CN115986896B - 一种多模态供电电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请包括一种多模态供电电路及其控制方法，具体涉及电池供电技术领域。在该电路中，该目标电池通过第二开关管连接至第一节点；该第一节点通过第一开关管连接至第二节点；该第二节点与充电器以及负载中的至少一者连接；该目标电池还通过充电电阻以及第三开关管连接至第一节点；驱动电路包括信号端、高电压端、低电压端以及输出端；该驱动电路用于根据信号端的电平高低，将高电压端或低电压端的电平传输至输出端。上述多模态供电电路具有电池正常充电，电池小电流充电，停止充电，电池供电和停止供电等多种功能。

Description

一种多模态供电电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电池供电技术领域，具体涉及一种多模态供电电路及其控制方法。

背景技术

在设计具有可充电电池的设备时，通常需要同步设计对该可充电电池进行充电的供电电路。

而现有技术中的供电电路通常工作模态比较单一，要么是电池作为电源，为负载进行供电的电池供电电路，要么是电池作为负载，利用外部电源对电池进行正常充电的电池充电电路，要么是给过度放电后的电池进行小电流充电的电池充电电路，导致供电电路的适用范围较窄，对于不同的供电场景需要设计不同的供电电路。

发明内容

本申请实施例提供了一种多模态供电电路及其控制方法，具有多模态供电电路具有电池正常充电，电池小电流充电，停止充电，电池供电和停止供电等多种功能；

一方面，提供了一种多模态供电电路，所述多模态供电电路中包括目标电池、第一开关管、第二开关管、第三开关管、充电电阻、驱动电路以及电荷泵；所述电荷泵用于将目标电池的电池电压升高至目标电压；

所述目标电池通过第二开关管连接至第一节点；所述第一节点通过第一开关管连接至第二节点；所述第二节点与充电器以及负载中的至少一者连接；所述目标电池还通过充电电阻以及第三开关管连接至第一节点；

所述驱动电路包括信号端、高电压端、低电压端以及输出端；所述驱动电路用于根据信号端的电平高低，将高电压端或低电压端的电平传输至输出端；

所述多模态供电电路的驱动电路包括第一驱动电路、第二驱动电路以及第三驱动电路；

所述第一驱动电路的高电压端接入目标电压；所述第一驱动电路的低电压端接入第二节点处的总线电压；

所述第二驱动电路的高电压端接入目标电压；所述第二驱动电路的低电压端接入电池电压；

所述第三驱动电路的高电压端接入第一候选电压；所述第三驱动电路的低电压端接入第二候选电压；所述第一候选电压为电池电压与总线电压之间的较高值；所述第二候选电压比所述第一候选电压低指定电压值。

在一种可能的实现方式中，所述第一开关管与所述第二开关管均为NMOS管；

所述目标电池连接至所述第二开关管的源极；所述第二开关管的漏极连接至第一节点；所述第一节点与所述第一开关管的漏极连接；所述第一开关管的源极连接至所述第二节点。

在一种可能的实现方式中，所述第三开关管为PMOS管；所述目标电池通过充电电阻连接至所述第三开关管的漏极；所述第三开关管的源极连接至所述第一节点。

在一种可能的实现方式中，在所述驱动电路中，高电压端依次通过第四开关管、第五开关管以及第一电流源接地；所述第五开关管的控制端与所述驱动电路的信号端连接；

所述高电压端还依次通过第六开关管连接至所述驱动电路的输出端，所述驱动电路的输出端通过第七开关管连接至低电压端；所述第四开关管与所述第六开关管构成电流镜；

所述高电压端还依次通过第十开关管以及第十一开关管连接至低电压端；所述第七开关管与所述第十一开关管构成电流镜；

所述高电压端还依次通过第八开关管、第九开关管以及第二电流源接地；所述第八开关管与所述第十开关管构成电流镜；所述驱动电路的信号端通过反相器连接至所述第九开关管的控制端。

在一种可能的实现方式中，所述第四开关管与所述第六开关管构成的电流镜中，所述第四开关管流经的电流与所述第六开关管流经的电流的比值为1：A；

所述第八开关管与所述第十开关管构成的电流镜中，所述第八开关管与所述第十开关管流经的电流相同；

所述第七开关管与所述第十一开关管构成的电流镜中，所述第七开关管与所述第十一开关管流经的电流的比值为B：1。

在一种可能的实现方式中，在所述电荷泵中，电源电压端依次通过第十二开关管、第十四开关管、以及第一电阻接地；

所述电源电压端还通过第十三开关管连接至第三节点；所述第三节点通过第一电容接地；所述第十二开关管与所述第十三开关管构成电流镜；

所述第三节点输入至第一比较器的同相输入端；所述第三节点还通过第十五开关管接地；所述第一比较器的反相输入端接入比较电压；所述第一比较器的输出端连接至所述第十五开关管的控制端；

所述第三节点还连接至第二比较器的反相输入端；所述第二比较器的同相输入端接入比较电压的一半；所述第二比较器的输出端通过第二电容连接至第四节点；

所述目标电池通过第一二极管连接至所述第四节点；所述第四节点通过第二二极管连接至所述电荷泵的输出端；所述电荷泵的输出端还依次第二电阻以及第三电阻接地；

所述电荷泵的输出端还通过第二电阻连接至目标运算放大器的反相输入端；所述目标运算放大器的同相输入端接入基准电压；所述目标运算放大器的输出端与所述第十四开关管的控制端连接。

