CN116613858A - 功率转换结构、系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种功率转换结构、系统以及方法，涉及电源领域，包括输入端；第一开关串联支路，包括串联连接的多个开关管，第一开关串联支路的第一端连接输入端，第一开关串联支路的第二端连接一接地端，第一开关串联支路的第三端用于连接一电池组；第一飞跨电容，连接在第一开关串联支路的第一上极板节点与第一下极板节点之间；以及导通阻抗可调的开关单元，导通阻抗可调的开关单元的第一端连接第一开关串联支路的第一端，导通阻抗可调的开关单元的第二端用于连接一负载；第一开关管，连接在第一开关串联支路的第三端与导通电阻可调的开关单元的第二端之间。可以减小功率转换结构的体积，且效率高。

Description

功率转换结构、系统以及方法
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其是功率转换结构、系统以及方法。
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。
对于部分电子设备，尤其是小型电子设备，如手表，市场希望功率转换结构体积尽量小，并同时能兼顾效率高、成本低的需求。
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功率转换结构示意图。实际应用中，当电池组BAT处于快充阶段时，控制使得开关电容变换器21工作而将输入电压Vin变换为第一输出电压Vout1为电池组BAT进行充电；当电池组BAT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Buck变换器22工作将输入电压Vin变换为第二输出电压Vout2为电池组BAT进行充电，以满足电池组BAT不同充电阶段的需求。
基于图1所示的功率转换结构，还衍生出多种开关电容变换器与Buck变换器结合的方案，如Buck变换器为三电平Buck变换器，Buck变换器与开关电容变换器集成等。
但无论现有技术中哪种功率转换结构，其中的Buck变换器均必须包括电感。众所周知，电感体积大，因此导致Buck变换器也较大，进而导致功率转换结构体积大，而不能顺应市场的需求。
发明内容
本发明提出一种功率转换结构，包括：输入端，用于连接一供电电源；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用于连接一电池组；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；以及导通阻抗可调的开关单元，包括第一端和第二端，所述导通阻抗可调的开关单元的第一端连接所述第一开关串联支路的第一端，所述导通阻抗可调的开关单元的第二端用于连接一负载；第一开关管，连接在所述第一开关串联支路的第三端与所述导通电阻可调的开关单元的第二端之间。
更进一步的，响应于所述电池组的涓流充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，并且所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路内的开关管被配置为关断。
更进一步的，响应于所述电池组的预充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，并且所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路内的开关管被配置为关断。
更进一步的，响应于所述电池组的预充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器，所述第一开关管被配置为关断。
更进一步的，响应于所述电池组的恒流充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为关断，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器。
更进一步的，响应于所述电池组的恒压充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为关断，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器。
更进一步的，所述输入端接收的输入电压大于等于所述电池组电压的N倍，其中N为大于1的整数。
更进一步的，所述导通阻抗可调的开关单元包括串联连接的第六开关管和第七开关管，所述第六开关管的第一端连接所述导通阻抗可调的开关单元的第一端，所述第七开关管的第二端连接所述导通阻抗可调的开关单元的第二端，所述第六开关管的第二端连接所述第七开关管的第一端。
更进一步的，还包括第八开关管，所述第八开关管连接在所述输入端与所述第一开关串联支路的第一端之间。
更进一步的，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第一开关串联支路的第一端，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。
本申请还提供一种功率转换系统，包括：上述的功率转换结构；供电电源，连接所述功率转换结构的输入端，用于向所述功率转换结构提供一输入电压。
更进一步的，所述供电电源包括：发射器，包括级联连接的逆变电路和发射器线圈；接收器，包括级联连接的接收器线圈和整流电路，所述接收器线圈用于与所述发射器线圈之间形成无线功率传输，所述整流电路用于连接所述功率转换结构的输入端，以向所述功率转换结构提供所述输入电压。
