开关电容转换器模式转换控制方法技术

提供了一种开关电容转换器模式转换控制方法和装置。该方法包括：配置开关电容转换器以在第一固定PWM模式下运行，其中，在所述第一固定PWM模式中，所述开关电容转换器被配置为对耦合到所述开关电容转换器的输入端的电池充电；配置所述开关电容转换器以在第二固定PWM模式下运行，其中，在所述第二固定PWM模式中，所述开关电容转换器被配置为对所述电池放电；以及配置所述开关电容转换器以在跳跃模式下运行，其中，所述开关电容转换器基于所述开关电容转换器的输出电压与多个预定电压阈值之间的比较而在不同模式之间自动转换。之间的比较而在不同模式之间自动转换。之间的比较而在不同模式之间自动转换。

【技术实现步骤摘要】
开关电容转换器模式转换控制方法


[0001]本专利技术涉及一种电池充电装置和控制方法，并且在特定实施例中，涉及一种开关电容转换器模式转换控制装置和方法。

技术介绍

[0002]随着技术的进一步发展，诸如移动电话、平板PC、数码相机、MP3播放器和/或类似物的各种电子设备已经变得流行。每个便携式设备可以采用多个可再充电电池单元。多个可再充电电池单元可以串联或并联连接，以形成用于存储电能的可再充电电池组。
[0003]采用电池充电器来恢复电池的能量。电池充电器被控制以向电池提供电压(例如，恒压充电模式)和电流(例如，恒流充电模式)，从而恢复电池的能量。
[0004]可以有多种适合于对电池充电的功率转换拓扑。根据拓扑结构的不同，功率转换拓扑可分为三类，即开关功率转换器、线性稳压器和开关电容功率转换器。与其它拓扑结构相比，开关电容转换器不太复杂，因为开关电容转换器由多个开关和飞跨电容形成。因此，开关电容转换器可以为电池充电提供紧凑且高效的电源。
[0005]在双芯电池应用中，采用双向电荷泵(例如，双相开关电容转换器)作为用于对双芯电池充电的充电器。开关充电器和双向电荷泵耦合在ac/dc适配器和双芯电池之间。当存在ac/dc适配器且双芯电池未完全充电时，双向电荷泵以1：2充电模式工作。当不存在ac/dc适配器或ac/dc适配器存在但停止对双芯电池充电时，双向电荷泵以2：1放电模式工作，用于为系统负载供电。
[0006]在1：2充电模式中，为了稳定地对电池充电，双向电荷泵被配置为在固定脉宽调制(PWM)模式下运行。在2∶1放电模式中，在轻负载运行条件下双向电荷泵被配置为在跳跃模式下运行，以实现更好的转换效率并延长电池寿命。在2∶1放电模式中，当系统负载较重时，双向电荷泵可以离开跳跃模式并进入固定PWM模式，以减小输出端纹波。
[0007]如上所述，双向电荷泵能够在包括1∶2充电模式和2∶1放电模式的两种不同模式下运行。2∶1放电模式还包括跳跃模式和固定PWM模式。期望将双向电荷泵配置为在不同运行模式之间具有无缝转换。本专利技术解决了这一需要。

