TW202329579A - 充電器積體電路 - Google Patents

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李聖祐
吳亨錫
趙大雄
許晸旭
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南韓商三星電子股份有限公司
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Abstract

一種充電器積體電路包括雙向切換轉換器及控制器，所述雙向切換轉換器包括：串聯連接的第一切換元件至第四切換元件；電感器，連接至第三切換元件；以及電容器，連接至第二切換元件及第三切換元件，所述控制器被配置成：基於自雙向切換轉換器接收的感測訊號產生第一PWM訊號及第二PWM訊號；以及因應於電感器電流的平均為正而基於第一PWM訊號產生對第一切換元件及第四切換元件進行控制的第一切換訊號、基於第二PWM訊號產生對第二切換元件及第三切換元件進行控制的第二切換訊號；以及因應於電感器電流的平均值為負而基於第二PWM訊號產生第一切換訊號且基於第一PWM訊號產生第二切換訊號。

Description

充電器積體電路
實例性實施例是有關於一種支援多個切換模式且對所述多個切換模式進行無縫轉變的雙向切換轉換器、包括所述雙向切換轉換器的充電器積體電路（IC）以及包括所述充電器IC的電子裝置。 [相關申請案的交叉參考]
本申請案是基於在2021年11月15日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2021-0157096號以及在2022年5月24日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2022-0063679號且主張優先於所述韓國專利申請案，所述韓國專利申請案的揭露內容全文併入本案供參考。
隨著電子裝置的快速發展，已在各種應用中使用能夠交換資訊或資料的電子裝置。電子裝置使用可充電電池作為電力供應器（power supply）且容許電子裝置的移動性。電池的容量是有限的且使用者需要在電池容量完全耗盡之前對電池進行適當充電。能夠對電池進行充電的旅行配接器（travel adapter，TA）可將自交流（alternating current，AC）（對於家用電源而言為約110伏特至約220伏特）或另一電力供應器工具（means）（例如，電腦）供應的電力轉換成對電池進行充電所需的直流（direct current，DC）電力。因此，TA向電子裝置提供DC電力。電子裝置可使用由TA轉換的DC電力來對電池進行充電。
近來，例如智慧型手機及平板個人電腦（personal computer，PC）等行動裝置支援具有各種充電電路的切換模式，以在同時支援有線充電與無線充電的同時，即使在有線充電及無線充電期間輸入電力不穩定時仍穩定地支援無線操作及有線操作。然而，當切換模式轉變至另一模式時，充電電路中可能會出現過電流。
根據本發明概念的實例性實施例，提供一種充電器積體電路（IC），所述充電器積體電路（IC）包括雙向切換轉換器及控制器，所述雙向切換轉換器包括：多個切換元件，包括串聯連接至第一輸入/輸出節點的第一切換元件、第二切換元件、第三切換元件及第四切換元件；電感器，連接於所述第三切換元件的第一端部與第二輸入/輸出節點之間；以及電容器，連接至所述第二切換元件的第二端部及所述第三切換元件的第三端部，所述控制器被配置成：基於自所述雙向切換轉換器接收的多個感測訊號產生第一脈波寬度調變（PWM）訊號及第二PWM訊號；在降壓-升壓模式下，因應於流經所述電感器的電感器電流的平均值為正而基於所述第一PWM訊號產生對所述第一切換元件的切換操作及所述第四切換元件的切換操作進行控制的第一切換訊號且基於所述第二PWM訊號產生對所述第二切換元件的切換操作及所述第三切換元件的切換操作進行控制的第二切換訊號；以及基於所述第二PWM訊號且因應於所述電感器電流的所述平均值為負而產生所述第一切換訊號並且基於所述第一PWM訊號且因應於所述電感器電流的所述平均值為負而產生所述第二切換訊號。
根據本發明概念的另一實例性實施例，提供一種充電器積體電路（IC），所述充電器積體電路（IC）包括3個位準的雙向切換轉換器及控制器，其中所述3個位準的雙向切換轉換器包括：第一切換元件，連接於第一節點與第二節點之間，第一輸入電壓被施加至第一節點或者自第一節點輸出第一輸出電壓；第二切換元件，連接於第二節點與第三節點之間；第三切換元件，連接於第三節點與第四節點之間；第四切換元件，連接於第四節點與第五節點之間；電容器，連接於第二節點與第四節點之間；以及電感器，連接於第三節點與第六節點之間，且所述控制器被配置成：在第一切換模式下，因應於電感器的平均電流具有正值，基於第一脈波寬度調變（PWM）訊號而使第一切換元件及第四切換元件接通或關斷、基於第二PWM訊號而使第二切換元件及第三切換元件接通及關斷；以及因應於電感器的平均電流具有負值，基於第二PWM訊號而使第一切換元件及第四切換元件接通或關斷且基於第一PWM訊號而使第二切換元件及第三切換元件接通及關斷。
根據本發明概念的另一實例性實施例，提供一種電子裝置，所述電子裝置包括電池及充電器積體電路（IC），所述充電器積體電路（IC）被配置成：在降壓模式下基於第一切換操作在第一方向上形成第一電力路徑，以對電池進行充電；基於第二切換操作在與第一方向相反的第二方向上形成第二電力路徑，以在升壓模式下基於被充入電池中的電壓而向外部裝置提供電力；以及基於第三切換操作對電池進行充電或者在降壓-升壓模式下向外部裝置供應電力，其中充電器IC包括切換電路，所述切換電路包括多個切換元件、電感器及電容器，且充電器IC更被配置成根據在降壓-升壓模式中流經電感器的電感器電流的方向來對其中施加至所述多個切換元件的多個切換電壓中的每一者具有現用位準及非現用位準的週期進行調整。
在下文中，將參照附圖詳細闡述本發明概念的實例性實施例。
圖1是示意性地示出根據一些實例性實施例的包括充電器積體電路（integrated circuit，IC）100的電子裝置10的方塊圖。
參照圖1，電子裝置10可包括充電器IC 100及電池200。此外，電子裝置10可更包括主處理器及周邊裝置。舉例而言，電子裝置10可為行動裝置，例如智慧型手機、平板個人電腦（PC）、行動電話、個人數位助理（personal digital assistant，PDA）、膝上型電腦、可穿戴裝置、全球定位系統（global positioning system，GPS）裝置、電子書終端、數位廣播終端、動態影像專家組壓縮標準（Moving Picture Experts Group-1，MPEG-1）音訊層3（MPEG-1 audio layer 3，MP3）播放機、數位照相機等。舉例而言，電子裝置10可為電動車輛。
電池200可嵌入於電子裝置10中。在一些實例性實施例中，電池200可自電子裝置10拆卸。電池200可包括一或多個電池單元（battery cell）。多個電池單元可串聯連接或並聯連接至彼此。當外部充電裝置未連接至電子裝置10時，電池200可向電子裝置10供應電力。
充電器IC 100可對電池200進行充電且可被稱為「電池充電器」。另外，充電器IC 100可基於被充入電池200中的電壓而向連接至充電器IC 100的外部裝置（例如，有線電力介面310或無線電力介面320）供應電力。舉例而言，充電器IC 100可被實施為一或多個積體電路晶片且可安裝於印刷電路板上。
充電器IC 100可包括雙向切換轉換器110及控制器120。雙向切換轉換器110可被實施為3個位準的DC-DC轉換器，所述3個位準的DC-DC轉換器包括圖2中的多個切換元件Q1、Q2、Q3及Q4、圖2中的飛跨電容器（flying capacitor）C F及圖2中的電感器L。此處，3個位準意指用於切換操作的電壓位準的數目。三個位準的DC-DC轉換器可藉由對輸入電壓、(1/2)*輸入電壓及地電壓（例如，0伏特）進行切換來產生輸出電壓。雙向切換轉換器110可實行藉由使輸入電壓逐步降低來產生輸出電壓的降壓轉換操作或者藉由使輸入電壓升高來產生輸出電壓的升壓轉換操作。
當雙向切換轉換器110使輸入電壓逐步降低時（即，在降壓轉換操作期間），可在第一方向上形成第一電力路徑，在所述第一電力路徑中自經由有線電力介面310及/或無線電力介面320連接的至少一個外部裝置向電池200供應電力，且當雙向切換轉換器110使輸入電壓升高時（即，在升壓轉換操作期間），可在第二方向上形成第二電力路徑，經由所述第二電力路徑自電池200向所述至少一個外部裝置供應電力。在下文中，在實例性實施例中，第一方向將被稱為正向方向且第二方向將被稱為反向方向。因此，雙向切換轉換器110的降壓轉換操作將與正向降壓轉換操作一起使用，且升壓轉換操作將與反向升壓轉換操作一起使用。
雙向切換轉換器110可在降壓模式（亦被稱為正向降壓模式或降壓單模式）、升壓模式（亦被稱為反向升壓模式或升壓單模式）或降壓-升壓模式（亦被稱為正向降壓-反向升壓模式或降壓-升壓複合模式）下進行操作。
