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CN119836738A - 具有共享部件的多模式电力转换器 - Google Patents

具有共享部件的多模式电力转换器 Download PDF

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CN119836738A
CN119836738A CN202380063588.2A CN202380063588A CN119836738A CN 119836738 A CN119836738 A CN 119836738A CN 202380063588 A CN202380063588 A CN 202380063588A CN 119836738 A CN119836738 A CN 119836738A
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coupled
inductor
circuit
converter circuit
terminal
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大卫·M·朱利亚诺
格雷戈里·什琴斯钦斯基
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

与常规设计相比，电池管理电路能够利用较少的部件实现，同时保持性能。实施方式包括电力转换器，该电力转换器包括通过第一电感器耦接到电池接口电路的绝热电荷泵电路、以及通过第二电感器耦接到电池接口电路的电感式降压转换器电路。在第一操作模式下，绝热电荷泵电路被去激活，并且电感式降压转换器电路被激活。在第二操作模式下，绝热电荷泵电路被激活，并且电感式降压转换器电路被去激活。绝热电荷泵电路和电感式降压转换器电路共享电池接口电路和以下中的至少一个：(1)耦接到电压源端子和参考电位端子的电力开关，(2)至少一个飞跨电容器，或者(3)第一电感器。

Description

具有共享部件的多模式电力转换器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年8月5日提交的美国临时申请第63/395,582号和于2022年12月23日提交的美国临时申请第63/435,119号的优先权，上述两个美国临时申请的内容都通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及电子电路，并且更具体地涉及包括DC-DC电力转换器电路的电力转换器电路和电池管理系统。
背景技术
许多电子产品，特别是移动计算和/或通信产品和部件(例如，蜂窝电话、笔记本计算机、超级本计算机、平板设备、LCD和LED显示器)需要多个电压电平。例如，射频(RF)发射器功率放大器可能需要相对高的电压(例如，12V或更高)，而逻辑电路系统可能需要低电压电平(例如，1V至3V)。还有其他电路系统可能需要中间电压电平(例如，5V至10V)。
直流(DC)电力转换器通常用于从公共电源，例如电池、太阳能电池和整流交流(AC)源生成较低或较高的电压。从较高的输入电压电源生成较低的输出电压电平的电力转换器通常被称为降压转换器，如此称呼是因为输出电压VOUT小于输入电压VIN，并且因此转换器使输入电压“下降”。从较低的输入电压电源生成较高的输出电压电平的电力转换器通常被称为升压转换器，因为VOUT大于VIN。根据特定的配置，例如哪些端子用于输入和输出，一些电力转换器可以是降压转换器或者是升压转换器。一些电力转换器可以提供反相输出。
现代设备，特别是移动设备(例如，蜂窝电话)，通常需要复杂的电池管理系统来优化设备使用时间和电池寿命，同时防止电池过度充电和热劣化。已知在这样的电池管理系统中利用两种不同类型的电力转换器来给设备电池充电并为设备提供系统电压。
被称为电感式电力转换器的一种类型的直流电力转换器可以包括电荷传送电容器和相对大的输出电感器，作为通过受控开关耦接的能量存储元件，以便将电荷从VIN传送到VOUT。在一些实施方式中，电感式电力转换器可以被实现为多电平电感式电力转换器。被称为绝热电荷泵的另一种类型的直流电力转换器包括电荷传送电容器和相对小的输出电感器，作为通过受控开关耦接的能量存储元件，以便将电荷从VIN传送到VOUT。在这两种类型中，电荷传送电容器通常被称为“飞跨电容器”或“泵电容器”。每次使用飞跨电容器(即，不被旁路)时，流过该飞跨电容器的电能通常将给该飞跨电容器充电或放电。虽然多电平电力转换器和绝热电荷泵在一些配置中可以具有类似的拓扑，但是它们在最佳性能和效率所需的电感的大小方面不同。
图1A是现有技术的绝热两相3电平电荷泵100的一个示例的示意图。第一相子电路包括在用于输入电压VIN的输入端子与开关S2和S3之间的节点LX之间串联耦接的开关S1、S2，在节点LX与参考电位(例如，电路接地)之间串联耦接的分流开关S3、S4，在如示出的开关对S1-S2与S3-S4之间连接的飞跨电容器C1，以及在节点LX与用于VOUT的输出端子之间耦接的相对小(例如，大约1nH到几百nH，取决于功率水平)的共享电感器LS(“S”代表“小”)。第二相子电路包括在用于VIN的输入端子与开关S2'和S3'之间的节点LX之间串联耦接的开关S1'、S2'，在节点LX与参考电位之间串联耦接的分流开关S3'、S4'，在如示出的开关对S1'-S2'与S3'-S4'之间连接的飞跨电容器C1'，以及在节点LX与用于VOUT的输出端子之间耦接的共享电感器LS。平滑电容器C0耦接在输出端子与参考电位之间。在操作中，开关S1和S3由时钟信号一致地切换到相同的断开或闭合状态，而开关S2和S4由时钟信号一致地切换到相同的断开或闭合状态，该时钟信号相对于时钟信号(在时钟转换之间具有死区时间)相位交错(在相位之间具有死区时间)。所示示例的结果是VOUT＝1/2VIN。开关S1'至S4'的操作是类似的，但是开关S1'和S3'由时钟信号一致地切换到相同的断开或闭合状态，而开关S2'和S4'由时钟信号一致地切换到相同的断开或闭合状态。使用两个交错相位有助于在输出端子处提供更平滑的电压和电流。
图1B是现有技术的3电平电感式降压转换器102的一个示例的示意图。一组四个开关S1至S4串联耦接在用于VIN的输入端子与电路接地之间。飞跨电容器C1与开关S1和S4串联耦接，并且与开关S2和S3并联耦接。相对大的电感器LB(“B”代表“大”)耦接到输出电容器C0和开关S2与S3之间的节点LX。电感器LB通常具有约2倍至大于约100倍电感器LS的电感的电感。输出电容器C0两端的电压在输出端子处作为VOUT可获得。
在所示的示例中，单个飞跨电容器C1的存在使得四个开关状态能够各自在节点LX处生成三个电压电平中的一个：0V(GND)、VIN或VIN/2(以两种不同的方式)。在定义LX节点处的一级电压电平的第一开关状态下，开关S3和S4闭合，并且开关S1和S2断开，从而有效地旁路C1并将LX连接到电路接地(LX处的电压电平＝GND)。在定义LX节点处的三级电压电平的第二开关状态下，开关S3和S4断开，并且开关S1和S2闭合，从而再次有效地旁路C1并将LX连接到VIN(LX处的电压电平＝VIN)。
在定义LX节点处的二级电压电平的第三开关状态下，开关S2和S4断开并且开关S1和S3闭合，从而将C1从VIN连接到LX，并且因此利用流入负载的电感器LS电流给C1充电。C1两端的电压将约为VIN/2，并且LX处的电压电平也将约等于VIN/2。在也定义LX节点处的二级电压电平的第四开关状态下，开关S2和S4闭合并且开关S1和S3断开，从而将C1从LX连接到GND，并且因此利用从负载流动的电感器LS电流对C1放电。C1两端的电压将约为VIN/2，并且LX处的电压电平也将约等于VIN/2(这假设C1先前在状态三下被充电)。因此，所示的电感式降压转换器102具有在LX节点处生成VIN/2的二级电压电平的两个开关状态。通过使用来自控制器(未示出)的脉冲宽度调制(PWM)控制信号在电平之间切换，可以实现输出电压VOUT的范围。
虽然已经提出或实现了用于电池管理系统的多个不同的架构，但是需要用于更有效和高效地提供电池管理的电路和方法。特别地，需要可以利用较少的部件来实现(从而减小尺寸)同时保持电路性能的电池管理电路配置。本发明解决了这一需求和其他需求。
发明内容
本发明包括电池管理电路配置，与常规设计相比，其可以利用较少的部件来实现(从而减小IC尺寸)，同时保持电路性能。
通常，本发明包括一种电力转换器电路，该电力转换器电路包括用于接收第一电压的第一端子、用于提供第二电压的第二端子、被配置成耦接到参考电位的第三端子、耦接到第二端子并且被配置成耦接到参考电位的电池接口电路、在第一端子与参考电位之间耦接的并且通过第一电感器耦接到电池接口电路的绝热电荷泵电路、以及在第一端子与参考电位之间耦接的并且通过第二电感器耦接到电池接口电路的电感式降压转换器电路，其中，在电力转换器电路的第一操作模式下，绝热电荷泵电路被去激活，并且电感式降压转换器电路被激活，其中，在电力转换器电路的第二操作模式下，绝热电荷泵电路被激活，并且电感式降压转换器电路被去激活，并且其中，绝热电荷泵电路和电感式降压转换器电路共享电池接口电路和以下中的至少一个：(1)耦接到第一端子的电力开关和耦接到第三端子的电力开关，(2)至少一个飞跨电容器，或者(3)第一电感器。
本发明还包括迪克森电荷泵和电感式降压转换器电路的组合，使得所有飞跨电容器被共享，或者其中一些飞跨电容器被共享。本发明还包括与电荷泵组合的输出电流感测电路，该电荷泵通过电感器LS向输出电容器COUT提供电荷。
在附图和下面的描述中阐述了本发明的一个或更多个实施方式的细节。根据说明书和附图并且根据权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点将是明显的。
附图说明
图1A是现有技术的绝热两相3电平电荷泵的一个示例的示意图。
图1B是现有技术的3电平电感式降压转换器的一个示例的示意图。
图2A是示出第一示例电池管理系统的框图。
图2B是示出第二示例电池管理系统的框图。
图3A和图3B分别示出了示例电池充电电流曲线图和电池充电电压曲线图。