在一种可能的实现方式中，所述电荷泵的输出端还通过第三电容与所述目标电池连接。

又一方面，提供了一种多模态供电电路的控制方法，所述方法包括：

向第一驱动电路的信号端输入第一输入信号，以从所述第一驱动电路的输出端输出第一输出信号；

向第二驱动电路的信号端输入第二输入信号，以从所述第二驱动电路的输出端输出第二输出信号；

向第三驱动电路的信号端输入第三输入信号，以从所述第三驱动电路的输出端输出第三输出信号；

分别根据第一输出信号、第二输出信号以及第三输出信号，控制第一开关管、第二开关管以及第三开关管的导通状态，以控制所述多模态供电电路的工作状态；

其中，所述多模态供电电路的工作状态，包括电池供电模态、停止供电模态、电池正常充电模态、电池小电流充电模态以及停止充电模态。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在本申请涉及的多模态供电电路中，通过设置目标电池、第一开关管、第二开关管、第三开关管、充电电阻、驱动电路以及电荷泵，并通过对驱动电路设置不同的输入，使得驱动电路可以灵活控制第一开关管、第二开关管以及第三开关管的导通状态，从而使得该多模态供电电路具有电池正常充电，电池小电流充电，停止充电，电池供电和停止供电等多种功能；

并且在本申请涉及的多模态供电电路中，每个开关管的栅极只对应了两种电压，大大减小了驱动电路的设计难度，也大大增了电路的可靠性；

并且本申请涉及的驱动电路可以灵活设置输出电压，不再如现有技术中的驱动电路一样，只能输出电源电平和地电平；同时，本申请中的驱动电路还方便设置输出的驱动电流；

并且本申请中的电荷泵可以提供电压纹波很小的稳定高电压；

并且，本申请中的第一开关管只有在停止供电模态时才处于关断，从而可以提高电路从停止充电模态切换到电池正常充电模态或者电池小电流充电模态的速度；且使得电路在电池正常充电模态、电池小电流充电模态和停止充电模态之间切换时，第一开关管的开关状态无需进行切换，从而降低了电路功耗，提高了电路效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请一个示例性实施例示出的一种多模态供电电路的结构示意图。

图2示出了本申请实施例涉及的一种电池供电模态的电路状态图。

图3示出了本申请实施例涉及的一种停止供电模态的电路状态图。

图4示出了本申请实施例涉及的一种电池正常充电模态的电路状态图。

图5示出了本申请实施例涉及的一种电池小电流充电模态的电路状态图。

图6示出了本申请实施例涉及的一种停止充电模态的电路状态图。

图7示出了本申请实施例涉及的一种驱动电路的电路结构示意图。

图8示出了本申请实施例涉及的一种驱动电路的框图结构。

图9示出了本申请实施例涉及的一种电荷泵的结构示意图。

图10示出了本申请实施例涉及的一种信号为锯齿波的波形图。

图11示出了本申请实施例涉及的一种信号为方波的波形图。

图12示出了本申请实施例涉及的一种电压抖动的波形图。

图13是根据本申请一个示例性实施例示出的一种多模态供电电路的控制方法的逻辑框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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做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。

图1是根据本申请一个示例性实施例示出的一种多模态供电电路的结构示意图。

该多模态供电电路中包括目标电池（即图1中的电池）、第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、充电电阻rp、驱动电路以及电荷泵；该电荷泵用于将目标电池的电池电压升高至目标电压；该电池电压为目标电池正极输出的bat信号的电压；该目标电压为bat信号通过电池泵后输出的vcp信号的电压。

该目标电池通过第二开关管M2连接至第一节点；该第一节点通过第一开关管M1连接至第二节点；该第二节点与充电器以及负载rload中的至少一者连接；该目标电池还通过充电电阻rp以及第三开关管M3连接至第一节点；

该驱动电路包括信号端、高电压端、低电压端以及输出端；该驱动电路用于根据信号端的电平高低，将高电压端或低电压端的电平传输至输出端；

该多模态供电电路的驱动电路包括第一驱动电路dr1、第二驱动电路dr2以及第三驱动电路dr3；

该第一驱动电路dr1的高电压端接入目标电压（即vcp信号的电压）；该第一驱动电路dr1的低电压端接入第二节点处的总线电压（即pack信号的电压）；

该第二驱动电路dr2的高电压端接入目标电压；该第二驱动电路dr2的低电压端接入电池电压；

该第三驱动电路dr3的高电压端接入第一候选电压；该第三驱动电路dr3的低电压端接入第二候选电压；该第一候选电压为电池电压与总线电压之间的较高值；该第二候选电压比该第一候选电压低指定电压值。

可选的，在该多模态供电电路中还包括电压选择模块，该电压选择模块包括第一电压选择二极管以及第二电压选择二极管，总线电压（即pack信号的电压）通过第一电压选择二极管连接至电压选择模块的输出端，电池电压（即bat信号的电压）通过第二电压选择二极管连接至电压选择模块的输出端，此时当pack信号的电压比bat信号的电压较大时，电压选择模块将pack信号作为输出的vm信号，当pack信号的电压比bat信号的电压较小时，电压选择模块将bat信号作为输出的vm信号，vm信号的电压即为第一候选电压。

可选的，该第一开关管M1与该第二开关管M2均为NMOS管；

该目标电池连接至该第二开关管M2的源极；该第二开关管M2的漏极连接至第一节点；该第一节点与该第一开关管M1的漏极连接；该第一开关管M1的源极连接至该第二节点。

可选的，该第三开关管M3为PMOS管；该目标电池通过充电电阻rp连接至该第三开关管M3的漏极；该第三开关管M3的源极连接至该第一节点。

在上述多模态供电电路中，可以通过设置第一驱动电路dr1、第二驱动电路dr2以及第三驱动电路dr3分别输出的第一输出信号vg1、第二输出信号vg2以及第三输出信号vg3，从而根据第一输出信号vg1、第二输出信号vg2以及第三输出信号vg3，控制第一开关管M1、第二开关管M2以及第三开关管M3的导通状态，以控制该多模态供电电路的工作状态。

