包含双向直流变换器的电源电路及其控制方法技术

公开了一种包含双向直流变换器的电源电路及其控制方法。该电源电路包括：第一端子，用于耦接外部电源；第二端子，用于耦接负载；第三端子，用于耦接电池；串联耦接在第一端子和第二端子之间的第一半导体开关和第二半导体开关；以及模式切换模块，分别与第一半导体开关、第二半导体开关和双向直流变换器耦接，其中，双向直流变换器耦接在第一半导体开关和第二半导体开关的中间节点与第三端子之间，并且可以在用于给电池充电的第一工作模式和用于从电池向负载供电的第二工作模式之间切换。该电源电路利用模式切换模块分别操作第一半导体开关和第二半导体开关，可以在一个半导体芯片中提供充电和供电功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源电路及其控制方法，具体地涉及包含双向直流变换器的电源电路 及其控制方法。
技术介绍
诸如手机和可穿戴电子设备（例如，头戴式显示设备）的便携式电子产品得到了 广泛的应用。随着便携式电子产品的功能越来越强大，其耗电量也越来越大。便携式电子 产品的使用时间受到电池电量的限制，从而影响了用户的使用体验。移动电源兼具充电和 供电功能，可以作为便携式电子产品的辅助电源电路设备。移动电源通常包括电源电路和 附加的电池（例如，锂离子电池）。 图1给出了现有技术中用于移动电源的电源电路的示意性框图。如图1所示，移 动电源可以包括电源电路和电池103。电源电路包括充电电路104和开关电路105。电池 103串联耦接在充电电路104和开关电路105之间。此外，充电电路104还与外部电源101 耦接，开关电路105还与负载102耦接。在正常工作状态下，充电电路104的输入端接入外 部电源101，使得外部电源101 -边通过充电电路104给电池103充电，还一边通过开关电 路105给负载102供电。在充电电路104的输入端没有接入外部电源101时，电池103直 接给负载102供电。 在这种现有技术的电源电路中，电池103串联耦接在充电电路104和开关电路105 之间。因此，充电电路104和开关电路105必须集成在各自的半导体芯片中。在移动电源 中必须包含两个或更多个半导体芯片，这不仅导致电路结构的复杂化，而且由于外部电连 接而引入可靠性问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种包含双向直流变换器的电源电路及其控制 方法，可以在一个半导体芯片中提供充电和供电功能。 根据本专利技术的一方面，提供一种包含双向直流变换器的电源电路，包括：第一端 子，用于耦接外部电源；第二端子，用于耦接负载；第三端子，用于耦接电池；串联耦接在所 述第一端子和所述第二端子之间的第一半导体开关和第二半导体开关；以及模式切换模 块，分别与所述第一半导体开关、所述第二半导体开关和所述双向直流变换器耦接，其中， 所述双向直流变换器耦接在所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的中间节点与所 述第三端子之间，并且可以在用于给所述电池充电的第一工作模式和用于从所述电池向所 述负载供电的第二工作模式之间切换。 优选地，在所述电源电路中，所述模式切换模块用于控制所述第一半导体开关和 所述第二半导体开关的开关状态，以及用于切换所述双向直流变换器的工作模式。 优选地，在所述电源电路中，在启动所述电源电路时，如果检测到所述外部电源， 所述模式切换模块控制所述第一半导体开关和所述第二半导体开关均导通，并控制所述双 向直流变换器以所述第一工作模式运行，以及在启动所述电源电路时，如果未检测到所述 外部电源，所述模式切换模块控制所述第一半导体开关断开和所述第二半导体开关导通， 并控制所述双向直流变换器以所述第二工作模式运行。 优选地，在所述电源电路中，在所述双向直流变换器以所述第一工作模式运行期 间，当未检测到所述外部电源时，所述模式切换模块停止所述双向直流变换器的工作且断 开所述第一半导体开关，然后所述双向直流变换器才开始以所述第二工作模式运行，以及 在所述双向直流变换器以所述第二工作模式运行期间，当检测到所述外部电源时，所述模 式切换模块停止所述双向直流变换器的工作且导通所述第一半导体开关，然后所述双向直 流变换器才开始以所述第一工作模式运行。 优选地，在所述电源电路中，在所述双向直流变换器以所述第一工作模式运行期 间，所述模式切换模块可以断开所述第二半导体开关，使得来自所述外部电源的电能全部 供给所述电池充电。 