图4A是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的示意图。
图4B是图4A中使用的第一类型的电池接口电路的示意图。
图5是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的第一变型的示意图。
图6A是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的第二变型的示意图。
图6B是图6A中使用的第二类型的电池接口电路的示意图。
图7是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的第三变型的示意图。
图8是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第二实施方式的示意图。
图9是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第二实施方式的变型的示意图。
图10是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的示意图。
图11是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的第一变型的示意图。
图12是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的第二变型的示意图。
图13是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的第三变型的示意图。
图14是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第四实施方式的示意图。
图15是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第五实施方式的示意图。
图16是适用于用作电池管理系统的多电平、多相电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的示意图。
图17是适用于用作电池管理系统的多电平、多相电荷泵和电感式降压转换器电路的第二实施方式的示意图。
图18是适用于用作电池管理系统的多电平、多相电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的示意图。
图19是现有技术的4分频(4:1)双相迪克森电荷泵1900的示意图。
图20是现有技术的5电平电感式降压转换器的示意图。
图21是基于双相4:1(5电平)迪克森电荷泵和两相5电平电感式降压转换器的电荷泵和电感式降压电力转换器电路的第一实施方式的示意图。
图22是基于双相4:1(5电平)迪克森电荷泵和两相5电平电感式降压转换器的电荷泵和电感式降压电力转换器电路的第二实施方式的示意图。
图23是基于双相4:1(5电平)迪克森电荷泵和两相3电平电感式降压转换器的电荷泵和电感式降压电力转换器电路的实施方式的示意图。
图24示出了常规开关模式电力供应的输出电压和电流随时间变化的一组示例曲线图。
图25示出了通过电感器LS向输出电容器COUT提供电荷的电荷泵的输出电压和电流随时间变化的一组示例曲线图。
图26是包括输出电流感测电路的电荷泵系统的框图。
图27是示出示例电池管理系统的框图。
图28是可以是例如印刷电路板或芯片模块基板(例如，薄膜块)的基板的俯视平面图。
图29是示出用于将第一电压转换为第二电压的一种方法的处理流程图。
除非上下文另有要求，否则各种附图中的相似的附图标记和名称通常指示相似的元件。
具体实施方式
本发明包括可以提供较小的并且高效的解决方案的电池管理电路配置。
电池管理系统
在考虑下面适当公开的新颖的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路之前，更好地理解在其中这样的电路可能特别有用的电池管理系统的新颖示例可能是有用的。
图2A是示出第一示例电池管理系统200的框图。电池管理系统200可以例如向一个或更多个系统负载202(例如，智能手机、膝上型计算机、平板计算机等)提供电压VSYS。在所示示例中，电池管理系统200可以经由有线电力输送路径204(例如，USB-C等)接收电力以支持内部电路系统和/或以有助于给电池206充电。有线电力输送路径204可以耦接到电池管理系统200外部的AC/DC适配器208a。在一些实施方式中，有线电力输送路径204可以由包括耦接到AC/DC适配器208b的外部无线接口210a和内部无线接口210b的无线电力输送路径代替或补充。外部无线接口210a和内部无线接口210b可以是例如符合Qi感应无线电力传送标准的部件。内部无线接口210b还可以包括电力调节电路系统，例如低压差(LDO)DC线性电压调节器电路。选择器开关212可以选择AC/DC适配器208a或内部无线接口210b以提供内部电压VIN。
电压VIN被示出为耦接到电荷泵214的输入和电感式降压转换器216的输入，所述电荷泵214和电感式降压转换器216中的每一个输出相应的转换电压VOUT_CP、VOUT_BK。在所示示例中，电感式降压转换器216的输出VOUT_BK向系统负载202提供系统电压VSYS，并且可以通过开关MBAT 218(例如，场效应晶体管)选择性地耦接到电池206，以便向电池206提供电荷。当VOUT_BK不足时(例如，当电池管理系统200未连接到AC/DC适配器208时)，开关MBAT 218还用于选择性地向系统负载202提供电压VBAT。在所示示例中，电荷泵214的输出直接耦接到电池206，以便向电池206提供电荷。
在所示示例中，LC滤波器220耦接在VSYS线路上。当开关MBAT 218接通时，该状态引入较高的电容(例如连接到VSYS的那些系统负载202)。添加连接到VSYS线路的LC滤波器220隔离与系统负载202相关联的电容，并且如果电荷泵214不具有电感元件，则提高电荷泵214的效率。电荷泵中的再分布损耗是飞跨电容和输出电容的函数。通过增加飞跨电容和/或减小输出电容来提高效率。增加飞跨电容的缺点会是更大的尺寸，并且减小输出电容的缺点是输出处增加的纹波。LC滤波器220可以在不牺牲效率的情况下去除输出电压纹波。也可以存在其中可以放置LC滤波器的其他最佳位置。
在一些实施方式中，电荷泵214和电感式降压转换器216内部的开关可以用于选择AC/DC适配器208a或内部无线接口210b以提供电压VIN，从而允许省略选择器开关212。
图2B是示出第二示例电池管理系统200'的框图。在大多数方面类似于图2A的第一示例电池管理系统200，电荷泵214和电感式降压转换器216的相应输出VOUT_CP、VOUT_BK向系统负载202提供系统电压VSYS，并且可以通过开关MBAT 218选择性地耦接到电池206，以便向电池206提供电荷。当VOUT_CP和VOUT_BK不足时，开关MBAT 218还用于选择性地向系统负载202提供电压VBAT。
对于图2A和图2B中所示的示例，控制器222向电荷泵214、电感式降压转换器216、选择器开关212以及(可选地)向AC/DC适配器208和/或向内部无线接口210b提供控制信号，以用已知的方式控制那些部件的操作。例如，非绝热电荷泵电力转换器的操作在2019年4月16日发布的题为Selectable Conversion Ratio DC-DC Converter(可选择转换比的DC-DC转换器)的美国专利第10,263,514B1号中描述，该美国专利转让给本发明的受让人并通过引用并入于此。绝热电荷泵电力转换器的操作在2021年7月27日发布的题为Apparatus andMethod for Efficient Shutdown of Adiabatic Charge Pumps(用于有效关闭绝热电荷泵的装置和方法)的美国专利第11,075,576B2号中描述，该美国专利转让给本发明的受让人并通过引用并入于此。电感式降压电力转换器的操作在2014年6月3日发布的题为PowerConverters with Integrated Capacitors(具有集成电容器的电力转换器)的美国专利第10,424,564B2号中描述，该美国专利转让给本发明的受让人并通过引用并入于此。
电荷泵214和电感式降压转换器216通常在连接到相应外部飞跨电容器和电感器的单独集成电路(IC)芯片上实现。注意，虽然电池206被示出为包括在电池管理系统200、200'内，但是电池206可以是被配置成通过适当的端子或节点BATT耦接到所示的电池管理系统200、200'电路系统的外部部件。
电池充电管理
在防止电池过度充电和热劣化的同时优化电池寿命会是复杂的，并且通常涉及不同类型的充电阶段来适应特定电池类型(锂离子、锂聚合物等)的充电/放电、老化和其他特性。例如，这些阶段可以包括涓流充电阶段、预充电阶段、恒定电流(CC)阶段和/或恒定电压(CV)或渐变阶段。在这些或类似的充电阶段中，例如电池管理系统可以监测一个或更多个适用的温度，并且例如在特定监测的温度满足或超过指定阈值的情况下可以减小充电电流。包括电荷泵和电感式降压转换器两者的电池管理系统可以选择一个或另一个(或两者)电力转换器，作为最适合电池此刻的需求和所选电力转换器的输出特性。
例如，图3A和图3B分别示出了示例电池充电电流曲线图和电池充电电压曲线图。还参考相应的嵌入式表302a、302b，电感式降压转换器(BK)在涓流充电阶段利用涓流电流ITC给电池充电，并且在预充电阶段利用预充电电流IPC给电池充电。一旦电池电压越过第一阈值VCC1，电池可以再次利用来自BK的第一快速充电恒定电流ICC1充电。一旦电池电压越过第二阈值VCC2，电池可以利用来自电荷泵(CP)的第二快速充电恒定电流ICC2来充电。当电池电压达到VREG时，电池可以保持在VREG的恒定电压处并且来自CP的充电电流可以随着电池接近充满电而逐渐减小。在恒定电压(渐变)阶段中从CP操作切换到BK操作的点可以由各种触发点诸如例如时间、电压、电流等来决定。如果电池电流达到ITERM，则充电完成。在一些情况下，电池管理系统可能不需要遍历所有区域(Z1至Z6)来完成电池充电，并且因此可以跳过某些区域。在一些应用中，可以添加额外的区域。