更进一步的，所述供电电源为一AC/DC或DC/DC变换器，所述AC/DC或所述DC/DC变换器内的电信号为有线传输，用于向所述功率转换结构提供所述输入电压。
更进一步的，所述功率转换结构的控制单元响应于所述电池组的预充电条件、恒流充电条件或恒压充电条件向所述供电电源的控制单元输出通讯信号，所述供电电源的控制单元相应于所述通讯信号控制使得所述输入电压大于等于所述电池组电压的N倍，N为大于1的整数。
本申请还提供一种功率转换方法，包括：提供一功率转换结构，所述功率转换结构包括：输入端，用于连接一供电电源；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用于连接一电池组；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；以及导通阻抗可调的开关单元，包括第一端和第二端，所述导通阻抗可调的开关单元的第一端连接所述第一开关串联支路的第一端，所述导通阻抗可调的开关单元的第二端用于连接一负载；第一开关管，连接在所述第一开关串联支路的第三端与所述导通电阻可调的开关单元的第二端之间；所述供电电源向所述输入端提供一输入电压；响应于所述电池组的涓流充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，并且所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路内的开关管被配置为关断；响应于所述电池组的预充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器，所述第一开关管被配置为关断；响应于所述电池组的恒流充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为关断，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器；响应于所述电池组的恒压充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为关断，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器。
更进一步的，在所述预充电阶段、所述恒流充电阶段和所述恒压充电阶段，所述供电电源的控制单元控制使得所述输入电压大于等于所述电池组电压的N倍，N为大于1的整数。
更进一步的，所述功率转换结构还包括第八开关管，所述第八开关管连接在所述输入端与所述第一开关串联支路的第一端之间，其中，在所述恒压充电阶段还通过控制所述第八开关管来调节为所述电池组提供的电压。
附图说明
图1为一现有技术的功率转换结构示意图。
图2为本发明一实施例的功率转换结构示意图。
图3为图2所示的功率转换结构工作在第一模式状态下的示意图。
图4为图2所示的功率转换结构工作在第二模式状态下的示意图。
图5为图2所示的功率转换结构工作在第三模式状态下的示意图。
图6为本发明另一实施例的功率转换结构示意图。
图7为本发明一实施例的功率转换系统示意图。
图8为本发明一具体实施例的功率转换系统示意图。
图9为本发明另一具体实施例的功率转换系统示意图。
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2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，用于连接一供电电源；
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用于连接一电池组BAT；
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；
导通阻抗可调的开关单元210，具有第一端d31和第二端d32，导通阻抗可调的开关单元210的第一端d31连接第一开关串联支路110的第一端d11，导通阻抗可调的开关单元210的第二端d32用于连接一负载LD；
第一开关管Q1，连接在第一开关串联支路110的第三端d13与导通阻抗可调的开关单元210的第二端d32之间。
如上所述，功率转换结构不需要电感，这大大减小了功率转换结构的体积，顺应了市场的需求。
具体的，请再参阅图2，第一开关串联支路110包括串联连接的第二开关管Q11、第三开关管Q12、第四开关管Q13和第五开关管Q14，第二开关管Q11连接在第一开关串联支路110的第一端d11与第一上极板节点dH1之间，第二开关管Q11具有第二控制节点，第三开关管Q12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Q12具有第三控制节点，第四开关管Q13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Q13具有第四控制节点，第五开关管Q14连接在第一下极板节点dL1与接地端GND之间，第五开关管Q14具有第五控制节点。
如此，第二开关管Q11至第五开关管Q14和第一飞跨电容Cf1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Q11和第四开关管Q13同时导通与第三开关管Q12和第五开关管Q14同时导通依次执行，而实现开关电容变换器的功能。
更进一步的，如图2所示，还包括第一输出电容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，用于实现滤波和储能的功能。
