包括双向开关转换器的充电器集成电路以及电子装置

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求分别于2021年11月15日和2022年5月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0157096和No.10-2022-0063679的优先权，该申请的公开以引用方式全文并入本文中。

技术领域

本申请涉及充电器集成电路领域，更具体地，涉及包括双向开关转换器的充电器集成电路以及包括该充电器集成电路的电子装置。

背景技术

随着电子装置的快速发展，能够交换信息或数据的电子装置已用于各种应用中。电子装置使用可充电电池作为电源，并允许电子装置移动。电池容量有限，用户需要在电池容量完全耗尽之前对电池进行适当充电。可对电池充电的旅行适配器(TA)可将交流(AC)电(用于家用电的约110V至220V)或其他电源装置(例如，计算机)提供的电力转换为电池充电所需的直流(DC)电。因此，TA向电子装置提供DC电。电子装置可以使用TA转换的DC电为电池充电。

近来，诸如智能手机和平板PC等移动装置支持多种充电电路的开关模式，即使在同时支持有线和无线充电时，有线和无线充电期间输入电力不稳定，也能稳定支持无线和有线操作。然而，当开关模式转换为另一模式时，充电电路中可能出现过电流。

发明内容

示例实施例涉及支持多个开关模式和无缝转换所述多个开关模式的双向开关转换器、包括双向开关转换器的充电器集成电路(IC)以及包括充电器IC的电子装置。

根据本发明构思的示例实施例，提供了一种充电器集成电路(IC)，该充电器IC包括：双向开关转换器，其包括：多个开关元件，其包括与第一输入/输出节点串联的第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件，电感器，其连接在第三开关元件的第一端与第二输入/输出节点之间，以及电容器，其连接至第二开关元件的第二端和第三开关元件的第三端；以及控制器，其被配置为：基于从双向开关转换器接收的多个感测信号生成第一脉宽调制(PWM)信号和第二PWM信号，在降压-升压模式下，响应于流经电感器的电感器电流的平均值为正，基于第一PWM信号生成控制第一开关元件和第四开关元件的开关操作的第一开关信号，以及基于第二PWM信号生成控制第二开关元件和第三开关元件的开关操作的第二开关信号，以及响应于电感器电流的平均值为负，基于第二PWM信号生成第一开关信号和基于第一PWM信号生成的第二开关信号。

根据本发明构思的另一示例实施例，提供了一种充电器集成电路(IC)，该充电器IC包括：3电平双向开关转换器；以及控制器，其中，3电平双向开关转换器包括：第一开关元件，其连接在第一节点与第二节点之间，第一输入电压施加至第一节点或者第一输出电压从第一节点输出；第二开关元件，其连接在第二节点与第三节点之间；第三开关元件，其连接在第三节点与第四节点之间；第四开关元件，其连接在第四节点与第五节点之间；电容器，其连接在第二节点与第四节点之间；以及电感器，其连接在第三节点与第六节点之间，并且控制器被配置为在第一开关模式下，响应于电感器的平均电流具有正值，基于第一脉宽调制(PWM)信号将第一开关元件和第四开关元件导通或截止，基于第二PWM信号将第二开关元件和第三开关元件导通和截止，并且响应于电感器的平均电流具有负值，基于第二PWM信号将第一开关元件和第四开关元件导通或截止，并且基于第一PWM信号将第二开关元件和第三开关元件导通和截止。

根据本发明构思的另一示例实施例，提供了一种电子装置，该电子装置包括：电池；以及充电器集成电路(IC)，其被配置为在降压模式下基于第一开关操作形成第一方向的第一电力路径，以为电池充电，在升压模式下基于第二开关操作形成与第一方向相反的第二方向的第二电力路径，以基于电池中充电的电压向外部装置供电，以及在降压-升压模式下基于第三开关操作为电池充电或者为外部装置供电，其中，充电器IC包括开关电路，开关电路包括多个开关元件、电感器和电容器，并且充电器IC还被配置为在降压-升压模式下根据流经电感器的电感器电流的方向调整其中施加至多个开关元件的多个开关电压中的每一个具有活动电平和非活动电平的时段。

附图说明

将结合附图从下面的详细描述中更清楚地理解本发明构思的示例实施例。

为了更完全地理解在本发明构思的具体实施方式中引用的附图，提供了各附图的简单描述，其中：

图1是示意性地示出根据一些示例实施例的包括充电器集成电路(IC)的电子装置的框图；

图2是示出根据一些示例实施例的双向开关转换器的电路图；

图3A和图3B示出了根据一些示例实施例的在双向开关转换器的降压转换操作中的电力路径；

图4A和图4B示出了根据一些示例实施例的在双向开关转换器的升压转换操作中的电力路径；

图5A和图5B是根据一些示例实施例的当双向开关转换器执行降压转换操作时的时序图；

图6是示意性地示出根据一些示例实施例的控制双向开关转换器的控制器的框图；

图7是示意性地示出图6的调制器的电路图；

图8是示出通过图7的调制器生成的第一脉宽调制(PWM)信号和第二PWM信号的时序图；

图9是示意性地示出图6的PWM逻辑的电路图；

图10A和图10B是根据一些示例实施例的双向开关转换器和控制器的信号的时序图；

图11是根据比较例的双向开关转换器和控制器的信号的时序图；

图12是示意性地示出根据一些示例实施例的包括充电器IC的电子装置的框图；以及

图13是示出根据一些示例实施例的包括充电器IC的电子装置的配置的框图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本发明构思的示例实施例。

图1是示意性地示出根据一些示例实施例的包括充电器集成电路(IC)100的电子装置10的框图。

参照图1，电子装置10可包括充电器IC 100和电池200。此外，电子装置10还可包括主处理器和外围装置。例如，电子装置10可以是移动装置，诸如智能手机、平板电脑(PC)、移动电话、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑、可穿戴装置、全球定位系统(GPS)装置、电子书终端、数字广播终端、MP3播放器、数字相机等。例如，电子装置10可为电动车辆。

电池200可内置于电子装置10中。在一些示例实施例中，电池200可从电子装置10拆卸。电池200可包括一个或多个电池单元。多个电池单元可彼此串联或并联。当外部充电装置未连接至电子装置10时，电池200可向电子装置10供电。