由图1可知，vm信号为pack信号和bat信号中电压较高的一个，其中vm信号的电压即为第一候选电压、pack信号的电压即为总线电压、bat信号的电压即为电池电压，即当该多模态供电电路处于电池供电模态时，bat信号的电压高于pack信号的电压，此时vm=bat；当该多模态供电电路处于电池正常充电时，pack信号的电压高于bat信号的电压，此时vm=pack；当该多模态供电电路处于电池小电流充电时，pack信号的电压高于bat信号的电压，此时vm=pack；

bat信号通过电荷泵被升压为vcp信号，也就是电池电压（即bat信号的电压）通过电荷泵升压得到了目标电压（vcp信号的电压），且将该vcp信号的电压设计为高于充电器的电压；

第一驱动电路dr1，用于驱动第一开关管M1，第一驱动电路dr1的信号端接入第一输入信号vctl1，高电压端接入vcp信号的电压，低电压端接入pack信号的电压；

第二驱动电路dr2，用于驱动第二开关管M2，且第二驱动电路dr2的信号端接入第二输入信号vctl2，高电压端接入vcp信号的电压，低电压端接入bat信号的电压；

第三驱动电路dr3，用于驱动第三开关管M3，且第三驱动电路dr3的信号端接入第三输入信号vctl3，高电压端接入vm信号的电压，低电压端接入比vm信号的电压小2V的电压（也就是比第一候选电压小指定电压值，此时指定电压值为2V）；

在本申请实施例中，多模态供电电路的工作状态，包括电池供电模态、停止供电模态、电池正常充电模态、电池小电流充电模态以及停止充电模态，以下对各个多模态供电电路的各个工作状态进行解释：

首先、当供电电路包括负载rload时，该多模态供电电路工作于电池供电模态或者停止供电模态。

（1）当第二节点与负载rload连接、该第一输出信号vg1与该第二输出信号vg2为目标电压（vcp信号的电压）、该第三输出信号vg3为电池电压（bat信号的电压）时，该第一开关管M1与该第二开关管M2导通、该第三开关管M3断开，该多模态供电电路处于电池供电模态，目标电池通过该第一开关管M1与该第二开关管M2向负载rload供电。

请参考图2，其示出了本申请实施例涉及的一种电池供电模态的电路状态图。如图2所示，第一驱动电路dr1输出的第一输出信号的电压与vcp信号的电压相同，第二驱动电路dr2输出的第二输出信号的电压与vcp信号的电压相同，因此，第一开关管M1和第二开关管M2控制端的驱动信号均为vcp信号，且由于vcp信号的电压高于bat信号的电压，故此时，第一开关管M1和第二开关管M2导通，此时pack信号的电压和第一节点处的电压vx即等于bat信号的电压；此时，由于bat信号的电压和pack信号的电压均为V_bat，因此，vm=bat。此时，由于第三驱动电路dr3的高电压端接入bat信号、低电压端接入bat-2信号（即比bat信号的电压值小2V的电压），故此时，将第三驱动电路dr3输出的第三输出信号设计为bat信号，因此，第三开关管M3控制端的信号为bat信号，故第三开关管M3的栅源电压差为0V，第三开关管M3关断；

由上述分析可知，该多模态供电电路处于电池供电模态时，供电电池通过第一开关管M1和第二开关管M2向负载rload供电，供电电流ig=V_bat/R_rload。

（2）当第二节点与负载rload连接、该第一输出信号为总线电压（pack信号的电压）、该第二输出信号与该第三输出信号为电池电压（bat信号的电压）时，该第一开关管M1、该第二开关管M2与该第三开关管M3均断开，该多模态供电电路处于停止供电模态，该目标电池无电流通路。

请参考图3，其示出了本申请实施例涉及的一种停止供电模态的电路状态图。

如图3所示，当该多模态供电电路处于电池供电模态时，若想让电池停止放电，进入停止供电模态，此时，控制第一驱动电路dr1输出pack信号，第二驱动电路dr2输出bat信号，因此，第二开关管M2控制端的驱动信号为bat信号，故第二开关管M2的栅源电压差为0V，第二开关管M2关断，供电电流无法流向负载rload，故此时，pack信号的电压为0V，且由于第一开关管M1控制端的驱动信号也为pack信号，故此时第一开关管M1的栅源电压差为0V，第一开关管M1关断；同时，由于bat信号的电压高于pack信号的电压，因此，vm=bat，第三驱动电路dr3的高电压端接入bat信号的电压，低电压端接入bat-2信号的电压（也就是vm-2），故此时，将第三驱动电路dr3输出的第三输出信号设计为bat信号，因此，第三开关管M3栅极的驱动信号为bat信号，而由于第二开关管M2关断且其体二极管也没有电流流过，因此，第三开关管M3源极电压也为bat，故此时，第三开关管M3的栅源电压差为0V，第三开关管M3关断；

由上述分析可知，该多模态供电电路处于停止供电模态时，供电电池没有电流通路，整个电路处于停止供电状态。

再者，当供电电路包括充电器时，该多模态供电电路可工作于电池正常充电模态、电池小电流充电模态或停止充电模态。

（3）当第二节点与充电器连接、该第一输出信号vg1与该第二输出信号vg2为目标电压（即vcp信号的电压）、该第三输出信号为总线电压（即pack信号的电压）、且总线电压大于电池电压时，该第一开关管M1与该第二开关管M2导通、该第三开关管M3断开，该多模态供电电路处于电池正常充电状态，充电器通过该第一开关管M1和该第二开关管M2向该目标电池进行充电。