请再参阅图2，还包括母线电容Cbus，连接在输入端din与接地端GND之间，用于稳定供电电源提供的输入电压。
请再参阅图2，还包括第一电容Cp，连接在第一开关串联支路110的第一端d11与接地端GND之间，用于稳定第一开关串联支路110的第一端d11处的电压。
请再参阅图2，还包括第二电容Csys，连接在导通阻抗可调的开关单元210的第二端d32与接地端GND之间，用于向负载LD提供系统电压Vsys。
请再参阅图2，导通阻抗可调的开关单元210包括串联连接的第六开关管Q6和第七开关管Q7，第六开关管Q6的第一端连接导通阻抗可调的开关单元210的第一端d31，第七开关管Q7的第二端连接导通阻抗可调的开关单元210的第二端d32，第六开关管Q6的第二端连接第七开关管Q7的第一端。
在具体实施时，第六开关管Q6和第七开关管Q7可实施为MOSFET，则第六开关管Q6的第一端为漏极，第七开关管Q7的第二端为漏极，第六开关管Q6的第二端和第七开关管Q7的第一端为源极，第六开关管Q6和第七开关管Q7还均包括一控制端。通过第六开关管Q6和第七开关管Q7的控制端可控制使得导通阻抗可调的开关单元210工作在导通、关断或线性区域等状态。当导通阻抗可调的开关单元210工作在线性区域状态时，其等效为一等效阻抗。
图2以导通阻抗可调的开关单元210由两个开关管实现为例，在实际应用中，其还可通过其它电路结构实现，只要其可工作在导通、关断以及一等效阻抗的状态即可。
众所周知，电池组的充电全过程包括涓流充电阶段、预充电阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段。
在具体实施时，响应于电池组BAT的涓流充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为工作在线性区域，并且第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110内的开关管被配置为关断。
具体的，请参阅图3所示的本申请的功率转换结构工作在第一模式状态下的示意图。在电池组BAT的涓流充电阶段，电池组电压很小，例如3v以下，此时通过将导通阻抗可调的开关单元210配置为工作在线性区域，则导通阻抗可调的开关单元210等效为一阻抗，并且第一开关管Q1被配置为导通，则供电电源提供的输入电压经导通阻抗可调的开关单元210和第一开关管Q1为电池组BAT进行涓流充电，以将电池组BAT的电压逐渐抬高。
并且可通过控制导通阻抗可调的开关单元210的导通程度，控制其等效阻抗的大小，进而控制为电池组BAT进行涓流充电的电流大小，也进而控制其充电速度。如图3所示，充电电流IBAT自导通阻抗可调的开关单元210的第二端d32流向电池组BAT。
如此，通过工作在线性区域的导通阻抗可调的开关单元210为电池组进行涓流充电，可满足涓流充电阶段小电流充电的要求，并且由于此时的充电电流较小，因此导通阻抗可调的开关单元210产生的损耗也较小。
在具体实施时，还可通过控制第一开关管Q1调节为电池组BAT进行涓流充电的电流大小，以控制其充电速度。
请继续参阅图3，电池组BAT还通过导通的第一开关管Q1为负载LD提供系统电压Vsys。负载LD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。此时，由于电池组BAT的电压较低，其提供的电压不足以点亮电子设备的屏幕，而可降低损耗。
请继续参阅图3，在电池组BAT的涓流充电阶段，第一开关串联支路110内的开关管，也即第二开关管Q11至第五开关管Q14均被配置为关断，也即第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1不工作。
通过涓流充电阶段，电池组BAT电压被逐渐抬高，涓流充电阶段结束而进入预充电阶段。响应于电池组BAT的预充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为工作在线性区域，第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1被配置为开关电容变换器，第一开关管Q1被配置为关断。
具体的，请参阅图4所示的本申请的功率转换结构工作在第二模式状态下的示意图。在电池组BAT的预充电阶段，电池组BAT的充电电流已较大，如继续经导通阻抗可调的开关单元210为电池组BAT充电，则损耗较大。此时通过将第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1配置为开关电容变换器，则由开关电容变换器为电池组BAT充电，充电电流IBAT自第一开关串联支路110的第三端d13流向电池组BAT。
具体的，通过控制使得第二开关管Q11和第四开关管Q13同时导通与第三开关管Q12和第五开关管Q14同时导通依次执行，而实现开关电容变换器的功能，实现2：1的降压功能。
具体的，如图4所示，还可将第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1配置为N:1的开关电容变换器，其中N为大于1的整数。由于开关电容变换器实现降压变换的功能，则响应于电池组BAT的预充电阶段的条件，因此输入端din接收的输入电压需被抬高为电池组BAT电压的N倍，或略高于电池组BAT电压的N倍，以经功率变换结构降压后为电池组BAT充电。
在具体实施时，一供电电源为功率变换结构的输入端din提供输入电压，响应于电池组BAT的预充电阶段的条件，电子设备的控制单元输出通讯信号至供电电源的控制单元，则供电电源的控制单元控制使得供电电源的输出电压(也即输入端din处的输入电压)为电池组BAT电压的N倍或大于电池组BAT电压的N倍。