在降壓模式下，雙向切換轉換器110可藉由實行正向降壓轉換操作來使輸入電壓逐步降低且可基於逐步降低的電壓對電池200進行充電。在升壓模式下，雙向切換轉換器110可藉由實行反向升壓轉換操作來使自電池200輸入的電壓升高且可基於升高的電壓向外部裝置供應電力。在降壓-升壓模式下，雙向切換轉換器110可根據自所連接的外部裝置供應的電力量或供應至外部裝置的電力量來實行正向降壓轉換操作或反向升壓轉換操作。
控制器120可對雙向切換轉換器110的多個切換模式（例如，正向降壓模式、反向升壓模式及正向降壓-反向升壓模式）之間的模式轉變進行控制。另外，控制器120可根據切換模式對雙向切換轉換器110的切換操作進行控制。
控制器120可將雙向切換轉換器110的切換操作控制成使得雙向切換轉換器110的輸出電壓可維持目標位準（例如，相對於輸出電壓設定的第一目標位準）。另外，控制器120可將雙向切換轉換器110的切換操作控制成使得設置於雙向切換轉換器110中的飛跨電容器（圖2中的C F）的兩個端部之間的電壓（在下文中被稱為飛跨電容器電壓）可維持目標位準（例如，相對於飛跨電容器電壓設定的第二目標位準）。
控制器120可在每一切換模式下產生用於對雙向切換轉換器110的切換操作進行控制的切換訊號。舉例而言，控制器120可自雙向切換轉換器110接收感測電流及電壓且基於感測電流及電壓產生切換訊號。控制器120可基於感測電流及電壓產生第一脈波寬度調變（pulse width modulation，PWM）訊號及第二PWM訊號，基於第一PWM訊號及第二PWM訊號產生第一切換訊號及第二切換訊號且將第一切換訊號及第二切換訊號提供至雙向切換轉換器110。設置於雙向切換轉換器110中的多個切換元件之中的至少兩個切換元件可基於第一切換訊號而接通及關斷，且至少兩個其他切換元件可基於第二切換訊號而接通及關斷。
在一些實例性實施例中，在降壓-升壓模式下，控制器120可藉由以下方式來控制飛跨電容器電壓維持第二目標電壓：基於流經設置於雙向切換轉換器110中的電感器L的電感器電流的平均值是正還是負而對第一切換訊號及第二切換訊號中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）的接通週期及關斷週期進行調整。
控制器120可基於來自雙向切換轉換器110的感測電流來判斷電感器電流的平均值是正還是負。在降壓模式及升壓模式下，控制器120可控制流經電感器L的電感器電流在一個方向上流動。舉例而言，在降壓模式下，控制器120可控制電感器電流在正向方向上流動（例如，自電感器L的第一端部流動至第二端部）且不在反向方向上流動（例如，自電感器L的第二端部流動至第一端部），且在升壓模式下，控制器120可控制電感器電流在反向方向上流動且不在正向方向上流動。在降壓-升壓模式下，控制器120可控制電感器電流在所述兩個方向上流動。當電感器電流在正向方向上流動時，電感器電流具有正值，且當電感器電流在反向方向上流動時，電感器電流可具有負值。
控制器120可判斷單位時間內電感器電流的平均值是正還是負，當電感器電流的平均值為正時，基於第一PWM訊號產生第一切換訊號且基於第二PWM訊號產生第二切換訊號。當電感器電流的平均值為負時，控制器120可基於第二PWM訊號產生第一切換訊號且基於第一PWM訊號產生第二切換訊號。
如此一來，以下將參照圖2至圖11闡述基於電感器電流的平均值是正還是負來產生第一切換訊號及第二切換訊號。
在一些實例性實施例中，充電器IC 100可支援例如以下各種功能之中的至少一種功能：欠電壓鎖定（under-voltage lockout，UVLO）功能、過電流保護（over-current protection，OCP）功能、過電壓保護（over-voltage protection，OVP）功能、減少湧入電流的軟起動功能、折回電流限制功能、用於短路保護的間隔（hiccup）模式功能、過熱保護（over-temperature protection，OTP）功能等。
在一些實例性實施例中，電子裝置10可支援有線充電及無線充電且可包括分別用於有線充電及無線充電的有線電力介面310及無線電力介面320。在一些實例性實施例中，有線電力介面310可包括有線充電電路，且無線電力介面320可包括無線充電電路。舉例而言，有線充電電路及無線充電電路中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）可包括整流器、調節器等。
充電器IC 100可自有線電力介面310接收第一輸入電壓CHGIN及/或自無線電力介面320接收第二輸入電壓WCIN且在降壓模式下基於第一輸入電壓CHGIN及/或第二輸入電壓WCIN對電池200進行充電。
在反向升壓模式下，充電器IC 100可基於電池200的電壓向有線電力介面310及/或無線電力介面320提供電力。
充電器IC 100可自有線電力介面310接收第一輸入電壓CHGIN且在降壓-升壓模式下基於第一輸入電壓CHGIN對電池200進行充電或者基於第一輸入電壓CHGIN向無線電力介面320提供電力。作為另外一種選擇，充電器IC 100可自無線電力介面320接收第二輸入電壓WCIN且基於第二輸入電壓WCIN對電池200進行充電或者基於第二輸入電壓WCIN向有線電力介面310提供電力。對電池200進行充電與向有線電力介面310或無線電力介面320提供電力可同時實行或同期實行。
充電器IC 100亦可基於第一輸入電壓CHGIN及電池200的電壓向無線電力介面320提供電力或者基於第二輸入電壓WCIN及電池200的電壓向有線電力介面310提供電力。
舉例而言，旅行配接器（TA）或輔助電池可電性連接至有線電力介面310。TA可將自作為家用電源的約110伏特至約220伏特的交流（AC）或另一電力供應器工具（例如，電腦）供應的電力轉換成對電池200進行充電所需的直流（DC）電力且將DC電力提供至電子裝置10。在降壓模式或降壓-升壓模式中，充電器IC 100可使用自TA或輔助電池接收的第一輸入電壓CHGIN對電池200進行充電或者向無線電力介面320提供電力。
舉例而言，便攜式（on the go，OTG）裝置（例如，OTG USB裝置等）可連接至有線電力介面310，且充電器IC 100可經由有線電力介面310向OTG裝置提供電力。就此而言，充電器IC 100可在升壓模式下基於電池200的電壓向OTG裝置提供電力，或者在降壓模式下基於無線電力介面320的第二輸入電壓WCIN在對電池200進行充電時同時或同期向OTG裝置提供電力。
舉例而言，無線電力接收電路或無線電力發射電路可連接至無線電力介面320。充電器IC 100可在降壓模式或降壓-升壓模式下使用自無線電力接收電路接收的第二輸入電壓WCIN對電池200進行充電。作為另外一種選擇，充電器IC 100可經由無線電力介面320向無線電力發射電路提供電力。充電器IC 100可在升壓模式下基於電池200的電壓向無線電力發射電路提供電力，或者在降壓模式下基於有線電力介面310的第一輸入電壓CHGIN在對電池200進行充電時同時或同期向無線電力發射電路提供電力。
如上所述，由於電子裝置10支援有線充電及無線充電，因此充電器IC 100可在包括降壓模式、升壓模式及降壓-升壓模式的所述多個切換模式下進行操作，以支援有線充電及/或無線充電、有線充電-無線電力供應器及無線充電-有線電力供應器。
如上所述，在根據一些實例性實施例的充電器IC 100中，雙向切換轉換器110可被實施為包括所述多個切換元件、飛跨電容器（例如，圖2中的C F）及電感器L的3個位準的DC-DC轉換器。充電器IC 100可藉由以下方式來將飛跨電容器電壓維持處於第二目標位準：根據在降壓-升壓模式中流經電感器L的電感器電流的平均值是正還是負來改變對所述多個切換元件的切換操作的控制。此可被稱為飛跨電容器平衡。以此種方式，可在降壓-升壓模式下維持飛跨電容器平衡的同時在降壓轉換操作與升壓轉換操作之間無縫地實行操作轉變。
圖2是示出根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器110的電路圖。
參照圖2，雙向切換轉換器110可包括輸入/輸出選擇電路111及切換電路112。
輸入/輸出選擇電路111可包括第一輸入電晶體QI1及第二輸入電晶體QI2。第一輸入電晶體QI1及第二輸入電晶體QI2可並聯連接至第一節點N1。第一節點N1可被稱為第一輸入/輸出節點。
第一輸入電壓CHGIN可被施加至第一輸入電晶體QI1，或者OTG裝置可連接至第一輸入電晶體QI1。第二輸入電壓WCIN可被施加至第二輸入電晶體QI2，或者無線電力發射電路可連接至第二輸入電晶體QI2。
第一輸入電晶體QI1可因應於第一輸入控制訊號SI1而被接通或關斷，且第二輸入電晶體QI2可因應於第二輸入控制訊號SI2而被接通或關斷。舉例而言，當第一輸入電壓CHGIN被施加至第一輸入電晶體QI1或者OTG裝置連接至第一輸入電晶體QI1時，第一輸入控制訊號SI1可具有現用位準且第一輸入電晶體QI1可因應於第一輸入控制訊號SI1而被接通。當第二輸入電壓WCIN被施加至第二輸入電晶體QI2或者無線電力發射電路連接至第二輸入電晶體QI2時，第二輸入控制訊號SI2可具有現用位準且第二輸入電晶體QI2可因應於第二輸入控制訊號SI2而被接通。可自控制器（圖1所示120）接收第一輸入控制訊號SI1及第二輸入控制訊號SI2。