技术实现思路

[0008]通过本公开的优选实施例，这些和其它问题通常被解决或规避，并且通常实现了技术优点，本公开的优选实施例提供了开关电容转换器模式转换控制装置和方法。
[0009]根据一个实施例，一种方法包括：配置开关电容转换器以在第一固定PWM模式下运行，其中，在第一固定PWM模式中，开关电容转换器被配置为对耦合到开关电容转换器的输入端的电池充电；配置开关电容转换器以在第二固定PWM模式下运行，其中，在第二固定PWM模式中，开关电容转换器被配置为对电池放电；以及配置开关电容转换器以在跳跃模式下运行，其中，开关电容转换器基于开关电容转换器的输出电压与多个预定电压阈值之间的比较而在不同模式之间自动转换。
[0010]根据另一实施例，一种方法包括：将开关电容功率转换器的输入端耦合到电池，并且将开关电容功率转换器的输出端耦合到系统负载和充电器；配置开关电容转换器以在1∶2固定PWM模式下运行，以对电池充电；配置开关电容转换器以在2∶1固定PWM模式下运行，以对电池放电；以及配置开关电容转换器以在轻负载运行条件下在2∶1跳跃模式下运行，其中，开关电容转换器基于开关电容转换器的输出电压与多个预定电压阈值之间的比较而在不同模式之间自动转换。
[0011]根据又一实施例，一种控制器包括：第一比较器，其被配置为将开关电容功率转换器的输出电压与第一固定PWM模式阈值电压进行比较，其中，第一固定PWM模式阈值电压大于开关电容功率转换器的输入电压的一半；第二比较器，其被配置为将开关电容功率转换器的输出电压与跳跃模式阈值电压进行比较；第三比较器，其被配置为将开关电容功率转换器的输出电压与用于启动跳跃模式的阈值电压进行比较；第四比较器，其被配置为将开关电容功率转换器的输出电压与第二固定PWM模式阈值电压进行比较，其中，第二固定PWM模式阈值电压小于开关电容功率转换器的输入电压的一半；和第五比较器，其被配置为将流经开关电容功率转换器的电流与预定灌电流进行比较，以确定开关电容功率转换器是否在轻负载运行条件下进入跳跃模式。
[0012]前面已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解下面的公开的详细描述。本公开的附加特征和优点将在下文中描述，其形成本公开的权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现与本公开相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应当认识到，这种等效结构不脱离所附权利要求中所述的本专利技术的精神和范围。
附图说明
[0013]为了更完整地理解本公开及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：
[0014]图1示出了根据本公开的各种实施例的电池充电系统的示意图；
[0015]图2示出了根据本公开的各种实施例的用于驱动图1所示的双相开关电容功率转换器的开关的控制器；
[0016]图3示出了根据本公开的各种实施例的图2所示的模式转换控制单元的示意图；
[0017]图4
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图5示出了根据本公开的各种实施例的控制在不同运行模式下运行的双相开关电容功率转换器的时序图；
[0018]图6示出了根据本公开的各种实施例的用于控制图1所示的双相开关电容功率转换器的模式转换的状态机；和
[0019]图7示出了根据本公开的各种实施例的控制图1所示的电池充电系统的流程图。
[0020]除非另有说明，否则不同附图中的相应数字和符号通常指的是相应的部件。附图被绘制以清楚地示出各种实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
[0021]下面详细讨论当前优选实施例的制造和使用。但是，应理解，本公开提供了很多适用的专利技术概念，其可实现在各种特定背景中。所论述的特定实施例仅说明制作和使用本公开的特定方式，且不限制本公开的范围。
[0022]本公开将在特定背景下关于优选实施例进行描述，即开关电容转换器模式转换控制装置和方法。然而，本公开还可以应用于各种功率转换器。在下文中，将参照附图详细解释各种实施例。
[0023]图1示出了根据本公开的各种实施例的电池充电系统的示意图。电池充电系统包括双相开关电容功率转换器100和电源管理集成电路(PMIC)102。如图1所示，双相开关电容功率转换器100的输入端连接到电池。双相开关电容功率转换器100和电池耦合到的输入电压总线表示为VIN。
[0024]在一些实施例中，电池可以被实现为多芯电池。在本公开中，电池是如图1所示的双芯电池。
