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1、10申请公布号CN104092277A43申请公布日20141008CN104092277A21申请号201410174091022申请日20140425201410166959220140423CNH02J7/3420060171申请人矽力杰半导体技术杭州有限公司地址310012浙江省杭州市文三路90号东部软件园科技大厦A150172发明人赵晨张凌栋74专利代理机构北京成创同维知识产权代理有限公司11449代理人蔡纯刘锋54发明名称包含双向直流变换器的电源电路及其控制方法57摘要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。
2、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。66本国优先权数据51INTCL权利要求书3页说明书9页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书9页附图2页10申请公布。
3、号CN104092277ACN104092277A1/3页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。
4、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。
5、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。
6、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，所述权利要求书CN104092277A2/3页3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，。
7、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耦接在一起的高侧半导体开。
8、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。17根据权利要求16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。18根据权利要求16所述的电源电路。
9、，其中，所述高侧半导体开关包括相同类型的第一MOSFET和第二MOSFET，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。19根据权利要求16所述的电源电路，其中，所述高侧半导体开关包括相同类型的第一MOSFET和第二MOSFET，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。20根据权利要求1所述的电源电路，其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。21根据权利要求20所述的电源电路，其中所述第一半导体开关。
10、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。22根据权利要求20所述的电源电路，其中，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MOSFET，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。23根据权利要求20所述的电源电路，其中，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MOSFET，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。24一种电源电路的控制方法，所。
11、述电源电路的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，所述方法包括检测所述外部电源、所述负载和所述电池的状态；以及权利要求书CN104092277A3/3页4根据所述外部电源、所述负载和所述电池的状态变化，所述电源电路使得双向直流变换器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。25根据权利要求24所述的控制方法，其中所述切换的步骤包括在启动所述电源电路时，如果检测到所述外部电源，所述电源电路耦接所述外部电源和所述负载，并且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，所述电。
12、源电路断开所述外部电源以及耦接所述负载，并且所述双向直流变换器以所述第二工作模式运行。26根据权利要求24所述的控制方法，其中所述切换的步骤包括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，停止所述双向直流变换器的工作且断开所述外部电源，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，停止所述双向直流变换器的工作且耦接所述外部电源，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。27根据权利要求24所述的控制方法，其中所述切换的步骤包括在所述双向直流变换器以所述第一工作模式运行期间，。
13、可以断开所述负载，使得来自所述外部电源的电能全部供给所述电池充电。28根据权利要求24所述的控制方法，其中所述切换的步骤包括在所述外部电源、所述负载和所述电池中的任一个短路时，断开所述外部电源、所述负载和所述电池中的相应一个，从而启动对所述电源电路的保护功能。29根据权利要求28所述的控制方法，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。30根据权利要求24所述的控制方法，其中所述切换的步骤包括在所述外部电源超过额定输入电压时，断开所述负载。31根据权利要求24所述的控制方法，其中所述切换的步骤包括在所述外部电源超过额定输入电压时，。
