开关Q4恒不导通。当第一开关Q1及第二开关Q2恒导通且第三开关Q3及第四开关Q4恒不导通时，电池组BAT及所述系统电源之间也恒导通，使得电池组BAT直接对内部系统90供电或所述系统电源直接对电池组BAT充电，此时电池电压VBAT会等于系统电压VSYS。

在一些实施例中，当第一转换电路320操作于所述第一对内模式时，第一转换电路320为一电荷泵(Charge pump)，用以将系统电压VSYS泵压而产生电池电压VBAT，以对电池组BAT充电，此时电池电压VBAT高于系统电压VSYS，在本实施例中，电池电压VBAT例如为系统电压VSYS的2倍，其中第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3及第四开关Q4周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间。当第一开关Q1及第三开关Q3导通时，第二开关Q2及第四开关Q4不导通；当第一开关Q1及第三开关Q3不导通时，第二开关Q2及第四开关Q4导通。具体而言，在本实施例中，第一开关Q1与第二开关Q2用以将电容器CFLY1的第一端周期性地切换于电池电压VBAT与所述系统电源(系统电压VSYS)之间，第三开关Q3及第四开关Q4则用以将电容器CFLY1的第二端周期性地对应切换于所述系统电源(系统电压VSYS)与接地电位之间。

在一些实施例中，当第一转换电路320操作于所述第一对外模式时，第一转换电路320为一电容式分压电路(Capacitive voltage divider circuit)，其以切换电容式转换方式，将电池电压VBAT分压而产生系统电压VSYS，用以对内部系统90供电，或进一步将系统电源转换为外部电源50，而对外部负载供电，此时电池电压VBAT大于系统电压VSYS(例如，电池电压VBAT为系统电压VSYS的2倍)，在一些实施例中，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3及第四开关Q4用以切换电容器CFLY1的二端的操作方式同所述电荷泵，在此不予赘述。

在一些实施例中，当第二转换电路330操作于所述第二旁通模式时，第六开关Q6恒导通且第五开关Q5恒不导通。当第六开关Q6恒导通且第五开关Q5恒不导通时，所述系统电源与外部电源50之间通过电感器L而恒导通，由此使得外部电源50可直接对内部系统90供电，或者所述系统电源可直接对外部电源50供电，此时外部电压VBUS会等于系统电压VSYS。

在一些实施例中，当第二转换电路330操作于所述第二对内模式时，第二转换电路330为一降压转换器(Buck converter)，在一些实施例中，第二转换电路330为一二阶降压转换器(2-level buck converter)，如图4的第二转换电路330所示。在本实施例中，第五开关Q5及第六开关Q6周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间。当第五开关Q5导通时，第六开关Q6不导通；当第五开关Q5不导通时，第六开关Q6导通。具体而言，第五开关Q5及第六开关Q6用以切换电感器L的第一端(即切换节点SW)使其周期性地电连接于外部电源50与接地电位之间，以转换外部电源50而于电感器L的第二端产生系统电源(系统电压VSYS)，用以对内部系统90供电，或者进一步通过前述的第一转换电路320转换为电池电源而对电池组BAT充电，此时外部电压VBUS大于等于系统电压VSYS。在一些实施例中，系统电压VSYS与外部电压VBUS的比例正比于第六开关Q6的占空比。

在一些实施例中，当第二转换电路330操作于所述第二对外模式时，第二转换电路330为一升压转换器(Boost converter)。在一些实施例中，第二转换电路330为一二阶升压转换器(2-level boost converter)，如图4的第二转换电路330所示。具体而言，第五开关Q5及第六开关Q6用以切换电感器L的第一端(即连接于切换节点SW的一端)，使其周期性地电连接于外部电源50与接地电位之间以转换系统电源(系统电压VSYS)，进而于第六开关Q6的第六反相输出端产生外部电源50以对外部负载供电，此时外部电压VBUS大于等于系统电压VSYS。在一些实施例中，外部电压VBUS与系统电压VSYS的比例反比于第五开关Q5的占空比。

在一些实施例中，当第一转换电路320操作于所述第一断路模式时，第一开关Q1、第二开关Q2恒不导通，在一些实施例中，第三开关Q3及第四开关Q4的至少之一也恒不导通，此时电池组BAT与内部系统90之间(亦即电池电源与系统电源之间)为开路状态。在一些实施例中，当第二转换电路330操作于所述第二断路模式时，第六开关Q6恒不导通，此时外部电源50与内部系统90之间为开路状态。在一些实施例中，第五开关Q5及/或外部路径开关Q0也恒不导通。

在一些实施例中，当第一转换电路320操作于所述第一对内模式或所述第一旁通模式且第二转换电路330操作于所述第二对内模式或所述第二旁通模式时，多模式电源系统300操作于一插电运作与充电模式。在所述插电运作与充电模式下，外部电源50会同时对内部系统90供电及对电池组BAT充电。以多模式电源系统300被应用于一笔记本电脑为例，当所述笔记本电脑处于所述插电运作与充电模式时，代表所述笔记本电脑是在设置有电池且插电的前提下被使用，此时所述笔记本电脑的供电仅源自于外部电源50。