充电器IC 100可为电池200充电并且可被称作“电池充电器”。另外，充电器IC 100可基于电池200中的充电的电压为连接至充电器IC 100的外部装置(例如，有线电源接口310或无线电源接口320)供电。例如，充电器IC 100可实施为一个或多个集成电路芯片，并且可安装在印刷电路板上。

充电器IC 100可包括双向开关转换器110和控制器120。双向开关转换器110可实施为的3电平DC-DC转换器，其包括图2中的多个开关元件Q1、Q2、Q3和Q4、图2中的飞跨电容器C

当双向开关转换器110将输入电压步降时，即，在降压转换操作中，可在其中从通过有线电源接口310和/或无线电源接口320连接的至少一个外部装置向电池200供电的第一方向上形成第一电力路径，并且，当双向开关转换器110使输入电压升高时，即，在升压转换操作中，可在通过其从电池200向所述至少一个外部装置供电的第二方向上形成第二电力路径。下文中，在示例实施例中，第一方向将被称作正向，第二方向将被称作反向。因此，双向开关转换器110的降压转换操作将与正降压转换操作一起使用，并且升压转换操作将与反升压转换操作一起使用。

双向开关转换器110可在降压模式(还称作正降压模式或降压单模式)、升压模式(还称作反升压模式或升压单模式)或降压-升压模式(还称作正降压-反升压模式或者降压-升压复合模式)下操作。

在降压模式中，双向开关转换器110可通过执行正降压转换操作将输入电压步降，并且可基于步降电压为电池200充电。在升压模式中，双向开关转换器110可通过执行反升压转换操作将从电池200输入的电压升压，并且可基于升压的电压为外部装置供电。在降压-升压模式下，双向开关转换器110可根据从连接的外部装置供应的电量或者供应至外部装置的电量执行正降压转换操作或反升压转换操作。

控制器120可控制双向开关转换器110的多个开关模式(例如，正降压模式、反升压模式和正降压-反升压模式)之间的模式转换。另外，控制器120可根据开关模式控制双向开关转换器110的开关操作。

控制器120可控制双向开关转换器110的开关操作，使得双向开关转换器110的输出电压可保持目标电平，例如，相对于输出电压设定的第一目标电平。另外，控制器120可控制双向开关转换器110的开关操作，使得在双向开关转换器110中设置的飞跨电容器(图2中的C

控制器120可生成在各开关模式下用于控制双向开关转换器110的开关操作的开关信号。例如，控制器120可从双向开关转换器110接收感测电流和电压，并且基于感测电流和电压生成开关信号。控制器120可基于感测电流和电压生成第一脉宽调制(PWM)信号和第二PWM信号，基于第一PWM信号和第二PWM信号生成第一开关信号和第二开关信号，以及将第一开关信号和第二开关信号提供至双向开关转换器110。双向开关转换器110中设置的多个开关元件中的至少两个开关元件可基于第一开关信号导通和截止，并且至少两个其它开关元件可基于第二开关信号导通和截止。

在一些示例实施例中，在降压-升压模式下，基于流经在双向开关转换器110中设置的电感器L的电感器电流的平均值为正还是为负，控制器120可通过调整第一开关信号和第二开关信号中的每一个(或者可替换地，中的至少一个)的导通时段和截止时段，控制飞跨电容器电压以保持第二目标电压。

控制器120可基于来自双向开关转换器110的感测电流确定电感器电流的平均值为正还是为负。在降压模式和升压模式下，控制器120可控制流经电感器L的电感器电流在一个方向上流动。例如，在降压模式下，控制器120可控制电感器电流在正向(例如，从电感器L的第一端至第二端)上流动而不在反向(例如，从电感器L的第二端至第一端)上流动，在升压模式下，可控制电感器电流在反向上流动而不在正向上流动。在降压-升压模式下，控制器120可控制电感器电流在两个方向上流动。当电感器电流在正向上流动时，电感器电流具有正值，而当电感器电流在反向上流动时，电感器电流可具有负值。

控制器120可确定电感器电流在单位时间内的平均值为正还是为负，当电感器电流的平均值为正时，基于第一PWM信号生成第一开关信号，并且基于第二PWM信号生成第二开关信号。当电感器电流的平均值为负时，控制器120可基于第二PWM信号生成第一开关信号并且基于第一PWM信号生成第二开关信号。

这样，将在下面参照图2至图11描述基于电感器电流的平均值为正还是为负生成第一开关信号和第二开关信号。

在一些示例实施例中，充电器IC 100可以支持各种功能中的至少一种功能，诸如欠压锁定(UVLO)功能、过电流保护(OCP)功能、过压保护(OVP)功能、减少涌入电流的软启动功能、折返电流限制功能、短路保护的打嗝模式功能、过温保护(OTP)功能，等

在一些示例实施例中，电子装置10可支持有线充电和无线充电，并且可包括分别用于有线充电和无线充电的有线电源接口310和无线电源接口320。在一些示例实施例中，有线电源接口310可包括有线充电电路，无线电源接口320可包括无线充电电路。例如，有线充电电路和无线充电电路中的每一个(或者可替换地，中的至少一个)可包括整流器、稳压器等。

充电器IC 100可从有线电源接口310接收第一输入电压CHGIN和/或从无线电源接口320接收第二输入电压WCIN，并且在降压模式下基于第一输入电压CHGIN和/或第二输入电压WCIN为电池200充电。

在反升压模式下，充电器IC 100可基于电池200的电压为有线电源接口310和/或无线电源接口320供电。

在降压-升压模式下，充电器IC 100可从有线电源接口310接收第一输入电压CHGIN，并且基于第一输入电压CHGIN为电池200充电或者基于第一输入电压CHGIN为无线电源接口320供电。可替换地，充电器IC 100可从无线电源接口320接收第二输入电压WCIN并且基于第二输入电压WCIN为电池200充电或者基于第二输入电压WCIN为有线电源接口310供电。为电池200充电以及为有线电源接口310或无线电源接口320供电可同时执行。

充电器IC 100还可基于第一输入电压CHGIN和电池200的电压为无线电源接口320供电，或者基于第二输入电压WCIN和电池200的电压为有线电源接口310供电。