请参考图4，其示出了本申请实施例涉及的一种电池正常充电模态的电路状态图。

如图4所示，第一驱动电路dr1输出的第一输出信号vg1为vcp信号，第二驱动电路dr2输出的第二输出信号为vcp信号，因此，第一开关管M1和第二开关管M2控制端的驱动信号均为vcp信号，且由于vcp信号的电压高于bat信号的电压和充电器的电压，故此时，第一开关管M1和第二开关管M2均导通；同时，由于该多模态供电电路工作于电池正常充电模态时，充电器的电压必然大于电池电压，即此时pack信号的电压高于bat信号的电压，因此，vm=pack，第三驱动电路dr3的高电压端接入pack信号的电压，低电压端接入pack-2的电压，故此时，将第三驱动电路dr3输出的第三输出信号设计为pack信号，因此，第三开关管M3控制端的驱动信号为pack信号，而由于第一开关管M1和第二开关管M2均导通，因此，第三开关管M3源极电压vx（也就是第一节点处的电压）为pack信号的电压，因此，第三开关管M3的栅源电压差为0V，故第三开关管M3关断；

由上述分析可知，该多模态供电电路处于电池正常充电模态时，充电器通过第一开关管M1和第二开关管M2向电池进行充电。

（4）当第二节点与充电器连接、该第一输出信号为目标电压（vcp信号的电压）、第二输出信号为电池电压（bat信号的电压）、总线电压（pack信号的电压）大于电池电压、第三输出信号处于比总线电压低指定电压值时，该第一开关管M1、该第三开关管M3导通、该第二开关管M2关断，该多模态供电电路处于电池小电流充电模态时，充电器通过该第一开关管M1、该第三开关管M3和充电电阻rp向目标电池进行小电流充电。

请参考图5，其示出了本申请实施例涉及的一种电池小电流充电模态的电路状态图。

如图5所示，当电池过度放电后，电池的电量流失过多，电池的电压也较小，此时，若用正常大小的充电电流给电池进行充电，会损坏电池，因此，对于过度放电后的电池，需要先用小电流（该小电流的大小为正常充电电流大小的1/20~1/10）给电池进行充电，先让电池的电压达到正常值后，再用正常大小的充电电流给电池进行充电；

此时，第一驱动电路dr1输出的第一输出信号vg1为vcp信号，第二驱动电路dr2输出的第二输出信号vg2为bat信号，因此，第一开关管M1和第二开关管M2控制端的驱动信号分别为vcp信号和bat信号，此时，由于vcp信号的电压高于充电器的电压，因此，第一开关管M1导通，同时，由于第二开关管M2的栅源电压差为0V，因此，第二开关管M2关断；同时，由于该多模态供电电路工作于电池小电流充电模态时，充电器的电压必然大于电池电压，即此时pack信号的电压高于bat信号的电压，因此，vm=pack，第三驱动电路dr3的高电压端接入pack信号的电压，低电压端接入pack-2的电压，故此时，将第三驱动电路dr3输出的第三输出信号设计为pack-2信号，而由于第一开关管M1导通，因此，第三开关管M3源极处的电压vx（也就是第一节点处的电压）为pack信号的电压，因此，第三开关管M3的栅极电压小于源极电压，且第三开关管M3的的栅源电压差为2V，故第三开关管M3导通；

由上述分析可知，该多模态供电电路处于电池小电流充电模态时，充电器通过第一开关管M1、第三开关管M3和充电电阻rp向电池进行小电流充电，此时，该小电流大小为ix=(V_pack-V_bat)/R_rp，即此时可以通过调节充电电阻rp的阻值来调节小电流的大小。

（5）当第二节点与充电器连接、该第一输出信号为目标电压、第二输出信号为电池电压、第三输出信号为总线电压、且总线电压高于电池电压时，该第一开关管M1导通、该第二开关管M2关断、该第三开关管M3关断，该多模态供电电路处于停止充电模态，无充电器向目标电池进行充电的通路。

请参考图6，其示出了本申请实施例涉及的一种停止充电模态的电路状态图。如图6所示，当该多模态供电电路处于电池正常充电模态或电池小电流充电模态时，若想让充电器停止充电，进入停止充电模态，此时，控制第二驱动电路dr2输出bat信号，因此，第二开关管M2控制端的驱动信号为bat信号，故第二开关管M2的栅源电压差为0V，第二开关管M2关断；同时，控制第一驱动电路dr1输出vcp信号，因此，第一开关管M1控制端的驱动信号为vcp信号，此时，由于vcp信号的电压高于充电器的电压，因此，第一开关管M1导通；此外，由于该多模态供电电路工作于充电模态时，充电器的电压必然大于电池电压，即此时pack信号的电压高于bat信号的电压，因此，vm=pack，第三驱动电路dr3的高电压端接入pack信号的电压、低电压端接入pack-2信号的电压值（即比pack信号的电压低2V），故此时，将第三驱动电路dr3输出的第三输出信号设计为pack信号，因此，第三开关管M3栅极的驱动信号为pack信号，且第三开关管M3源极处的电压vx（也就是第一节点处的电压）为pack信号的电压，即第三开关管M3的栅源电压差为0V，故此时，第三开关管M3关断；

由上述分析可知，该多模态供电电路处于停止充电模态时，第一开关管M1导通，但是第二开关管M2和第三开关管M3均关断，因此，充电器没有向电池进行充电的通路，故此时整个电路处于停止充电模态；