切換電路112可包括多個切換元件，例如第一切換電晶體Q1、第二切換電晶體Q2、第三切換電晶體Q3及第四切換電晶體Q4、電感器L、第一電容器Ci、第二電容器Co、第三電容器C F及電流感測器CS。
當切換電路112實行降壓轉換操作時，第一電容器Ci可使施加至第一輸入節點N1的輸入電壓穩定，且當切換電路112實行升壓轉換操作時，第一電容器Ci將輸出至第一節點N1的方波的輸出電壓整流成DC電壓。
第一切換電晶體Q1、第二切換電晶體Q2、第三切換電晶體Q3及第四切換電晶體Q4可串聯連接至第一節點N1。第一切換電晶體Q1的第一端部可連接至第一節點N1，且第一切換電晶體Q1的第二端部可連接至第二節點N2。第二切換電晶體Q2的第一端部可連接至第二節點N2，且第二切換電晶體Q2的第二端部可連接至第三節點N3。第三切換電晶體Q3的第一端部可連接至第三節點N3，且第三切換電晶體Q3的第二端部可連接至第四節點N4。第四切換電晶體Q4的第一端部可連接至第四節點N4，且第四切換電晶體Q4的第二端部可連接至第五節點N5。可向第五節點N5施加地電壓。
第一切換電晶體Q1可因應於第一切換電壓VG1而被接通及關斷，第二切換電晶體Q2可因應於第二切換電壓VG2而被接通及關斷，第三切換電晶體Q3可因應於第三切換電壓VG3而被接通及關斷，且第四切換電晶體Q4可因應於第四切換電壓VG4而被接通及關斷。
第一切換電壓VG1、第二切換電壓VG2、第三切換電壓VG3及第四切換電壓VG4可為具有頻率的週期訊號且所述頻率可根據降壓轉換操作期間的降壓比率（step-down ratio）及升壓轉換操作期間的升壓比率（step-up ratio）而發生變化。
第一切換電壓VG1與第四切換電壓VG4可為互補訊號，且第二切換電壓VG2與第三切換電壓VG3可為互補訊號。因此，第一切換電晶體Q1與第四切換電晶體Q4可實行互補切換操作，且第二切換電晶體Q2與第三切換電晶體Q3可實行互補切換操作。
第三電容器C F可連接至第二節點N2及第四節點N4。換言之，電容器C F的第一端部可連接至第一切換電晶體Q1的第二端部及第二切換電晶體Q2的第一端部，且電容器C F的第二端部可連接至第三切換電晶體Q3的第二端部及第四切換電晶體Q4的第一端部。電容器C F可被稱為飛跨電容器。
電感器L可連接至第三節點N3及第六節點N6。第六節點N6可被稱為第二輸入/輸出節點。第二電容器Co可連接至第六節點N6。
電感器L可儲存由流經電感器L的電感器電流IL產生的能量且排放所儲存的能量。根據雙向切換轉換器110的降壓轉換操作及升壓轉換操作，電感器電流IL可在自第三節點N3至第六節點N6的方向上（例如，在正向方向上）流動，或者電感器電流IL可在自第六節點N6節點至第三節點N3的方向上（例如，在反向方向上）流動。可假設當電感器電流IL在正向方向上流動時電感器電流IL的值為正，且當電感器電流IL在反向方向上流動時電感器電流IL的值為負。
電流感測器CS可為對電感器電流IL進行感測的雙向電流感測器。電流感測器CS可向控制器（圖1所示120）提供感測電流Isen。在圖2中示出對電感器電流IL進行感測的一個電流感測器CS，但本發明概念並非僅限於此，且切換電路112可更包括對流經第一切換電晶體Q1、第二切換電晶體Q2、第三切換電晶體Q3或第四切換電晶體Q4中的至少一者的至少一個電流進行感測的至少一個電流感測器。
第一節點N1、第二節點N2、第三節點N3及第四節點N4的相應電壓（例如，電壓VBYP、電壓VCH、電壓VL及電壓VCL）可被提供至控制器（圖1中的120），且控制器120可基於自雙向切換轉換器110提供的多個電壓及至少一個感測電流來產生第一切換電壓VG1至第四切換電壓VG4。
雙向切換轉換器110可在降壓模式或降壓-升壓模式的部分週期中作為降壓轉換器進行操作，且可藉由使第一電壓VBYP逐步降低來產生第一輸出電壓。此處，第一電壓VBYP可為第一輸入電壓CHGIN及/或第二輸入電壓WCIN。第一輸出電壓可作為系統電壓V SYS而經由第六節點N6（即，第二輸入/輸出節點）被輸出。另外，可基於第一輸出電壓對電池200進行充電。電池200可包括內部電阻器R INT，且被充電的電池200的電池電壓V BAT可與第一輸出電壓相同。
雙向切換轉換器110可在升壓模式或降壓-升壓模式的另一部分週期中作為升壓轉換器進行操作且可藉由使電池電壓V BAT升高來產生輸出電壓（例如，第二輸出電壓）。第二輸出電壓可經由第一節點N1（即，第一輸入/輸出節點）而被輸出，且雙向切換轉換器110可基於第二輸出電壓向有線電力介面（圖1中的310）及/或無線電力介面（圖1中的320）提供電力。
圖3A及圖3B示出根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器110的降壓轉換操作期間的電力路徑。假設第一輸入電壓CHGIN被施加至圖3A中的輸入/輸出選擇電路111且第一輸入電壓CHGIN被施加至輸入/輸出選擇電路111，並且無線電力發射電路TX連接至圖3B中的輸入/輸出選擇電路111。
參照圖3A，可自第一輸入電源（例如，圖1所示有線電力介面310）施加第一輸入電壓CHGIN，且第一輸入電晶體QI1可因應於第一輸入控制訊號SI1具有現用位準而被接通。就此而言，第二輸入控制訊號SI2可具有非現用位準，且第二輸入電晶體QI2可因應於第二輸入控制訊號SI2而被關斷。
雙向切換轉換器110可作為正向方向上的降壓轉換器而進行操作。雙向切換轉換器110可基於第一輸入電壓CHGIN實行切換操作，且因此可在正向方向上形成第一電力路徑（正向降壓電力路徑）。可經由電感器L將自第一輸入電源供應的電流供應至電池200及/或電子裝置10的內部系統。如上所述，雙向切換轉換器110可藉由實行降壓轉換操作而對電池200進行充電且向電子裝置（圖1中的10）的內部系統供應電力。
參照圖3B，有線電力介面（圖1中的310）以及無線電力介面（圖1中的320）（例如無線電力發射電路TX）可連接至輸入/輸出選擇電路111，且第二輸入電晶體QI2可因應於第二輸入控制訊號SI2具有現用位準而被接通。
第一輸入電源可經由第一輸入電晶體QI1及第二輸入電晶體QI2向無線電力發射電路TX提供電力。因此，除了根據雙向切換轉換器110的降壓轉換操作形成的第一電力路徑之外，可在輸入/輸出選擇電路111中在自有線電力介面310至無線電力介面320的方向上形成電力路徑。
圖3A及圖3B示出當雙向切換轉換器110基於自有線電力介面310提供的第一輸入電壓CHGIN實行正向降壓轉換操作時形成的正向降壓電力路徑。然而，本發明概念並非僅限於此，且雙向切換轉換器110可基於自無線電力介面320提供的第二輸入電壓WCIN來實行正向降壓轉換操作。可基於第二輸入電壓WCIN形成正向降壓電力路徑且可在輸入/輸出選擇電路111中在自無線電力介面320至有線介面310的方向上形成電力路徑。
圖4A及圖4B示出根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器110的升壓轉換操作期間的電力路徑。假設無線電力發射電路TX連接至圖4A中的輸入/輸出選擇電路111且第一輸入電壓CHGIN被施加至輸入/輸出選擇電路111，並且無線電力發射電路TX連接至圖4B中的輸入/輸出選擇電路111。
參照圖4A，無線電力發射電路TX可連接至輸入/輸出選擇電路111。第二輸入電晶體QI2可因應於第二輸入控制訊號SI2具有現用位準而被接通。第一輸入控制訊號SI1可具有非現用位準，且第一輸入電晶體QI1可因應於第一輸入控制訊號SI1而被關斷。
雙向切換轉換器110可作為反向方向上的升壓轉換器而進行操作。雙向切換轉換器110可基於提供至電池200的輸入電壓（例如，電池電壓V BAT）來實行切換操作，且因此可在反向方向上形成第二電力路徑（例如，反向升壓電力路徑）。可經由電感器L將自電池200供應的電流提供至無線電力發射電路TX。
在一些實例性實施例中，OTG裝置可連接至輸入/輸出選擇電路111，且自電池200供應的電流可被提供至OTG裝置。
參照圖4B，無線電力發射電路TX可連接至輸入/輸出選擇電路111，且第一輸入電壓CHGIN可被施加至輸入/輸出選擇電路111。第一輸入電晶體QI1及第二輸入電晶體QI2可因應於第一輸入控制訊號SI1及第二輸入控制訊號SI2具有現用位準而被接通。
自提供第一輸入電壓CHGIN的第一輸入電源（例如，圖1所示有線電力介面310）供應的電流可被提供至無線電力發射電路TX。因此，除了根據雙向切換轉換器110的升壓轉換操作形成的第二電力路徑之外，可在輸入/輸出選擇電路111中在自有線電力介面310至無線電力介面320的方向上形成電力路徑。
在一些實例性實施例中，OTG裝置可連接至輸入/輸出選擇電路111，且可自無線電力介面（圖1所示320）施加第二輸入電壓WCIN。可基於自電池200供應的電流及第二輸入電壓WCIN而將自第二電源供應的電流提供至OTG裝置。