以下是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的多个实施方式和这样的实施方式的变型的示例。每个电路可以在CP操作模式和BK操作模式之间切换。CP操作模式与BK操作模式之间的切换由系统控制器以已知的方式控制，以选择各种电流和电压电池充电模式，例如图3A和图3B中所示的那些，仅添加必要的控制信号来重新配置特定实施方式的电路系统以激活或去激活CP和BK电路系统。
图2A和图2B中所示的示例电池管理系统，当适用于使用下面公开的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路中的任何一个时，可以在各种应用中特别有用，各种应用例如(1)可以提供高功率(数十至数百千瓦)的闪充系统，以及(2)可能需要可编程电力供应(PPS)的应用，例如USB-PPS标准，其允许电流和电压中的逐步改变。
第一实施方式
图4A是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的示意图。串联耦接的电力开关的两个堆叠S1至S4和S5至S8耦接在用于VIN的输入端子与被配置成耦接到参考电位(例如，电路接地)的参考端子REF之间。电力开关可以使用例如场效应晶体管(FET)来实现。如所示出的，第一飞跨电容器C1耦接在开关对S1-S2与S3-S4之间，并且第二飞跨电容器C2耦接在开关对S5-S6与S7-S8之间。相对小的电感器LS耦接在开关对S6-S7与第一类型的电池接口(BI1)电路402之间，该第一类型的电池接口电路402又耦接到用于VSYS的输出端子。相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)耦接在开关对S2-S3与BI1电路402之间。
图4B是图4A中使用的第一类型的电池接口电路402的示意图。相对大的电感器LB耦接到用于VSYS的输出端子、输出电容器COUT以及晶体管MBAT的导电沟道的第一端。晶体管MBAT的导电沟道的第二端耦接到共享电池电容器CBAT和电池404。相对小的电感器LS也耦接到共享电池电容器CBAT、电池404以及晶体管MBAT的导电沟道的第二端。在一些应用中，如果在CP电路系统操作时晶体管MBAT导通，则相对小的电感器LS也可以连接到输出电容器COUT以及连接到用于VSYS的输出端子。
第一类型的电池接口电路402可以被建模为具有用于LB和LS的相应输入、参考电位端子(例如，到电路接地)和用于VSYS的输出端子的四端子块。下面描述的多个实施方式利用第一类型的电池接口电路402。
返回参照图4A，构成BK电路系统的部件包括开关S1至S4、飞跨电容器C1、电感器LB和BI1电路402t。飞跨电容器C1的存在允许降压转换器电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作。在BK操作期间，开关S5至S8断开(因此去激活电荷泵电路系统)，并且开关S1至S4如上文关于图1B所描述的那样被操作。
构成CP电路系统的部件包括开关S5至S8、飞跨电容器C2、电感器LS和BI1电路402。在CP操作期间，开关S1至S4断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关S5至S8如上文关于图1A的一个相所描述的那样被操作(将开关S5至S8映射到图1A的开关S1至S4上)。
在所示的实施方式中，BI1电路402由降压转换器电路系统和电荷泵电路系统共享，并且当晶体管MBAT导通时，输出电容器COUT和共享电池电容器CBAT并联耦接。这样的配置可以节省部件和布局空间，或者允许使用较小值的部件，即使降压转换器电路系统和电荷泵电路系统被制造在单独的IC芯片上(记住，输出电容器COUT通常是外部芯片外部件)。驱动各种开关S1至S8是直接的，因为组合的电荷泵和电感式降压转换器电路可以被有效地控制为仅共享BI1电路402的单独电路。
重要的是，用于降压转换器电路系统和电荷泵电路系统的电感器LB和LS被单独地确定尺寸以优化那些电路的性能、效率和布局空间。
下面表1总结了图4A中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1-S4 C1 LB BI1
CP S5-S8 C2 LS BI1
共享部件 – – – BI1
表1
第一实施方式的第一变型
图5是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的第一变型的示意图。在大多数方面类似于图4A的电路，如所示出的，添加的导体502耦接开关对S1-S2和S5-S6，并且如所示出的，添加的导体504耦接开关对S3-S4和S7-S8。添加的导体502、504有效地并联耦接电容器C1和C2。
构成BK电路系统的部件包括开关S1至S4、飞跨电容器C1和C2、电感器LB和BI1电路402。在BK操作期间，开关S5至S8断开(因此去激活CP电路系统)，并且开关S1至S4如上文关于图1B所描述的那样被操作。由于并联耦接的电容器的电容是相加的(例如，C1||C2的电容＝C1+C2)，因此并联耦接的飞跨电容器C1和C2的存在允许BK电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作，但与图4A的电路相比具有更大的飞跨电容或具有更小的电容器部件(或具有比单个电容器更大的总电容的更小电容器部件的组合)。在某些情况下，如果另一个电容器的电容足够大，则可以省略电容器C1、C2中的一个。
构成CP电路系统的部件包括开关S5至S8、飞跨电容器C1和C2、电感器LS和BI1电路402。在CP操作期间，开关S1至S4断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关S5至S8如上文关于图1A的一个相所描述的那样被操作(将开关S5至S8映射到图1A的开关S1至S4上)。同样，并联耦接的飞跨电容器C1和C2的存在允许CP电路系统作为电荷泵被操作，但与图4A的电路相比具有更大的飞跨电容或具有更小的电容器部件(或具有比单个电容器更大的总电容的更小电容器部件的组合)。如上所述，如果另一个电容器的电容对于特定应用足够大，则可以省略电容器C1、C2中的一个。
下面表2总结了图5中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1-S4 C1,C2 LB BI1
CP S5-S8 C1,C2 LS BI1
共享部件 – C1,C2 – BI1
表2
第一实施方式的第二变型
图6A是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的第二变型的示意图。在大多数方面类似于图4A的电路，电感器LB如所示出的通过电感器LS耦接到第二类型的电池接口电路(BI2)电路602。
图6B是图6A中使用的第二类型的电池接口电路602的示意图。相对大的电感器LB和相对小的电感器LS在一些配置中串联耦接为LB+LS，而在其他配置中串联耦接为LS+LB。串联耦接的电感器LB、LS又耦接到用于VSYS的输出端子、输出电容器COUT以及晶体管MBAT的导电沟道的第一端。晶体管MBAT的导电沟道的第二端耦接到共享电池电容器CBAT和电池604。与晶体管MBAT并联耦接的低电阻旁路开关SBP0可以在一些应用中用于提供与晶体管MBAT的导通状态相比更低的电阻信号路径。当唯一工作的电力转换器是直接给电池604充电的电荷泵电路时，这种能力可能特别有用，因为晶体管MBAT的相对高的电阻会降低整体效率。因此，通常，当耦接的电荷泵有效地工作时，晶体管MBAT被设置成闭合(导通)状态。
第二类型的电池接口电路602可以被建模为具有用于串联耦接的电感器LB、LS的输入、参考电位端子(例如，到电路接地)和用于VSYS的输出端子的三端子块。下面描述的多个实施方式利用第二类型的电池接口电路602。
注意，BI1电路402和BI2电路602只是彼此的微小变体，并且通过适当地设置旁路开关SBP0的状态并将小电感器LS连接到BATT节点以配置为BI1电路402(因此使电路成为四端子块)，可以在所有情况下使用BI2电路602。
构成BK电路系统的部件包括开关S1至S4、飞跨电容器C1、电感器LB+LS和BI2电路602。在BK操作期间，开关S5至S8断开(因此去激活CP电路系统)，并且开关S1至S4如上文关于图1B所描述的那样被操作。与图4A的实施方式相比，电感器LB和LS的串联耦接允许电感器LB具有更小的电感(大约为LS的电感)，并且因此电感器LB可以是物理上比图4A的实施方式中更小的部件。例如，如果图4A的电路中的电感器LB具有比LS的电感大大约10倍的电感，那么图6A的电路中的电感器LB可能只需要比LS的电感大大约9倍的电感，因为在BK操作期间LS的电感将被添加到LB的电感。
构成CP电路系统的部件包括开关S5至S8、飞跨电容器C2、电感器LS和BI2电路602。在CP操作期间，开关S1至S4断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关S5至S8如上文关于图1A的一个相所描述的那样被操作(将开关S5至S8映射到图1A的开关S1至S4上)。
下面表3总结了图6A中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1-S4 C1 LB+LS BI2
CP S5-S8 C2 LS BI2
共享部件 -– -– LS BI2
表3
第一实施方式的第三变型
图7是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第一实施方式的第三变型的示意图。在大多数方面类似于图6A的电路，如所示出的，添加的导体702耦接开关对S1-S2和S5-S6，并且如所示出的，添加的导体704耦接开关对S3-S4和S7-S8。如在图5的电路中一样，添加的导体702、704有效地并联耦接电容器C1和C2。