此时将第一开关管M1设计为导通的原因为：

1）即使将第一开关管M1设计为关断状态，此时由于第一开关管M1中存在体二极管，故仍然可以有从右向左的电流，因此，没必要将第一开关管M1切换为关断状态；

2）无论是电池正常充电模态还是电池小电流充电模态，第一开关管M1控制端的驱动信号均为vcp信号，且第一开关管M1均处于导通状态，故此时，在停止充电模态时也控制第一开关管M1控制端的驱动信号为vcp信号，从而可以加快电路从停止充电模态切换到电池正常充电模态或者电池小电流充电模态的速度；

3）无论是电池正常充电模态还是电池小电流充电模态，第一开关管M1控制端的驱动信号均为vcp信号，且第一开关管M1均处于导通状态；此外，每次MOS管的开关状态切换时，都需要对其栅电容进行充电或放电，此时会消耗能量，因此，在停止充电模态时也控制第一开关管M1控制端的驱动信号为vcp信号，从而使得电路在电池正常充电模态、电池小电流充电模态和停止充电模态之间切换时，第一开关管M1的开关状态无需进行切换，从而降低了电路功耗，提高了电路效率。

进一步的，在本申请实施例中，还可以将驱动电路具体设计为如下结构：

请参考图7，其示出了本申请实施例涉及的一种驱动电路的电路结构示意图。如图7所示，在该驱动电路中，高电压端（在图7中该高电压端接入vbb信号）依次通过第四开关管M4、第五开关管M5以及第一电流源接地；该第五开关管M5的控制端与该驱动电路的信号端（在图7中该信号端接入vsw信号）连接；

该高电压端还依次通过第六开关管M6连接至该驱动电路的输出端（在图7输出端输出vdr信号），该驱动电路的输出端通过第七开关管M7连接至低电压端（在图7中该低电压端接入vee信号）；该第四开关管M4与该第六开关管M6构成电流镜；

该高电压端还依次通过第十开关管M10以及第十一开关管M11连接至低电压端；该第七开关管M7与该第十一开关管M11构成电流镜；

该高电压端还依次通过第八开关管M8、第九开关管M9以及第二电流源接地；该第八开关管M8与该第十开关管M10构成电流镜；该驱动电路的信号端通过反相器inv连接至该第九开关管M9的控制端。

可选的，该第四开关管M4与该第六开关管M6构成的电流镜中，该第四开关管M4流经的电流与该第六开关管M6流经的电流的比值为1：A；

该第八开关管M8与该第十开关管M10构成的电流镜中，该第八开关管M8与该第十开关管M10流经的电流相同；

该第七开关管与M7该第十一开关管M11构成的电流镜中，该第七开关管M7与该第十一开关管M11流经的电流的比值为B：1。

如图7所示的驱动电路的电路原理如下：当vsw信号为高电平时，第五开关管M5导通，第四开关管M4的栅极被拉低，第四开关管M4导通，此时，第四开关管M4和第五开关管M5组成的串联支路的电流为第一电流i1；同时，由图7可知，第四开关管M4和第六开关管M6构成1：A的电流镜，故此时，流过第六开关管M6中的电流为A*i1；

同时，当vsw信号为高电平时，vswb信号为低电平，第九开关管M9关断，故此时，第七开关管M7、第八开关管M8、第十开关管M10和第十一开关管M11均关断，因此，驱动电路输出端C点的电压（vdr信号的电压）为vbb信号的电压，且驱动电路输出端C点向外输出大小为A*i1的电流；

当vsw信号为低电平时，第五开关管M5关断，第四开关管M4和第六开关管M6也均关断；

同时，当vsw信号为低电平时，vswb信号为高电平，第九开关管M9导通，第八开关管M8的栅极被拉低，第八开关管M8导通，此时，第八开关管M8和第九开关管M9组成的串联支路的电流为第二电流i2；同时，由图7可知，第八开关管M8和第十开关管M10构成1：1的电流镜，故此时，流过第十开关管M10中的电流为i2；此时，第十一开关管M11和第七开关管M7的栅极电压被拉高，第十一开关管M11和第七开关管M7导通，同时，由图7可知，第七开关管M7和第十一开关管M11构成B：1的电流镜，故此时，流入第七开关管M7的电流为B*i2；因此，驱动电路输出端C点的电压（vdr信号的电压）为vee信号的电压，且驱动电路输出端C点从外部抽取大小为B*i2的电流。

因此上述图7所示的电路结构可以简化为如图8所示的驱动电路的框图结构。由上述分析可知，当驱动电路的输入vsw信号为高电平时，驱动电路输出vbb信号的电压，此时向外输出的驱动电流大小为A*i1；当驱动电路的输入vsw信号为低电平时，驱动电路输出vee信号的电压，此时从外部抽取的驱动电流大小为B*i2；

本申请中的驱动电路至少具有以下两个优点：

第一，可以灵活设置驱动电路的输出电平，不再如现有技术中的驱动电路，只能输出电源电平和地电平；

第二，方便设置驱动电路输出的驱动电流，本申请中分别为A*i1和B*i2。

进一步的，在本申请实施例中，还可以将电荷泵具体设计为如下结构：

请参考图9，其示出了本申请实施例涉及的一种电荷泵的结构示意图。如图9所示，在该电荷泵中，电源电压端依次通过第十二开关管M12、第十四开关管M14、以及第一电阻rc接地；