在一些实施例中，当第一转换电路320操作于所述第一对外模式或所述第一旁通模式且第二转换电路330操作于所述第二对内模式或所述第二旁通模式时，多模式电源系统300操作于一超频模式。在所述超频模式下，外部电源50及电池组BAT会同时对内部系统90供电，使得内部系统90可以获得较大且稳定的电压以获取更好的效能。以多模式电源系统300被应用于一笔记本电脑为例，当所述笔记本电脑处于所述超频模式时，代表所述笔记本电脑是在设置有电池且插电的前提下被使用，此时所述笔记本电脑的供电源自于外部电源50及电池组BAT。

在一些实施例中，当第一转换电路320操作于所述第一对外模式或所述第一旁通模式且第二转换电路330操作于所述第二断路模式时，多模式电源系统300操作于一行动运作模式。在所述行动运作模式下，电池组BAT会对内部系统90供电。举例来说，以多模式电源系统300被应用于一笔记本电脑为例，当所述笔记本电脑处于所述行动运作模式时，代表所述笔记本电脑是在设置有电池且没有插电的前提下被使用，此时所述笔记本电脑的供电仅源自于电池组BAT。

在一些实施例中，当第一转换电路320操作于所述第一对外模式或所述第一旁通模式且第二转换电路330操作于所述第二对外模式或所述第二旁通模式时，多模式电源系统300操作于一行动供电模式。在所述行动供电模式下，电池组BAT会同时对内部系统90及外部电源50供电。举例来说，以多模式电源系统300被应用于一笔记本电脑为例，当所述笔记本电脑处于所述行动供电模式时，代表所述笔记本电脑是在设置有电池且没有插电的前提下被使用，此时所述笔记本电脑的供电仅源自于电池组BAT且所述笔记本电脑可以供电给外部设备(例如，USB PD充电系统或者USB OTG系统)。

在一些实施例中，第一转换电路320及第二转换电路330可同步操作，具体而言，当第一转换电路320及第二转换电路330同步操作时，第一转换电路320中的开关及第二转换电路330中的开关以相同的切换的频率切换，在一些实施例中，第一转换电路320的开关的占空比相关于第二转换电路330的开关的占空比，例如但不限于彼此相同，或彼此为1的补码。

以下将以多个实施例来说明第一转换电路320及第二转换电路330操作时的流程。

请参照图5A，图5A是本发明的一实施例中第一转换电路320及第二转换电路330操作时的波形图，在本实施例中，第一转换电路320操作于所述第一对内模式且第二转换电路330操作于所述第二对内模式(即所述插电运作与充电模式)，其中波形W1为外部电压VBUS的波形，波形W2为电池组BAT的电压波形，波形W3为切换节点SW的电压波形，波形W4为电感器L的电流波形，波形W5为外部路径开关Q0的电流波形，波形W6为节点CP1的电压波形，波形W7(灰线)为节点CN1的电压波形，波形W8为系统电压VSYS的波形。

如图5A所示，于一时段中(如时点t1至时点t2)，第一控制电路321控制第二开关Q2及第四开关Q4为导通状态并控制第一开关Q1及第三开关Q3为不导通状态，使得系统电源(系统电压VSYS)对第一电容器CFLY1充电，而于另一时段中(如时点t2至时点t3)，第一控制电路321控制第二开关Q2及第四开关Q4为不导通状态并控制第一开关Q1及第三开关Q3为导通状态，使得第一电容器CFLY1叠加于系统电压VSYS之上而放电，上述切换以切换周期TA周期性操作，以产生2倍于系统电压VSYS的电池电压VBAT，以对电池组BAT充电。另一方面，于一时段中(如时点t4至时点t5)，第二控制电路331控制第六开关Q6为导通状态并同步控制第五开关Q5为不导通状态，而于另一时段中(如时点t5至时点t6)，第二控制电路331控制第六开关Q6为不导通状态并同步控制第五开关Q5为导通状态，上述切换以切换周期TB周期性将电感器L的一端切换于外部电源50(外部电压VBUS)与接地电位之间，以转换外部电源50(外部电压VBUS)而产生系统电源(系统电压VSYS)，以同时对内部系统90供电并进一步对电池组BAT充电。第一转换电路320及第二转换电路330分别通过上述周期性切换而达成前述的插电运作与充电模式，同时转换外部电源50而提供系统电源及电池电源，以供电给内部系统90及对电池组BAT充电。值得注意的是，在本实施例中，第一转换电路320及第二转换电路330可分别根据独立的切换周期TA、TB而切换，换言之，在本实施例中第一转换电路320及第二转换电路330的切换未同步。此外，在本实施例中，第一转换电路320的开关的占空比为50％，而第二转换电路330的占空比则相关于外部电压VBUS与系统电压VSYS的比例。