构成BK电路系统的部件包括开关S1至S4、飞跨电容器C1和C2、电感器LB+LS和BI2电路602。在BK操作期间，开关S5至S8断开(因此去激活CP电路系统)，并且开关S1至S4如上文关于图1B所描述的那样被操作。与图4A的实施方式相比，电感器LB和LS的串联耦接允许电感器LB具有更小的电感(大约为LS的电感)，并且因此电感器LB可以是物理上比图4A的实施方式更小的部件。并联耦接的飞跨电容器C1和C2的存在允许BK电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作，但与图4A的电路相比具有更大的飞跨电容或具有更小的电容器部件(或具有比单个电容器更大的总电容的更小电容器部件的组合)。
构成CP电路系统的部件包括开关S5至S8、飞跨电容器C1和C2、电感器LS和BI2电路602。在CP操作期间，开关S1至S4断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关S5至S8如上文关于图1A的一个相所描述的那样被操作(将开关S5至S8映射到图1A的开关S1至S4上)。
下面表4总结了图7中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1-S4 C1,C2 LB+LS BI2
CP S5-S8 C1,C2 LS BI2
共享部件 – C1,C2 LS BI2
表4
第二实施方式
图8是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第二实施方式的示意图。串联耦接的电力开关S1至S4的单个堆叠耦接在用于VIN的输入端子与参考端子之间。如所示出的，飞跨电容器C1耦接在开关对S1-S2与S3-S4之间。相对小的电感器LS耦接在开关对S2-S3与相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)之间，相对大的电感器LB又耦接到BI2电路602。旁路开关SBP与电感器LB并联耦接。当旁路开关SBP闭合时，开关对S2-S3与BI2电路602之间的电感仅为LS，而当旁路开关SBP断开时，开关对S2-S3与BI2电路602之间的电感为LS+LB。
构成BK电路系统的部件包括开关S1至S4、飞跨电容器C1、电感器LS+LB(旁路开关SBP断开)和BI2电路602。飞跨电容器C1的存在允许降压转换器电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作。在BK操作期间，旁路开关SBP断开(从而有效地阻止LB影响电路)，并且开关S1至S4如上文关于图1B所描述的那样被操作。
构成CP电路系统的部件包括开关S1至S4、飞跨电容器C1、电感器LS(旁路开关SBP闭合)和BI2电路602。在CP操作期间，开关S1至S4如上文关于图1A的一个相所描述的那样被操作(开关S1至S4对应于图1A的开关S1至S4)。
值得注意的是，与图4A的实施方式相比，图8的实施方式允许部件的实质性共享，其中一半的电力开关(S1至S4与S1至S8相比)和少一个电容器(没有C2)。此外，与图4A的实施方式相比，电感器LB和LS的串联耦接允许电感器LB具有更小的电感(大约为LS的电感)，并且因此电感器LB可以是物理上比图4A的实施方式更小的部件。
下面表5总结了图8中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1-S4 C1 LB+LS BI2
CP S1-S4 C1 LS BI2
共享部件 S1-S4 C1 LS BI2
表5
第二实施方式的变型
图9是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第二实施方式的变型的示意图。所示示例允许当处于CP模式时的两相电荷泵。串联开关S1至S4、S1'至S4'的双并联堆叠耦接在用于VIN的输入端子与参考端子之间。如所示出的，飞跨电容器C1、C1'分别耦接在开关对S1-S2与S3-S4之间以及开关对S1'-S2'与S3'-S4'之间。相对小的电感器LS、LS'分别耦接在开关对S2-S3、S2'-S3'与相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)之间，相对大的电感器LB又耦接到BI2电路602。在一些实施方式中，一对小电感器LS、LS'可以由耦接在电感器LB与两个节点LX和LX'之间的单个电感器LS代替，如图1A中一样。
旁路开关SBP与电感器LB并联耦接。当旁路开关SBP闭合时，开关对S2-S3和S2'-S3'与BI2电路602之间的电感分别仅为LS、LS'。当旁路开关SBP断开时，开关对S2-S3和S2'-S3'与BI2电路602之间的电感分别为LS+LB、LS'+LB。
构成BK电路系统的部件包括开关S1至S4、S1'至S4'、飞跨电容器C1、C1'、电感器LS+LB和LS'+LB(旁路开关SBP断开)和BI2电路602。飞跨电容器C1、C1'的存在允许BK电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作。在BK操作期间，旁路开关SBP断开(因此去激活电荷泵电路系统)，并且开关S1至S4、S1'至S4'可以如上文关于图1B所描述的那样被操作，其中对应的开关(S1&S1'、S2&S2'、S3&S3'和S4&S4')一致地操作，而不是如CP操作模式下那样以相反的定相操作。因此，在BK操作期间，BK电路系统可以有效地包括同时且同相工作的两个并联支路—即，双支路BK电路配置。替选地，当使用两组单独的电感器LS、LS'和LB、LB'(LB'未示出)时，BK电路系统可以异相操作(在仅具有单个电感器LS的实施方式中，BK操作需要同相运行)。
构成CP电路系统的部件包括开关S1至S4、S1'至S4'、飞跨电容器C1、C1'、电感器LS、LS'(旁路开关SBP闭合)和BI2电路602。在CP操作期间，开关S1至S4、S1'至S4'如上文关于图1A所描述的那样被操作。因此，对应的开关(S1&S1'、S2&S2'、S3&S3'和S4&S4')以相反的定相操作。替选地，开关可以同相操作。
下面表6总结了当使用双小电感器LS、LS'时，图9中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1-S4,S1'-S4' C1,C1' LB+LS,LB+LS' BI2
CP S1-S4,S1'-S4' C1,C1' LS,LS' BI2
共享部件 S1-S4,S1'-S4' C1,C1' LS,LS' BI2
表6
第三实施方式
图10是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的示意图。串联耦接的电力开关S1、S2、S3和S6的第一功能堆叠耦接在用于VIN的输入端子与参考端子之间，而串联开关S1、S4、S5和S6的第二功能堆叠耦接在输入端子与参考端子之间。因此，开关S1和S6在两个功能堆叠之间共享。
如所示出的，飞跨电容器C1耦接在共享开关S1与S6之间。相对小的电感器LS耦接在开关对S4-S5与BI1电路402之间。相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)耦接在开关对S2-S3与BI1电路402之间。
构成BK电路系统的部件包括开关S1、S2、S3和S6、飞跨电容器C1、电感器LB和BI1电路402。飞跨电容器C1的存在允许降压转换器电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作。在BK操作期间，开关S4-S5断开(因此去激活电荷泵电路系统)，并且开关S1、S2、S3和S6如上文关于图1B所描述的那样被操作(将开关S1、S2、S3和S6映射到图1B的开关S1至S4上)。
构成CP电路系统的部件包括开关S1、S4、S5和S6、飞跨电容器C1、电感器LS和BI1电路402。在CP操作期间，开关S2-S3断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关S1、S4、S5和S6如上文关于图1A的一个相所描述的那样被操作(将开关S1、S4、S5和S6映射到图1A的开关S1至S4上)。
值得注意的是，与图4A的实施方式相比，图10的实施方式允许部件的实质性共享，其中少两个电力开关(S1至S6与S1至S8相比)和少一个电容器(没有C2)。此外，与图8的实施方式相比，省略旁路开关SBP避免了向低电阻电感器LS添加额外的输出电阻。
虽然图10的实施方式被示出为具有电容器C1，从而实现3电平BK操作，但是通过将开关S1和S6设置成在BK操作期间总是接通或者通过将开关S1&S2和开关S3&S6组合成在BK操作期间总是一致地切换，电容器C1可以被有效地旁路以便配置用于2电平BK操作的实施方式。
下面表7总结了当能够支持3电平BK操作时，图10中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1,S2,S3,S6 C1 LB BI1
CP S1,S4,S5,S6 C1 LS BI1
共享部件 S1,S6 C1 – BI1
表7
第三实施方式的第一变型
图11是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的第一变型的示意图。在大多数方面类似于图10的电路，电感器LB如所示出的通过电感器LS耦接到BI2电路602。
构成BK电路系统的部件包括开关S1、S2、S3、S6、飞跨电容器C1、电感器LB+LS和BI2电路602。飞跨电容器C1的存在允许降压转换器电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作。在BK操作期间，开关S4-S5断开(因此去激活电荷泵电路系统)，并且开关S1、S2、S3、S6如上文关于图1B所描述的那样被操作(将开关S1、S2、S3、S6映射到图1B的开关S1至S4上)。与图10的实施方式相比，电感器LB和LS的串联耦接允许电感器LB具有更小的电感(大约为LS的电感)，并且因此电感器LB可以是物理上比图10的实施方式更小的部件。