该电源电压端还通过第十三开关管M13连接至第三节点；该第三节点通过第一电容cc接地；该第十二开关管M12与该第十三开关管M13构成电流镜；

该第三节点输入至第一比较器com1的同相输入端；该第三节点还通过第十五开关管M15接地；该第一比较器的反相输入端接入比较电压vc；该第一比较器com1的输出端连接至该第十五开关管M15的控制端；

该第三节点还连接至第二比较器com2的反相输入端；该第二比较器com2的同相输入端接入比较电压vc的一半；该第二比较器com2的输出端通过第二电容ca连接至第四节点；

该目标电池通过第一二极管D1连接至该第四节点；该第四节点通过第二二极管D2连接至该电荷泵的输出端；该电荷泵的输出端还依次第二电阻rf1以及第三电阻rf2接地；

该电荷泵的输出端还通过第二电阻rf1连接至目标运算放大器ea的反相输入端；该目标运算放大器ea的同相输入端接入基准电压vref；该目标运算放大器ea的输出端与该第十四开关管M14的控制端连接。

可选的，该电荷泵的输出端还通过第三电容cb与该目标电池连接。

如图9所示的电荷泵的电路原理如下：

电路刚上电时，基准电压vref大于第三电阻上的电压vfb，目标运算放大器ea输出高电平，第十四开关管M14导通，第十二开关管M12和第十三开关管M13的栅极电压被拉低，第十二开关管M12和第十三开关管M13也均导通，产生电流ic；电流ic给第一电容cc充电，第一比较器的同相输入端上的vclk电压逐渐增加，且该电压的上升斜率为ic/cc；此时，当vclk＜vc时，第一比较器com1输出低电平，当vclk升高到高于比较电压vc时，第一比较器com1输出转变为高电平，第十五开关管M15导通，第一电容cc中的电荷通过第十五开关管M15释放到地，使得vclk电压再次变低，电流ic再次给第一电容cc充电，使vclk电压逐渐增加；之后，循环往复，生成的vclk电压的信号图形为锯齿波，且该锯齿波的最大值为vc电压，周期为T=vc*cc/ic，其波形如图10所示：

将vclk电压和（vc/2）电压输入第二比较器com2中，第二比较器com2的输出端即可以生成占空比为50%，周期为T=vc*cc/ic的方波vpwm，且该方波vpwm的峰峰值为第二比较器com2的供电电压vdd，此时该方波波形如图11所示；

当方波vpwm为低电平时，bat信号通过第一二极管D1给第二电容ca充电，且假设第一二极管D1和第二二极管D2都是理想二极管，那么当第一二极管D1导通，第二电容ca充电完成后，第四节点处的电压va等于bat信号的电压；而由于vcp信号的电压大于bat信号的电压，因此，第二二极管D2截止，故此时，第三电容cb向外放电，vcp信号的电压会减小；

当方波vpwm为高电平时，由于电容两端的电压不能突变，因此，第四节点处的电压va也会增加，使得第四节点处的电压va大于bat信号的电压，故此时第一二极管D1截止，第二二极管D2导通，第四节点处的电压va通过第二二极管D2给第三电容cb充电，此时，vcp信号的电压会增加；

由上可知，vcp信号的电压会呈现稳定的抖动，如图12所示，且vcp信号的电压的变化周期也为T=vc*cc/ic；且此时，可以通过增加第三电容cb的容量来减小vcp信号的电压纹波，当第三电容cb的容量足够大时，vcp信号的电压纹波可以被忽略，即电荷泵输出稳定在vcp信号的电压；

此时，当vpwm信号的周期T越小时，第二电容ca的充电次数越多，而由于放电电流为一恒定电流，因此，第二电容ca的充电次数越多，第四节点处的电压va越高，vcp信号的电压也越高；

同时，对图9的控制环路分析可知，vcp信号的电压通过第二电阻rf1和第三电阻rf2得到电压vfb，当vcp信号的电压增加时，电压vfb增加，目标运算放大器输出的ve减小，电流ic减小，此时，由于vc电压值和cc电容值为固定值，因此，周期T变大，vcp信号的电压减小；反之，当vcp信号的电压减小时，通过环路的调节，vcp信号的电压又会增加；最终，在环路调节下，使得vfb=vref，最终可得

；

因此对于如图1所示的多模态供电电路，由上述分析可知，附图1中的多模态供电电路具有电池正常充电，电池小电流充电，停止充电，电池供电和停止供电等多种功能，具体驱动逻辑如下表1所示：

表1、驱动逻辑表格

此时，由于每个开关管的栅极只对应了两种电压，因此，大大减小了驱动电路的设计难度，也大大增了电路的可靠性。

综上所述，在本申请涉及的多模态供电电路中，通过设置目标电池、第一开关管、第二开关管、第三开关管、充电电阻、驱动电路以及电荷泵，并通过对驱动电路设置不同的输入，使得驱动电路可以灵活控制第一开关管、第二开关管以及第三开关管的导通状态，从而使得该多模态供电电路具有电池正常充电，电池小电流充电，停止充电，电池供电和停止供电等多种功能；

并且在本申请涉及的多模态供电电路中，每个开关管的栅极只对应了两种电压，大大减小了驱动电路的设计难度，也大大增了电路的可靠性；

并且本申请涉及的驱动电路可以灵活设置输出电平，不再如现有技术中的驱动电路，只能输出电源电平和地电平；同时，本申请中的驱动电路还方便设置输出的驱动电流；

并且本申请中的电荷泵可以提供电压纹波很小的稳定高电压；

并且，本申请中的第一开关管只有在停止供电模态时才处于关断，从而可以加快电路从停止充电模态切换到电池正常充电模态或者电池小电流充电模态的速度；且使得电路在电池正常充电模态、电池小电流充电模态和停止充电模态之间切换时，第一开关管的开关状态无需进行切换，从而降低了电路功耗，提高了电路效率。