请参照图5B，图5B是本发明的一实施例中第一转换电路320及第二转换电路330同步操作时的波形图，在本实施例中，第一转换电路320操作于所述第一对外模式且第二转换电路330同步操作于所述第二对外模式(即所述行动供电模式)，其中波形W9为外部电源50的电压VBUS的波形，波形W10为电池组BAT的电压波形，波形W11为切换节点SW的电压波形，波形W12为电感器L的电流波形，波形W13为外部路径开关Q0的电流波形，波形W14为节点CP1的电压波形，波形W15(灰线)为节点CN1的电压波形，波形W16为系统电压VSYS的波形。

如图5B所示，当第一转换电路320及第二转换电路330开始同步操作时，于一时段中(如时点t1至时点t2)，第一控制电路321控制第一开关Q1及第三开关Q3为导通状态并控制第二开关Q2及第四开关Q4为不导通状态，且第二控制电路331同步控制第五开关Q5为导通状态并同步控制第六开关Q6为不导通状态，此时电感器L及第一电容器CFLY1与电池组BAT形成串行电路，使得电池组BAT对电感器L及第一电容器CFLY1充电(如图5B的时间点t3所示)。接着，于另一时段中(如时点t2至时点t3)，第一控制电路321控制第一开关Q1及第三开关Q3为不导通状态并控制第二开关Q2及第四开关Q4为导通状态，且第二控制电路331同步控制第五开关Q5为不导通状态并同步控制第六开关Q6为导通状态，此时电感器L及第一电容器CFLY1与外部电源50形成串行电路，使得电感器L及第一电容器CFLY1放电。第一转换电路320及第二转换电路330通过上述周期性切换而达成前述的行动供电模式，同时转换电池电源而提供系统电源及外部电源50，以供电给内部系统90及外部负载。

需说明的是，在另一实施例中，于所述行动供电模式中，第一转换电路320及第二转换电路330也可根据各自不同的周期而不同步切换。在另一实施例中，于所述行动供电模式中，第一转换电路320及第二转换电路330也可根据相同的周期但以不同的占空比而部分同步切换。在另一实施例中，于所述插电运作与所述充电模式中，第一转换电路320及第二转换电路330也可根据同步的周期及/或占空比而同步切换。

在一些实施例中，第二转换电路330为一三阶降压转换器(3-level buckconverter)，其中所述三阶降压转换器的结构可以进一步降低电源转换时的功率损耗，相较于多模式电源系统300而言，可进一步提升电源转换效率。请参照图6，图6是本发明的另一实施例中多模式电源系统600的电路示意图。如图6所示，第二转换电路630相似于图4中的第二转换电路330，在本实施例中，第二转换电路630还包括一第七开关Q7、一第八开关Q8及一第二电容器CFLY2。第七开关Q7具有一第七控制端、一第七反相输出端以及一第七同相输出端，第八开关Q8具有一第八控制端、一第八反相输出端以及一第八同相输出端。其中所述第七反相输出端、所述第五同相输出端及第二电容器CFLY2的第二端耦接于节点CN2，所述第七同相输出端接地。其中所述第八反相输出端通过外部路径开关Q0耦接外部电源50，所述第八同相输出端、所述第六反相输出端及第二电容器CFLY2的第一端耦接于节点CP2。第二控制电路331还耦接所述第七控制端及所述第八控制端，且还用以产生一第七控制信号G7及一第八控制信号G8，以分别控制第七开关Q7及第八开关Q8。在一些实施例中，外部路径开关Q0用以控制外部电源50与第八开关Q8之间的导通，其中外部路径开关Q0由第二控制电路331产生一路径控制信号G0以进行控制。

在一些实施例中，当图6的第二转换电路630操作于所述第二旁通模式时，第六开关Q6及第八开关Q8恒导通且第五开关Q5及第七开关Q7恒不导通，使得内部系统90及外部电源50之间也恒导通，由此，外部电源50直接对内部系统90供电，或者系统电源直接对外部电源50供电，此时外部电压VBUS会等于系统电压VSYS。

在一些实施例中，当图6的第二转换电路630操作于所述第二对外模式或所述第二对内模式时，第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7及第八开关Q8周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，由此使得切换节点SW的电压切换于外部电压VBUS、外部电压VBUS的1/2以及接地电位之间，以达成三阶切换电感式电源转换。具体而言，在一些实施例中，第五开关Q5及第八开关Q8导通时，第六开关Q6及第七开关Q7不导通；当第五开关Q5及第八开关Q8不导通时，第六开关Q6及第七开关Q7导通。

在一些实施例中，当图6的第二转换电路630操作于所述第二断路模式时，第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7及第八开关Q8恒不导通，此时外部电源50与内部系统90之间为开路状态。