更进一步的，导通阻抗可调的开关单元210被配置为工作在线性区域，功率变换结构的输入端din提供的输入电压经导通阻抗可调的开关单元210为负载LD供电，也即导通阻抗可调的开关单元210仅流过为负载LD供电的电流，因此可降低导通阻抗可调的开关单元210的损耗。
并且，抬高的功率变换结构的输入端din为负载LD供电，可保证电子设备内的控制芯片稳定工作，而保证整个预充阶段的稳定工作，提高充电的可靠性。
在另一实施例中，对于电池组BAT容量比较小的电子设备，即使在预充阶段，其充电电流仍然较小，在预充阶段由导通阻抗可调的开关单元210和导通的第一开关管Q1为电池组BAT充电的损耗仍可以接受。或充电系统对损耗要求比较宽松，也可以在预充阶段由导通阻抗可调的开关单元210和导通的第一开关管Q1为电池组BAT充电。具体的，可参阅图3，类似于涓流充电阶段，导通阻抗可调的开关单元210被配置为工作在线性区域，并且第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110内的开关管被配置为关断。则供电电源提供的输入电压经导通阻抗可调的开关单元210和第一开关管Q1为电池组BAT进行预充电，充电电流IBAT自导通阻抗可调的开关单元210的第二端d32流向电池组BAT，并且电池组BAT还通过导通的第一开关管Q1为负载LD提供系统电压Vsys。
更进一步的，在电池组BAT预充电阶段，控制使得导通阻抗可调的开关单元210的等效阻抗大于其在涓流充电阶段的阻抗，如此虽然导通阻抗可调的开关单元210上的压降较大，但流经其的电流较小，因此损耗也较小。
通过上述的涓流充电阶段和预充电阶段，电池组BAT的电压被抬高到第一阈值，如3.6V，则电池组BAT可进入大电流的快充阶段，此时再经导通阻抗可调的开关单元210为电池组BAT充电或为负载LD供电将导致其上的损耗较大。因此在快充阶段，由开关电容变换器为电池组BAT充电，电池组BAT通过第一开关管Q1为负载LD供电，由于此时电池组BAT电压足够大，而可足以点亮电子设备，而保证电子设备的正常工作。
响应于电池组BAT的恒流充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为关断，第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1被配置为开关电容变换器。
具体的，请参阅图5所示的本申请的功率转换结构工作在第三模式状态下的示意图。在电池组BAT的恒流充电阶段，通过将第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1配置为开关电容变换器，则由开关电容变换器为电池组BAT充电，充电电流IBAT自第一开关串联支路110的第三端d13流向电池组BAT。
此时，第一开关管Q1被配置为导通，则电池组BAT通过导通的第一开关管Q1为负载LD供电。并且此时导通阻抗可调的开关单元210被配置为关断。
如此，在恒流充电阶段，开关管均工作在开关状态，因此损耗较小，且能满足电池组BAT大电流的充电需求。
恒流充电阶段结束后，进入电池组BAT的恒压充电阶段。
具体的，响应于电池组BAT的恒压充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为关断，第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1被配置为开关电容变换器。
可再参阅图5，在电池组BAT的恒压充电阶段，通过将第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1配置为开关电容变换器，则由开关电容变换器为电池组BAT充电，充电电流IBAT自第一开关串联支路110的第三端d13流向电池组BAT。
此时，第一开关管Q1被配置为导通，则电池组BAT通过导通的第一开关管Q1为负载LD供电。并且此时导通阻抗可调的开关单元210被配置为关断。
同样的，在恒压充电阶段，开关管均工作在开关状态，因此损耗较小，且能满足电池组BAT大电流的充电需求。
如上所述，通过图2所示的功率转换结构可实现为电池组充电的全过程，且在小电流充电阶段(如涓流充电阶段和预充电阶段)，通过导通阻抗可调的开关单元为电池组充电。在大电流充电阶段(如预充电阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段)，通过开关电容变换器为电池组充电。如此可使损耗最小，且控制最简单。并如图2所示，此功率转换结构无需电感就可以实现电池组充电的全过程，因此也大大减小了功率转换结构的体积，顺应了市场的需求。
更进一步的，请参阅图2，功率转换结构还包括第八开关管Q8，第八开关管Q8连接在输入端din与第一开关串联支路110的第一端d11之间。当第八开关管Q8导通时，输入端din提供的输入电压可传导至第一开关串联支路110的第一端d11。并且可通过控制第八开关管Q8控制第一开关串联支路110的第一端d11处的电压，以及控制流入功率转换结构的电流，以实现对连接功率转换结构的供电电源的保护。
更进一步的，在电池组BAT的恒压充电阶段，第八开关管Q8还可实现调压功能，使电池组BAT电压稳定在一定范围内，如正负百分之零点五以内。
在实际应用中，当第三开关管Q12处于关断状态时，希望第三开关管Q12完全截止。为此在上述的实施例中，两个寄生的背靠背反串联的二极管并联在第三开关管Q12的两端，具体的，两个二极管的阳极连接在一起，其中一个二极管的阴极连接第三开关管Q12的第一端，另一个二极管的阴极连接第三开关管Q12的第二端，而使得两个二极管反串联。
