用于多单元串联电池充电的多输出开关模式电源的制作方法

本公开的某些方面大体上涉及电子电路，更具体地涉及用于使用耦合至多单元串联电池的多输出开关模式电源(smps)转换功率的方法和装置。

背景技术：

1、无论负载电流或输入电压如何变化，电压调节器都能理想地提供恒定的直流(dc)输出电压。电压调节器可以被分类为线性调节器或开关调节器。虽然线性调节器往往相对紧凑，但许多应用可能会受益于开关调节器的效率提高。例如，线性调节器可以由低压差(ldo)调节器来实施。开关调节器(也称为“开关转换器”或“转换开关(switcher)”)可以由例如开关模式电源(smps)来实施，诸如降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器或电荷泵。

2、例如，降压转换器是一种smps，通常包括：(1)耦合在相对较高电压轨与开关节点之间的高侧开关，(2)耦合在开关节点与相对较低电压轨之间的低侧开关，以及(3)耦合在开关节点与负载(例如，由分流电容元件表示)之间的电感器。高侧开关和低侧开关通常用晶体管来实施，尽管低侧开关可以备选地用二极管来实施。

3、电荷泵是一种类型的smps，通常包括至少一个开关设备，用于通过电容器控制跨负载的供应电压的连接。例如，在倍压器(也称为“二倍压(x2)电荷泵”)中，电荷泵电路的电容器最初可以被连接在供应两端，将电容器充电到供应电压。电荷泵电路然后可以被重新配置为将电容器与供应和负载串联连接，从而使负载两端的电压加倍。该两阶段循环以电荷泵的开关频率重复。取决于电路拓扑，电荷泵可以被用于将电压乘以或除以整数或小数。

4、功率管理集成电路(功率管理ic或pmic)被用于管理主机系统的功率方案，并且可以包括和/或控制一个或多个电压调节器(例如，升压转换器或电荷泵)。pmic可以被用于电池操作的设备，诸如移动电话、平板计算机、膝上型计算机、可穿戴设备等，以控制设备中的功率的流动和方向。pmic可以执行设备的各种功能，诸如dc到dc转换(例如，使用上述电压调节器)、电池充电、电源选择、电压缩放、功率定序等。

技术实现思路

1、本公开的系统、方法和设备分别具有多个方面，其中没有单个方面单独对其期望的属性负责。在不限制如以下权利要求所表达的本公开的范围的情况下，一些特征现在将被简要讨论。在考虑了这一讨论之后，特别是在阅读了标题为“具体实施方式”的章节之后，人们将理解本公开的特征如何提供本文描述的优点。

2、本公开的某些方面大体上涉及耦合至多单元串联电池的多输出开关模式电源(smps)电路，诸如耦合至两单元串联(2s)电池的双输出三电平降压转换器。备选地，这种电路可以反向地用作多输入smps电路，它从多单元串联电池(诸如耦合至双输入两电平升压转换器的2s电池)接收功率。

3、本公开的某些方面涉及一种电源电路。该电源电路通常包括：开关模式电源电路，具有输入节点和输出节点；电池，包括串联连接的多个单元；电荷泵电路，具有第一端子和第二端子，电荷泵电路的第二端子耦合至电池；第一开关，耦合在开关模式电源电路的输出节点与电荷泵电路的第一端子之间；以及第二开关，耦合在开关模式电源电路的输出节点与电荷泵电路的第二端子之间。

4、本公开的某些方面提供了一种功率管理集成电路(pmic)，包括上述电源电路的至少一部分。

5、本公开的某些方面提供了一种电池充电电路，包括上述电源电路。

6、本公开的某些方面涉及一种电源电路。该电源电路通常包括：开关模式电源电路，具有输入节点和输出节点；电荷泵电路，具有第一端子和第二端子；第一开关，耦合在开关模式电源电路的输出节点与电荷泵电路的第一端子之间；以及第二开关，耦合在开关模式电源电路的输出节点与电荷泵电路的第二端子之间。

7、本公开的某些方面涉及一种供电方法。该方法通常包括：操作开关模式电源电路；以及将电流选择性地路由通过第一开关或通过第二开关，该第一开关耦合在开关模式电源电路的第一节点与电荷泵电路的第一端子之间，该第二开关耦合在开关模式电源电路的第一节点与电荷泵电路的第二端子之间。