圖5A及圖5B是根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器110實行降壓轉換操作時的定時圖。圖5A是當工作比（duty ratio）D大於0.5時的波形圖，且圖5B是當工作比D等於或小於0.5時的波形圖。將參照圖2一同闡述圖5A及圖5B。
參照圖2及圖5A，雙向切換轉換器110可基於第一切換電壓VG1至第四切換電壓VG4實行降壓轉換操作。舉例而言，當第一切換電壓VG1處於現用位準（例如，邏輯高）時，第一切換電晶體Q1可被接通，且當第一切換電壓VG1處於非現用位準（例如，邏輯低）時，第一切換電晶體Q1可被關斷。
第一切換電壓VG1至第四切換電壓VG4是相同頻率的訊號。第一切換電壓VG1至第四切換電壓VG4中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）在一個週期T內具有現用位準及非現用位準的週期可基於切換電路112的輸入電壓對輸出電壓的比率及回饋電壓而發生變化。
第一切換電壓VG1與第四切換電壓VG4是互補訊號，且第二切換電壓VG2與第三切換電壓VG3是互補訊號。因此，當第一切換電晶體Q1接通時，第四切換電晶體Q4可關斷，且當第一切換電晶體Q1關斷時，第四切換電晶體Q4可接通。當第二切換電晶體Q2接通時，第三切換電晶體Q3可關斷，且當第二切換電晶體Q2關斷時，第三切換電晶體Q3可接通。
在時間t0處，當第一切換電晶體Q1及第二切換電晶體Q2接通時，可向第三節點N3施加輸入電壓（例如，第一節點N1的電壓VBYP），第三節點N3的電壓VL可具有與電壓VBYP的電壓位準相同的電壓位準，且電感器電流IL可增大。
在時間t1處，當第二切換電晶體Q2關斷且第三切換電晶體Q3接通時，電流可經由第一切換電晶體Q1、第三電容器C F及第三切換電晶體Q3流動之電感器L。第三節點N3的電壓VL可具有自電壓VBYP降低第三電容器C F的兩個端部之間的電壓VCF的電壓位準。舉例而言，當電壓VCF是電壓VBYP的1/2倍（例如，1/2×VBYP）時，電壓VL可具有與電壓VCF的位準相同的位準（例如，1/2×VBYP）。由於電壓VL的位準降低，電感器電流IL可減小。
在時間t2處，當第三切換電晶體Q3關斷且第二切換電晶體Q2接通時，第三節點N3的電壓VL可具有與電壓VBYP的位準相同的位準且電感器電流IL可增大。
在時間t3處，當第四切換電晶體Q4接通且第一切換電晶體Q1關斷時，電流可經由第四切換電晶體Q4、第三電容器C F及第二切換電晶體Q2流動至電感器L。第三節點N3的電壓VL可具有與電壓VCF的位準相同的位準（例如，1/2*VBYP），且由於電壓VL的位準降低，電感器電流IL可減小。
參照圖5B，當第四切換電晶體Q4及第三切換電晶體Q3在時間t0處接通時，可向第三節點N3施加地電壓，且第三節點N3的電壓VL可具有與地電壓的位準相同的位準。可輸出由充入電感器L中的能量產生的電感器電流IL且電感器電流IL可減小。
在時間t1處，當第四切換電晶體Q4關斷且第一切換電晶體Q1接通時，電流可經由第一切換電晶體Q1、第三電容器C F及第三切換電晶體Q3流動至電感器L。第三節點N3的電壓VL可具有自電壓VBYP降低第三電容器C F的兩個端部之間的電壓VCF的位準。舉例而言，當電壓VCF是電壓VBYP的1/2倍（例如，1/2*VBYP）時，電壓VL可具有為電壓VBYP的1/2倍的位準（例如，1/2*VBYP）。由於電壓VL的位準增大，電感器電流IL可增大。
在時間t2處，當第四切換電晶體Q4接通且第一切換電晶體Q1關斷時，第三節點N3的電壓VL可具有與地電壓的位準相同的位準且電感器電流IL可減小。
在時間t3處，當第二切換電晶體Q2接通且第三切換電晶體Q3關斷時，電流可經由第四切換電晶體Q4、第三電容器C F及第二切換電晶體Q2流動至電感器L。第三節點N3的電壓VL可具有與電壓VCF的位準相同的位準（例如，1/2*VBYP）且電感器電流IL可增大。
如以上參照圖5A及圖5B所闡述，可重複進行第一切換電晶體Q1至第四切換電晶體Q4的切換操作達一個週期T，且因此可經由第六節點N6輸出藉由使輸入電壓逐步降低而獲得的輸出電壓（例如，電壓VBYP）。此處，電壓下降速率可根據工作比D來確定。
同時，在被實施為3個位準的DC-DC轉換器的雙向切換轉換器110中，可藉由如上所述的電壓VBYP及電壓VCF來確定電壓VL。控制器120可藉由將第三電容器C F的兩個端部之間的電壓VCF控制成電壓VBYP的中間值來減小輸出電壓的漣波（ripple）。如上所述，將第三電容器C F的兩個端部之間的電壓VCF控制成電壓VBYP的中間值將被稱為飛跨電容器平衡。
在降壓模式下，電感器電流IL在正向方向上流動，且在升壓模式下，電感器電流IL在反向方向上流動。然而，在降壓-升壓模式下，電感器電流IL可在所述兩個方向上流動。在降壓-升壓模式下，控制器120可控制雙向切換轉換器110根據降壓模式或升壓模式來實行切換操作。然而，端視電感器電流IL的方向而定，雙向切換轉換器110可實行降壓轉換操作或升壓轉換操作。
舉例而言，在如圖5A及圖5B中所示般提供第一切換電壓VG1至第四切換電壓VG4的情形中，當電感器電流IL在正向方向上流動時，雙向切換轉換器110可在正向方向上實行降壓轉換操作，且當電感器電流IL在反向方向上流動時，雙向切換轉換器110可在反向方向上實行升壓轉換操作。
雙向切換轉換器110可基於被施加至第一節點N1的第一輸入電壓（例如，電壓VBYP）而在正向方向上實行降壓轉換操作且產生被輸出至第六節點N6的第一輸出電壓。另外，雙向切換轉換器110可基於被施加至第六節點N6的輸入電壓（例如，電池電壓V BAT）而在反向方向上實行升壓轉換操作且產生被輸出至第一節點N1的第二輸出電壓。
同時，當雙向切換轉換器110基於如上所述的第一切換電壓VG1至第四切換電壓VG4而在正向方向上實行降壓轉換操作且在反向方向上實行升壓轉換操作時，可能難以達成飛跨電容器平衡。然而，如以下將闡述，當雙向切換轉換器110在正向方向上實行降壓轉換操作且在反向方向上實行升壓轉換操作時，根據一些實例性實施例的控制器120可藉由根據電感器電流IL的方向對第一切換電壓VG1至第四切換電壓VG4中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）具有現用位準及非現用位準的週期進行調整來實行飛跨電容器平衡。
圖6是示意性地示出根據一些實例性實施例的對雙向切換轉換器110進行控制的控制器120的方塊圖。
參照圖6，控制器120可包括調變器121、PWM邏輯122、閘極驅動器123及感測電路124。
調變器121可基於自雙向切換轉換器（圖1所示110）提供的電壓及感測電流來產生第一PWM訊號PWM1及第二PWM訊號PWM2。在一些實例性實施例中，調變器121可基於自雙向切換轉換器110提供的電壓VBYP及VCF以及感測電流Isen（例如，電感器電流（圖2中的IL））來產生第一PWM訊號PWM1及第二PWM訊號PWM2。
圖7是示意性地示出圖6所示調變器121的電路圖。
參照圖7，調變器121可包括誤差偵測電路21及比較電路22。
誤差偵測電路21可基於電壓VBYP及電壓VCF對輸出電壓（例如，第一誤差電壓VE_VO）的誤差及電容器電壓（例如，第二誤差電壓VE_VCF）的誤差進行偵測。誤差偵測電路21可包括多個控制器，例如比例積分（proportional integral，PI）控制器21_1、比例積分微分（proportional integral derivative，PID）控制器21_2、比例（P）控制器21_4以及多個加法器21_3、21_5及21_6。
可自加法器21_3輸出根據電壓VBYP與參考電壓VREF之間的差的電壓VBYP的誤差。PID控制器21_2可產生藉由對電壓VBYP的誤差的比例值、積分值及微分值進行求和而獲得的控制值。可自加法器21_5輸出根據自PID控制器21_2輸出的控制值與感測電流Isen之間的差的電流誤差。PI控制器21_1可輸出藉由將電流誤差的比例值與積分值相加而獲得的第一誤差電壓VE_VO。
可自加法器21_6輸出根據電壓VCF與和輸入電壓VIN的1/2倍對應的電壓（例如，0.5*VIN）之間的差的電壓VCF的誤差。P控制器21_4可輸出電壓VCF的誤差的比例值作為第二誤差電壓VE_VCF。
比較電路22可包括第一比較器22_1、第二比較器22_2及多個加法器22_3及22_4。加法器22_3可輸出第一誤差電壓VE_VO與第二誤差電壓VE_VCF之和作為第一比較電壓VPOS。加法器22_4可輸出第一誤差電壓VE_VO與第二誤差電壓VE_VCF之間的差作為第二比較電壓VNEG。第一誤差電壓VE_VO的電壓位準可高於第二誤差電壓VE_VCF的電壓位準，且第一比較電壓VPOS的電壓位準可高於第二比較電壓VNEG的電壓位準。