14、将输出给所述负载的电压箝位在期望的安全电压之下。32根据权利要求24所述的控制方法，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。权利要求书CN104092277A1/9页5包含双向直流变换器的电源电路及其控制方法技术领域0001本发明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。背景技术0002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。
15、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。0003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101一边通过充电电路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10。
16、3直接给负载102供电。0004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。发明内容0005有鉴于此，本发明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。0006根据本发明的一方面，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。
17、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。0007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。0008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。
18、第二半导体开关均导通，并控制所述双说明书CN104092277A2/9页6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。0009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。
19、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。0010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。0011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。0012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。
20、述负载供电的功能至少之一。0013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。0014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。0015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。0016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。
21、。0017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。0018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。0019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。0020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。0。
22、021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。0022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说明书CN104092277A3/9页7一个由单个的MOSFET构成，其体二极管作为反并二极管。0023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MOSFET，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。0024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MOSF。
23、ET和第二MOSFET，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。0025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。0026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。0027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MOSFET，所述第一MOSFET的源极与所述第二MOSFET的源极彼此耦接。
24、在一起，并且各自的体二极管作为反并二极管。0028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MOSFET，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。0029根据本发明的另一方面，提供一种电源电路的控制方法，所述电源电路的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，所述方法包括检测所述外部电源、所述负载和所述电池的状态；以及根据所述外部电源、所述负载和所述电池的状态变化，所述电源电路使得双向直流变换器在用于给所述电池充电的第一工作模式和用于从。