8、为了实现前述和相关目标，一个或多个方面包括在下文中充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。以下描述和所附附图详细陈述了一个或多个方面的某些说明性特征。然而，这些特征仅指示各个方面的原理可以被采用的多种方式中的几种。

技术特征：

1.一种电源电路，包括：

2.根据权利要求1所述的电源电路，还包括：电池，所述电池包括串联连接的多个单元，其中所述电荷泵电路的所述第二端子耦合至所述电池。

3.根据权利要求2所述的电源电路，其中当所述输入节点处的输入电压小于所述电池的电池电压时，所述第一开关被配置为闭合，并且所述第二开关被配置为断开。

4.根据权利要求3所述的电源电路，其中当所述输入节点处的所述输入电压小于所述电池的所述电池电压时，所述电荷泵电路被配置作为从所述电荷泵电路的所述第一端子到所述第二端子的二倍压电荷泵。

5.根据权利要求2所述的电源电路，其中当所述输入节点处的输入电压大于所述电池的电池电压时，所述第一开关被配置为断开，并且所述第二开关被配置为闭合。

6.根据权利要求5所述的电源电路，其中当所述输入节点处的所述输入电压大于所述电池的所述电池电压时，所述电荷泵电路被配置作为从所述电荷泵电路的所述第二端子到所述第一端子的二分压电荷泵。

7.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述电源电路被配置为以反向模式操作，并且其中在所述反向模式下，所述第一开关被配置为闭合，并且所述第二开关被配置为断开。

8.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述电源电路被配置为以反向模式操作，并且其中在所述反向模式下，所述第一开关被配置为断开，并且所述第二开关被配置为闭合。

9.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述第一开关和所述第二开关包括n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管。

10.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述开关模式电源电路包括：

11.根据权利要求10所述的电源电路，其中所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管包括n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管。

12.根据权利要求1所述的电源电路，还包括：并联充电器，所述并联充电器耦合在所述开关模式电源电路的所述输入节点与所述电荷泵电路的所述第二端子之间。

13.一种功率管理集成电路(pmic)，包括根据权利要求1所述的电源电路的至少一部分。

14.一种供电方法，包括：

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：对电池进行充电，其中所述操作包括以正向模式操作所述开关模式电源电路，其中所述电池包括串联连接的多个单元，并且其中所述电池耦合至所述第二开关和所述电荷泵电路的所述第二端子。

16.根据权利要求15所述的方法，其中当所述开关模式电源电路的第二节点处的输入电压小于所述电池的电池电压时，所述选择性地路由包括闭合所述第一开关并且断开所述第二开关。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：当所述开关模式电源电路的所述第二节点处的所述输入电压小于所述电池的所述电池电压时，将所述电荷泵电路作为从所述电荷泵电路的所述第一端子到所述第二端子的二倍压电荷泵来操作。

18.根据权利要求15所述的方法，其中当所述开关模式电源电路的第二节点处的输入电压大于所述电池的电池电压时，所述选择性地路由包括断开所述第一开关并且闭合所述第二开关。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：当所述开关模式电源电路的所述第二节点处的所述输入电压大于所述电池的所述电池电压时，将所述电荷泵电路作为从所述电荷泵电路的所述第二端子到所述第一端子的二分压电荷泵来操作。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括：经由以下至少一项接收功率以对所述电池进行充电：

21.根据权利要求14所述的方法，其中：

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：将所述电荷泵电路作为从所述电荷泵电路的所述第二端子到所述第一端子的二分压电荷泵来操作。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括：从电池接收功率，其中：

24.根据权利要求14所述的方法，其中：

技术总结
用于使用耦合至多单元串联电池的多输出开关模式电源(SMPS)转换功率的方法和装置，诸如使用耦合至其的双输出三电平降压转换器对双单元串联(2S)电池充电，或者使用从多单元串联电池接收功率的多输入SMPS电路。一个示例电源电路通常包括：开关模式电源电路，具有输入节点和输出节点；电池，包括串联连接的多个单元；电荷泵电路，具有第一端子和第二端子，电荷泵电路的第二端子耦合至电池；第一开关，耦合在开关模式电源电路的输出节点与电荷泵电路的第一端子之间；以及第二开关，耦合在开关模式电源电路的输出节点与电荷泵电路的第二端子之间。

技术研发人员：C·昆,郭国勇
受保护的技术使用者：高通股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15