在一些实施例中，图6的第一转换电路320及第二转换电路630也可同步操作。举例来说，当第一转换电路320操作于所述第一对内模式且第二转换电路630同步操作于所述第二对内模式时，第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7及第八开关Q8周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5及第八开关Q8导通时，第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6及第七开关Q7不导通；当第一开关Q1、第三开关Q3、第五开关Q5及第八开关Q8不导通时，第二开关Q2、第四开关Q4、第六开关Q6及第七开关Q7导通。

在一些实施例中，多模式电源系统300、600中的开关为一金氧半晶体管(MOSFET)，其中所述开关的控制端为一栅极(Gate)，所述开关的反相输出端为一漏极(Drain)，所述开关的同相输出端为一源极(Source)。以第一开关Q1为例，当第一开关Q1为所述金氧半晶体管时，第一开关Q1的第一控制端对应所述金氧半晶体管的栅极，第一开关Q1的第一反相输出端对应所述金氧半晶体管的漏极，第一开关Q1的第一同相输出端对应所述金氧半晶体管的源极。

在一些实施例中，第一转换电路320为一迪克森转换器700(Dickson converter)，其中迪克森转换器700可操作于2倍转换模式、3倍转换模式或4倍转换模式。换句话说，迪克森转换器700可控制电池电压VBAT为系统电压VSYS的2倍、3倍或4倍，使得电池模块310可以采用不同电压大小的电池组BAT，进而使多模式电源系统300具有较宽广的扩充性以应用在不同系统中。请参照图7，图7是本发明的一实施例中迪克森转换器700的示意图，由于迪克森转换器700为本发明本领域技术人员所习知，故以下仅简单说明在不同转换模式下，本实施例的迪克森转换器700中各元件的操作原理。

如图7所示，迪克森转换器700包括多个开关Q9-Q17及多个电容器C1-C3。在一些实施例中，当迪克森转换器700操作于2倍转换模式时，开关Q10及开关Q13-Q17周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间且开关Q11-Q12恒导通，其中当开关Q10、开关Q14及开关Q16导通时，开关Q13、开关Q15及开关Q17不导通；当开关Q10、开关Q14及开关Q16不导通时，开关Q13、开关Q15及开关Q17导通。

在一些实施例中，当迪克森转换器700操作于3倍转换模式时，开关Q10-Q17周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当开关Q10、开关Q11、开关Q13、开关Q15及开关Q16导通时，开关Q12、开关Q14及开关Q17不导通；当开关Q10、开关Q11、开关Q13、开关Q15及开关Q16不导通时，开关Q12、开关Q14及开关Q17导通。

在一些实施例中，当迪克森转换器700操作于4倍转换模式时，开关Q10-Q17周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当开关Q10、开关Q12、开关Q14及开关Q17导通时，开关Q11、开关Q13、开关Q15及开关Q16不导通；当开关Q10、开关Q12、开关Q14及开关Q17不导通时，开关Q11、开关Q13、开关Q15及开关Q16导通。

请同时参照图8A及图8B，图8A及图8B是本发明的一实施例中多模式电源系统300的电源转换效率曲线图，其中实线L1是对应于图4的多模式电源系统300中，电池模块310与第一转换电路320操作于所述第一对外模式，亦即，将电池组BAT的电池电源转换为系统电源(包含系统电压VSYS及系统电流ISYS)以供电给内部系统90时的效率曲线，虚线L2是对应于图1的现有技术的电源系统100中，电池模块120与降压转换器130将电池组BAT的电池电源转换为系统电源以供电给内部系统90时的效率曲线，一点链线L3是对应于图2的现有技术的电源系统100中，电池模块120与分压转换器140将电池组BAT的电池电源转换为系统电源以供电给内部系统90时的效率曲线。在图8A及图8B的效率曲线图中，横轴所代表的是现有技术的电源系统100及本发明的多模式电源系统300的电池组供电给内部系统90的系统电流ISYS，单位是安培；纵轴所代表的是现有技术的电源系统100及本发明的多模式电源系统300的电源转换效率，单位是百分比(％)。如图8A中实线方框R1及实线方框R2所示，由于本发明的多模式电源系统300采用了切换电容式分压电路320，且将第一开关Q1共享为电池模块310的电池路径开关以及切换电容式分压电路320的切换开关，因而大幅提升了在轻度负载至重度负载下的电源转换效率(相较于图1的现有技术)。如图8B中实线方框R3所示，由于上述相同的理由，本发明也大幅提升了在重度负载下的电源转换效率(相较于图2的现有技术)。