例如，旅行适配器(TA)或辅助电池可电连接至有线电源接口310。TA可将交流(AC)电(用于家用电的约110V至约220V)或其他电源装置(例如，计算机)提供的电力转换为电池充电所需的直流(DC)电，并且将DC电提供至电子装置10。在降压模式或降压-升压模式下，充电器IC 100可利用从TA或者辅助电池接收的第一输入电压CHGIN为电池200充电，或者可为无线电源接口320供电。

例如，On the Go(OTG)装置(例如，OTG USB装置，等)可连接至有线电源接口310，并且充电器IC 100可通过有线电源接口310为OTG装置供电。关于此，充电器IC 100可在升压模式下基于电池200的电压为OTG装置供电，或者在降压模式下在基于无线电源接口320的第二输入电压WCIN为电池200充电的同时为OTG装置供电。

例如，无线电力接收电路或无线电力发送电路可连接至无线电源接口320。在降压模式或者降压-升压模式下，充电器IC 100可利用从无线电力接收电路接收的第二输入电压WCIN为电池200充电。可替换地，充电器IC 100可通过无线电源接口320为无线电力发送电路供电。充电器IC 100可在升压模式下基于电池200的电压为无线电力发送电路供电，或者在降压模式下在基于有线电源接口310的第一输入电压CHGIN为电池200充电的同时为无线电力发送电路供电。

如上所述，因为电子装置10支持有线和无线充电，所以充电器IC 100可在所述多个开关模式(包括降压模式、升压模式和降压-升压模式)下操作，以支持有线充电和/或无线充电、有线充电-无线电源、和无线充电-有线电源。

如上所述，在根据一些示例实施例的充电器IC 100中，双向开关转换器110可实施为包括所述多个开关元件、飞跨电容器(例如，图2中的C

图2是示出根据一些示例实施例的双向开关转换器110的电路图。

参照图2，双向开关转换器110可包括输入/输出选择电路111和开关电路112。

输入/输出选择电路111可包括第一输入晶体管QI1和第二输入晶体管QI2。第一输入晶体管QI1和第二输入晶体管QI2可并联到第一节点N1。第一节点N1可被称作第一输入/输出节点。

第一输入电压CHGIN可施加至第一输入晶体管QI1，或者OTG装置可连接至第一输入晶体管QI1。第二输入电压WCIN可施加至第二输入晶体管QI2，或者无线电力发送电路可连接至第二输入晶体管QI2。

第一输入晶体管QI1可响应于第一输入控制信号SI1导通和截止，第二输入晶体管QI2可响应于第二输入控制信号SI2导通和截止。例如，当第一输入电压CHGIN施加至第一输入晶体管QI1或者OTG装置连接至第一输入晶体管QI1时，第一输入控制信号SI1可具有活动电平，并且第一输入晶体管QI1可响应于第一输入控制信号SI1导通。当第二输入电压WCIN施加至第二输入晶体管QI2或者无线电力发送电路连接至第二输入晶体管QI2时，第二输入控制信号SI2可具有活动电平，并且第二输入晶体管QI2可响应于第二输入控制信号SI2导通。可从控制器(图1的120)接收第一输入控制信号SI1和第二输入控制信号SI2。

开关电路112可包括多个开关元件，例如，第一开关晶体管Q1、第二开关晶体管Q2、第三开关晶体管Q3和第四开关晶体管Q4、电感器L、第一电容器Ci、第二电容器Co、第三电容器C

当开关电路112执行降压转换操作时，第一电容器Ci可使施加至第一输入节点N1的输入电压稳定，并且当开关电路112执行升压转换操作时，第一电容器Ci可将输出至第一节点N1的方波的输出电压整流为DC电压。

第一开关晶体管Q1、第二开关晶体管Q2、第三开关晶体管Q3和第四开关晶体管Q4可串联连接到第一节点N1。第一开关晶体管Q1的第一端可连接至第一节点N1，并且其第二端可连接至第二节点N2。第二开关晶体管Q2的第一端可连接至第二节点N2，并且其第二端可连接至第三节点N3。第三开关晶体管Q3的第一端可连接至第三节点N3，并且其第二端可连接至第四节点N4。第四开关晶体管Q4的第一端可连接至第四节点N4，并且其第二端可连接至第五节点N5。可将地电压施加至第五节点N5。

第一开关晶体管Q1可响应于第一开关电压VG1导通和截止，第二开关晶体管Q2可响应于第二开关电压VG2导通和截止，第三开关晶体管Q3可响应于第三开关电压VG3导通和截止，第四开关晶体管Q4可响应于第四开关电压VG4导通和截止。

第一开关电压至第四开关电压VG1、VG2、VG3和VG4可为具有一定频率的周期性信号，并且所述频率可根据在降压转换操作中的步降率和在升压转换操作中的步升率变化。

第一开关电压VG1和第四开关电压VG4可为互补信号，第二开关电压VG2和第三开关电压VG3可为互补信号。因此，第一开关晶体管Q1和第四开关晶体管Q4可执行互补开关操作，第二开关晶体管Q2和第三开关晶体管Q3可执行互补开关操作。

第三电容器C

电感器L可连接至第三节点N3和第六节点N6。第六节点N6可被称作第二输入/输出节点。第二电容器Co可连接至第六节点N6。

电感器L可存储流经电感器L的电感器电流IL生成的能量，并且为存储的能量放电。根据双向开关转换器110的降压转换操作和升压转换操作，电感器电流IL可在从第三节点N3至第六节点N6的方向上流动，例如，在正向上流动，或者电感器电流IL可在从第六节点N6至第三节点N3的方向上流动，例如，在反向上流动。假设当电感器电流IL在正向上流动时，电感器电流IL的值为正，并且当电感器电流IL在反向上流动时，电感器电流IL的值为负。

电流传感器CS可为感测电感器电流IL的双向电流传感器。电流传感器CS可将感测电流Isen提供至控制器(图1的120)。图2中示出了感测电感器电流IL的一个电流传感器CS，但是本发明构思不限于此，并且开关电路112还可包括感测流经第一开关晶体管Q1、第二开关晶体管Q2、第三开关晶体管Q3或第四开关晶体管Q4中的至少一个的至少一个电流的至少一个电流传感器。