第一比較器22_1可藉由對第一斜坡訊號RAMP1與第一比較電壓VPOS進行比較來輸出第一PWM訊號PWM1。舉例而言，當第一斜坡訊號RAMP1的位準低於第一比較電壓VPOS的位準時，第一比較器22_1可輸出具有現用位準的第一PWM訊號PWM1，且當第一斜坡訊號RAMP1的位準等於或高於第一比較電壓VPOS的位準時，第一比較器22_1可輸出具有非現用位準的第一PWM訊號PWM1。
第二比較器22_2可藉由對第二斜坡訊號RAMP2與第二比較電壓VNEG進行比較來輸出第二PWM訊號PWM2。舉例而言，當第二斜坡訊號RAMP2的位準低於第二比較電壓VNEG的位準時，第二比較器22_2可輸出具有現用位準的第二PWM訊號PWM2，且當第二斜坡訊號RAMP2的位準等於或高於第二比較電壓VNEG的位準時，第二比較器22_2可輸出具有非現用位準的第二PWM訊號PWM2。
圖8是示出由圖7所示調變器121產生的第一PWM訊號PWM1及第二PWM訊號PWM2的定時圖。
參照圖8，第一比較電壓VPOS在第一週期T1中的電壓位準高於其在第二週期T2中的電壓位準，且第二比較電壓VNEG在第一週期T1中的電壓位準低於其在第二週期T2中的電壓位準。當第二誤差電壓VE_VCF在第二週期T2中較在第一週期T1中低時，第一比較電壓VPOS可減小且第二比較電壓VNEG可增大。作為另一實例，當第一誤差電壓VE_VO在第二週期T2中較在第一週期T1中低時，第一比較電壓VPOS及第二比較電壓VNEG二者皆可減小。
可基於第一比較電壓VPOS與第一斜坡訊號RAMP1的比較結果產生第一PWM訊號PWM1且可基於第二比較電壓VNEG與第二斜坡訊號RAMP2的比較結果產生第二PWM訊號PWM2。
因此，相較於其中第一PWM訊號PWM1在第一週期T1中具有現用位準的週期Ta1，其中第一PWM訊號PWM1在第二週期T2中具有現用位準的週期Ta1'可縮短，且相較於其中第一PWM訊號PWM1在第一週期T1中具有非現用位準的週期Tua1，其中第一PWM訊號PWM1在第二週期T2中具有非現用位準的週期Tua1'可延長。
相較於其中第二PWM訊號PWM2在第一週期T1中具有現用位準的週期Ta2，其中第二PWM訊號PWM2在第二週期T2中具有現用位準的週期Ta2'可延長，且相較於其中第二PWM訊號PWM2在第一週期T1中具有非現用位準的週期Tua2，其中第二PWM訊號PWM2在第二週期T2中具有非現用位準的週期Tua2'可縮短。如此一來，基於第一比較電壓VPOS及第二比較電壓VNEG中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）的電壓位準的改變，其中第一PWM訊號PWM1及第二PWM訊號PWM2中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）具有現用位準及非現用週期的週期可發生改變。
隨後，參照圖6，PWM邏輯122可基於第一PWM訊號PWM1、第二PWM訊號PWM2及方向訊號POSD_D產生第一切換訊號SS1及第二切換訊號SS2。
圖9是示意性地示出圖6所示PWM邏輯122的電路圖。
參照圖9，PWM邏輯122可包括第一解多工器（de-multiplexer，DMUX）122_1及第二解多工器122_2。第一解多工器122_1及第二解多工器122_2可基於作為選擇輸入SEL的方向訊號POS_D而分別輸出輸出訊號（例如，第一切換訊號SS1及第二切換訊號SS2）。
第一解多工器122_1可接收第一PWM訊號PWM1作為第一輸入IN1且接收第二PWM訊號PWM2作為第二輸入IN2。第一解多工器122_1可基於方向訊號POS_D輸出第一輸入IN1及第二輸入IN2中的一者作為第一切換訊號SS1。舉例而言，當方向訊號POS_D處於邏輯高時，第一解多工器122_1可輸出第一輸入IN1（例如第一PWM訊號PWM1）作為第一感測訊號SS1，當方向訊號POS_D處於邏輯低時，第一解多工器122_1可輸出第二輸入IN2（例如第二PWM訊號PWM2）作為第一切換訊號SS1。
第二解多工器122_2可接收第二PWM訊號PWM2作為第一輸入IN1且接收第一PWM訊號PWM1作為第二輸入IN2。第二解多工器122_2可基於方向訊號POS_D而輸出第一輸入IN1及第二輸入IN2中的一者作為第二切換訊號SS2。舉例而言，當方向訊號POS_D處於邏輯高時，第二解多工器122_2可輸出第一輸入IN1（例如第二PWM訊號PWM2）作為第一切換訊號SS1，且當方向訊號POS_D處於邏輯低時，第二解多工器122_2可輸出第二輸入IN2（例如第一PWM訊號PWM1）作為第二感測訊號SS1。
因此，當方向訊號POS_D處於邏輯高時，PWM邏輯122可輸出第一PWM訊號PWM1作為第一切換訊號SS1且輸出第二PWM訊號PWM2作為第二切換訊號SS2，並且當方向訊號POS_D處於邏輯低時，PWM邏輯122可輸出第二PWM訊號PWM2作為第一切換訊號SS1且輸出第一PWM訊號PWM1作為第二切換訊號SS2。
隨後，參照圖6，閘極驅動器123可基於第一切換訊號SS1及第二切換訊號SS2產生第一切換電壓VG1、第二切換電壓VG2、第三切換電壓VG3及第四切換電壓VG4。
閘極驅動器123可對第一切換訊號SS1的電壓位準進行轉換以產生第一切換電壓VG1，且對第一切換訊號SS1進行反相且對電壓位準進行轉換以產生第四切換電壓VG4。舉例而言，閘極驅動器123可將第一切換訊號SS1的邏輯低位準轉換成適於關斷第一切換電晶體（圖2中的Q1）的電壓位準且將邏輯高位準轉換成適於接通第一切換電晶體Q1的電壓位準。
閘極驅動器123可對第二切換訊號SS2的電壓位準進行轉換以產生第二切換電壓VG2，且對第二切換訊號SS2進行反相且對電壓位準進行轉換以產生第三切換電壓VG3。
如參照圖6所闡述，第一切換訊號SS1及第二切換訊號SS2根據方向訊號POS_D而發生改變，且因此第一切換電壓VG1、第二切換電壓VG2、第三切換電壓VG3及第四切換電壓VG4可發生改變。
在一些實例性實施例中，閘極驅動器123可自感測電路124接收過電流控制訊號OCP及零電流控制訊號ZCS，且基於過電流控制訊號OCP及零電流控制訊號ZCS產生第一切換電壓VG1、第二切換電壓VG2、第三切換電壓VG3及第四切換電壓VG4或阻擋第一切換電壓VG1、第二切換電壓VG2、第三切換電壓VG3及第四切換電壓VG4。
舉例而言，當電感器電流IL減小至特定值（例如「0」）時，當雙向切換轉換器（圖1中的110）在降壓模式下進行操作時，感測電路124可產生零電流控制訊號ZCS。閘極驅動器123可阻止第一切換電壓VG1、第二切換電壓VG2、第三切換電壓VG3及第四切換電壓VG4的產生。因此，可防止或減少電感器電流IL在反向方向上流動。
當電感器電流IL增大至特定值（例如「0」）時，當雙向切換轉換器110在升壓模式下進行操作時，感測電路124可產生過電流控制訊號OCP。閘極驅動器123可阻止第一切換電壓VG1、第二切換電壓VG2、第三切換電壓VG3及第四切換電壓VG4的產生。因此，可防止或減少電感器電流IL在正向方向上流動。
感測電路124可基於自雙向切換轉換器110提供的多個電壓（例如，電壓VBYP、VCH、VCL及VL）及感測電流Isen來產生方向訊號POS_D。另外，感測電路124可產生過電流控制訊號OCP及零電流控制訊號ZCS。
舉例而言，感測電路124可對感測電流Isen（在每特定單位時間內根據所述感測電流Isen對電感器電流IL進行感測）進行平均，以計算電感器電流IL的平均值，當平均值為正時產生處於邏輯高的方向訊號POS_D，且當平均值為負時產生處於邏輯低的方向訊號POS_D。
然而，本發明概念並非僅限於此，且感測電路124可根據各種方法產生方向訊號POS_D。舉例而言，感測電路124可針對第一切換電晶體至第四切換電晶體（圖2中的Q1至Q4）中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）產生過電流控制訊號OCP及零電流控制訊號ZCS且基於過電流控制訊號OCP及零電流控制訊號ZCS產生方向訊號POS_D。
感測電路124可基於第一PWM訊號PWM1及第二PWM訊號PWM2來對電感器電流IL被充電及放電的中間點進行偵測，且當方向訊號POS_D處於邏輯高時，在中間點處對第三切換電晶體Q3及第四切換電晶體Q4進行感測。當相對於第三切換電晶體Q3及第四切換電晶體Q4產生零電流控制訊號ZCS時，感測電路124可將方向訊號POS_D自邏輯高改變成邏輯低。另外，當方向訊號POS_D處於邏輯低時，感測電路124可在中間點處對第一切換電晶體Q1及第二切換電晶體Q2的電流進行感測。當相對於第一切換電晶體Q1及第二切換電晶體Q2產生過電流控制訊號OCP時，感測電路124可將方向訊號POS_D自邏輯低改變成邏輯高。
圖10A及圖10B是根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器110及控制器120的訊號的定時圖。在圖10A中，假設電壓VCF小於目標電壓T_VCF，且在圖10B中，假設電壓VCF高於目標電壓T_VCF。