图13是根据本申请一个示例性实施例示出的一种多模态供电电路的控制方法的逻辑框图。该多模态供电电路的控制方法可以用于如图1示出的多模态供电电路中，该方法包括：

步骤1301，向第一驱动电路dr1的信号端输入第一输入信号，从第一驱动电路dr1的输出端输出第一输出信号；

步骤1302，向第二驱动电路dr2的信号端输入第二输入信号，从第二驱动电路dr2的输出端输出第二输出信号；

步骤1303，向第三驱动电路dr3的信号端输入第三输入信号，从第三驱动电路dr3的输出端输出第三输出信号；

步骤1304，分别根据第一输出信号、第二输出信号以及第三输出信号，控制第一开关管M1、第二开关管M2以及第三开关管M3的导通状态，以控制该多模态供电电路的工作状态。

其中，该多模态供电电路的工作状态，包括电池供电模态、停止供电模态、电池正常充电模态、电池小电流充电模态以及停止充电模态。

可选的，当第二节点与负载rload连接、该第一输出信号vg1与该第二输出信号vg2为目标电压（vcp信号的电压）、该第三输出信号vg3为电池电压（bat信号的电压）时，该第一开关管M1与该第二开关管M2导通、该第三开关管M3断开，该多模态供电电路处于电池供电模态，目标电池通过该第一开关管M1与该第二开关管M2向负载rload供电。

可选的，当第二节点与负载rload连接、该第一输出信号为总线电压（pack信号的电压）、该第二输出信号与该第三输出信号为电池电压（bat信号的电压）时，该第一开关管M1、该第二开关管M2与该第三开关管M3均断开，该多模态供电电路处于停止供电模态，该目标电池无电流通路。

可选的，当第二节点与充电器连接、该第一输出信号vg1与该第二输出信号vg2为目标电压（即vcp信号的电压）、该第三输出信号为总线电压（即pack信号的电压）、且总线电压大于电池电压时，该第一开关管M1与该第二开关管M2导通、该第三开关管M3断开，该多模态供电电路处于电池正常充电状态，充电器通过该第一开关管M1和该第二开关管M2向该目标电池进行充电。

可选的，当第二节点与充电器连接、该第一输出信号为目标电压（vcp信号的电压）、第二输出信号为电池电压（bat信号的电压）、总线电压（pack信号的电压）大于电池电压、第三输出信号处于比总线电压低指定电压值时，该第一开关管M1、该第三开关管M3导通、该第二开关管M2关断，该多模态供电电路处于电池小电流充电模态时，充电器通过该第一开关管M1、该第三开关管M3和充电电阻rp向目标电池进行小电流充电。

可选的，当第二节点与充电器连接、该第一输出信号为目标电压、第二输出信号为电池电压、第三输出信号为总线电压、且总线电压高于电池电压时，该第一开关管M1导通、该第二开关管M2关断、该第三开关管M3关断，该多模态供电电路处于停止充电模态，无充电器向目标电池进行充电的通路。

上述多模态供电电路的各个工作状态的原理可以参考如图1对应的实施例，此处不再赘述。

综上所述，在本申请涉及的多模态供电电路中，通过设置目标电池、第一开关管、第二开关管、第三开关管、充电电阻、驱动电路以及电荷泵，并通过对驱动电路设置不同的输入，使得驱动电路可以灵活控制第一开关管、第二开关管以及第三开关管的导通状态，从而使得该多模态供电电路具有电池正常充电，电池小电流充电，停止充电，电池供电和停止供电等多种功能；

并且在本申请涉及的多模态供电电路中，每个开关管的栅极只对应了两种电压，大大减小了驱动电路的设计难度，也大大增了电路的可靠性；

并且本申请涉及的驱动电路可以灵活设置输出电平，不再如现有技术中的驱动电路，只能输出电源电平和地电平；同时，本申请中的驱动电路还方便设置输出的驱动电流；

并且本申请中的电荷泵可以提供电压纹波很小的稳定高电压；

并且，本申请中的第一开关管只有在停止供电模态时才处于关断，从而可以加快电路从停止充电模态切换到电池正常充电模态或者电池小电流充电模态的速度；且使得电路在电池正常充电模态、电池小电流充电模态和停止充电模态之间切换时，第一开关管的开关状态无需进行切换，从而降低了电路功耗，提高了电路效率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (12)

1.一种多模态供电电路，其特征在于，所述多模态供电电路中包括目标电池、第一开关管、第二开关管、第三开关管、充电电阻、驱动电路以及电荷泵；所述电荷泵用于将目标电池的电池电压升高至目标电压；

所述目标电池通过第二开关管连接至第一节点；所述第一节点通过第一开关管连接至第二节点；所述第二节点与充电器以及负载中的至少一者连接；所述目标电池还通过充电电阻以及第三开关管连接至第一节点；

所述驱动电路包括信号端、高电压端、低电压端以及输出端；所述驱动电路用于根据信号端的电平高低，将高电压端或低电压端的电平传输至输出端；

所述多模态供电电路的驱动电路包括第一驱动电路、第二驱动电路以及第三驱动电路；

所述第一驱动电路的高电压端接入目标电压；所述第一驱动电路的低电压端接入第二节点处的总线电压；

所述第二驱动电路的高电压端接入目标电压；所述第二驱动电路的低电压端接入电池电压；

所述第三驱动电路的高电压端接入第一候选电压；所述第三驱动电路的低电压端接入第二候选电压；所述第一候选电压为电池电压与总线电压之间的较高值；所述第二候选电压比所述第一候选电压低指定电压值；