可将第一节点N1、第二节点N2、第三节点N3和第四节点N4的对应的电压(例如，电压VBYP、电压VCH、电压VL和电压VCL)提供至控制器(图1中的120)，并且控制器120可基于从双向开关转换器110提供的多个电压和至少一个感测电流生成第一开关电压VG1至第四开关电压VG4。

双向开关转换器110在降压模式或降压-升压模式的部分时段中可作为降压转换器操作，并且可通过将第一电压VBYP步降生成第一输出电压。这里，第一电压VBYP可为第一输入电压CHGIN和/或第二输入电压WCIN。可通过第六节点N6(也就是说，第二输入/输出节点)输出第一输出电压作为系统电压V

双向开关转换器110可在升压模式或降压-升压模式的另一部分时段中作为升压转换器操作，并且可通过将电池电压V

图3A和图3B示出了根据一些示例实施例的双向开关转换器110在降压转换操作中的电力路径。在图3A中假设第一输入电压CHGIN施加至输入/输出选择电路111，在图3B中假设第一输入电压CHGIN施加至输入/输出选择电路111，并且无线电力发送电路TX连接至输入/输出选择电路111。

参照图3A，第一输入电压CHGIN可从第一输入电源(例如，图1的有线电源接口310)施加，并且第一输入晶体管QI1可响应于具有活动电平的第一输入控制信号SI1导通。关于此，第二输入控制信号SI2可具有非活动电平，并且第二输入晶体管QI2可响应于第二输入控制信号SI2截止。

双向开关转换器110可在正向上作为降压转换器操作。双向开关转换器110可基于第一输入电压CHGIN执行开关操作，因此，第一电力路径(正降压电力路径)可在正向上形成。从第一输入电源供应的电流可通过电感器L供应至电池200和/或电子装置10的内部系统。如上所述，双向开关转换器110可为电池200充电，并且通过执行降压转换操作为电子装置(图1中的10)的内部系统供电。

参照图3B，有线电源接口(图1中的310)以及无线电源接口(图1中的320，例如，无线电力发送电路TX)可连接至输入/输出选择电路111，第二输入晶体管QI2可响应于具有活动电平的第二输入控制信号SI2导通。

第一输入电源可通过第一输入晶体管QI1和第二输入晶体管QI2为无线电力发送电路TX供电。因此，除根据双向开关转换器110的降压转换操作形成的第一电力路径之外，电力路径还可在输入/输出选择电路111中在从有线电源接口310至无线电源接口320的方向上形成。

图3A和图3B示出当双向开关转换器110基于从有线电源接口310提供的第一输入电压CHGIN执行正降压转换操作时形成的正降压电力路径。然而，本发明构思不限于此，并且双向开关转换器110可基于从无线电源接口320提供的第二输入电压WCIN执行正降压转换操作。正降压电力路径可基于第二输入电压WCIN形成，并且电力路径可在输入/输出选择电路111中在从无线电源接口320至有线电源接口310的方向上形成。

图4A和图4B示出了根据一些示例实施例的双向开关转换器110在升压转换操作中的电力路径。在图4A中假设无线电力发送电路TX连接至输入/输出选择电路111，在图4B中假设第一输入电压CHGIN施加至输入/输出选择电路111，并且无线电力发送电路TX连接至输入/输出选择电路111。

参照图4A，无线电力发送电路TX可连接至输入/输出选择电路111。第二输入晶体管QI2可响应于具有活动电平的第二输入控制信号SI2导通。第一输入控制信号SI1可具有非活动电平，第一输入晶体管QI1可响应于第一输入控制信号SI1截止。

双向开关转换器110可在反向上作为升压转换器操作。双向开关转换器110可基于提供至电池200的输入电压(例如，电池电压V

在一些示例实施例中，OTG装置可连接至输入/输出选择电路111，从电池200供应的电流可提供至OTG装置。

参照图4B，无线电力发送电路TX可连接至输入/输出选择电路111，第一输入电压CHGIN可施加至输入/输出选择电路111。第一输入晶体管QI1和第二输入晶体管QI2可响应于具有活动电平的第一输入控制信号SI1和第二输入控制信号SI2导通。

可将从提供第一输入电压CHGIN的第一输入电源(例如，图1的有线电源接口310)供应的电流提供至无线电力发送电路TX。因此，除根据双向开关转换器110的升压转换操作形成的第二电力路径之外，还可在输入/输出选择电路111中在从有线电源接口310至无线电源接口320的方向上形成电力路径。

在一些示例实施例中，OTG装置可连接至输入/输出选择电路111，第二输入电压WCIN可从无线电源接口(图1的320)施加。从第二电源供应的电流可基于从电池200供应的电流和第二输入电压WCIN提供至OTG装置。

图5A和图5B是根据一些示例实施例的当双向开关转换器110执行降压转换操作时的时序图。图5A是当占空比D大于0.5时的波形图，图5B是当占空比D等于或小于0.5时的波形图。将参照图2一起描述图5A和图5B。

参照图2和图5A，双向开关转换器110可基于第一开关电压VG1至第四开关电压VG4执行降压转换操作。例如，当第一开关电压VG1处于活动电平(例如，逻辑高)时，第一开关晶体管Q1可导通，并且当第一开关电压VG1处于非活动电平(例如，逻辑低)时，第一开关晶体管Q1可截止。

第一开关电压VG1至第四开关电压VG4是相同频率的信号。其中第一开关电压VG1至第四开关电压VG4中的每一个(或者可替换地，中的至少一个)在一个时段T中具有活动电平和非活动电平的时段可基于开关电路112的输入电压与输出电压和反馈电压的比率变化。

第一开关电压VG1和第四开关电压VG4是互补信号，第二开关电压VG2和第三开关电压VG3是互补信号。因此，当第一开关晶体管Q1导通时，第四开关晶体管Q4可截止，并且当第一开关晶体管Q1截止时，第四开关晶体管Q4可导通。当第二开关晶体管Q2导通时，第三开关晶体管Q3可截止，并且当第二开关晶体管Q2截止时，第三开关晶体管Q3可导通。

在时间t0，当第一开关晶体管Q1和第二开关晶体管Q2导通时，输入电压(例如，第一节点N1的电压VBYP)可施加至第三节点N3，第三节点N3的电压VL可与电压VBYP具有相同的电压电平，并且电感器电流IL可增大。

