[发明专利]一种DC/DC电源转换系统

说明书

本发明公开了一种DC/DC电源转换系统，包括第一功率开关和第二功率开关；所述第一功率开关包括有至少四个串联的电源开关，所述第二功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第二功率开关的第一及第三电源开关由第一占空比控制，且所述第二功率开关的第二及第四电源开关由第二占空比控制；还包括两组分别作用于第一功率开关和第二功率开关的谐振组件、分别用于平均来自第一功率开关和第二功率开关的开关电压的第一输出滤波电感器和第二输出滤波电感器、以及作用于其中一组谐振组件的第五电源开关；具有更高的转换效率，更少的外部组件及更小的PCB面积。

技术领域

本发明涉及DC-DC功率转换的技术领域，涉及一种基于电荷泵的DC / DC转换器基础上构成的电池充电系统。

背景技术

现代智能手机通常需要两种电源为电池充电：无线电源和USB电源。为了实现高效率和低成本地给电池充电，输入电源的电压可以高达20V（例如基于USB PD的适配器或无线快冲）。但是，单节电池的最大电压小于5V，为了最大程度地减少电池充电过程中的功率损耗，需要高效的DC/DC转换以将USB和无线电源的电压降低至5V或更低。基于电荷泵的DC/DC转换器技术可以在降压2:1或升压1:2的情况下以高达98％的效率实现这种电压转换，而对于单节电池供电的系统，需要两个基于电荷泵的转换器级联（先4:2、再2:1）将高输入电压（最高20V）转换为单节电池电压（最高5V）。由于基于电荷泵的DC/DC转换器始终在开环下运行，因此需要额外的开关电源充电器来执行电池预充电和CV模式充电，来完成整个电池充电周期。在图1显示了上述中描述的典型的单节电池充电系统。这种架构需要两级转换芯片，以及负责预充电和CV模式的开关充电芯片，从而导致许多外部组件以及较大的PCB面积。

对于串联连接的两节电池，需要单级转换（4:2）才能实现高效充电操作，因为与单节电池相比，电池电压增加了一倍。但是需要额外的降压电压转换器（例如2:1）从两节电池电压转换为单节电池电压，以满足约4.5V的最大系统电源电压的要求。图2显示了现代智能手机中典型的两节电池充电系统。在图2中，有两种电源：无线电源和USB电源。为了高效地对电池充电，电源电压可以高达20V。但是双电池的最大电压小于10V。降低高输入电压的方法有多种，基于电荷泵的DC/DC转换是此类应用中的主要技术，可实现高达98％的效率；此系统还需要支持从USB输入的1:1工作模式直接给电池充电，以支持传统的直接充电适配器。这要求基于电荷泵的系统必须在1:1直通模式下运行。在只使用DCP适配器的情况下，由于输入电压只有5V，此系统中还需要降压-升压型（Buck-Boost）的充电芯片。这种充电架构需要两个DC/DC转换器和一个Buck-Boost开关电源充电器，从而导致许多外部组件以及较大的PCB面积。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种DC/DC电源转换系统，能提供高频、高效率的工作模式、在开环工作时有不同的转换比、在闭环工作时能精确控制输出电压或电流、也能工作在直通模式。

为了实现上述的目的，本发明所提供的一种DC/DC电源转换系统，包括第一功率开关和第二功率开关；所述第一功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第一功率开关的第一及第三电源开关由第一占空比控制，且所述第一功率开关的第二及第四电源开关由第二占空比控制；所述第二功率开关包括有至少四个串联的电源开关，其中，所述第二功率开关的第一及第三电源开关由第一占空比控制，且所述第二功率开关的第二及第四电源开关由第二占空比控制；所述第一占空比和第二占空比为互补驱动信号；还包括两组分别作用于第一功率开关和第二功率开关的谐振组件、分别用于平均来自第一功率开关和第二功率开关的开关电压的第一输出滤波电感器和第二输出滤波电感器、以及作用于其中一组谐振组件的第五电源开关。

进一步，还包括至少一个第一输出滤波电容器，所述第一功率开关的第一中心点与第二功率开关的第二中心点耦合在一起与第一输出滤波电容器耦合。

进一步，还包括至少一个第二输出滤波电容器，所述第二输出滤波电容器分别串联耦合至第一输出滤波电感器和第二输出滤波电感器。