參照圖10A，當電壓VCF小於目標電壓T_VCF時，第一比較電壓VPOS可高於第二比較電壓VNEG。在週期T1中，電感器電流的平均值IL_AVG可為正，且在週期T2中，電感器電流的平均值IL_AVG可為負。如參照圖7所闡述，可基於第一斜坡訊號RAMP1及第一比較電壓VPOS產生第一PWM訊號PWM1，且可基於第二斜坡訊號RAMP2及第二比較電壓VNEG產生第二PWM訊號PWM2。
由於在週期T1中電感器電流的平均值IL_AVG為正，因此方向訊號POS_D處於邏輯高，且因應於處於邏輯高的方向訊號POS_D，PWM邏輯（圖6中的122）可基於第一PWM訊號PWM1產生第一切換訊號SS1且基於第二PWM訊號PWM2產生第二切換訊號SS2。
如參照圖5A及圖5B所闡述，在第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期期間以及在第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期期間，電流流經作為飛跨電容器的第三電容器C F。當電感器電流的平均值IL_AVG為正時，由於電流在正向方向上流動（例如自第二節點N2流動至第四節點N4），因此在第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期期間，可對第三電容器C F進行充電且電壓VCF的電壓位準可增大。同時，由於電流在反向方向上流動（例如自第四節點N4流動至第二節點N2），因此在第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期期間，可對第三電容器C F進行放電且電壓VCF的電壓位準可降低。
在週期T1中，第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期長於第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期。因此，在週期T1中，電壓VCF在接近目標電壓T_VCF的方向上增大。
由於電感器電流的平均值IL_AVG在週期T2中為負，因此方向訊號POS_D處於邏輯低，且因應於處於邏輯低的方向訊號POS_D，PWM邏輯122可基於第二PWM訊號PWM2產生第一切換訊號SS1且基於第一PWM訊號PWM1產生第二切換訊號SS2。
當電感器電流的平均值IL_AVG為負時，由於電流在反向方向上流動（例如自第四節點N4流動至第二節點N2），因此在第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期期間，可對第三電容器C F進行放電且電壓VCF的電壓位準可減小。同時，由於電流在正向方向上流動（例如自第二節點N2流動至第四節點N4），因此在第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期期間，可對第三電容器C F進行充電且電壓VCF的電壓位準可增大。
在週期T2中，第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期可短於第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期。因此，在週期T2中，電壓VCF可在接近目標電壓T_VCF的方向上增大。
參照圖10B，當電壓VCF高於目標電壓T_VCF時，第一比較電壓VPOS可小於第二比較電壓VNEG。在週期T1中，電感器電流的平均值IL_AVG可為正，且在週期T2中，電感器電流的平均值IL_AVG可為負。
當電感器電流的平均值IL_AVG為正時，由於電流在正向方向上流動（例如自第二節點N2流動至第四節點N4），因此在第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期期間，可對第三電容器C F進行充電且電壓VCF的電壓位準可增大。同時，由於電流在反向方向上流動（例如自第四節點N4流動至第二節點N2），因此在第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期期間，可對第三電容器C F進行放電且電壓VCF的電壓位準可降低。
在週期T1中，第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期可短於第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期。因此，在週期T1中，電壓VCF可在接近目標電壓T_VCF的方向上減小。
由於電感器電流的平均值IL_AVG在週期T2中為負，因此方向訊號POS_D處於邏輯低，且因應於處於邏輯低的方向訊號POS_D，PWM邏輯122可基於第二PWM訊號PWM2產生第一切換訊號SS1且基於第一PWM訊號PWM1產生第二切換訊號SS2。
當電感器電流的平均值IL_AVG為負時，由於電流在反向方向上流動（例如自第四節點N4流動至第二節點N2），因此在第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期期間，可對第三電容器C F進行放電且電壓VCF的電壓位準可降低。同時，由於電流在正向方向上流動（例如自第二節點N2流動至第四節點N4），因此在第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期期間，可對第三電容器C F進行充電且電壓VCF的電壓位準可增大。
在週期T2中，第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期可長於第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期。因此，在週期T2中，電壓VCF可在接近目標電壓T_VCF的方向上減小。
如此一來，根據一些實例性實施例的充電器IC（圖1中的100）可藉由以下方式來將飛跨電容器（即，第三電容器C F）的兩個端部之間的電壓VCF調整成接近目標電壓T_VCF：根據電感器電流的平均值IL_AVG是正還是負來對控制第一切換電晶體Q1至第四切換電晶體Q4的切換操作的第一切換訊號SS1及第二切換訊號SS2進行調整。控制器120可根據電感器電流的方向來對其中第一切換訊號SS1及第二切換訊號SS2中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）具有現用位準及非現用位準的週期進行調整，且因此雙向切換轉換器110可再次適當地實行飛跨電容器平衡。
圖11是根據比較實例的雙向切換轉換器110及控制器120的訊號的定時圖。
根據比較實例，不論電感器電流的平均值IL_AVG是正還是負，PWM邏輯122皆可基於第一PWM訊號PWM1產生第一切換訊號SS1且基於第二PWM訊號PWM2產生第二切換訊號SS2。
在週期T1及T2期間，第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期可長於第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期。在週期T1期間，在第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期期間，可對第三電容器C F進行充電以增大電壓VCF，且在第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期期間，可對第三電容器C F進行放電以減小電壓VCF。因此，在週期T1中，電壓VCF可在接近目標電壓T_VCF的方向上增大。
然而，由於電感器電流的平均值IL_AVG在週期T2中為負，因此在第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期期間，可對第三電容器C F進行放電以減小電壓VCF，且在第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期期間，可對第三電容器C F進行充電以增大電壓VCF。因此，在週期T2中，第一切換電晶體Q1及第三切換電晶體Q3接通的週期可長於第二切換電晶體Q2及第四切換電晶體Q4接通的週期，且因此電壓VCF可在遠離目標電壓T_VCF的方向上減小。
以此種方式，與根據一些實例性實施例的控制器120的控制不同，當不論電感器電流的平均值IL_AVG是正還是負皆產生第一切換訊號SS1及第二切換訊號SS2時，雙向切換轉換器110可能不會適當地實行飛跨電容器平衡。
圖12是示意性地示出根據一些實例性實施例的包括充電器IC 100的電子裝置20的方塊圖。
參照圖12，電子裝置20可包括充電器IC 100、電池200、有線電力介面310、無線電力介面320及應用處理器400。已參照圖1闡述了充電器IC 100、電池200、有線電力介面310及無線電力介面320之間的操作，且因此將不再對其予以贅述。