当然第三开关管Q12还可实施为其它可完全截至的开关管，在此对其具体结构并不限定。
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。具体的，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。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连接第一开关串联支路110的第一端d11，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。
在第二和第三工作模式中，第二开关串联支路120和第二飞跨电容Cf2可被配置成第二相开关电容变换器，而与第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1形成的第一相开关电容变换器，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，采用图6所示的功率转换结构相对于现有技术同样可以减小体积。
第二开关串联支路120和第二飞跨电容Cf2实现开关电容转换器的原理与第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1实现开关电容转换器的原理相同，在此不再赘述。
当然，本申请一实施例中，还可包括n个如图6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6仅以两相讲明原理。
更具体的，如图6所示，第二开关串联支路120包括串联连接的第九开关管Q21、第十开关管Q22、第十一开关管Q23和第十二开关管Q24，第九开关管Q21连接在第二开关串联支路120的第一端d21与第二上极板节点dH2之间，第九开关管Q21具有第九控制节点，第十开关管Q22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，第十开关管Q22具有第十控制节点，第十一开关管Q23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，第十一开关管Q23具有第十一控制节点，第十二开关管Q24连接在第二下极板节点dL2与接地端GND之间，第十二开关管Q24具有第十二控制节点。同样的，本申请并不限定第二开关串联支路120的具体结构。
第十开关管Q22与第三开关管Q12相似的，当其处于关断状态时，希望第十开关管Q22完全截止，则第十开关管Q22的结构应与第三开关管Q12相同。
对于图2和图6所示的功率转换结构，用于控制第一开关串联支路110和第二开关串联支路120内开关管的控制单元，同时用于控制导通阻抗可调的开关单元210，也即将功率转换结构的控制电路集成在一个控制单元内，而可减少控制单元的数量以及其外围电路，因此可进一步减小功率转换结构的体积。
在实际应用中，对于图2和图6所示的功率转换结构，其内的开关管可以集成在同一个芯片单元内，而可提高功率转换结构的集成度，进一步降低功率转换结构的体积。
本发明一实施例中，在于提供一种功率转换系统，可参阅图7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2所示的功率转换结构；供电电源300，连接功率转换结构的输入端din，用于向功率转换结构提供一输入电压。
功率转换结构的工作原理和优点如上述的功率转换结构，在此不再赘述。
在一实施例中，请参阅图8所示的本发明一具体实施例的功率转换系统示意图，供电电源300包括：
发射器310，包括级联连接的逆变电路310和发射器线圈L1；
接收器320，包括级联连接的接收器线圈L2和整流电路321，接收器线圈L2用于与发射器线圈L1之间形成无线功率传输，整流电路321用于连接功率转换结构的输入端din，以向功率转换结构提供所述输入电压。
在另一实施例中，请参阅图9所示的本发明另一具体实施例的功率转换系统示意图，供电电源300实施为一AC/DC或DC/DC变换器，所述AC/DC或所述DC/DC变换器内的电信号为有线传输，如一反激变换器，而向功率转换结构提供所述输入电压。
如图8所示的供电电源300实施为无线功率传输，如图9所示的供电电源300实施为有线功率传输，以向功率转换结构提供所述输入电压，也即本申请的功率转换系统可采用无线功率传输也可采用有线功率传输。
在实际应用中，供电电源300包括控制单元，所述功率转换结构也包括控制单元，所述功率转换结构的控制单元响应于电池组BAT的预充电条件、恒流充电条件或恒压充电条件向供电电源300的控制单元输出通讯信号，供电电源300的控制单元相应于所述通讯信号控制使得输入电压大于等于电池组BAT电压的N倍，N为大于1的整数。而实现将电池组电压抬高。
在实际应用中，若供电电源300实施为无线功率传输，则所述功率转换结构的控制单元与供电电源300的控制单元之间也需实施为无线传输。若供电电源300实施为AC/DC或DC/DC变换器，所述AC/DC或所述DC/DC变换器内的电信号为有线传输，则所述功率转换结构的控制单元与供电电源300的控制单元之间也需实施为有线传输。
上述的电池组BAT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。
对于图7所示的功率转换系统示意图，在实际应用中，当电子设备内的耗电单元需要供电和/或电子设备内的电池组BAT需要充电时，将供电电源300连接电子设备，为功率转换结构的输入端din提供输入电压，并功率转换结构的控制单元响应于电池组BAT的不同充电条件，配置功率转换结构工作在相应的模式。