25、所述电池向所述负载供电的第二工作模式之间切换。0030优选地，在所述控制方法中，所述切换的步骤包括在启动所述电源电路时，如果检测到所述外部电源，所述电源电路耦接所述外部电源和所述负载，并且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，所述电源电路断开所述外部电源以及耦接所述负载，并且所述双向直流变换器以所述第二工作模式运行。0031优选地，在所述控制方法中，所述切换的步骤包括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，停止所述双向直流变换器的工作且断开所述外部电源，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，。
26、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，停止所述双向直流变换器的工作且耦接所述外部电源，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。0032优选地，在所述控制方法中，所述切换的步骤包括在所述双向直流变换器以所述第一工作模式运行期间，断开所述负载，使得来自所述外部电源的电能全部供给所述电池充电。0033优选地，在所述控制方法中，所述切换的步骤包括在所述外部电源、所述负载和所述电池中的任一个短路时，断开所述外部电源、所述负载和所述电池中的相应一个，从而启动对所述电源电路的保护功能。说明书CN104092277A4/9页80034优选地，在所述控制方法中，。
27、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。0035优选地，在所述控制方法中，所述切换的步骤包括在所述外部电源超过额定输入电压时，断开所述负载。0036优选地，在所述控制方法中，所述切换的步骤包括在所述外部电源超过额定输入电压时，将输出给所述负载的电压箝位在期望的安全电压之下。0037优选地，在所述控制方法中，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。0038根据本发明的电源电路及其控制方法，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。由于第一半导体开关、。
28、第二半导体开关和双向直流变换器由模式切换模块协同控制，因此，在不同功能之间切换时，可以保护外部电源、负载、电池以及双向直流变换器本身，使得不同功能之间的切换平滑，减少对电源电路和外部元件的不利影响。0039在优选的实施例中，在外部电源、负载和电池中的任一个短路时，所述模式切换模块断开第一半导体开关、第二半导体开关和双向直流变换器中的相应一个，从而启动对电源电路的保护功能。即使外部电源、负载和电池中的任一个短路，也可以保护外部电源、负载和电池中的其他元件以及电源电路自身，并且仍然可以维持电源电路给电池充电和向负载供电的功能至少之一。0040在优选的实施例中，在双向直流变换器以第一工作模式运行期间。
29、，当用户选择快速充电功能时，模式切换模块可以断开第二半导体开关，使得来自外部电源的电能全部供给电池充电。直到电池充满，模式切换模块才使得第二半导体开关重新导通，继续从外部电源向负载供电。因此，该电源电路可以实现快速充电。附图说明0041通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中0042图1示出根据现有技术的电源电路的示意性框图；0043图2示出根据本发明的第一实施例的电源电路的示意性框图；0044图3示出根据本发明的第二实施例的电源电路的示意性框图；0045图4示出在根据本发明的电源电路中使用的双向直流变换器的示意性框图；0046图5示出在根。
30、据本发明的电源电路中使用的半导体开关的实例；以及0047图6示出根据本发明的实施例的电源电路的控制方法的流程图。具体实施方式0048以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。在不同的附图中，采用相同或类似的附图标记表示相同或类似的元件。0049应当理解，当称元件“耦接”或“连接”另一元件时，它可以是直接耦接或连接到另说明书CN104092277A5/9页9一元件或者可以存在中间元件，元件之间的耦接可以是物理上的、逻辑上的、或。
31、者其结合。相反，当称元件“直接耦接”或“直接连接”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。0050图2示出根据本发明的第一实施例的电源电路的示意性框图。如图2所示，移动电源可以包括电源电路和电池103。电源电路包括第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、双向直流变换器204以及模式切换模块205。第一半导体开关S1和第二半导体开关S2串联耦接在外部电源101和负载102之间。双向直流变换器204耦接在第一半导体开关S1和第二半导体开关S2之间的中间节点与电池103之间。模式切换模块205分别与第一半导体开关S1、第二半导体开关S2和双向直流变换器204耦接。第一半导体开关S1与外部电源101耦接。
32、的一端作为电源电路的第一端子，第二半导体开关S2与负载102耦接的一端作为电源电路的第二端子，双向直流变换器204与电池103耦接的一端作为电源电路的第三端子。除了少量的分立元件之外，电源电路可以集成在一个半导体芯片中。0051负载102可以是手机和可穿戴电子设备例如，头戴式显示设备中的一种。电池103是可充放电的任一种蓄电元件，例如锂离子电池。第一半导体开关S1和第二半导体开关S2可以是选自绝缘栅双极晶体管IGBT和金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET中的一种。0052可以根据第一端子的输入电流以判定外部电源101是否存在。例如，当输入电流大于零时，则判定第一端子耦接至外部电源101，而。