构成CP电路系统的部件包括开关S1、S4、S5、S6、飞跨电容器C1、电感器LS和BI2电路602。在CP操作期间，开关S2-S3断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关S1、S4、S5、S6如上文关于图1A的一个相所描述的那样被操作(将开关S1、S4、S5、S6映射到图1A的开关S1至S4上)。
虽然图11的实施方式被示出为具有电容器C1，从而实现3电平BK操作，但是通过将开关S1和S6设置成在BK操作期间总是接通或者通过将开关S1&S2和开关S3&S6组合成在BK操作期间总是一致地切换，电容器C1可以被有效地旁路以便配置用于2电平BK操作的实施方式。
下面表8总结了当能够支持3电平BK操作时，图11中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1,S2,S3,S6 C1 LB+LS BI2
CP S1,S4,S5,S6 C1 LS BI2
共享部件 S1,S6 C1 LS BI2
表8
第三实施方式的第二变型
图12是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的第二变型的示意图。在大多数方面类似于图10的电路，已经添加了两个开关S7、S8和第二飞跨电容器C2以实现4电平BK操作。更具体地，如所示出的，开关S7置于用于VIN的输入端子与开关S1之间，并且开关S8置于开关S6与参考端子之间，而电容器C2串联耦接在开关S7与S8之间。
构成BK电路系统的部件包括开关S1、S2、S3、S6、S7和S8、飞跨电容器C1和C2、电感器LB和BI1电路402。飞跨电容器C1和C2的存在允许降压转换器电路系统作为4电平电感式降压转换器被操作。在BK操作期间，开关S4-S5断开(因此去激活电荷泵电路系统)，并且开关S1、S2、S3、S6、S7和S8以用于多电平降压转换器的已知方式操作。在2021年12月23日提交的题为Controlling Charge-Balance and Transients in a Multi-Level PowerConverter(控制多电平电力转换器中的电荷平衡和瞬态)的美国专利申请第17/560,767号中公开了一种操作多电平电力转换器的方法，该美国专利申请转让给本发明的受让人并且通过引用并入于此。
构成CP电路系统的部件包括开关S1、S4、S5、S6、S7、S8、飞跨电容器C1和C2、电感器LS和BI1电路402。在第一CP操作模式下，开关S2-S3断开(因此去激活BK电路系统)，开关S7和S8闭合，并且开关S1、S4、S5和S6如上文关于图1A的一个相所描述的那样被操作(将开关S1、S4、S5和S6映射到图1A的开关S1至S4上)。飞跨电容器C1的存在允许CP电路系统作为3电平(2:1)电荷泵被操作。在第二CP操作模式下，开关S2-S3断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关S1、S4至S8以几种可能的已知状态序列中的一种操作，以平衡所有飞跨电容器并在VSYS处输出期望的电压。飞跨电容器C1和C2的存在允许CP电路系统作为4电平(3:1)电荷泵被操作。通常，随着电荷泵的电平增加，中间电压状态的数目需要增加以平衡所有飞跨电容器。
注意，通过添加电容器C2来实现4电平BK操作和CP操作允许可以使用用于C1和C2的较小电容器以及较低电压开关，因为与图10的电路配置相比，任何一个开关两端的电压降低。
与图10和图11的实施方式一样，通过将各种开关设置成总是接通或处于联动操作以有效地旁路飞跨电容器C1和C2中的一个或两个，可以实现较低电平的BK操作(例如，3电平或2电平)。例如，通过将开关S1&S7和S6&S8设置成在BK操作期间总是接通或者通过将开关S1&S2&S7和开关S3&S6&S8组合成在BK操作期间总是一致地切换，可以实现2电平操作。可以以相同的方式实现较低电平的CP操作。
下面表9总结了当能够支持4电平BK和CP操作时，图12中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
配置 开关 电容器 电感器 BI电路
BK S1,S2,S3,S6,S7,S8 C1,C2 LB BI1
CP S1,S4,S5,S6,S7,S8 C1,C2 LS BI1
共享部件 S1,S6,S7,S8 C1,C2 -– BI1
表9
第三实施方式的第三变型
图13是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第三实施方式的第三变型的示意图。在大多数方面类似于图10的电路，所示示例允许当处于CP模式时的两相电荷泵。
串联开关S1、S4、S5、S6和S1'、S4'、S5'、S6'的双并联堆叠耦接在用于VIN的输入端子与参考端子之间。如所示出的，飞跨电容器C1、C1'分别耦接在开关对S1&S4与S5&S6之间以及开关对S1'&S4'与S5'&S6'之间。相对小的共享电感器LS耦接在BI1电路402与开关对S4-S5和S4'-S5'之间。注意，如图9中，两个单独的小电感器LS和LS'可以在所示电路的替选实施方式中使用。如图10中，相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)耦接在BI1电路402与开关对S2-S3之间。
构成BK电路系统的部件包括开关S1、S2、S3和S6、飞跨电容器C1、电感器LB和BI1电路402。飞跨电容器C1的存在允许降压转换器电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作。在BK操作期间，开关S4-S5、S4'-S5'断开(因此去激活电荷泵电路系统)，并且开关S1、S2、S3和S6如上文关于图1B所描述的那样被操作(将开关S1、S2、S3和S6映射到图1B的开关S1至S4上)。
构成两相CP电路系统的部件包括开关S1、S4、S5、S6和S1'、S4'、S5'、S6'、飞跨电容器C1、C1'、电感器LS和BI1电路402。在CP操作期间，开关S1、S4、S5、S6和S1'、S4'、S5'、S6'如上文关于图1A所描述的那样被操作(分别将S1、S4、S5、S6和S1'、S4'、S5'、S6'映射到S1至S4和S1'至S4')。因此，对应的开关(S1&S1'、S4&S4'、S4&S4'以及S6&S6')以相反的定相操作。
下面表10总结了图13中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
表10
第四实施方式
图14是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第四实施方式的示意图。所示示例允许当处于CP模式时的两相电荷泵，以及当处于BK模式时的双共享飞跨电容器。双共享飞跨电容器的使用引起输出处小的电压纹波，这进而允许较低电压电力开关的使用。
串联耦接的电力开关S1至S4、S5至S8的双并联堆叠耦接在用于VIN的输入端子与参考端子之间。串联耦接的电力开关S9和S10与串联耦接的开关S2和S3并联耦接，并且串联耦接的电力开关S11和S12与串联耦接的开关S6和S7并联耦接。如所示出的，飞跨电容器C1串联耦接在开关S1与S4之间，并且飞跨电容器C2串联耦接在开关S5与S8之间。如所示出的，相对小的电感器LS耦接在两个开关对S2-S3和S6-S7与BI1电路402之间。相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)耦接在两个开关对S9-S10和S11-S12与BI1电路402之间。
在所示示例中，构成BK电路系统的部件基本上形成两个并联的BK电路。构成第一并联BK电路系统的部件包括开关S1、S9、S10&S4、飞跨电容器C1、电感器LB和BI1电路402。构成第二并联BK电路系统的部件包括开关S5、S11、S12&S8、飞跨电容器C2、电感器LB和BI1电路402。飞跨电容器C1、C2的存在允许并联的BK电路系统作为3电平电感式降压转换器被操作。在BK操作期间，开关S2-S3和S6-S7断开(因此去激活电荷泵电路系统)，并且开关组S1、S9、S10&S4以及S5、S11、S12&S8如上文关于图1B所描述的那样被操作(将每组开关组S1、S9、S10&S4和S5、S11、S12&S8映射到图1B的开关S1至S4上)。
在所示示例中，构成CP电路系统的部件基本上形成两个并联的CP电路，通常在相反的相位上操作(即，CP电路系统可以作为两相电荷泵被操作)。构成第一相CP电路系统的部件包括开关S1至S4、飞跨电容器C1、电感器LS和BI1电路402。构成第二相CP电路系统的部件包括开关S5至S8、飞跨电容器C2、电感器LS和BI1电路402。在CP操作期间，开关S9、S10、S11和S12断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关组S1至S4和S5至S8如上文关于图1A所描述的那样以相位交错的方式操作(将开关S5至S8映射到图1A的开关S1'至S4'上)。
虽然图14的实施方式被示出为具有两个并联的BK电路，每个BK电路具有相应的电容器C1、C2，从而实现3电平BK操作，但是例如，通过将开关S9&S11和S10&S12组合成在BK操作期间总是一致地切换，电容器可以被有效地旁路以便配置用于2电平BK操作的实施方式。
下面表11总结了当能够支持3电平BK操作时，图14中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
表11
在一些实施方式中，在两个不同的IC芯片之间分离BK电路系统和CP电路系统可能有用。在这样的情况下，添加基本上与相应开关S1、S5、S4和S8成组的“镜像”开关S1'、S5'、S4'和S8'(由虚线连接示出)可能有用。因此，用于BK电路系统的所有开关(S1'、S9、S10、S4&S5'、S11、S12、S8')可以制造在第一IC芯片上，而用于CP电路系统的所有开关(S1至S4&S5至S8)可以制造在第二IC芯片上。通常，电容器C1、C2和电感器LB、LS可以是芯片外部件，其中电容器C1、C2耦接到BK IC芯片和CP IC芯片中的二者。
第五实施方式