在圖12所示電子裝置20中，應用處理器400可對自連接至有線電力介面310及無線電力介面320的裝置提供的或者自有線電力介面310及無線電力介面320提供的電壓（例如第一輸入電壓CHGIN及第二輸入電壓WCIN）進行辨別。應用處理器400可根據所辨別的介面或輸入電壓產生確定切換模式的模式訊號MD且將模式訊號MD提供至充電器IC 100的控制器120。
舉例而言，當經由有線電力介面310施加第一輸入電壓CHGIN且無線電力發射電路連接至無線電力介面320時，應用處理器400可辨識出第一輸入電壓CHGIN及無線電力發射電路且產生指示降壓-升壓模式的模式訊號MD。當OTG裝置連接至有線電力介面310或者無線電力發射電路連接至無線電力介面320時，應用處理器400可產生指示升壓模式的模式訊號MD。
如此一來，應用處理器400可產生表示多個切換模式的模式訊號MD且將模式訊號MD提供至控制器120。控制器120可控制雙向切換轉換器110實行與模式訊號MD對應的切換操作。
圖13是示出根據一些實例性實施例的包括充電器IC 1910的電子裝置1000的配置的方塊圖。
電子裝置1000可包括各種電子電路。舉例而言，電子裝置1000的電子電路可包括影像處理區塊1100、通訊區塊1200、音訊處理區塊1300、緩衝記憶體1400、非揮發性記憶體1500、使用者介面1600、主處理器1800、電力管理器電路1900及充電器IC 1910。
電子裝置1000可連接至電池1920，且電池1920可供應用於電子裝置1000的操作的電力。然而，本發明概念並非僅限於此，且被供應至電子裝置1000的電力可自除電池1920之外的內部電源/外部電源提供。
影像處理區塊1100可經由透鏡1110接收光。影像處理區塊1100中所包括的影像感測器1120及影像訊號處理器1130可基於所接收的光產生與外部對象相關的影像資訊。
通訊區塊1200可經由天線1210與外部裝置/系統交換訊號。通訊區塊1200的收發器1220及調變器/解調器（modulator/demodulator，MODEM）1230可根據各種有線通訊協定/無線通訊協定中的一或多者來對與外部裝置/系統交換的訊號進行處理。
音訊處理區塊1300可使用音訊訊號處理器1310來對聲音資訊進行處理。音訊處理區塊1300可經由麥克風1320接收音訊輸入且可經由揚聲器1330輸出音訊。
緩衝記憶體1400可儲存用於電子裝置1000的操作的資料。舉例而言，緩衝記憶體1400可暫時儲存由主處理器1800處理或欲由主處理器1800處理的資料。舉例而言，緩衝記憶體1400可包括揮發性記憶體（例如靜態隨機存取記憶體（static random access memory，SRAM）、動態RAM（dynamic RAM，DRAM）、同步DRAM（synchronous DRAM，SDRAM）等）及/或非揮發性記憶體（例如相變RAM（phase-change RAM，PRAM）、磁阻式RAM（magneto-resistive RAM，MRAM）、電阻式RAM（resistive RAM，ReRAM）、鐵電RAM（ferro-electric RAM，FRAM）等）。
不論是否供應電力，非揮發性記憶體1500皆可儲存資料。舉例而言，非揮發性記憶體1500可包括各種非揮發性記憶體（例如快閃記憶體、PRAM、MRAM、ReRAM、FRAM等）中的一者。舉例而言，非揮發性記憶體1500可包括可移除記憶體（例如保全數位（secure digital，SD）卡或固態驅動機（solid state drive，SSD））及/或嵌入式記憶體（例如嵌入式多媒體卡（embedded multimedia card，eMMC））。
使用者介面1600可在使用者與電子裝置1000之間傳遞通訊。舉例而言，使用者介面1600可包括自使用者接收輸入的輸入介面及向使用者提供資訊的輸出介面。
主處理器1800可對電子裝置1000的組件的整體操作進行控制。主處理器1800可對各種計算進行處理以對電子裝置1000進行操作。舉例而言，主處理器1800可被實施為通用處理器、專用處理器、應用處理器、微處理器等且可包括一或多個處理器核心。
電力管理器電路1900可向電子裝置1000的組件供應電力且對電力進行管理。舉例而言，電力管理器電路1900可基於自充電器IC 1910及/或電池1920提供的電力而輸出系統電壓。電力管理器電路1900可根據組件的溫度、操作模式（例如，效能模式、待機模式及睡眠模式）等對所述組件中的每一者（或作為另外一種選擇而為至少一者）的頻率、所提供系統電壓的電壓位準等進行調整。
充電器IC 1910可基於自外部電源提供的電力對電池1920進行充電或者可向電力管理器電路1900提供電力。作為另外一種選擇，充電器IC 1910可基於自電池1920提供的電力而經由有線電力介面或無線電力介面向外部裝置提供電力。
參照圖1至圖12闡述的充電器IC 100可作為充電器IC 1910而應用於電子裝置1000。充電器IC 100可包括被實施為3個位準的DC-DC轉換器的雙向切換轉換器。雙向切換轉換器可在降壓模式、降壓-升壓模式及升壓模式下進行操作。在降壓-升壓模式下，充電器IC 100可基於流經電感器的電流的方向來對其中對切換元件的切換操作進行控制的切換訊號具有現用位準及非現用位準的週期進行調整。因此，可適當地實行飛跨電容器平衡且可減少輸出電壓的漣波。
以上揭露的元件及/或功能區塊中的任意者可包括或實施於例如以下處理電路系統中：硬體，包括邏輯電路；硬體/軟體組合，例如執行軟體的處理器；或其組合。舉例而言，控制器120及應用處理器400可被實施為處理電路系統。具體而言，處理電路系統可包括但不限於中央處理單元（central processing unit，CPU）、算術邏輯單元（arithmetic logic unit，ALU）、數位訊號處理器、微型電腦、現場可程式化閘陣列（field programmable gate array，FPGA）、系統晶片（System-on-Chip，SoC）、可程式化邏輯單元、微處理器、應用專用積體電路（application-specific integrated circuit，ASIC）等。處理電路系統可包括電子組件，例如電晶體、電阻器、電容器等中的至少一者。處理電路系統可包括電子組件，例如邏輯閘（包括及閘、或閘、反及閘、非閘等中的至少一者）。
處理器、控制器及/或處理電路系統可被配置成藉由被專門程式化以實行動作或步驟（例如使用FPGA或ASIC）來實行所述動作或步驟，或者可被配置成藉由執行自記憶體接收的指令來實行所述動作或步驟或者其組合。
儘管已參照本發明概念的實例性實施例具體示出並闡述了本發明概念，然而應理解，可在不背離以下申請專利範圍的精神及範圍的條件下對其進行形式及細節上的各種改變。
10、20、1000:電子裝置 21:誤差偵測電路 21_1:比例積分（PI）控制器 21_2:比例積分微分（PID）控制器 21_3、21_5、21_6、22_3、22_4:加法器 21_4:比例（P）控制器 22:比較電路 22_1:第一比較器 22_2:第二比較器 100、1910:充電器積體電路（IC） 110:雙向切換轉換器 111:輸入/輸出選擇電路 112:切換電路 120:控制器 121:調變器 122:PWM邏輯 122_1:第一解多工器（DMUX） 122_2:第二解多工器 123:閘極驅動器 124:感測電路 200、1920:電池 310:有線電力介面 320:無線電力介面 400:應用處理器 1100:影像處理區塊 1110:透鏡 1120:影像感測器 1130:影像訊號處理器 1200:通訊區塊 1210:天線 1220:收發器 1230:調變器/解調器（MODEM） 1300:音訊處理區塊 1310:音訊訊號處理器 1320:麥克風 1330:揚聲器 1400:緩衝記憶體 1500:非揮發性記憶體 1600:使用者介面 1800:主處理器 1900:電力管理器電路 C F:飛跨電容器/第三電容器/電容器 CHGIN:第一輸入電壓 Ci:第一電容器 Co:第二電容器 CS:電流感測器 D:工作比 IL:電感器電流 IL_AVG:電感器電流的平均值 IN1:第一輸入 IN2:第二輸入 Isen:感測電流 L:電感器 MD:模式訊號 N1:第一節點/第一輸入節點 N2:第二節點 N3:第三節點 N4:第四節點 N5:第五節點 N6:第六節點 OCP:過電流控制訊號 POS_D:方向訊號 PWM1:第一PWM訊號 PWM2:第二PWM訊號 Q1:第一切換電晶體/切換元件 Q2:第二切換電晶體/切換元件 Q3:第三切換電晶體/切換元件 Q4: 第四切換電晶體/切換元件 QI1:第一輸入電晶體 QI2:第二輸入電晶體 RAMP1:第一斜坡訊號 RAMP2:第二斜坡訊號 R INT:內部電阻器 SEL:選擇輸入 SI1:第一輸入控制訊號 SI2:第二輸入控制訊號 SS1:第一切換訊號 SS2:第二切換訊號 T:週期 T_VCF:目標電壓 T1:第一週期/週期 T2:第二週期/週期 t0、t1、t2、t3、t4:時間 Ta1、Ta1'、Ta2、Ta2':現用位準的週期 Tua1、Tua1'、Tua2、Tua2':非現用位準的週期 TX:無線電力發射電路 V BAT:電池電壓 VBYP:第一電壓/電壓 VCF、VCH、VCL、VL:電壓 VE_VO:第一誤差電壓 VE_VCF:第二誤差電壓 VG1:第一切換電壓 VG2:第二切換電壓 VG3:第三切換電壓 VG4:第四切換電壓 VIN:輸入電壓 VNEG:第二比較電壓 VPOS:第一比較電壓 VREF:參考電壓 V SYS:系統電壓 WCIN:第二輸入電壓 ZCS:零電流控制訊號