33、当输入电流等于零时，则判定第一端子未耦接至外部电源101。0053在启动电源电路时，模式切换模块205根据外部电源101的存在状态，控制第一半导体开关S1和第二半导体开关S2的开关状态以及双向直流变换器204的工作模式。如果检测到外部电源101的存在，则模式切换模块205控制第一半导体开关S1和第二半导体开关S2均导通，双向直流变换器204以第一工作模式例如同步降压工作模式运行。电池103两端的电压将低于外部电源101的供电电压，从而外部电源101通过双向直流变换器204给电池103充电。第二半导体开关S2导通，使得在给电池103充电的同时，利用来自外部电源101的一部分电能向负载102供电。。
34、如果外部电源101不存在，或者供电状态不佳，则可能未检测到外部电源101的存在。此时，模式切换模块205控制第一半导体开关S1断开，第二半导体开关S2导通，双向直流变换器204以第二工作模式例如同步升压工作模式运行。因而，电池103通过双向直流变换器204向负载102供电。0054在电源电路的运行期间，模式切换模块205根据外部电源101的存在状态的变化，切换第一半导体开关S1的开关状态以及双向直流变换器204的工作模式。在双向直流变换器204以第一工作模式运行期间，当未检测到外部电源101的存在时，模式切换模块205停止双向直流变换器204的工作且断开第一半导体开关S1，然后双向直流变换器2。
35、04才开始以第二工作模式运行。在双向直流变换器204以第二工作模式运行期间，当检测到外部电源101的存在时，模式切换模块205停止双向直流变换器204的工作且导通第一半导体开关S1，然后双向直流变换器204才开始以第一工作模式运行。0055在双向直流变换器204以第一工作模式运行期间，当用户选择快速充电功能时，模式切换模块205可以断开第二半导体开关S2，使得来自外部电源101的电能全部供给电池103充电。直到电池103充满，模式切换模块205才使得第二半导体开关S2重新导通，继续从外部电源101向负载102供电。因此，该电源电路可以实现快速充电。说明书CN104092277A6/9页1000。
36、56在启动电源电路时和电源电路的运行期间，模式切换模块205还根据外部电源101、负载102和电池103的短路状态，控制第一半导体开关S1和第二半导体开关S2的开关状态以及双向直流变换器204的工作模式。如果检测到外部电源101短路，则第一半导体开关S1断开，第二半导体开关S2导通，双向直流变换器204以第二工作模式例如同步升压工作模式运行，电池103通过双向直流变换器204向负载102供电。如果检测到负载102短路，则第二半导体开关S2断开，第一半导体开关S1导通，双向直流变换器204以第一工作模式例如同步降压工作模式运行。电池103两端的电压将低于外部电源101的供电电压，从而外部电源10。
37、1通过双向直流变换器204给电池103充电。如果检测到电池103短路，则双向直流变换器204停止工作，第一半导体开关S1导通，第二半导体开关S2导通，外部电源101直接向负载102供电。在外部电源101超过额定输入电压时，模式切换模块205断开第二半导体开关S2，从而启动对负载102的保护功能。替代地，在外部电源101超过额定输入电压时，模式切换模块205使得第二半导体开关S2工作在线性状态，将输出给负载102的电压箝位在期望的安全电压之下。0057因此，根据第一实施例的电源电路，即使外部电源101、负载102和电池103中的任一个短路，也可以保护外部电源101、负载102和电池103中的其他。
38、元件以及电源电路自身，并且仍然可以维持电源电路给电池103充电和向负载102供电的功能至少之一。0058图3示出根据本发明的第二实施例的电源电路的示意性框图。根据第二实施例的电源电路与根据第一实施例的电源电路的不同之处在于增加了第三半导体开关S3。第三半导体开关S3耦接在双向直流变换器204和电池103之间。模式切换模块205分别与第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3和双向直流变换器204耦接。第一半导体开关S1与外部电源101耦接的一端作为电源电路的第一端子，第二半导体开关S2与负载102耦接的一端作为电源电路的第二端子，第三半导体开关S3与电池103耦接的一端作为电源。
39、电路的第三端子。根据第二实施例的电源电路的其他方面与根据第一实施例的电源电路相同。除了少量的分立元件之外，电源电路可以集成在一个半导体芯片中。0059可以根据第一端子的输入电流以判定外部电源101是否存在。例如，当输入电流大于零时，则第一端子耦接至外部电源101，而当输入电流等于零时，则第一端子未耦接至外部电源101。0060在启动电源电路时，模式切换模块205根据外部电源101的存在状态，控制第一半导体开关S1、第二半导体开关S2和第三半导体开关S3的开关状态以及双向直流变换器204的工作模式。如果检测到外部电源101的存在，则模式切换模块205控制第一半导体开关S1、第二半导体开关S2和第。
40、三半导体开关S3均导通，双向直流变换器204以第一工作模式例如同步降压工作模式运行。电池103两端的电压将低于外部电源101的供电电压，从而外部电源101通过双向直流变换器204给电池103充电。第二半导体开关S2导通，使得在给电池103充电的同时，利用来自外部电源101的一部分电能向负载102供电。如果外部电源101不存在，或者供电状态不佳，则可能未检测到外部电源101的存在。此时，模式切换模块205控制第一半导体开关S1断开，第二半导体开关S2导通，第三半导体开关S3导通，双向直流变换器204以第二工作模式例如同步升压工作模式运行。因而，电池103通过双向直流变换器204向负载102供电。。
41、0061在电源电路的运行期间，模式切换模块205根据外部电源101的存在状态的变化，说明书CN104092277A107/9页11切换第一半导体开关S1和第三半导体开关S3的开关状态以及双向直流变换器204的工作模式。在双向直流变换器204以第一工作模式运行期间，当未检测到外部电源101的存在时，模式切换模块205停止双向直流变换器204的工作且断开第一半导体开关S1，然后双向直流变换器204才开始以第二工作模式运行，其中始终保持第三半导体开关S3导通。在双向直流变换器204以第二工作模式运行期间，当检测到外部电源101的存在时，模式切换模块205停止双向直流变换器204的工作且导通第一半导体。