在时间t1，当第二开关晶体管Q2截止并且第三开关晶体管Q3导通时，电流可通过第一开关晶体管Q1、第三电容器C

在时间t2，当第三开关晶体管Q3截止并且第二开关晶体管Q2导通时，第三节点N3的电压VL可与电压VBYP具有相同电平，并且电感器电流IL可增大。

在时间t3，当第四开关晶体管Q4导通并且第一开关晶体管Q1截止时，电流可通过第四开关晶体管Q4、第三电容器C

参照图5B，当第四开关晶体管Q4和第三开关晶体管Q3在时间t0导通时，可将地电压施加至第三节点N3，并且第三节点N3的电压VL可与地电压具有相同的电平。可输出通过电感器L中已充电的能量生成的电感器电流IL，并且电感器电流IL可减小。

在时间t1，当第四开关晶体管Q4截止并且第一开关晶体管Q1导通时，电流可通过第一开关晶体管Q1、第三电容器C

在时间t2，当第四开关晶体管Q4导通并且第一开关晶体管Q1截止时，第三节点N3的电压VL可与地电压具有相同电平，并且电感器电流IL可减小。

在时间t3，当第二开关晶体管Q2导通并且第三开关晶体管Q3截止时，电流可通过第四开关晶体管Q4、第三电容器C

如以上参照图5A和图5B的描述，第一开关晶体管Q1至第四开关晶体管Q4的开关操作可针对一个时段T重复，并且因此，通过将输入电压(例如，电压VBYP)步降获得的输出电压可通过第六节点N6输出。这里，电压下降率可根据占空比D确定。

同时，在实施为3电平DC-DC转换器的双向开关转换器110中，如上所述，电压VL可通过电压VBYP和电压VCF确定。控制器120可通过控制第三电容器C

在降压模式下，电感器电流IL在正向上流动，在升压模式下，电感器电流IL在反向上流动。然而，在降压-升压模式下，电感器电流IL可在两个方向上流动。在降压-升压模式下，控制器120可控制双向开关转换器110，以根据降压模式或升压模式执行开关操作。然而，根据电感器电流IL的方向，双向开关转换器110可执行降压转换操作或升压转换操作。

例如，在第一开关电压VG1至第四开关电压VG4如图5A和图5B所示地设置的情况下，当电感器电流IL在正向上流动时，双向开关转换器110可在正向上执行降压转换操作，并且当电感器电流IL在反向上流动时，双向开关转换器110可在反向上执行升压转换操作。

双向开关转换器110可基于施加至第一节点N1的第一输入电压(例如，电压VBYP)在正向上执行降压转换操作，并且生成输出至第六节点N6的第一输出电压。另外，双向开关转换器110可基于施加至第六节点N6的输入电压(例如，电池电压V

同时，如上所述，当双向开关转换器110基于第一开关电压VG1至第四开关电压VG4执行正向上的降压转换操作和反向上的升压转换操作时，飞跨电容器平衡可能是困难的。然而，如下面将描述的，当双向开关转换器110执行正向上的降压转换操作和反向上的升压转换操作时，根据一些示例实施例的控制器120可根据电感器电流IL的方向通过调整其中第一开关电压VG1至第四开关电压VG4中的每一个(或可替换地，中的至少一个)具有活动电平和非活动电平的时段执行飞跨电容器平衡。

图6是示意性地示出根据一些示例实施例的控制双向开关转换器110的控制器120的框图。

参照图6，控制器120可包括调制器121、PWM逻辑122、栅极驱动器123和感测电路124。

调制器121可基于从双向开关转换器(图1的110)提供的电压和感测电流生成第一PWM信号PWM1和第二PWM信号PWM2。在一些示例实施例中，调制器121可基于从双向开关转换器110提供的电压VBYP和VCF以及感测电流Isen(例如，电感器电流(图2中的IL))生成第一PWM信号PWM1和第二PWM信号PWM2。

图7是示意性地示出图6的调制器121的电路图。

参照图7，调制器121可包括错误检测电路21和比较电路22。

错误检测电路21可基于电压VBYP和电压VCF检测输出电压的错误(例如，第一错误电压VE_VO)和电容器电压的错误(例如，第二错误电压VE_VCF)。错误检测电路21可包括多个控制器，例如，比例积分(PI)控制器21_1、比例积分导数(PID)控制器21_2、比例(P)控制器21_4和多个加法器21_3、21_5和21_6。

根据电压VBYP与参考电压VREF之间的差的电压VBYP的错误可从加法器21_3输出。PID控制器21_2可生成通过将电压VBYP的错误的比例值、积分值和微分值相加获得的控制值。可从加法器21_5输出根据从PID控制器21_2输出的控制值与感测电流Isen之间的差的电流错误。PI控制器21_1可输出通过将电流错误的比例值和积分值相加获得的第一错误电压VE_VO。

可从加法器21_6输出根据电压VCF与对应于1/2倍的输入电压VIN的电压(例如，0.5×VIN)之间的差的电压VCF的错误。P控制器21_4可输出电压VCF的错误的比例值，作为第二错误电压VE_VCF。

比较电路22可包括第一比较器22_1、第二比较器22_2和多个加法器22_3和22_4。加法器22_3可输出第一错误电压VE_VO和第二错误电压VE_VCF之和，作为第一比较电压VPOS。加法器22_4可输出第一错误电压VE_VO和第二错误电压VE_VCF之间的差，作为第二比较电压VNEG。第一错误电压VE_VO的电压电平可高于第二错误电压VE_VCF的电压电平，并且第一比较电压VPOS的电压电平可高于第二比较电压VNEG的电压电平。

第一比较器22_1可通过将第一斜坡信号RAMP1和第一比较电压VPOS进行比较来输出第一PWM信号PWM1。例如，当第一斜坡信号RAMP1的电平低于第一比较电压VPOS的电平时，第一比较器22_1可输出具有活动电平的第一PWM信号PWM1，并且当第一斜坡信号RAMP1的电平等于或高于第一比较电压VPOS的电平时，第一比较器22_1可输出具有非活动电平的第一PWM信号PWM1。