[0025]双相开关电容功率转换器100的输出端连接到输出电压总线Vo。输出电容Co连接在Vo和地之间。输出电压总线Vo通过开关S1连接到PMIC 102的开关充电器。在一些实施例中，S1是电源开关。如图1所示，PMIC 102的开关充电器的输出端和系统负载VSYS也连接在一起。PMIC 102的开关充电器可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：配置开关电容转换器以在第一固定PWM模式下运行，其中，在所述第一固定PWM模式中，所述开关电容转换器被配置为对耦合到所述开关电容转换器的输入端的电池充电；配置所述开关电容转换器以在第二固定PWM模式下运行，其中，在所述第二固定PWM模式中，所述开关电容转换器被配置为对所述电池放电；以及配置所述开关电容转换器以在跳跃模式下运行，其中，所述开关电容转换器基于所述开关电容转换器的输出电压与多个预定电压阈值之间的比较而在不同模式之间自动转换。2.如权利要求1所述的方法，其中：所述第一固定PWM模式是1∶2固定PWM模式；所述第二固定PWM模式是2∶1固定PWM模式；和所述跳跃模式是2：1跳跃模式。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述开关电容转换器包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关串联连接在所述开关电容转换器的所述输入端与地之间；第一飞跨电容，所述第一飞跨电容连接在所述第一开关和所述第二开关的公共节点与所述第三开关和所述第四开关的公共节点之间；第五开关、第六开关、第七开关和第八开关，所述第五开关、第六开关、第七开关和第八开关串联连接在所述开关电容转换器的所述输入端与地之间；和第二飞跨电容，所述第二飞跨电容连接在所述第五开关和所述第六开关的公共节点与所述第七开关和所述第八开关的公共节点之间，并且其中，所述第二开关和所述第三开关的所述公共节点连接到所述第六开关和所述第七开关的共同节点，并且还连接到所述开关电容转换器的输出端。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个预定电压阈值包括：第一电压阈值，所述第一电压阈值高于所述开关电容转换器的输入电压的一半；第二电压阈值，所述第二电压阈值低于所述开关电容转换器的所述输入电压的一半；第三电压阈值，所述第三电压阈值低于所述第二电压阈值；和第四电压阈值，所述第四电压阈值低于所述第三电压阈值。5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：在所述开关电容转换器的所述输出电压下降到低于所述第四电压阈值之后，配置所述开关电容转换器以离开所述跳跃模式并进入所述第二固定PWM模式，其中，所述第二固定PWM模式是2∶1固定PWM模式，并且所述跳跃模式是2∶1跳跃模式。6.如权利要求4所述的方法，进一步包括：在所述开关电容转换器的所述输出电压超过所述第一电压阈值之后，配置所述开关电容转换器以离开所述第二固定PWM模式并进入所述第一固定PWM模式，其中，所述第一固定PWM模式是1∶2固定PWM模式，并且所述第二固定PWM模式是2∶1固定PWM模式。7.如权利要求4所述的方法，进一步包括：在所述开关电容转换器的所述输出电压超过所述第一电压阈值之后，配置所述开关电容转换器以离开所述跳跃模式并进入所述第一固定PWM模式，其中，所述第一固定PWM模式是1∶2固定PWM模式，并且所述跳跃模式是2∶1跳跃模式。
8.如权利要求4所述的方法，进一步包括：在所述开关电容转换器的所述输出电压下降到低于所述第四电压阈值之后，配置所述开关电容转换器以离开所述第一固定PWM模式并进入所述第二固定PWM模式，其中，所述第一固定PWM模式是1∶2固定PWM模式，并且所述第二固定PWM模式是2∶1固定PWM模式。9.如权利要求4所述的方法，进一步包括：在所述开关电容转换器的所述输出电压超过所述第二电压阈值之后，配置所述开关电容转换器以离开所述第二固定PWM模式并进入所述跳跃模式，其中，所述第二固定PWM模式是2∶1固定PWM模式，并且所述跳跃模式是2∶1跳跃模式。10.如权利要求4所述的方法，进一步包括：在所述开关电容转换器的所述输出电压停留在所述输入电压的一半且流经所述开关电容转换器的电流等于预定灌电流之后，配置所述开关电容转换器以离开所述第一固定PWM模式并进入所述跳跃模式，其中，所述第一固定PWM模式为1∶2固定PWM模式且所述跳跃模式为2∶1跳跃模式。11.一种方法，包括：将开关电容功率转换器的输入端耦合到电池，并且将所述开关电容功率转换器的输出端耦合到系统负载和充电器；配置所述开关电容转换器以在1∶2固定PWM模式下运行，以对所述电池充电；配置所述开关电容转换器以在2∶1固定PWM模式下运行，以对所述电池放电；以及配置所述开关电容转换器以在轻负载运行条件下在2∶1跳跃模式下运行，其中，所述开关电容转换器基于所述开关电容转换器的输出电压与多个预定电压阈值之间的比较而在不同模式之间自动转换。12....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成，詹福春，刘雨石，
申请(专利权)人：上海伏达半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：