42、开关S1，然后双向直流变换器204才开始以第一工作模式运行，其中始终保持第三半导体开关S3导通。0062在双向直流变换器204以第一工作模式运行期间，当用户选择快速充电功能时，模式切换模块205可以断开第二半导体开关S2，使得来自外部电源101的电能全部供给电池103充电。直到电池103充满，模式切换模块205才使得第二半导体开关S2重新导通，继续从外部电源101向负载102供电。因此，该电源电路可以实现快速充电。0063在启动电源电路时和电源电路的运行期间，模式切换模块205还根据外部电源101、负载102和电池103的短路状态，控制第一半导体开关S1、第二半导体开关S2和第三半导体开关S3。
43、的开关状态以及双向直流变换器204的工作模式。如果检测到外部电源101短路，则第一半导体开关S1断开，第二半导体开关S2导通，双向直流变换器204以第二工作模式例如同步升压工作模式运行，其中始终保持第三半导体开关S3导通，电池103通过双向直流变换器204向负载102供电。如果检测到负载102短路，则第二半导体开关S2断开，第一半导体开关S1导通，双向直流变换器204以第一工作模式例如同步降压工作模式运行，其中始终保持第三半导体开关S3导通。电池103两端的电压将低于外部电源101的供电电压，从而外部电源101通过双向直流变换器204给电池103充电。如果检测到电池103短路，则双向直流变换器。
44、204停止工作，第一半导体开关S1导通，第二半导体开关S2导通，第三半导体开关S3断开，外部电源101直接向负载102供电。在外部电源101超过额定输入电压时，模式切换模块205断开第二半导体开关S2，从而启动对负载102的保护功能。替代地，在外部电源101超过额定输入电压时，模式切换模块205使得第二半导体开关S2工作在线性状态，将输出给负载102的电压箝位在期望的安全电压之下。0064因此，根据第二实施例的电源电路，即使外部电源101、负载102和电池103中的任一个短路，也可以保护外部电源101、负载102和电池103中的其他元件以及电源电路自身，并且仍然可以维持电源电路给电池103充电。
45、和向负载102供电的功能至少之一。0065图4示出在本发明的电源电路中使用的双向直流变换器204的示意性框图。双向直流变换器204具有用于从外部电源获取电能或向负载提供电能的第一端子、用于向电池提供电能或从电池汲取电能的第二端子、用于从模式切换模块接收模式控制信号的第三端子。在图4的示例中，双向直流变换器204的第一端子接收或提供电压信号VSOURCE，第二端子提供或接收电压信号VBAT，第三端子接收电压信号VSWITCH。0066高侧半导体开关S4和低侧半导体开关S5串联耦接在第一端子和地之间。开关控制模块U1耦接至第三端子，并且分别耦接至高侧半导体开关S4和低侧半导体开关S5，以分别控制高。
46、侧半导体开关S4和低侧半导体开关S5的导通或断开。磁性元件L，例如电感，耦接在高侧半导体开关S4和低侧半导体开关S5的中间节点与双向直流变换器204的第二端子之间。电容C耦接在双向直流变换器204的第二端子和地之间。应当注意，电容C是可选的，如果负载102是容性负载，则可以省略电容C。说明书CN104092277A118/9页120067开关控制模块U1根据所接收的模式控制信号产生不同的开关控制信号，以控制高侧半导体开关S4和低侧半导体开关S5的导通或断开，从而改变双向直流变换器204的工作模式。0068当检测到外部电源的存在时，所述开关控制模块U1根据模式控制信号控制双向直流变换器204以第。
47、一工作模式运行。这里，所述第一工作模式为同步降压工作模式。在第一工作模式中，高侧半导体开关S4、低侧半导体开关S5、电感L和电容C一起形成同步降压器，利用来自外部电源101的电能向电池103充电。0069当未检测到外部电源的存在时，所述开关控制模块U1根据模式控制信号控制双向直流变换器204以第二工作模式运行。这里，所述第二工作模式为同步升压工作模式。在第二工作模式中，高侧半导体开关S4、低侧半导体开关S5、电感L和电容C一起形成同步升压器，利用来自电池103的电能向负载102供电。0070图5示出在本发明的电源电路中使用的半导体开关的实例。在以上描述的电源电路中，第一半导体开关S1至第三半导。
48、体开关S3、以及高侧半导体开关S4和低侧半导体开关S5可以是相同或不同类型的半导体开关。半导体开关可以是选自绝缘栅双极晶体管IGBT和金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET中的一种。在MOSFET的情形下，半导体开关可以是N型MOSFET和P型MOSET中的一种。0071在一个实施例中，半导体开关S11是单个的N型MOSFET，其体二极管作为反并二极管，如图5A所示。在另一个实施例中，半导体开关S12是两个串联耦接在一起的N型MOSFET，其各自的体二极管作为反并二极管，如图5B所示。在半导体开关S12中，可以采用一个驱动电路同时驱动两个N型MOSFET。在又一个实施例中，半导体开关S13是。
49、两个串联耦接在一起的P型MOSFET，其各自的体二极管作为反并二极管，如图5C所示。在半导体开关S13中，可以采用一个驱动电路同时驱动两个P型MOSFET。在又一个实施例中，半导体开关S14是两个串联耦接在一起的N型MOSFET，其各自的体二极管作为反并二极管，如图5D所示。在半导体开关S14中，可以采用两个驱动电路分别驱动两个N型MOSFET。在又一个实施例中，半导体开关S15是两个串联耦接在一起的P型MOSFET，其各自的体二极管作为反并二极管，如图5E所示。在半导体开关S15中，可以采用两个驱动电路分别驱动两个P型MOSFET。0072上述半导体开关S12S15由两个相同类型的MOSFE。
50、T串联耦接组成。至少在一定的工作时间内，两个MOSFFET同时处于导通或断开状态，使得上述半导体开关导通或断开。因此，上述半导体开关可以减小每一个MOSFET上的电压应力。0073在上述实施例中，描述了本发明的电源电路用于驱动与第二半导体开关S2相连的单路负载。在替代的实施例中，本发明的电源电路可以包括多路输出，用于提供不同的输出电压，以驱动多路独立的负载。每路输出包括各自的半导体开关，以及连接在各自的半导体开关的上游或下游电路中的线性电压调节器。该线性电压调节器从来自外部电源或电池的电能产生期望数值的输出电压。在一个实例中，电源电路用于驱动两路负载，其中一路负载直接从外部电源获取33V输出电。