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Q11的漏极连接第一开关串联支路110的第一端d11，第二开关管Q11的源极连接第三开关管Q12的漏极，第三开关管Q12的源极连接第四开关管Q13的漏极，第四开关管Q13的源极连接第五开关管Q14的漏极，第五开关管Q14的源极接地。第二开关串联支路120内开关管的连接关系与第一开关串联支路110相同，在此不再赘述。
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2至图9，包括：
提供一功率转换结构，功率转换结构可参阅图2所示；
供电电源300向输入端din提供一输入电压；
响应于电池组BAT的涓流充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为工作在线性区域，并且第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110内的开关管被配置为关断；
响应于电池组BAT的预充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为工作在线性区域，第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1被配置为开关电容变换器，第一开关管Q1被配置为关断；
响应于电池组BAT的恒流充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为关断，第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1被配置为开关电容变换器；
响应于电池组BAT的恒压充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为关断，第一开关管Q1被配置为导通，第一开关串联支路110和第一飞跨电容Cf1被配置为开关电容变换器。
如此，实现为电池组充电的全过程，且在小电流充电阶段(如涓流充电阶段和预充电阶段)，通过导通阻抗可调的开关单元为电池组充电。在大电流充电阶段(如预充电阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段)，通过开关电容变换器为电池组充电。如此可使损耗最小，且控制最简单。并且无需电感就可以实现电池组充电的全过程，因此也大大减小了采用的功率转换结构的体积，顺应了市场的需求。
并且在实现为电池组BAT充电的同时，还实现为负载LD供电。
更进一步的，响应于电池组BAT的恒流充电阶段的条件以及响应于电池组BAT的恒压充电阶段的条件，导通阻抗可调的开关单元210被配置为关断。以使得电池组BAT通过第一开关管Q1为负载LD供电，由于此时电池组BAT电压足够大，而可足以点亮电子设备，而保证电子设备的正常工作。
更进一步的，在所述预充电阶段、所述恒流充电阶段和所述恒压充电阶段，供电电源的控制单元控制使得输入电压大于等于电池组BAT电压的N倍，N为大于1的整数，其原理与实现方式与上述相同，在此不再赘述。
更进一步的，功率转换结构还包括第八开关管Q8，第八开关管Q8连接在输入端din与第一开关串联支路110的第一端d11之间，其中，在恒压充电阶段还通过控制第八开关管Q8来调节为电池组BAT提供的电压，其原理与上述相同，在此不再赘述。
在实际应用中，在上述各实施例中，也可不包括第八开关管Q8，仍可实现上述的电池组的充电全过程，且仍然具备可使损耗最小、控制最简单以及大大减小采用的功率转换结构的体积的优点。
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 (17)

1.一种功率转换结构，其特征在于，包括：
输入端，用于连接一供电电源；
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用于连接一电池组；
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
导通阻抗可调的开关单元，具有第一端和第二端，所述导通阻抗可调的开关单元的第一端连接所述第一开关串联支路的第一端，所述导通阻抗可调的开关单元的第二端用于连接一负载；
第一开关管，连接在所述第一开关串联支路的第三端与所述导通电阻可调的开关单元的第二端之间。
2.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，响应于所述电池组的涓流充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，并且所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路内的开关管被配置为关断。
3.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，响应于所述电池组的预充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，并且所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路内的开关管被配置为关断。
4.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，响应于所述电池组的预充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器，所述第一开关管被配置为关断。