在所述驱动电路中，高电压端依次通过第四开关管、第五开关管以及第一电流源接地；所述第五开关管的控制端与所述驱动电路的信号端连接；

所述高电压端还依次通过第六开关管连接至所述驱动电路的输出端，所述驱动电路的输出端通过第七开关管连接至低电压端；所述第四开关管与所述第六开关管构成电流镜；

所述高电压端还依次通过第十开关管以及第十一开关管连接至低电压端；所述第七开关管与所述第十一开关管构成电流镜；

所述高电压端还依次通过第八开关管、第九开关管以及第二电流源接地；所述第八开关管与所述第十开关管构成电流镜；所述驱动电路的信号端通过反相器连接至所述第九开关管的控制端。

2.根据权利要求1所述的多模态供电电路，其特征在于，所述第一开关管与所述第二开关管均为NMOS管；

所述目标电池连接至所述第二开关管的源极；所述第二开关管的漏极连接至第一节点；所述第一节点与所述第一开关管的漏极连接；所述第一开关管的源极连接至所述第二节点。

3.根据权利要求2所述的多模态供电电路，其特征在于，所述第三开关管为PMOS管；所述目标电池通过充电电阻连接至所述第三开关管的漏极；所述第三开关管的源极连接至所述第一节点。

4.根据权利要求3所述的多模态供电电路，其特征在于，所述第四开关管与所述第六开关管构成的电流镜中，所述第四开关管流经的电流与所述第六开关管流经的电流的比值为1：A；

所述第八开关管与所述第十开关管构成的电流镜中，所述第八开关管与所述第十开关管流经的电流相同；

所述第七开关管与所述第十一开关管构成的电流镜中，所述第七开关管与所述第十一开关管流经的电流的比值为B：1。

5.根据权利要求1至4任一所述的多模态供电电路，其特征在于，在所述电荷泵中，电源电压端依次通过第十二开关管、第十四开关管、以及第一电阻接地；

所述电源电压端还通过第十三开关管连接至第三节点；所述第三节点通过第一电容接地；所述第十二开关管与所述第十三开关管构成电流镜；

所述第三节点输入至第一比较器的同相输入端；所述第三节点还通过第十五开关管接地；所述第一比较器的反相输入端接入比较电压；所述第一比较器的输出端连接至所述第十五开关管的控制端；

所述第三节点还连接至第二比较器的反相输入端；所述第二比较器的同相输入端接入比较电压的一半；所述第二比较器的输出端通过第二电容连接至第四节点；

所述目标电池通过第一二极管连接至所述第四节点；所述第四节点通过第二二极管连接至所述电荷泵的输出端；所述电荷泵的输出端还依次第二电阻以及第三电阻接地；

所述电荷泵的输出端还通过第二电阻连接至目标运算放大器的反相输入端；所述目标运算放大器的同相输入端接入基准电压；所述目标运算放大器的输出端与所述第十四开关管的控制端连接。

6.根据权利要求5所述的多模态供电电路，其特征在于，所述电荷泵的输出端还通过第三电容与所述目标电池连接。

7.一种多模态供电电路的控制方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求1至6任一所述的多模态供电电路中，所述方法包括：

向第一驱动电路的信号端输入第一输入信号，以从所述第一驱动电路的输出端输出第一输出信号；

向第二驱动电路的信号端输入第二输入信号，以从所述第二驱动电路的输出端输出第二输出信号；

向第三驱动电路的信号端输入第三输入信号，以从所述第三驱动电路的输出端输出第三输出信号；

分别根据第一输出信号、第二输出信号以及第三输出信号，控制第一开关管、第二开关管以及第三开关管的导通状态，以控制所述多模态供电电路的工作状态；

其中，所述多模态供电电路的工作状态，包括电池供电模态、停止供电模态、电池正常充电模态、电池小电流充电模态以及停止充电模态。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，当第二节点与负载连接、所述第一输出信号与所述第二输出信号为目标电压、所述第三输出信号为电池电压时，所述第一开关管与所述第二开关管导通、所述第三开关管断开，所述多模态供电电路处于电池供电模态，目标电池通过所述第一开关管与所述第二开关管向负载供电。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，当第二节点与负载连接、所述第一输出信号为总线电压、所述第二输出信号与所述第三输出信号为电池电压时，所述第一开关管、所述第二开关管与所述第三开关管均断开，所述多模态供电电路处于停止供电模态，所述目标电池无电流通路。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，当第二节点与充电器连接、所述第一输出信号与所述第二输出信号为目标电压、所述第三输出信号为总线电压、且总线电压大于电池电压时，所述第一开关管与所述第二开关管导通、所述第三开关管断开，所述多模态供电电路处于电池正常充电状态，充电器通过所述第一开关管和所述第二开关管向所述目标电池进行充电。

11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，当第二节点与充电器连接、所述第一输出信号为目标电压、第二输出信号为电池电压、总线电压大于电池电压、第三输出信号处于比总线电压低指定电压值时，所述第一开关管、所述第三开关管导通、所述第二开关管关断，所述多模态供电电路处于电池小电流充电模态时，充电器通过所述第一开关管、所述第三开关管和充电电阻向目标电池进行小电流充电。

12.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，当第二节点与充电器连接、所述第一输出信号为目标电压、第二输出信号为电池电压、第三输出信号为总线电压、且总线电压高于电池电压时，所述第一开关管导通、所述第二开关管关断、所述第三开关管关断，所述多模态供电电路处于停止充电模态，无充电器向目标电池进行充电的通路。

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