第二比较器22_2可通过将第二斜坡信号RAMP2和第二比较电压VNEG进行比较来输出第二PWM信号PWM2。例如，当第二斜坡信号RAMP2的电平低于第二比较电压VNEG的电平时，第二比较器22_2可输出具有活动电平的第二PWM信号PWM2，并且当第二斜坡信号RAMP2的电平等于或高于第二比较电压VNEG的电平时，第二比较器22_2可输出具有非活动电平的第二PWM信号PWM2。

图8是示出图7的调制器121生成的第一PWM信号PWM1和第二PWM信号PWM2的时序图。

参照图8，第一比较电压VPOS在第一时段T1中的电压电平高于其在第二时段T2中的电压电平，并且第二比较电压VNEG在第一时段T1中的电压电平低于其在第二时段T2中的电压电平。当第二错误电压VE_VCF在第二时段T2中低于在第一时段T1中时，第一比较电压VPOS可减小，并且第二比较电压VNEG可增大。作为另一示例，当第一错误电压VE_VO在第二时段T2中低于在第一时段T1中时，第一比较电压VPOS和第二比较电压VNEG二者均可减小。

可基于第一比较电压VPOS和第一斜坡信号RAMP1的比较结果生成第一PWM信号PWM1，可基于第二比较电压VNEG和第二斜坡信号RAMP2的比较结果生成第二PWM信号PWM2。

因此，与其中第一PWM信号PWM1在第一时段T1中具有活动电平的时段Ta1相比，其中第一PWM信号PWM1在第二时段T2中具有活动电平的时段Ta1'可减小，并且与其中第一PWM信号PWM1在第一时段T1中具有非活动电平的时段Tua1相比，其中第一PWM信号PWM1在第二时段T2中具有非活动电平的时段Tua1'可增大。

与其中第二PWM信号PWM2在第一时段T1中具有活动电平的时段Ta2相比，其中第二PWM信号PWM2在第二时段T2中具有活动电平的时段Ta2'可增大，并且与其中第二PWM信号PWM2在第一时段T1中具有非活动电平的时段Tua2相比，其中第二PWM信号PWM2在第二时段T2中具有非活动电平的时段Tua2'可减小。这样，基于第一比较电压VPOS和第二比较电压VNEG中的每一个(或者可替换地，中的至少一个)的电压电平的变化，其中第一PWM信号PWM1和第二PWM信号PWM2中的每一个(或者可替换地，中的至少一个)具有活动电平的时段和非活动时段可变化。

接着，参照图6，PWM逻辑122可基于第一PWM信号PWM1、第二PWM信号PWM2和方向信号POSD_D生成第一开关信号SS1和第二开关信号SS2。

图9是示意性地示出图6的PWM逻辑122的电路图。

参照图9，PWM逻辑122可包括第一解复用器(DMUX)122_1和第二解复用器122_2。第一解复用器122_1和第二解复用器122_2可基于作为选择输入SEL的方向信号POS_D输出各自的输出信号，例如，第一开关信号SS1和第二开关信号SS2。

第一解复用器122_1可接收作为第一输入IN1的第一PWM信号PWM1和作为第二输入IN2的第二PWM信号PWM2。第一解复用器122_1可基于方向信号POS_D输出第一输入IN1和第二输入IN2之一，作为第一开关信号SS1。例如，当方向信号POS_D处于逻辑高时，第一解复用器122_1可输出第一输入IN1(例如，第一PWM信号PWM1)作为第一感测信号SS1，当方向信号POS_D处于逻辑低时，第一解复用器122_1可输出第二输入IN2(例如，第二PWM信号PWM2)作为第一开关信号SS1。

第二解复用器122_2可接收作为第一输入IN1的第二PWM信号PWM2，并且接收作为第二输入IN2的第一PWM信号PWM1。第二解复用器122_2可基于方向信号POS_D输出第一输入IN1和第二输入IN2之一，作为第二开关信号SS2。例如，当方向信号POS_D处于逻辑高时，第二解复用器122_2可输出第一输入IN1(例如，第二PWM信号PWM2)作为第一开关信号SS1，并且当方向信号POS_D处于逻辑低时，第二解复用器122_2可输出第二输入IN2(例如，第一PWM信号PWM1)作为第二感测信号SS1。

因此，当方向信号POS_D处于逻辑高时，PWM逻辑122可输出第一PWM信号PWM1作为第一开关信号SS1并且输出第二PWM信号PWM2作为第二开关信号SS2，并且当方向信号POS_D处于逻辑低时，PWM逻辑122可输出第二PWM信号PWM2作为第一开关信号SS1和第一PWM信号PWM1作为第二开关信号SS2。

接着，参照图6，栅极驱动器123可基于第一开关信号SS1和第二开关信号SS2生成第一开关电压至第四开关电压VG1、VG2、VG3和VG4。

栅极驱动器123可转换第一开关信号SS1的电压电平，以生成第一开关电压VG1，并且反转第一开关信号SS1并转换电压电平，以生成第四开关电压VG4。例如，栅极驱动器123可将第一开关信号SS1的逻辑低电平转换为适于截止第一开关晶体管(图2中的Q1)的电压电平，并且将逻辑高电平转换为适于导通第一开关晶体管Q1的电压电平。

栅极驱动器123可转换第二开关信号SS2的电压电平，以生成第二开关电压VG2，并且反转第二开关信号SS2并转换电压电平，以生成第三开关电压VG3。

如参照图6的描述，第一开关信号SS1和第二开关信号SS2根据方向信号POS_D改变，因此，第一开关电压至第四开关电压VG1、VG2、VG3和VG4可改变。

在一些示例实施例中，栅极驱动器123可从感测电路124接收过电流控制信号OCP和零电流控制信号ZCS，并且基于过电流控制信号OCP和零电流控制信号ZCS生成或阻止第一开关电压至第四开关电压VG1、VG2、VG3和VG4。

例如，当电感器电流IL降至特定值(例如‘0')时，当双向开关转换器(图1中的110)在降压模式下操作时，感测电路124可生成零电流控制信号ZCS。栅极驱动器123可阻止生成第一开关电压至第四开关电压VG1、VG2、VG3和VG4。因此，可防止或减少电感器电流IL在反向上流动。