图15是适用于在电池管理电路中使用的组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的第五实施方式的示意图。所示示例允许当处于CP模式时的两相电荷泵，以及当处于BK模式时的共享电感器。
串联耦接的电力开关S1至S4、S1'至S2'的双并联堆叠耦接在用于VIN的输入端子与参考端子之间。第一飞跨电容器C1串联耦接在开关S1与S4之间，第二飞跨电容器C2串联耦接在开关S1'与S4'之间。相对小的电感器LS耦接在两个开关对S2-S3和S2'-S3'与BI2电路602之间。因此，开关S1至S4、S1'至S4'、电容器C1和C2以及电感器LS构成两相电荷泵。
一组串联耦接的电力开关S5至S8也耦接在输入端子与参考端子之间，并且第三飞跨电容器C3串联耦接在开关S5与S8之间。相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)耦接在开关对S6-S7与BI2电路602之间。因此，开关S5至S8、电容器C3和电感器LB构成3电平降压转换器。
与其中电感器LB直接耦接到输出端子的实施方式相比，电感器LB和LS的串联耦接允许电感器LB具有更小的电感(大约为LS的电感)，并且因此电感器LB可以是物理上比这样的实施方式中更小的部件。
在BK操作期间，开关S1至S4、S1'至S4'断开(因此去激活电荷泵电路系统)，并且开关S5至S8如上文关于图1B所描述的那样被操作(将开关S5至S8映射到图1B的开关S1至S4上)。
在CP操作期间，开关S5至S8断开(因此去激活BK电路系统)，并且开关组S1至S4和S1'至S4'如上文关于图1A所描述的那样以相位交错的方式操作。
下面表12总结了图15中所示的实施方式的CP电路系统配置和BK电路系统配置。
表12
多电平实施方式
从以上公开内容应当清楚，各种示例组合的电荷泵和电感式降压转换器电路可以容易地适用于多相电荷泵电路和/或多电平降压转换器电路(例如，2电平、3电平、4电平等)。在各种实施方式中，短语“组合的电荷泵和电感式降压转换器电路”意指CP电路系统和BK电路系统的组合可以被分配给一个、两个或更多个IC芯片，这些IC芯片共享针对特定应用可能有用的部件(开关、电容器、电感器)。由于在CP电路系统与BK电路系统之间共享一个或更多个部件，所以许多实施方式与常规设计相比提供尺寸(IC面积)方面的减小。
图16是适用于用作电池管理系统的多电平、多相电荷泵和电感式降压转换器电路1600的第一实施方式的示意图。在所示示例中，BK开关块1602a和1602b各自包括用于实现N电平电感式降压转换器的开关，其中N≥2。CP开关块1604包括用于实现M电平绝热电荷泵的开关，其中M≥3；电荷泵可以是单相或双相。BK开关块1602a和1602b以及CP开关块1604并联耦接到一组足够数目的共享飞跨电容器CF以实现N电平电感式降压转换器和M电平绝热电荷泵(包括共享飞跨电容器CF以支持CP开关块1604的选择定相)。作为示例，N可以是5，从而导致BK开关块1602a和1602b被配置用于每个需要3个共享飞跨电容器CF的5电平降压转换器。利用共享飞跨电容器CF，CP开关块1604可以被配置为5电平电荷泵，并且因此M＝5。注意，图14是图16的示例，其中N＝3且M＝3。
CP开关块1604的输出通过相对小的电感器LS耦接到BI1电路402。BK开关块1602a和1602b的联合输出耦接到相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)，该电感器LB又耦接到BI1电路402。
图17是适用于用作电池管理系统的多电平、多相电荷泵和电感式降压转换器电路1700的第二实施方式的示意图。在许多方面类似于图16中所示的电路1600，BK开关块1602a和1602b以及CP开关块1604的输出以不同方式耦接。特别地，BK开关块1602a和1602b的输出耦接到相对大的电感器LB，该相对大的电感器LB又耦接到相对小的电感器LS。CP开关块1604的输出也耦接到电感器LS，该电感器LS又耦接到BI2电路602。通常，当CP操作时，晶体管MBAT被设置为闭合(导通)状态。
图18是适用于用作电池管理系统的多电平、多相电荷泵和电感式降压转换器电路1800的第三实施方式的示意图。在许多方面类似于图16中所示的电路1600，飞跨电容器CF以及小电感器LS和大电感器LB以不同方式耦接。特别地，BK开关块1602a和1602b以及CP开关块1604并联耦接到一组足够数目的共享飞跨电容器CF以实现N电平电感式降压转换器。CP开关块1604可以并联耦接到同一组的共享飞跨电容器CF(或那些飞跨电容器CF的一些子集)，以及耦接到不与BK开关块1602a和1602b共享的一些数目的串联连接的飞跨电容器CFs。另外，图16的电路1600中使用的单个大电感器LB被示出为由并联耦接的两个较小电感器LB1和LB2代替(注意，两个电感器LB1和LB2的总电感仍然大于小电感器LS的电感)。在一些实施方式中，电感器LB1和LB2可以电磁解耦，而在其他实施方式中，电感器LB1和LB2可以电磁耦接(如由虚线1802所示)。所示出的架构表明本发明的实施方式在为特定应用选择架构细节方面允许很大的灵活性。例如，N可以是3，从而导致BK开关块1602a和1602b被配置用于每个需要1个共享飞跨电容器CF的3电平降压转换器。在非共享飞跨电容器CFs的情况下，CP开关块1604仍然可以被配置为5电平电荷泵，并且因此M＝5。
迪克森电荷泵实施方式
图16至图18中所示的多电平、多相电荷泵和电感式降压转换器电路可以适用于与其他类型的电荷泵，例如迪克森电荷泵一起使用。迪克森电荷泵可以通过电压电平的数目M或通过转换因子K(通常表示为比率K:1)来表征。例如，具有4:1转换比(K＝4)的迪克森电荷泵是具有五个内部电压电平(0VIN、1/4VIN、1/2VIN、3/4VIN和1VIN)的5电平电路(M＝5)。将迪克森电荷泵与多电平降压转换器组合允许飞跨电容器的协同共享，并且有时实现并行操作。
图19是现有技术的4分频(4:1)双相迪克森电荷泵1900的示意图。所示出的电荷泵1900包括耦接在电压源VIN与参考电位例如电路接地之间的双并联单元1902a、1902b。每个单元1902a、1902b包括一组开关(一般地，Sx)和一组飞跨电容器(一般地，Cx)，其中每个开关耦接到两个相位交错的时钟信号P1或P2中的一个。参考单元1902a，4个开关S1、S2、S3、S8的子集串联耦接到包括2个串联连接的开关S4、S5的第一支路和包括2个串联连接的开关S6、S7的第二支路。开关S1也耦接到VIN，并且开关S5和S7也耦接到参考电位。每个开关可以包括例如一个或更多个FET，包括一个或更多个MOSFET。
再次参考单元1902a，耦接在第一上部对的交替相位(P2，P1)开关S1、S2与第一支路对的交替相位(P2，P1)开关S4、S5之间的是第一电容器C1。耦接在第二上部对的交替相位(P1，P2)开关S2、S3与第二支路对的交替相位(P1，P2)开关S6、S7之间的是第二电容器C2。耦接在第三上部对的交替相位(P2，P1)开关S3、S8与第一支路对的交替相位(P2，P1)开关S4、S5之间的是第三电容器C3。
除了时钟信号P1、P2的定相相对于单元1902a互补之外，单元1902b基本上相同(具有由撇号表示的类似开关和飞跨电容器)。分别在开关S8、S6和S8'、S6'之间的单元1902a、1902b的输出节点A、B耦接在输出端子TermVo处，该输出端子TermVo通常将通过电感器耦接到输出电容器(例如，图16中的CBAT、图17中的COUT)。
在该示例中，每个单元1902a、1902b具有3个飞跨电容器，并且输出电容器耦接到TermVo，迪克森电荷泵1900在输出端子TermVo处将VIN分成输出电压VO＝1/4VIN。C1、C1'两端的稳态电压将为3VO＝3/4VIN。C2、C2'两端的稳态电压将为2VO＝1/2VIN。C3、C3'两端的稳态电压将为1VO＝1/4VIN。飞跨电容器的底部在某些时间将处于零伏。
通过去除飞跨电容器C3、C3'和开关S8、S8'，图19的4分频迪克森电荷泵1900可以被转换为3分频(3:1)迪克森电荷泵。具有其他分频比的迪克森电荷泵在本领域中是已知的。
图20是现有技术的5电平电感式降压转换器2000的示意图。开关块2002包括在电感器LB的第一端子与用于接收输入电压VIN的端子之间串联耦接的开关S1至S4。开关S5至S8串联耦接在电感器LB的第一端子与参考电压例如电路接地之间。如所示出的，飞跨电容器C1耦接在S1-S2开关对与S5-S6开关对之间。如所示出的，飞跨电容器C2耦接在S2-S3开关对与S6-S7开关对之间。如所示出的，飞跨电容器C3耦接在S3-S4开关对与S7-S8开关对之间。电感器LB的第二端子耦接到用于提供输出电压VO的输出端子。输出电容器COUT耦接在电感器LB的第二端子与参考电压之间。也可以参照图1B中所示的3电平电感式降压转换器。
飞跨电容器C1至C3被示出在开关块2002的边界内，但是可以相对于开关块2002位于外部。5电平电感式降压转换器2000中的两个可以同时使用，具有相位交错的开关，以形成两相5电平电感式BK。在操作中，5电平电感式降压转换器2000在LX节点处将VIN向下分成5个不同电压中的任一个；开关序列的脉冲宽度调制将平均输出调节到VO处的期望值。C1两端的稳态平均电压将为3VO＝3/4VIN。C2两端的稳态平均电压将为2VO＝1/2VIN。C3两端的稳态平均电压将为1VO＝1/4VIN。
因此，4分频(“4:1”或“5电平”)双相迪克森电荷泵1900的飞跨电容器电压有利地与两相5电平电感式降压转换器的飞跨电容器电压匹配，从而产生多个协同益处。表13总结了单相迪克森电荷泵和单相5电平电感式BK的稳态平均飞跨电容器电压。
表13