优选地，在所述电源电路中，在所述外部电源、所述负载和所述电池中的任一个短 路时，所述模式切换模块断开所述第一半导体开关、所述第二半导体开关和所述双向直流 变换器中的相应一个，从而启动对所述电源电路的保护功能。 优选地，在所述电源电路中，在启动对所述电源电路的保护功能时，仍然维持所述 电源电路给所述电池充电和向所述负载供电的功能至少之一。 优选地，所述电源电路还包括：耦接在所述双向直流变换器和所述第三端子之间 的第三半导体开关，其中，所述模式切换模块还用于控制所述第三半导体开关的开关状态。 优选地，在所述电源电路中，在所述双向直流变换器的输出短路时，所述模式切换 模块断开所述第三半导体开关，从而启动对所述电源电路的保护功能。 优选地，在所述电源电路中，在所述外部电源超过额定输入电压时，所述模式切换 模块断开所述第二半导体开关。 优选地，在所述电源电路中，在所述外部电源超过额定输入电压时，所述模式切换 模块使得所述第二半导体开关工作在线性状态，将输出给所述负载的电压箝位在期望的安 全电压之下。 优选地，所述电源电路还包括：至少一个附加的端子，每一个所述附加的端子具有 各自的输出电压，并且用于耦接各自的负载。 优选地，所述电源电路还包括：与至少一个所述附加的端子耦接的线性电压调节 器，用于从所述外部电源和所述电池产生其输出电压。 优选地，在所述电源电路中，所述双向直流变换器包括：串联耦接在一起的高侧半 导体开关和低侧半导体开关；磁性元件，耦接至所述高侧半导体开关和所述低侧半导体开 关的中间节点；以及开关控制模块，分别控制所述高侧半导体开关和所述低侧半导体开关 的导通或断开。 优选地，在所述电源电路中，所述第一工作模式为同步降压工作模式，所述第二工 作模式为同步升压工作模式。 优选地，在所述电源电路中，所述高侧半导体开关和所述低侧半导体开关中的任 一个是选自绝缘栅双极晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管中的一种。 优选地，在所述电源电路中，所述高侧半导体开关和所述低侧半导体开关中的任 一个由单个的MOSFET构成，其体二极管作为反并二极管。 优选地，在所述电源电路中，所述高侧半导体开关包括相同类型的第一 MOSFET和 第二M0SFET，所述第一MOSFET的源极与所述第二MOSFET的源极彼此耦接在一起，并且各自 的体二极管作为反并二极管。 优选地，在所述电源电路中，所述高侧半导体开关包括相同类型的第一 MOSFET和 第二M0SFET，所述第一MOSFET的漏极与所述第二MOSFET的漏极彼此耦接在一起，并且各自 的体二极管作为反并二极管。 优选地，在所述电源电路中，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的任 一个是选自绝缘栅双极晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管中的一种。 优选地，在所述电源电路中，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的任 一个由单个的MOSFET构成，其体二极管作为反并二极管。 优选地，在所述电源电路中，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的 任一个包括相同类型的第一 MOSFET和第二M0SFET，所述第一 MOSFET的源极与所述第二 MOSFET的源极彼此耦接在一起，并且各自的体二极管作为反并二极管。 优选地，在所述电源电路中，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的 任一个包括相同类型的第一 MOSFET和第二M0SFET，所述第一 MOSFET的漏极与所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含双向直流变换器的电源电路，包括：第一端子，用于耦接外部电源；第二端子，用于耦接负载；第三端子，用于耦接电池；串联耦接在所述第一端子和所述第二端子之间的第一半导体开关和第二半导体开关；以及模式切换模块，分别与所述第一半导体开关、所述第二半导体开关和所述双向直流变换器耦接，其中，所述双向直流变换器耦接在所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的中间节点与所述第三端子之间，并且可以在用于给所述电池充电的第一工作模式和用于从所述电池向所述负载供电的第二工作模式之间切换。