当电感器电流IL增大至特定值(例如‘0')时，当双向开关转换器110在升压模式下操作时，感测电路124可生成过电流控制信号OCP。栅极驱动器123可阻止生成第一开关电压至第四开关电压VG1、VG2、VG3和VG4。因此，可防止或减少电感器电流IL在正向上流动。

感测电路124可基于从双向开关转换器110提供的多个电压(例如，电压VBYP、VCH、VCL和VL)和感测电流Isen生成方向信号POS_D。另外，感测电路124可生成过电流控制信号OCP和零电流控制信号ZCS。

例如，感测电路124可将针对各特定单位时间从中感测到电感器电流IL的感测电流Isen取平均，以计算电感器电流IL的平均值，当平均值为正时生成逻辑高的方向信号POS_D，并且当平均值为负时生成逻辑低的方向信号POS_D。

然而，本发明构思不限于此，并且感测电路124可根据各种方法生成方向信号POS_D。例如，感测电路124可相对于第一开关晶体管至第四开关晶体管(图2中的Q1至Q4)中的每一个(或者可替换地，中的至少一个)生成过电流控制信号OCP和零电流控制信号ZCS，并且基于过电流控制信号OCP和零电流控制信号ZCS生成方向信号POS_D。

感测电路124可基于第一PWM信号PWM1和第二PWM信号PWM2检测电感器电流IL在此处充电和放电的中点，并且当方向信号POS_D处于逻辑高时在中点感测第三开关晶体管Q3和第四开关晶体管Q4。当相对于第三开关晶体管Q3和第四开关晶体管Q4生成零电流控制信号ZCS时，感测电路124可将方向信号POS_D从逻辑高改变为逻辑低。另外，当方向信号POS_D处于逻辑低时，感测电路124可在中点感测第一开关晶体管Q1和第二开关晶体管Q2的电流。当相对于第一开关晶体管Q1和第二开关晶体管Q2生成过电流控制信号OCP时，感测电路124可将方向信号POS_D从逻辑低改变为逻辑高。

图10A和图10B是根据一些示例实施例的双向开关转换器110和控制器120的信号的时序图。在图10A中，假设电压VCF小于目标电压T_VCF，在图10B中，假设电压VCF高于目标电压T_VCF。

参照图10A，当电压VCF小于目标电压T_VCF时，第一比较电压VPOS可高于第二比较电压VNEG。在时段T1中，电感器电流的平均值IL_AVG可为正的，在时段T2中，电感器电流的平均值IL_AVG可为负的。如参照图7所述，可基于第一斜坡信号RAMP1和第一比较电压VPOS生成第一PWM信号PWM1，并且可基于第二斜坡信号RAMP2和第二比较电压VNEG生成第二PWM信号PWM2。

因为时段T1中的电感器电流的平均值IL_AVG为正，方向信号POS_D处于逻辑高，并且响应于方向信号POS_D处于逻辑高，PWM逻辑(图6中的122)可基于第一PWM信号PWM1生成第一开关信号SS1，并且基于第二PWM信号PWM2生成第二开关信号SS2。

如参照图5A和图5B的描述，在其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段中和在其中第二开关晶体管Q2和第四开关晶体管Q4导通的时段中，电流流动通过作为飞跨电容器的第三电容器C

在时段T1中，其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段比其中第二开关晶体管Q2和第四开关晶体管Q4导通的时段更长。因此，在时段T1中，电压VCF在靠近目标电压T_VCF的方向上增大。

因为在时段T2中电感器电流的平均值IL_AVG为负，方向信号POS_D处于逻辑低，并且响应于方向信号POS_D处于逻辑低，PWM逻辑122可基于第二PWM信号PWM2生成第一开关信号SS1，并且基于第一PWM信号PWM1生成第二开关信号SS2。

当电感器电流的平均值IL_AVG为负时，因为在其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段中，电流在反向(例如，从第四节点N4至第二节点N2)上流动，所以第三电容器C

在时段T2中，其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段可比其中第二开关晶体管Q2和第四开关晶体管Q4导通的时段更短。因此，在时段T2中，电压VCF可在靠近目标电压T_VCF的方向上增大。

参照图10B，当电压VCF高于目标电压T_VCF时，第一比较电压VPOS可小于第二比较电压VNEG。在时段T1中，电感器电流的平均值IL_AVG可为正的，在时段T2中，电感器电流的平均值IL_AVG可为负的。

当电感器电流的平均值IL_AVG为正时，因为在其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段中，电流在正向(例如，从第二节点N2至第四节点N4)上流动，所以第三电容器C

在时段T1中，其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段可比其中第二开关晶体管Q2和第四开关晶体管Q4导通的时段更短。因此，在时段T1中，电压VCF可在靠近目标电压T_VCF的方向上减小。

因为在时段T2中电感器电流的平均值IL_AVG为负，方向信号POS_D处于逻辑低，并且响应于方向信号POS_D处于逻辑低，PWM逻辑122可基于第二PWM信号PWM2生成第一开关信号SS1，并且基于第一PWM信号PWM1生成第二开关信号SS2。

当电感器电流的平均值IL_AVG为负时，因为在其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段中，电流在反向(例如，从第四节点N4至第二节点N2)上流动，所以第三电容器C

在时段T2中，其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段可比其中第二开关晶体管Q2和第四开关晶体管Q4导通的时段更长。因此，在时段T2中，电压VCF可在靠近目标电压T_VCF的方向上减小。

这样，根据一些示例实施例的充电器IC(图1中的100)可通过根据电感器电流的平均值IL_AVG为正还是为负调整控制第一开关晶体管Q1至第四开关晶体管Q4的开关操作的第一开关信号SS1和第二开关信号SS2，来调整飞跨电容器(即，第三电容器C

图11是根据比较例的双向开关转换器110和控制器120的信号的时序图。

根据比较例，无论电感器电流的平均值IL_AVG为正还是为负，PWM逻辑122可基于第一PWM信号PWM1生成第一开关信号SS1，并且基于第二PWM信号PWM2生成第二开关信号SS2。

在时段T1和T2中，其中第一开关晶体管Q1和第三开关晶体管Q3导通的时段可比其中第二开关晶体管Q2和第四开关晶体管Q4导通的时段更长。在时段T1中，第三电容器C

然而，因为电感器电流的平均值IL_AVG在时段T2中为负，第三电容器C

这样，与根据一些示例实施例的控制器120的控制不同，当无论电感器电流的平均值IL_AVG为正还是为负生成第一开关信号SS1和第二开关信号SS2时，双向开关转换器110可不能适当执行飞跨电容器平衡。