5.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，响应于所述电池组的恒流充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为关断，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器。
6.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，响应于所述电池组的恒压充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为关断，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器。
7.根据权利要求4至6任意一项所述的功率转换结构，其特征在于，所述输入端接收的输入电压大于等于所述电池组电压的N倍，其中N为大于1的整数。
8.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，所述导通阻抗可调的开关单元包括串联连接的第六开关管和第七开关管，所述第六开关管的第一端连接所述导通阻抗可调的开关单元的第一端，所述第七开关管的第二端连接所述导通阻抗可调的开关单元的第二端，所述第六开关管的第二端连接所述第七开关管的第一端。
9.根据权利要求1所述的功率转换结构，其特征在于，还包括第八开关管，所述第八开关管连接在所述输入端与所述第一开关串联支路的第一端之间。
10.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第一开关串联支路的第一端，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。
11.一种功率转换系统，其特征在于，包括：
权利要求1所述的功率转换结构；
供电电源，连接所述功率转换结构的输入端，用于向所述功率转换结构提供一输入电压。
12.根据权利要求11所述的功率转换系统，其特征在于，所述供电电源包括：
发射器，包括级联连接的逆变电路和发射器线圈；
接收器，包括级联连接的接收器线圈和整流电路，所述接收器线圈用于与所述发射器线圈之间形成无线功率传输，所述整流电路用于连接所述功率转换结构的输入端，以向所述功率转换结构提供所述输入电压。
13.根据权利要求11所述的功率转换系统，其特征在于，所述供电电源为一AC/DC或DC/DC变换器，所述AC/DC或所述DC/DC变换器内的电信号为有线传输，用于向所述功率转换结构提供所述输入电压。
14.根据权利要求11所述的功率转换系统，其特征在于，所述功率转换结构的控制单元响应于所述电池组的预充电条件、恒流充电条件或恒压充电条件向所述供电电源的控制单元输出通讯信号，所述供电电源的控制单元相应于所述通讯信号控制使得所述输入电压大于等于所述电池组电压的N倍，N为大于1的整数。
15.一种功率转换方法，其特征在于，包括：
提供一功率转换结构，所述功率转换结构包括：
输入端，用于连接一供电电源；
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用于连接一电池组；
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
导通阻抗可调的开关单元，具有第一端和第二端，所述导通阻抗可调的开关单元的第一端连接所述第一开关串联支路的第一端，所述导通阻抗可调的开关单元的第二端用于连接一负载；
第一开关管，连接在所述第一开关串联支路的第三端与所述导通电阻可调的开关单元的第二端之间；
所述供电电源向所述输入端提供一输入电压；
响应于所述电池组的涓流充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，并且所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路内的开关管被配置为关断；
响应于所述电池组的预充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为工作在线性区域，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器，所述第一开关管被配置为关断；
响应于所述电池组的恒流充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为关断，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器；
响应于所述电池组的恒压充电阶段的条件，所述导通阻抗可调的开关单元被配置为关断，所述第一开关管被配置为导通，所述第一开关串联支路和所述第一飞跨电容被配置为开关电容变换器。
16.根据权利要求15所述的功率转换方法，其特征在于，在所述预充电阶段、所述恒流充电阶段和所述恒压充电阶段，所述供电电源的控制单元控制使得所述输入电压大于等于所述电池组电压的N倍，N为大于1的整数。
17.根据权利要求15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八开关管，所述第八开关管连接在所述输入端与所述第一开关串联支路的第一端之间，其中，在所述恒压充电阶段还通过控制所述第八开关管来调节为所述电池组提供的电压。
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