【技术特征摘要】
2014.04.23 CN 201410166959.21. 一种包含双向直流变换器的电源电路，包括： 第一端子，用于耦接外部电源； 第二端子，用于耦接负载； 第三端子，用于耦接电池； 串联耦接在所述第一端子和所述第二端子之间的第一半导体开关和第二半导体开关； 以及 模式切换模块，分别与所述第一半导体开关、所述第二半导体开关和所述双向直流变 换器耦接， 其中，所述双向直流变换器耦接在所述第一半导体开关和所述第二半导体开关的中间 节点与所述第三端子之间，并且可以在用于给所述电池充电的第一工作模式和用于从所述 电池向所述负载供电的第二工作模式之间切换。2. 根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述模式切换模块用于控制所述第一半导 体开关和所述第二半导体开关的开关状态，以及用于切换所述双向直流变换器的工作模 式。3. 根据权利要求2所述的电源电路，其中，在启动所述电源电路时，如果检测到所述外 部电源，所述模式切换模块控制所述第一半导体开关和所述第二半导体开关均导通，并控 制所述双向直流变换器以所述第一工作模式运行，以及 在启动所述电源电路时，如果未检测到所述外部电源，所述模式切换模块控制所述第 一半导体开关断开和所述第二半导体开关导通，并控制所述双向直流变换器以所述第二工 作模式运行。4. 根据权利要求2所述的电源电路，其中，在所述双向直流变换器以所述第一工作模 式运行期间，当未检测到所述外部电源时，所述模式切换模块停止所述双向直流变换器的 工作且断开所述第一半导体开关，然后所述双向直流变换器才开始以所述第二工作模式运 行，以及 在所述双向直流变换器以所述第二工作模式运行期间，当检测到所述外部电源时，所 述模式切换模块停止所述双向直流变换器的工作且导通所述第一半导体开关，然后所述双 向直流变换器才开始以所述第一工作模式运行。5. 根据权利要求2所述的电源电路，其中，在所述双向直流变换器以所述第一工作模 式运行期间，所述模式切换模块可以断开所述第二半导体开关，使得来自所述外部电源的 电能全部供给所述电池充电。6. 根据权利要求2所述的电源电路，其中，在所述外部电源、所述负载和所述电池中的 任一个短路时，所述模式切换模块断开所述第一半导体开关、所述第二半导体开关和所述 双向直流变换器中的相应一个，从而启动对所述电源电路的保护功能。7. 根据权利要求6所述的电源电路，其中，在启动对所述电源电路的保护功能时，仍然 维持所述电源电路给所述电池充电和向所述负载供电的功能至少之一。8. 根据权利要求2所述的电源电路，还包括：耦接在所述双向直流变换器和所述第三 端子之间的第三半导体开关，其中，所述模式切换模块还用于控制所述第三半导体开关的 开关状态。9. 根据权利要求8所述的电源电路，其中，在所述双向直流变换器的输出短路时，所述 模式切换模块断开所述第三半导体开关，从而启动对所述电源电路的保护功能。10. 根据权利要求2所述的电源电路，其中，在所述外部电源超过额定输入电压时，所 述模式切换模块断开所述第二半导体开关。11. 根据权利要求2所述的电源电路，其中，在所述外部电源超过额定输入电压时，所 述模式切换模块使得所述第二半导体开关工作在线性状态，将输出给所述负载的电压箝位 在期望的安全电压之下。12. 根据权利要求2所述的电源电路，还包括：至少一个附加的端子，每一个所述附加 的端子具有各自的输出电压，并且用于耦接各自的负载。13. 根据权利要求12所述的电源电路，还包括：与至少一个所述附加的端子耦接的线 性电压调节器，用于从所述外部电源和所述电池产生其输出电压。14. 根据权利要求1所述的电源电路，其中所述双向直流变换器包括： 串联稱接在一起的1?侧半导体开关和低侧半导体开关； 磁性元件，耦接至所述高侧半导体开关和所述低侧半导体开关的中间节点；以及 开关控制模块，分别控制所述高侧半导体开关和所述低侧半导体开关的导通或断开。15. 根据权利要求14所述的电源电路，其中所述第一工作模式为同步降压工作模式， 所述第二工作模式为同步升压工作模式。16. 根据权利要求14所述的电源电路，其中所述高侧半导体开关和所述低侧半导体开 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晨，张凌栋，
申请(专利权)人：矽力杰半导体技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33