藉由結合附圖閱讀以下詳細說明，將更清楚地理解本發明概念的實例性實施例。 為了更全面地理解在本發明概念的詳細說明中陳述的圖式，提供對每一圖式的簡要說明。在圖式中： 圖1是示意性地示出根據一些實例性實施例的包括充電器積體電路（IC）的電子裝置的方塊圖。 圖2是示出根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器的電路圖。 圖3A及圖3B示出根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器的降壓轉換操作期間的電力路徑。 圖4A及圖4B示出根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器的升壓轉換操作期間的電力路徑。 圖5A及圖5B是根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器實行降壓轉換操作時的定時圖。 圖6是示意性地示出根據一些實例性實施例的對雙向切換轉換器進行控制的控制器的方塊圖。 圖7是示意性地示出圖6所示調變器的電路圖。 圖8是示出由圖7所示調變器產生的第一脈波寬度調變（PWM）訊號及第二脈波寬度調變（PWM）訊號的定時圖。 圖9是示意性地示出圖6所示PWM邏輯的電路圖。 圖10A及圖10B是根據一些實例性實施例的雙向切換轉換器及控制器的訊號的定時圖。 圖11是根據比較實例的雙向切換轉換器及控制器的訊號的定時圖。 圖12是示意性地示出根據一些實例性實施例的包括充電器IC的電子裝置的方塊圖。 圖13是示出根據一些實例性實施例的包括充電器IC的電子裝置的配置的方塊圖。
110:雙向切換轉換器
111:輸入/輸出選擇電路
112:切換電路
200:電池
CF:飛跨電容器/第三電容器/電容器
CHGIN:第一輸入電壓
Ci:第一電容器
Co:第二電容器
CS:電流感測器
IL:電感器電流
Isen:感測電流
L:電感器
N1:第一節點/第一輸入節點
N2:第二節點
N3:第三節點
N4:第四節點
N5:第五節點
N6:第六節點
Q1:第一切換電晶體/切換元件
Q2:第二切換電晶體/切換元件
Q3:第三切換電晶體/切換元件
Q4:第四切換電晶體/切換元件
QI1:第一輸入電晶體
QI2:第二輸入電晶體
RINT:內部電阻器
SI1:第一輸入控制訊號
SI2:第二輸入控制訊號
VBAT:電池電壓
VBYP:第一電壓/電壓
VCF、VCH、VCL、VL:電壓
VG1:第一切換電壓
VG2:第二切換電壓
VG3:第三切換電壓
VG4:第四切換電壓
VSYS:系統電壓
WCIN:第二輸入電壓

Claims (10)

  1. 一種充電器積體電路（IC），包括： 雙向切換轉換器，包括 多個切換元件，包括串聯連接至第一輸入/輸出節點的第一切換元件、第二切換元件、第三切換元件及第四切換元件， 電感器，連接於所述第三切換元件的第一端部與第二輸入/輸出節點之間，以及 電容器，連接至所述第二切換元件的第二端部及所述第三切換元件的第三端部；以及 控制器，被配置成 基於自所述雙向切換轉換器接收的多個感測訊號產生第一脈波寬度調變（PWM）訊號及第二脈波寬度調變訊號， 基於所述第一脈波寬度調變訊號產生對所述第一切換元件的切換操作及所述第四切換元件的切換操作進行控制的第一切換訊號，且 在降壓-升壓模式下，因應於流經所述電感器的電感器電流的平均值為正，基於所述第二脈波寬度調變訊號產生對所述第二切換元件的切換操作及所述第三切換元件的切換操作進行控制的第二切換訊號，以及 因應於所述電感器電流的所述平均值為負而基於所述第二脈波寬度調變訊號產生所述第一切換訊號，且因應於所述電感器電流的所述平均值為負而基於所述第一脈波寬度調變訊號產生所述第二切換訊號。
  2. 如請求項1所述的充電器積體電路，其中，所述控制器被配置成 因應於所述第一切換訊號具有第一位準且所述第二切換訊號具有第二位準，使所述第一切換元件及所述第三切換元件接通，以及 因應於所述第一切換訊號具有所述第二位準且所述第二切換訊號具有所述第一位準，使所述第二切換元件及所述第四切換元件接通。
  3. 如請求項2所述的充電器積體電路，其中， 所述控制器被配置成 因應於所述電感器電流的所述平均值為正，在所述第一切換元件及所述第三切換元件處於接通狀態的第一週期中，對所述電容器進行充電，且在所述第二切換元件及所述第四切換元件處於所述接通狀態的第二週期中對所述電容器進行放電，以及 因應於所述電感器電流的所述平均值為負，在所述第一週期中對所述電容器進行放電且在所述第二週期中對所述電容器進行充電。
  4. 如請求項3所述的充電器積體電路，其中所述控制器被配置成 因應於所述電容器的兩個端部之間的電壓小於目標電壓且所述電感器電流的所述平均值為正，使所述第一週期長於所述第二週期，以及 因應於所述電容器的所述兩個端部之間的所述電壓小於所述目標電壓且所述電感器電流的所述平均值為負，使所述第二週期長於所述第一週期。
  5. 如請求項3所述的充電器積體電路，其中所述控制器被配置成 因應於所述電容器的兩個端部之間的電壓大於目標電壓且所述電感器電流的所述平均值為正，使所述第二週期長於所述第一週期，以及 因應於所述電容器的所述兩個端部之間的所述電壓大於所述目標電壓且所述電感器電流的所述平均值為負，使所述第一週期長於所述第二週期。
  6. 如請求項1所述的充電器積體電路，其中所述控制器包括： 調變器，被配置成基於所述多個感測訊號產生所述第一脈波寬度調變訊號及所述第二脈波寬度調變訊號； 感測電路，被配置成因應於所述電感器電流的所述平均值為正而產生第一位準的方向訊號，且因應於所述電感器電流的所述平均值為負而產生第二位準的所述方向訊號； 脈波寬度調變邏輯，被配置成因應於所述方向訊號具有第一位準而輸出所述第一脈波寬度調變訊號作為所述第一切換訊號且輸出所述第二脈波寬度調變訊號作為所述第二切換訊號，並且因應於所述方向訊號具有第二位準而輸出所述第二脈波寬度調變訊號作為所述第一切換訊號且輸出所述第一脈波寬度調變訊號作為所述第二切換訊號；以及 閘極驅動器，被配置成基於所述第一切換訊號產生第一切換電壓及第四切換電壓，所述第一切換電壓及所述第四切換電壓分別對所述第一切換元件的接通及關斷及所述第四切換元件的接通及關斷進行控制，且所述閘極驅動器被配置成基於所述第二切換訊號產生第二切換電壓及第三切換電壓，其中所述第二切換電壓及所述第三切換電壓分別對所述第二切換元件的接通及關斷及所述第三切換元件的接通及關斷進行控制。
  7. 如請求項6所述的充電器積體電路，其中所述脈波寬度調變邏輯包括： 第一解多工器，被配置成接收所述第一脈波寬度調變訊號作為第一輸入且接收所述第二脈波寬度調變訊號作為第二輸入，並且基於所述方向訊號輸出所述第一輸入及所述第二輸入中的一者作為所述第一切換訊號；以及 第二解多工器，被配置成接收所述第二脈波寬度調變訊號作為第一輸入且接收所述第一脈波寬度調變訊號作為第二輸入，並且基於所述方向訊號輸出所述第一輸入及所述第二輸入中的一者作為所述第二切換訊號。
  8. 如請求項6所述的充電器積體電路，其中所述調變器包括： 誤差偵測電路，被配置成基於以下產生第一誤差電壓及第二誤差電壓 施加至所述第一輸入/輸出節點或所述第二輸入/輸出節點的輸入電壓， 自所述第一輸入/輸出節點或所述第二輸入/輸出節點輸出的輸出電壓， 所述電容器的兩個端部之間的電壓，以及 所述電感器電流；以及 比較電路，被配置成 產生所述第一誤差電壓與所述第二誤差電壓之和作為第一比較電壓， 產生所述第一誤差電壓與所述第二誤差電壓之間的差作為第二比較電壓， 將所述第一比較電壓與第一斜坡訊號進行比較，以產生所述第一脈波寬度調變訊號，以及 將所述第二比較電壓與第二斜坡訊號進行比較，以產生所述第二脈波寬度調變訊號。
  9. 如請求項8所述的充電器積體電路，其中所述誤差偵測電路更被配置成 基於所述輸出電壓與參考電壓之間的差產生所述第一誤差電壓，以及 基於所述電容器的所述兩個端部之間的電壓及所述輸入電壓產生所述第二誤差電壓。
  10. 如請求項1所述的充電器積體電路，其中所述控制器更被配置成， 在降壓模式下，將所述多個切換元件的切換操作控制成使得切換轉換器自所述第一輸入/輸出節點向所述第二輸入/輸出節點提供第一電力， 在升壓模式下，將所述多個切換元件的所述切換操作控制成使得所述切換轉換器自所述第二輸入/輸出節點向所述第一輸入/輸出節點提供第二電力，以及 在降壓-升壓模式下，將所述多個切換元件的所述切換操作控制成使得所述切換轉換器向所述第二輸入/輸出節點提供所述第一電力或者向所述第一輸入/輸出節點提供所述第二電力。
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