请参照图9，图9是本发明的一实施例中多模式电源系统900与电源转换电路910的示意图，其中多模式电源系统900对应于图3、图4及图6中的多模式电源系统200、300及600的另一种电路分割(circuit partitioning)方式。在一些实施例中，多模式电源系统900包含电源转换电路910、储能电路221、储能电路231以及电池组250，电源转换电路910包括第一转换子电路220’、第二转换子电路230’以及电池子模块210’，其中第一转换子电路220’、第二转换子电路230’及电池子模块210’，例如分别对应于图3、图4及图6中的第一转换电路220、第二转换电路230及电池模块210，但分别排除了主要的功率储能元件以及电池组BAT。以图4为例，当图4的多模式电源系统300以图9的多模式电源系统900方式进行电路分割时，多模式电源系统900中的储能电路221对应于电容器CFLY，储能电路231对应于电感器L，以及电池组250则对应于电池组BAT，电源转换电路910中的第一转换子电路220’包括第一开关Q1(亦即电池路径开关Q1)、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4以及第一控制电路321，第二转换子电路230’包括第五开关Q5、第六开关Q6以及第二控制电路331，电池子模块210’则包括了电池路径开关Q1。前述其余多模式电源系统也可依照上述方式进行电路分割，在此不予赘述。

在一些实施例中，电源转换电路910整合于一集成电路(Integrated Circuit，IC)中，及/或整合于一集成电路封装(IC package)中。

综上所述，相较于图1与图2的前案而言，由于本发明将提供于内部系统90的系统电源方案于第一转换电路320于所述第一对外模式下的输出端，以及第二转换电路330于所述第二对内模式下的输出端，使得本发明得以将电池模块310中的电池路径开关与第一转换电路320内的切换开关共享(即第一开关Q1)。此外，在一些实施例中，本发明的多模式电源系统300的电池模块310中的电池路径开关Q1，于所述第一旁通模式中为恒导通，而在第一断路模式中为恒不导通，且于所述第一对内模式与所述第一对外模式中，与其余开关周期性切换，而同时达成控制电池组BAT路径的导通控制与切换电容式电源转换时的切换开关。因此，相较于现有技术，本发明可减少多模式电源系统300的总开关与其他元件的数量，且可以有效提高电源转换效率。再者，当本发明的多模式电源系统300中进一步采用另一些实施例中的电路时(例如，第一转换电路320为一迪克森转换器且第二转换电路330为一三阶降压转换器)，多模式电源系统300在不同负载下的充电效率得以再次被提升。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (32)

1.一种多模式电源系统，包含：

一电池模块，包括彼此串联的一电池路径开关及一电池组，其中该电池组包括至少一单电池；

一第一转换电路，包括多个开关及一第一电容器，该些开关用以切换该第一电容器与一内部系统及该电池模块的耦接关系，以将该电池组的电源转换为一系统电源以供电给该内部系统，或将该系统电源转换为该电池组的电源，其中该第一转换电路的该些开关包括该电池路径开关；以及

一第二转换电路，包括多个另一开关及一电感器，该些另一开关用以切换该电感器与一外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该外部电源转换为该系统电源，或将该系统电源转换为该外部电源，其中该系统电源为一直流电源，用以供电给该内部系统；

其中该多模式电源系统操作于以下多个操作模式组合中的其中一种：

当该第一转换电路操作于一第一对外模式或一第一旁通模式时，该第二转换电路操作于一第二对内模式、一第二对外模式或一第二旁通模式；以及

当该第一转换电路操作于一第一对内模式时，该第二转换电路操作于该第二对内模式或该第二旁通模式；

其中当该第一转换电路操作于该第一对外模式时，该些开关周期性地切换该第一电容器与该内部系统及该电池模块的耦接关系，以将该电池组的电源转换为该系统电源；

其中当该第一转换电路操作于该第一对内模式时，该些开关周期性地切换该第一电容器与该内部系统及该电池模块的耦接关系，以将该系统电源转换为该电池组的电源；

其中当该第一转换电路操作于该第一旁通模式时，一部分的该些开关恒导通，使得该系统电源与该电池组的电源之间恒导通，其中该部分的该些开关包括该电池路径开关；

其中当该第二转换电路操作于该第二对外模式时，该些另一开关周期性地切换该电感器与该外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该系统电源转换为该外部电源；

其中当该第二转换电路操作于该第二对内模式时，该些另一开关周期性地切换该电感器与该外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该外部电源转换为该系统电源；

其中当该第二转换电路操作于该第二旁通模式时，一部分的该些另一开关恒导通，使得该系统电源与该外部电源之间恒导通。

2.如权利要求1所述的多模式电源系统，其中，该系统电源包括一系统电压，其中该电池组的电压大于或等于该系统电压，该外部电源的电压大于或等于该系统电压，该外部系统的电压大于、等于或小于该电池组的电压。

3.如权利要求2所述的多模式电源系统，其中，当该第一转换电路操作于该第一对内模式时，该第一转换电路为一电荷泵，使得该电池组的电压大于该系统电压；当该第一转换电路操作于该第一对外模式时，该第一转换电路为一电容式分压电路，使得该电池组的电压大于该系统电压。