因此，使用图16中所示的配置，所有的飞跨电容器可以由双相迪克森电荷泵共享，并且两相电感式降压转换器可以共享所有飞跨电容器，或者由双相迪克森电荷泵和单相电感式降压转换器共享，或者由单相迪克森电荷泵和单相电感式降压转换器共享。例如，图21是基于双相4:1(5电平)迪克森电荷泵和两相5电平电感式降压转换器的电荷泵和电感式降压电力转换器电路2100的第一实施方式的示意图。在所示示例中，BK开关块2102a和2102b各自包括用于实现5电平电感式降压转换器的开关，例如图20中所示。CP开关块2104包括用于实现4分频迪克森电荷泵的开关，例如图19中所示。在所示示例中，迪克森电荷泵是双相的，并且因此将具有两组飞跨电容器：C1至C3和C1'至C3'。BK开关块2102a和迪克森CP开关块2104并联耦接到第一组的共享飞跨电容器C1至C3，并且BK开关块2102b和迪克森CP开关块2104并联耦接到第二组的共享飞跨电容器C1'至C3'。迪克森CP开关块1604的输出通过相对小的电感器LS耦接到BI1电路402。BK开关块1602a和1602b的联合输出耦接到相对大的电感器LB(例如，LS的电感的2倍至100倍)，该电感器LB又耦接到BI1电路402。
图21的电力转换器电路2100可以一次以一种模式操作，作为两相5电平电感式降压转换器操作(BK开关块2102a和2102b活动)或者作为4:1双相迪克森电荷泵操作(迪克森CP开关块2104活动)。然而，两种模式之间的切换优选地发生在共享飞跨电容器电压处于公共稳态值时(飞跨电容器电压会随负载波动)。因此，为了避免飞跨电容器电压的突然改变，BK开关和迪克森CP开关可以同时操作以确保共享飞跨电容器上的电荷平衡，然后可以关断一组开关或另一组开关。
使用图17中所示的配置，双相迪克森电荷泵和两相电感式降压转换器可以共享所有飞跨电容器和电感器。例如，图22是基于双相4:1(5电平)迪克森电荷泵和两相5电平电感式降压转换器的电荷泵和电感式降压电力转换器电路2200的第二实施方式的示意图。在所示示例中，BK开关块2202a和2202b各自包括用于实现5电平电感式降压转换器的开关，例如图20中所示。CP开关块2204包括用于实现4分频迪克森电荷泵的开关，例如图19中所示。在所示示例中，迪克森电荷泵是双相的，并且因此将具有两组飞跨电容器：C1至C3和C1'至C3'。BK开关块2202a和迪克森CP开关块2204并联耦接到第一组的共享飞跨电容器C1至C3，并且BK开关块2202b和迪克森CP开关块2204并联耦接到第二组的共享飞跨电容器C1'至C3'。此外，BK开关块1602a和1602b的输出耦接到相对大的电感器LB，该电感器LB又耦接到相对小的电感器LS。迪克森CP开关块2204的输出也耦接到电感器LS，该电感器LS又耦接到BI2电路602。通常，当迪克森CP操作时，晶体管MBAT被设置为闭合(导通)状态。
图22的电力转换器电路2200可以一次以一种模式操作，作为两相5电平电感式降压转换器操作(BK开关块2202a和2202b活动)或者作为4:1双相迪克森电荷泵操作(迪克森CP开关块2204活动)。然而，两种模式之间的切换优选地发生在共享飞跨电容器电压处于公共稳态值时(飞跨电容器电压会随负载波动)。因此，为了避免飞跨电容器电压的突然改变，BK开关和迪克森CP开关可以同时操作以确保共享飞跨电容器上的电荷平衡，然后可以关断一组开关或另一组开关。
5电平BK通常在电池充电周期的开始和/或结束时以及在非PPS操作期间(例如，图3B中的区域Z1至Z3和Z6)被激活。4:1(5电平)迪克森CP通常在电池充电周期的中间部分期间(例如，图3B中的区域Z4至Z5)被激活。
图21和图22中所示的架构可以按比例缩放，使得两相电感式降压转换器的电平M通常比双相迪克森电荷泵的转换因子K大1，从而允许所有飞跨电容器被共享。因此，对于许多这样的架构，N＝K+1，其中K≥2(也参见下面表14)。例如，如果双相迪克森电荷泵是5:1实施方式(因此需要两组4个飞跨电容器)，那么6电平两相电感式降压转换器(每个相需要4个飞跨电容器)将共享两组四个飞跨电容器(即，总共8个飞跨电容器)。
使用图18中所示的配置，双相迪克森电荷泵和两相电感式降压转换器可以共享一些飞跨电容器。例如，图23是基于双相4:1(5电平)迪克森电荷泵和两相3电平电感式降压转换器的电荷泵和电感式降压电力转换器电路2300的实施方式的示意图。3电平BK开关块将需要一个飞跨电容器(参见图1B)。如上所述，单个飞跨电容器的存在使得四个开关状态能够各自在节点LX处生成三个电压电平中的一个：0V(GND)、VIN或VIN/2(以两种不同的方式)。因此，单个飞跨电容器两端的稳态电压为1/2VIN，其与4:1(5电平)迪克森电荷泵的飞跨电容器C2两端的稳态电压相匹配。因此，一个飞跨电容器可以在3电平电感式降压转换器的一个相与4电平迪克森电荷泵的一个相之间共享。
在图23中所示的示例中，一对3电平BK开关块2302a和2302b以及迪克森CP开关块2304并联耦接到共享飞跨电容器C2、C2'(各自用作3电平BK的单个飞跨电容器)。另外，迪克森CP开关块2304耦接到非共享飞跨电容器对C1、C1'和C3、C3'。迪克森CP开关块2304的输出通过相对小的电感器LS耦接到BI1电路402。在该示例中，如在图18中，图16的电路1600中使用的单个大电感器LB被示出为由耦接在一对3电平BK开关块2302a和2302b的相应输出与BI1电路402之间的两个较小电感器LB1和LB2代替(注意，两个电感器LB1和LB2的总电感仍然大于小电感器LS的电感)。在一些实施方式中，电感器LB1和LB2可以电磁解耦，而在其他实施方式中，电感器LB1和LB2可以电磁耦接(如由虚线2306所示)。在替选的实施方式中，可以使用单个大电感器LB，如在图16的电路1600中。在替选的实施方式中，迪克森CP开关块2304和一对3电平BK开关块2302a和2302b的输出可以耦接到BI2电路，如在图22中。
图23的电力转换器电路2300可以一次以一种模式操作，作为两相3电平电感式降压转换器操作(BK开关块2302a和2302b活动)或者作为4:1双相迪克森电荷泵操作(迪克森CP开关块2304活动)。然而，两种模式之间的切换优选地发生在共享飞跨电容器电压处于公共稳态值时(飞跨电容器电压会随负载波动)。因此，为了避免飞跨电容器电压的突然改变，BK开关和迪克森CP开关可以同时操作以确保共享飞跨电容器上的电荷平衡，然后可以关断一组开关或另一组开关。
图23中所示的架构可以按比例缩放，使得具有匹配的稳态电压的飞跨电容器的完整集合或适当子集在N电平电感式降压转换器与K:1迪克森电荷泵之间共享，只要N与K具有特定关系。例如，表14示出了与不同的N电平降压转换器和K:1迪克森电荷泵相关联的非零电压的示例集合。可以推导出与N和K相关联的电压模式的扩展，因为K的任何整数值的分数电压都具有作为分母的K和从1到K-1的整数分子。
N电平 K因子(K:1) 电压的集合(VIN的分数)
3 2 1/2
4 3 1/3,2/3
5 4 1/4,2/4,3/4
6 5 1/5,2/5,3/5,4/5,
7 6 1/6,2/6,3/6,4/6,5/6
表14
应当清楚的是，当相关联的电压集合被共享时—即，当N＝K+1，其中K≥2时，可以在N电平降压转换器与K:1迪克森电荷泵之间共享飞跨电容器的完整集合。
此外，当相关联的电压集合中的一些值被共享时，可以在N电平电感式降压转换器与K:1迪克森电荷泵之间共享飞跨电容器的子集。例如，在表14中，等于1/2(1/2、2/4、3/6)的值被加粗以指示对应的N电平电感式降压转换器和K:1迪克森电荷泵可以共享至少一个飞跨电容器。因此，例如，3电平电感式降压转换器可以与2:1、4:1和6:1迪克森电荷泵共享飞跨电容器。类似地，2:1迪克森电荷泵可以与3电平、5电平和7电平电感式降压转换器共享飞跨电容器。
表15示出了可以与一个或更多个K:1迪克森电荷泵共享至少一个飞跨电容器的N电平电感式降压转换器的其他示例。
N电平 具有共享飞跨电容器的K因子
3 2:1,4:1,6:1…
4 3:1,6:1,9:1…
5 4:1,8:1,12:1…
表15
更通常地，任何N电平电感式降压转换器可以与任何K:1迪克森电荷泵共享飞跨电容器，其中K是N-1的正整数倍：K＝i(N-1)，其中i≥1。例如，对于N＝6，可能的迪克森电荷泵转换因子是5:1、10:1、15:1等。
表16示出了可以与一个或更多个N电平电感式降压转换器共享至少一个飞跨电容器的K:1迪克森电荷泵的其他示例。
K因子 具有共享飞跨电容器的N电平
2 3L,5L,7L…
3 4L,7L,10L…
4 5L,9L,13L…
表16
更一般地，任何K:1迪克森电荷泵可以与任何N电平电感式降压转换器共享飞跨电容器，其中N比N的正整数倍大1：N＝iK+1，其中i≥1。例如，对于K＝5，N的可能值是6L、11L、16L等。
常规电荷泵将电荷直接输出到输出电容器COUT，而不使电流经过电感器LS。换句话说，通过电感器LS向输出电容器COUT提供电荷的电荷泵形成混合电力转换器。由于电感器LS的存在，相对于常规开关模式电力供应，这样的电荷泵(包括迪克森电荷泵)在看向电感器LS的节点LX(参见图21至图23)处具有不同的电压和电流波形。
例如，图24示出了常规开关模式电力供应的输出电压和电流随时间变化的一组示例曲线图2400。虽然电压基本上是方波，但电流具有三角波形。
相比之下，图25示出了通过电感器LS向输出电容器COUT提供电荷的电荷泵的输出电压和电流随时间变化的一组示例曲线图2500。电压周期性地突然上升(由虚线示出)到最大值，然后在重复之前线性下降到最小值。由于电感器LS的存在，对应的电流呈现出类似整流正弦波的“驼峰”波形。
在一些实施方式中，测量经过电荷泵的输出电感器LS的电流可能是有用的。图26是包括输出电流感测电路2602的电荷泵系统2600的框图。电荷泵2604的输出通过节点LX通过电感器2604耦接到输出电容器COUT。电流感测电路2602利用电感器DC电阻(DCR)电流感测的原理，其使用电感器绕组的固有寄生电阻来测量电流。在所示示例中，电感器2604被描绘为与电感器绕组LS串联耦接的等效串联电阻RDC。
电流感测电路2602包括与电感器2604并联耦接的RC(电阻器-电容器)电路，并且因此与寄生电阻器RDC并联。电流感测电路2602的RC电路包括与感测电容器CS串联耦接的感测电阻器RS。电容器CS两端的电压由比较器2606(例如，运算放大器)测量，该比较器2606具有耦接到感测电容器CS的第一极板的第一端子和耦接到感测电容器CS的第二极板的第二端子。比较器2606的输出VSENSE可以耦接到控制电路系统2608，该控制电路系统2608可以被实现为图2A和图2B中所示的控制器222的一部分。
