[發明專利]一種DC/DC電源轉換系統

有效

• 申請號: 202010410475.3
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111313707B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 范俊;陶海;趙亮
• 申請（專利權）人: 廣東希荻微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02J7/00
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司 44228
• 代理人: 高崇

本發明公開了一種DC/DC電源轉換系統，包括第一功率開關和第二功率開關；所述第一功率開關包括有至少四個串聯的電源開關，所述第二功率開關包括有至少四個串聯的電源開關，其中，所述第二功率開關的第一及第三電源開關由第一占空比控制，且所述第二功率開關的第二及第四電源開關由第二占空比控制；還包括兩組分別作用于第一功率開關和第二功率開關的諧振組件、分別用于平均來自第一功率開關和第二功率開關的開關電壓的第一輸出濾波電感器和第二輸出濾波電感器、以及作用于其中一組諧振組件的第五電源開關；具有更高的轉換效率，更少的外部組件及更小的PCB面積。

技術領域

本發明涉及DC-DC功率轉換的技術領域，涉及一種基于電荷泵的DC / DC轉換器基礎上構成的電池充電系統。

背景技術

現代智能手機通常需要兩種電源為電池充電：無線電源和USB電源。為了實現高效率和低成本地給電池充電，輸入電源的電壓可以高達20V（例如基于USB PD的適配器或無線快沖）。但是，單節電池的最大電壓小于5V，為了最大程度地減少電池充電過程中的功率損耗，需要高效的DC/DC轉換以將USB和無線電源的電壓降低至5V或更低?；陔姾杀玫腄C/DC轉換器技術可以在降壓2:1或升壓1:2的情況下以高達98％的效率實現這種電壓轉換，而對于單節電池供電的系統，需要兩個基于電荷泵的轉換器級聯（先4:2、再2:1）將高輸入電壓（最高20V）轉換為單節電池電壓（最高5V）。由于基于電荷泵的DC/DC轉換器始終在開環下運行，因此需要額外的開關電源充電器來執行電池預充電和CV模式充電，來完成整個電池充電周期。在圖1顯示了上述中描述的典型的單節電池充電系統。這種架構需要兩級轉換芯片，以及負責預充電和CV模式的開關充電芯片，從而導致許多外部組件以及較大的PCB面積。

對于串聯連接的兩節電池，需要單級轉換（4:2）才能實現高效充電操作，因為與單節電池相比，電池電壓增加了一倍。但是需要額外的降壓電壓轉換器（例如2:1）從兩節電池電壓轉換為單節電池電壓，以滿足約4.5V的最大系統電源電壓的要求。圖2顯示了現代智能手機中典型的兩節電池充電系統。在圖2中，有兩種電源：無線電源和USB電源。為了高效地對電池充電，電源電壓可以高達20V。但是雙電池的最大電壓小于10V。降低高輸入電壓的方法有多種，基于電荷泵的DC/DC轉換是此類應用中的主要技術，可實現高達98％的效率；此系統還需要支持從USB輸入的1:1工作模式直接給電池充電，以支持傳統的直接充電適配器。這要求基于電荷泵的系統必須在1:1直通模式下運行。在只使用DCP適配器的情況下，由于輸入電壓只有5V，此系統中還需要降壓-升壓型（Buck-Boost）的充電芯片。這種充電架構需要兩個DC/DC轉換器和一個Buck-Boost開關電源充電器，從而導致許多外部組件以及較大的PCB面積。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種DC/DC電源轉換系統，能提供高頻、高效率的工作模式、在開環工作時有不同的轉換比、在閉環工作時能精確控制輸出電壓或電流、也能工作在直通模式。

為了實現上述的目的，本發明所提供的一種DC/DC電源轉換系統，包括第一功率開關和第二功率開關；所述第一功率開關包括有至少四個串聯的電源開關，其中，所述第一功率開關的第一及第三電源開關由第一占空比控制，且所述第一功率開關的第二及第四電源開關由第二占空比控制；所述第二功率開關包括有至少四個串聯的電源開關，其中，所述第二功率開關的第一及第三電源開關由第一占空比控制，且所述第二功率開關的第二及第四電源開關由第二占空比控制；所述第一占空比和第二占空比為互補驅動信號；還包括兩組分別作用于第一功率開關和第二功率開關的諧振組件、分別用于平均來自第一功率開關和第二功率開關的開關電壓的第一輸出濾波電感器和第二輸出濾波電感器、以及作用于其中一組諧振組件的第五電源開關。

進一步，還包括至少一個第一輸出濾波電容器，所述第一功率開關的第一中心點與第二功率開關的第二中心點耦合在一起與第一輸出濾波電容器耦合。

進一步，還包括至少一個第二輸出濾波電容器，所述第二輸出濾波電容器分別串聯耦合至第一輸出濾波電感器和第二輸出濾波電感器。