4.如权利要求3所述的多模式电源系统，其中，该电池组的电压为该系统电压的2倍。

5.如权利要求2所述的多模式电源系统，其中，该第一转换电路为一迪克森转换器，该电池组的电压为该系统电压的2、3或4倍。

6.如权利要求2所述的多模式电源系统，其中，当该第二转换电路操作于该第二对内模式时，该第二转换电路为一降压转换器，使得该外部电源的电压大于该系统电压；当该第二转换电路操作于该第二对外模式时，该第二转换电路为一升压转换器，使得该外部电源的电压大于该系统电压。

7.如权利要求6所述的多模式电源系统，其中，该第二转换电路以至少二阶的脉宽调制方式进行该外部电源与该系统电源之间的转换。

8.如权利要求1所述的多模式电源系统，其中，该第一转换电路的该些开关及该第二转换电路的该些另一开关同步切换且具有相关的占空比。

9.如权利要求1所述的多模式电源系统，其中，该些操作模式组合还包括：

当该第一转换电路操作于一第一断路模式时，该第二转换电路操作于一第二断路模式、该第二对内模式或该第二旁通模式；以及

当该第二转换电路操作于该第二断路模式时，该第一转换电路操作于该第一对外模式或该第一旁通模式；

其中当该第一转换电路操作于该第一断路模式时，该些开关恒不导通；

其中当该第二转换电路操作于该第二断路模式时，该些另一开关恒不导通。

10.如权利要求4所述的多模式电源系统，其中，该些开关包括：

一第一开关，具有一第一控制端、一第一反相输出端以及一第一同相输出端，该第一反相输出端耦接该电池组；

一第二开关，具有一第二控制端、一第二反相输出端以及一第二同相输出端，该第二反相输出端耦接该第一同相输出端，该第二同相输出端耦接一内部系统；

一第三开关，具有一第三控制端、一第三反相输出端以及一第三同相输出端，该第三反相输出端耦接于该第二同相输出端与该内部系统之间；以及

一第四开关，具有一第四控制端、一第四反相输出端以及一第四同相输出端，该第四反相输出端耦接该第三同相输出端，该第四同相输出端接地；

其中该第一电容器的第一端耦接于该第一同相输出端与该第二反相输出端之间，该第一电容器的第二端耦接于该第三同相输出端与该第四反相输出端之间；

其中该第一转换电路还包括一第一控制电路，用以产生一第一控制信号、一第二控制信号、一第三控制信号及一第四控制信号，以分别控制该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关；

其中该第一开关对应为该电池路径开关。

11.如权利要求10所述的多模式电源系统，其中，该第一控制电路用以通过以下至少之一方式操作该些开关：

当该第一转换电路操作于一第一旁通模式时，该第一开关及该第二开关恒导通且该第三开关及该第四开关恒不导通；

当该第一转换电路操作于一第一对外模式或一第一对内模式时，该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第一开关及该第三开关导通时，该第二开关及该第四开关不导通；当该第一开关及该第三开关不导通时，该第二开关及该第四开关导通；及/或

当该第一转换电路操作于一第一断路模式时，该第一开关及该第二开关恒不导通。

12.如权利要求2所述的多模式电源系统，其中，该些另一开关包括：

一第五开关，具有一第五控制端、一第五反相输出端以及一第五同相输出端，该第五同相输出端接地；以及

一第六开关，具有一第六控制端、一第六反相输出端以及一第六同相输出端，该第六反相输出端耦接一外部电源，该第六同相输出端耦接该第五反相输出端；

其中该电感器的第一端耦接于该第六同相输出端与该第五反相输出端之间，该电感器的第二端耦接于该第二同相输出端、该第三反相输出端与该内部系统之间；以及

其中该第一转换电路还包括一第一控制电路，一第二控制电路，用以产生一第五控制信号及一第六控制信号，以分别控制该第五开关及该第六开关。

13.如权利要求12所述的多模式电源系统，其中，该第二控制电路用以通过以下至少之一方式操作该些另一开关：

当该第二转换电路操作于一第二旁通模式时，该第六开关恒导通且该第五开关恒不导通；

当该第二转换电路操作于一第二对外模式或一第二对内模式时，该第五开关及该第六开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第五开关导通时，该第六开关不导通；当该第五开关不导通时，该第六开关导通；及/或

当该第二转换电路操作于一第二断路模式时，该第五开关及该第六开关恒不导通。

14.如权利要求12所述的多模式电源系统，其中，该些另一开关还包括：

一第七开关，具有一第七控制端、一第七反相输出端以及一第七同相输出端，该第七反相输出端耦接该第五同相输出端，该第七同相输出端接地；

一第八开关，具有一第八控制端、一第八反相输出端以及一第八同相输出端，该第八反相输出端耦接该外部电源，该第八同相输出端耦接该第六反相输出端；以及

一第二电容器，该第二电容器的第一端耦接于该第八同相输出端与该第六反相输出端之间，该第二电容器的第二端耦接于该第五同相输出端与该第七反相输出端之间；

其中该第二控制电路还用以产生一第七控制信号及一第八控制信号，以分别控制该第七开关及该第八开关。

15.如权利要求14所述的多模式电源系统，其中，该第二控制电路还用以通过以下至少之一方式操作该些另一开关：

当该第二转换电路操作于一第二旁通模式时，该第六开关及该第八开关恒导通且该第五开关及该第七开关恒不导通；

当该第二转换电路操作于一第二对外模式或一第二对内模式时，该第五开关、该第六开关、该第七开关及该第八开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第五开关及该第八开关导通时，该第六开关及该第七开关不导通；当该第五开关及该第八开关不导通时，该第六开关及该第七开关导通；及/或