图12是示意性地示出根据一些示例实施例的包括充电器IC 100电子装置20的框图。

参照图12，电子装置20可包括充电器IC 100、电池200、有线电源接口310、无线电源接口320和应用处理器400。已参照图1描述了充电器IC 100、电池200、有线电源接口310和无线电源接口320之间的操作，并且将省略对其的冗余描述。

在图12的电子装置20中，应用处理器400可识别从连接至有线电源接口310和无线电源接口320的装置提供或者从有线电源接口310和无线电源接口320提供的电压(例如，第一输入电压CHGIN和第二输入电压WCIN)。应用处理器400可根据识别的接口或输入电压生成确定开关模式的模式信号MD，并且将模式信号MD提供至充电器IC 100的控制器120。

例如，当通过有线电源接口310施加第一输入电压CHGIN并且无线电力发送电路连接至无线电源接口320时，应用处理器400可识别第一输入电压CHGIN和无线电力发送电路，并且生成指示降压-升压模式的模式信号MD。当OTG装置连接至有线电源接口310或者无线电力发送电路连接至无线电源接口320时，应用处理器400可生成指示升压模式的模式信号MD。

这样，应用处理器400可生成表示多个开关模式的模式信号MD，并且将模式信号MD提供至控制器120。控制器120可控制双向开关转换器110，以执行对应于模式信号MD的开关操作。

图13是示出根据一些示例实施例的包括充电器IC 1910的电子装置1000的配置的框图。

电子装置1000可包括各种电子电路。例如，电子装置1000的电子电路可包括图像处理块1100、通信块1200、音频处理块1300、缓冲器存储器1400、非易失性存储器1500、用户接口1600、主处理器1800、电力管理器电路1900和充电器IC 1910。

电子装置1000可连接至电池1920，并且电池1920可供应用于电子装置1000的操作的电力。然而，本发明构思不限于此，并且供应至电子装置1000的电力可从内部/外部电源而非电池1920提供。

图像处理块1100可通过透镜1110接收光。图像处理块1100中包括的图像传感器1120和图像信号处理器1130可基于接收的光生成关于外部对象的图像信息。

通信块1200可通过天线1210与外部装置/系统交换信号。通信块1200的收发器1220和调制器/解调器(MODEM)1230可根据各种有线/无线通信协议中的一个或多个处理与外部装置/系统交换的信号。

音频处理块1300可利用音频信号处理器1310处理声音信息。音频处理块1300可通过麦克风1320接收音频输入，并且可通过扬声器1330输出音频。

缓冲器存储器1400可存储用于电子装置1000的操作的数据。例如，缓冲器存储器1400可临时存储由主处理器1800处理或将由其处理的数据。例如，缓冲器存储器1400可包括诸如静态随机存取存储器(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)等的易失性存储器和/或诸如相变RAM(PRAM)、磁阻RAM(MRAM)、电阻RAM(ReRAM)、铁电RAM(FRAM)等的非易失性存储器。

非易失性存储器1500无论是否供电都可存储数据。例如，非易失性存储器1500可包括诸如闪速存储器、PRAM、MRAM、ReRAM、FRAM等的各种非易失性存储器中的至少一个，例如，非易失性存储器1500可包括诸如安全数字(SD)卡或固态驱动器(SSD)的可移动存储器和/或诸如嵌入式多媒体卡(eMMC)的嵌入式存储器。

用户接口1600可以传递用户和电子装置1000之间的通信。例如，用户接口1600可以包括从用户接收输入的输入接口和向用户提供信息的输出接口。

主处理器1800可控制电子装置1000的组件的整体操作。主处理器1800可处理各种计算，以操作电子装置1000。例如，主处理器1800可实施为通用处理器、专用处理器、应用处理器、微处理器等，并且可包括一个或多个处理器核。

电力管理器电路1900可为电子装置1000的组件供电并且管理电力。例如，电力管理器电路1900可基于从充电器IC 1910和/或电池1920提供的电力输出系统电压。电力管理器电路1900可根据组件的温度、操作模式(例如，运行模式、待机模式和睡眠模式)等调整组件中的每一个(或者可替换地，中的至少一个)的频率、提供的系统电压的电压电平等。

充电器IC 1910可基于从外部电源提供的电力为电池1920充电，或者可为电力管理器电路1900供电。可替换地，充电器IC 1910可基于从电池1920提供的电力通过有线或无线电源接口为外部装置供电。

参照图1至图12描述的充电器IC 100可应用于电子装置1000，作为充电器IC1910。充电器IC 100可包括实施为3电平DC-DC转换器的双向开关转换器。双向开关转换器可在降压模式、降压-升压模式和升压模式下操作。在降压-升压模式中，充电器IC 100可基于流经电感器的电流的方向调整其中控制开关元件的开关操作的开关信号具有活动电平和非活动电平的时段。因此，可适当执行飞跨电容器平衡，并且输出电压的纹波可减少。

上面公开的元件和/或功能块中的任一个可具有包括逻辑电路的诸如硬件的处理电路；诸如执行软件的处理器的硬件/软件组合；或它们的组合，或者按照包括逻辑电路的诸如硬件的处理电路；诸如执行软件的处理器的硬件/软件组合；或它们的组合实施。例如，控制器120和应用处理器400可实施为处理电路。处理电路具体地可包括(但不限于)中央处理器(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。处理电路可包括诸如晶体管、电阻器、电容器等中的至少一个的电气组件。处理电路可包括诸如包括AND门、OR门、NAND门、NOT门等中的至少一个的逻辑门的电气组件。

处理器、控制器和/或处理电路可以被配置为通过专门编程来(诸如使用FPGA或ASIC)执行动作或步骤来执行这些动作或步骤，或者可以被配置成通过执行从存储器接收的指令来执行动作和步骤，或其组合。

虽然参考本发明构思的示例实施例对本发明构思进行了详细的示出和描述，但可以理解，在不脱离随附权利要求的精神和范围的情况下，可以对其形式和细节进行各种改变。