当该第二转换电路操作于一第二断路模式时，该第五开关、该第六开关、该第七开关及该第八开关恒不导通。

16.如权利要求10、12及14中的任一项所述的多模式电源系统，其中，该些开关为一金氧半晶体管，该些开关的控制端为一栅极，该些开关的反相输出端为一漏极，该些开关的同相输出端为一源极。

17.一种适于多模式电源系统的电源转换电路，其中，该多模式电源系统包括耦接于该电源转换电路的一第一电容器、一电感器以及一电池组，该电源转换电路包含：

一电池子模块，包括一电池路径开关，与该电池组串联；

一第一转换子电路，包括多个开关，该些开关用以切换该第一电容器与一内部系统及该电池组的耦接关系，以将该电池组的电源转换为一系统电源以供电给该内部系统，或将该系统电源转换为该电池组的电源，其中该第一转换子电路的该些开关包括该电池路径开关；以及

一第二转换子电路，包括多个另一开关，该些另一开关用以切换该电感器与一外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该外部电源转换为该系统电源，或将该系统电源转换为该外部电源，其中该系统电源为一直流电源，用以供电给该内部系统；

其中该电源转换电路操作于以下多个操作模式组合中的其中一种：

当该第一转换子电路操作于一第一对外模式或一第一旁通模式时，该第二转换子电路操作于一第二对内模式、一第二对外模式或一第二旁通模式；以及

当该第一转换子电路操作于一第一对内模式时，该第二转换子电路操作于该第二对内模式或该第二旁通模式；

其中当该第一转换子电路操作于该第一对外模式时，该些开关周期性地切换该第一电容器与该内部系统及该电池组的耦接关系，以将该电池组的电源转换为该系统电源；

其中当该第一转换子电路操作于该第一对内模式时，该些开关周期性地切换该第一电容器与该内部系统及该电池组的耦接关系，以将该系统电源转换为该电池组的电源；

其中当该第一转换子电路操作于该第一旁通模式时，一部分的该些开关恒导通，使得该系统电源与该电池组的电源之间恒导通，其中该部分的该些开关包括该电池路径开关；

其中当该第二转换子电路操作于该第二对外模式时，该些另一开关周期性地切换该电感器与该外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该系统电源转换为该外部电源；

其中当该第二转换子电路操作于该第二对内模式时，该些另一开关周期性地切换该电感器与该外部电源及该内部系统的耦接关系，以将该外部电源转换为该系统电源；

其中当该第二转换子电路操作于该第二旁通模式时，一部分的该些另一开关恒导通，使得该系统电源与该外部电源之间恒导通。

18.如权利要求17所述的电源转换电路，其中，该系统电源包括一系统电压，其中该电池组的电压大于或等于该系统电压，该外部电源的电压大于或等于该系统电压，该外部系统的电压大于、等于或小于该电池组的电压。

19.如权利要求18所述的电源转换电路，其中，当该第一转换电路操作于该第一对内模式时，该第一转换电路为一电荷泵，使得该电池组的电压大于该系统电压；当该第一转换电路操作于该第一对外模式时，该第一转换电路为一电容式分压电路，使得该电池组的电压大于该系统电压。

20.如权利要求19所述的电源转换电路，其中，该电池组的电压为该系统电压的2倍。

21.如权利要求19所述的电源转换电路，其中，该第一转换电路为一迪克森转换器，该电池组的电压为该系统电压的2、3或4倍。

22.如权利要求18所述的电源转换电路，其中，当该第二转换电路操作于该第二对内模式时，该第二转换电路为一降压转换器，使得该外部电源的电压大于该系统电压；当该第二转换电路操作于该第二对外模式时，该第二转换电路为一升压转换器，使得该外部电源的电压大于该系统电压。

23.如权利要求22所述的电源转换电路，其中，该第二转换电路以至少二阶的脉宽调制方式进行该外部电源与该系统电源之间的转换。

24.如权利要求17所述的电源转换电路，其中，该第一转换电路的该些开关及该第二转换电路的该些另一开关同步切换且具有相关的占空比。

25.如权利要求17所述的电源转换电路，其中，该些操作模式组合还包括：

当该第一转换电路操作于一第一断路模式时，该第二转换电路操作于一第二断路模式、该第二对内模式或该第二旁通模式；以及

当该第二转换电路操作于该第二断路模式时，该第一转换电路操作于该第一对外模式或该第一旁通模式；

其中当该第一转换电路操作于该第一断路模式时，该些开关恒不导通；

其中当该第二转换电路操作于该第二断路模式时，该些另一开关恒不导通。

26.如权利要求20所述的电源转换电路，其中，该些开关包括：

一第一开关，具有一第一控制端、一第一反相输出端以及一第一同相输出端，该第一反相输出端耦接该电池组；

一第二开关，具有一第二控制端、一第二反相输出端以及一第二同相输出端，该第二反相输出端耦接该第一同相输出端，该第二同相输出端耦接一内部系统；

一第三开关，具有一第三控制端、一第三反相输出端以及一第三同相输出端，该第三反相输出端耦接于该第二同相输出端与该内部系统之间；以及

一第四开关，具有一第四控制端、一第四反相输出端以及一第四同相输出端，该第四反相输出端耦接该第三同相输出端，该第四同相输出端接地；

其中该第一电容器的第一端耦接于该第一同相输出端与该第二反相输出端之间，该第一电容器的第二端耦接于该第三同相输出端与该第四反相输出端之间；

其中该第一转换电路还包括一第一控制电路，用以产生一第一控制信号、一第二控制信号、一第三控制信号及一第四控制信号，以分别控制该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关；

其中该第一开关对应为该电池路径开关。

27.如权利要求26所述的电源转换电路，其中，该第一控制电路用以通过以下至少之一方式操作该些开关：

当该第一转换电路操作于一第一旁通模式时，该第一开关及该第二开关恒导通且该第三开关及该第四开关恒不导通；

当该第一转换电路操作于一第一对外模式或一第一对内模式时，该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第一开关及该第三开关导通时，该第二开关及该第四开关不导通；当该第一开关及该第三开关不导通时，该第二开关及该第四开关导通；及/或

当该第一转换电路操作于一第一断路模式时，该第一开关及该第二开关恒不导通。

28.如权利要求18所述的电源转换电路，其中，该些另一开关包括：

一第五开关，具有一第五控制端、一第五反相输出端以及一第五同相输出端，该第五同相输出端接地；以及

一第六开关，具有一第六控制端、一第六反相输出端以及一第六同相输出端，该第六反相输出端耦接一外部电源，该第六同相输出端耦接该第五反相输出端；

其中该电感器的第一端耦接于该第六同相输出端与该第五反相输出端之间，该电感器的第二端耦接于该第二同相输出端、该第三反相输出端与该内部系统之间；以及

其中该第一转换电路还包括一第一控制电路，一第二控制电路，用以产生一第五控制信号及一第六控制信号，以分别控制该第五开关及该第六开关。

29.如权利要求28所述的电源转换电路，其中，该第二控制电路用以通过以下至少之一方式操作该些另一开关：

当该第二转换电路操作于一第二旁通模式时，该第六开关恒导通且该第五开关恒不导通；

当该第二转换电路操作于一第二对外模式或一第二对内模式时，该第五开关及该第六开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第五开关导通时，该第六开关不导通；当该第五开关不导通时，该第六开关导通；及/或

当该第二转换电路操作于一第二断路模式时，该第五开关及该第六开关恒不导通。

30.如权利要求28所述的电源转换电路，其中，该些另一开关还包括：

一第七开关，具有一第七控制端、一第七反相输出端以及一第七同相输出端，该第七反相输出端耦接该第五同相输出端，该第七同相输出端接地；

一第八开关，具有一第八控制端、一第八反相输出端以及一第八同相输出端，该第八反相输出端耦接该外部电源，该第八同相输出端耦接该第六反相输出端；以及

一第二电容器，该第二电容器的第一端耦接于该第八同相输出端与该第六反相输出端之间，该第二电容器的第二端耦接于该第五同相输出端与该第七反相输出端之间；

其中该第二控制电路还用以产生一第七控制信号及一第八控制信号，以分别控制该第七开关及该第八开关。

31.如权利要求30所述的电源转换电路，其中，该第二控制电路还用以通过以下至少之一方式操作该些另一开关：

当该第二转换电路操作于一第二旁通模式时，该第六开关及该第八开关恒导通且该第五开关及该第七开关恒不导通；

当该第二转换电路操作于一第二对外模式或一第二对内模式时，该第五开关、该第六开关、该第七开关及该第八开关周期性地切换于导通状态与该不导通状态之间，其中当该第五开关及该第八开关导通时，该第六开关及该第七开关不导通；当该第五开关及该第八开关不导通时，该第六开关及该第七开关导通；及/或

当该第二转换电路操作于一第二断路模式时，该第五开关、该第六开关、该第七开关及该第八开关恒不导通。

32.如权利要求26、28及30中的任一项所述的电源转换电路，其中，该些开关为一金氧半晶体管，该些开关的控制端为一栅极，该些开关的反相输出端为一漏极，该些开关的同相输出端为一源极。

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