利用适当的部件选择(例如，RS*CS＝LS/RDC)，由VSENSE表示的电容器CS两端测量的电压应与通过电感器绕组LS的电流成比例。优选地选择RS和CS的时间常数以匹配LS/RDC的时间常数(尽管单个部件RS和RDC不必匹配并且CS和LS不必匹配)。相等的时间常数提供表示通过电感器LS的电流的正确瞬时电压。然而，较慢的时间常数(例如，RS和CS大于LS/RDC)提供通过电感器LS的电流的滤波电压。在一些需要高准确度的应用中，可以选择RS和RDC的温度系数，以便它们的实际值与温度一起跟踪。
比较器2606的输出VSENSE可以例如用于通过连接控制信号线路2610来确定和设置电荷泵2604的操作频率。VSENSE的其他用途可以包括用于故障保护和用于为电荷泵2604提供通用遥测能力的输出电流感测。
一些实施方式可选地可以包括并联低电力降压转换器224以用于低电力操作中的反向电力流。例如，图27是示出示例电池管理系统2700的框图。电池管理系统2700在大多数方面类似于图2中所示的电池管理系统200，但是根据本发明的教导包括合并的电荷泵和电感式降压转换器2702。电池管理系统2700还包括可选的低电力反向降压转换器2702，该低电力反向降压转换器2702连接到电池206并且被配置成通过开关2706选择性地从电池206向内部无线接口210b提供电力。无线接口210b可以被配置成在相反的方向上操作，例如，给连接到外部无线接口2712的实例(例如，磁性线圈)的磁耦接设备2710(例如，耳机、电池盒、蜂窝电话等)供电或充电。在替选实施方式中，合并的电荷泵和电感式降压转换器2702可以像图2B中所示的第二示例电池管理系统200'那样被配置。
电路实施方式
应当注意的是，虽然以上描述和示例聚焦在绝热电荷泵上，但是部件(例如，开关和/或飞跨电容器)的共享可以与缺少输出电感器的非绝热电荷泵结合使用。因此，只有当期望绝热操作时，才可能需要将输出电感器用于示例电荷泵。
在一些应用中，组合的电荷泵和电感式降压转换器电路的电力开关中的某些电力开关(例如，图4A的电路中的开关S1至S2和S5至S6)可以用作负载开关。通常，USB协议可以要求利用负载开关，该负载开关是断开输入电压VIN与电池管理系统的其余部分之间的连接的开关。在一些情况下，负载开关例如可以被实现为双向开关，使得其可以能够停止正向方向和/或反向方向上的电力。典型的MOSFET可以具有与之并联的体二极管。因此，为了防止该体二极管传导，使其中开关的体二极管彼此指向或彼此远离(即，相反的方向)的两个开关串联连接可能是有用的。
应当理解的是，其他类型的电池接口电路可以与本发明的实施方式结合使用，并且因此本发明不限于图21和图22中所示的电池接口电路。
根据本发明的电路和装置可以单独地使用，或者与其他部件、电路和装置组合使用。本发明的实施方式可以被制造为集成电路(IC)，所述IC可以被包封在IC封装和/或模块中以便于处理、制造和/或改善性能。特别地，本发明的IC实施方式通常在模块中使用，在所述模块中，将这样的IC中的一个或更多个与其他电路部件或块(例如，滤波器、放大器、无源部件和可能的附加IC)组合到一个封装中。然后，通常，IC和/或模块经常在印刷电路板上与其他部件组合，以形成最终产品例如蜂窝电话、膝上型计算机或电子平板电脑的一部分，或者形成可以在各种各样的产品例如车辆、测试设备、医疗装置等中使用的较高级别模块。通过模块和组件的各种配置，这样的IC通常实现一种通信模式，通常是无线通信。
作为本发明的实施方式与其他部件进一步集成的一个示例，图28是可以是例如印刷电路板或芯片模块基板(例如，薄膜块)的基板2800的俯视平面图。在所示示例中，基板2800包括具有端子焊盘2804的多个IC 2802a至2802d，该端子焊盘2804将通过在基板2800上和/或在基板2800内或在基板2800的相对(背)表面上的迹线和/或导电通孔互连(为了避免混乱，表面导电迹线未示出，并且不是所有端子焊盘都被标记)。IC 2802a至2802d可以包含例如信号开关、有源和/或无源滤波器、放大器(包括一个或更多个LNA)和其他电路系统。例如，IC 2802b可以包含类似于图4A、图5、图6A、图7至图18、图21至图23和/或图26中所示电路的电路的一个或更多个实例。
基板2800还可以包括嵌入在基板2800中、形成在基板2800上和/或附连到基板2800的一个或更多个无源器件2806。虽然被示出为一般的矩形，但是无源器件2806可以是例如滤波器、电容器、电感器、传输线路、电阻器、平面天线元件、换能器(包括例如基于MEMS的换能器，诸如加速度计、陀螺仪、麦克风、压力传感器等)、电池等，该无源器件2806通过在基板2800上或在基板2800中的导电迹线与其他无源器件2806和/或单独的IC 2802a至2802d互连。基板2800的前表面或背表面可以用作用于其他结构形成的位置。
方法
本发明的另一方面包括用于转换电压的方法。例如，图29是示出用于将第一电压转换为第二电压的一种方法的处理流程图2900。该方法包括：提供被配置成将第一电压转换为第二电压的绝热电荷泵电路(框2902)；提供被配置成将第一电压转换为第二电压的电感式降压转换器电路(框2904)；在绝热电荷泵电路与电感式降压转换器电路之间共享电池接口电路和以下中的至少一个：(1)耦接到第一电压的电力开关和耦接到参考电位的电力开关，(2)至少一个飞跨电容器，或者(3)第一电感器(框2906)；在第一操作模式下去激活绝热电荷泵电路并且激活电感式降压转换器电路(框2908)；以及在第二操作模式下激活绝热电荷泵电路并且去激活电感式降压转换器电路(框2910)。
系统方面
本发明的实施方式在用于执行一系列功能的各种各样的较大射频(RF)电路和系统，包括(但不限于)阻抗匹配电路、RF功率放大器、RF低噪声放大器(LNA)、移相器、衰减器、天线波束控制系统、电荷泵装置、RF开关等中有用。这样的功能在各种应用，例如雷达系统(包括相控阵和汽车雷达系统)、无线电系统(包括蜂窝无线电系统)和测试设备中有用。
无线电系统用途包括使用各种技术和协议的无线RF系统(包括基站、中继站和手持收发器)，所述各种技术和协议包括各种类型的正交频分复用(“OFDM”)、正交幅度调制(“QAM”)、码分多址(“CDMA”)、时分多址(“TDMA”)、宽带码分多址(“W-CDMA”)、全球移动通信系统(“GSM”)、长期演进(“LTE”)、5G新无线电、6G和WiFi(例如，802.11a、b、g、ac、ax、be)协议以及其他无线电通信标准和协议。
如以上所讨论的，本发明通过在绝热电荷泵电路系统与电感式降压转换器电路系统之间共享部件来提高效率，并且在许多实施方式中减小IC芯片面积。如本领域普通技术人员将理解的，系统架构在关键方面受到本发明的有益影响，包括较小的尺寸、较低的功率和较长的电池寿命。
制造技术和选择
如在本公开内容中使用的术语“MOSFET”包括具有其电压决定晶体管的导电性的绝缘栅极的任何场效应晶体管(FET)，并且包含具有金属或类金属、绝缘体和/或半导体结构的绝缘栅极。术语“金属”或“类金属”包括至少一种导电材料(例如铝、铜或其他金属或者高掺杂的多晶硅、石墨烯或其他电导体)，“绝缘体”包括至少一种绝缘材料(例如硅氧化物或其他介电材料)，并且“半导体”包括至少一种半导体材料。
如在本公开内容中使用的，术语“射频”(RF)是指在大约3kHz至大约300GHz的范围内的振荡速率。该术语还包括在无线通信系统中使用的频率。RF频率可以是电磁波的频率，或者可以是电路中交流电压或电流的频率。
可以实现本发明的各种实施方式以满足各种各样的规格。除非上面另有说明，否则合适的部件值的选择是设计选择的问题。本发明的各种实施方式可以以任何合适的集成电路(IC)技术(包括但不限于MOSFET结构)来实现，或者以混合电路形式或分立电路形式来实现。集成电路实施方式可以使用任何合适的基板和工艺来制造，所述任何合适的基板和工艺包括但不限于标准体硅、高电阻率体CMOS、绝缘体上硅(SOI)和蓝宝石上硅(SOS)。除非上面另有说明，否则本发明的实施方式可以使用2-D、2.5-D和3-D结构以其他晶体管技术，例如双极结型晶体管(BJT)、BiCMOS、LDMOS、BCD、GaAs HBT、GaN HEMT、GaAs pHEMT、MESFET、InP HBT、InP HEMT、FinFET、GAAFET和基于SiC的功率器件技术来实现。然而，本发明的实施方式在使用基于SOI或SOS的工艺制造时，或者在利用具有类似特性的工艺制造时特别有用。在CMOS中使用SOI或SOS工艺的制造使得电路能够具有低功耗、由于FET堆叠而在操作期间承受高功率信号的能力、良好的线性度和高频操作(即，高达且超过300GHz的射频)。单片IC实现方式特别有用，因为通过精心设计，寄生电容通常可以被保持较低(或至少在所有单元上保持一致，允许它们得到补偿)。
根据特定规格和/或实现技术(例如，NMOS、PMOS或CMOS，以及增强型或耗尽型晶体管器件)，可以调整电压电平，和/或反转电压和/或逻辑信号极性。部件电压、电流和功率处理能力可以根据需要进行调整，例如，通过调整器件尺寸、串联“堆叠”部件(特别是FET)以承受更大的电压、和/或使用并联的多个部件以处理更大的电流。可以添加额外的电路部件以在没有显著改变所公开的电路的功能的情况下增强所公开的电路的能力和/或来提供额外的功能。
结论
已经描述了本发明的多个实施方式。应当理解的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。例如，上面描述的步骤中的一些步骤可以是顺序独立的，并且因此可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行。此外，上面描述的步骤中的一些步骤可以是可选的。可以以重复、串行和/或并行的方式执行关于上述标识的方法描述的各种活动。
应当理解的是，前述描述旨在说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定，并且其他实施方式在权利要求的范围内。特别地，本发明的范围包括所附权利要求中阐述的过程、机器、制造或物质组成中的一种或更多种的任何和所有可行的组合。(注意，权利要求要素的括号标记是为了便于引用这样的要素，并且其本身并不指示要素的特定要求的顺序或枚举；此外，这样的标记可以在从属权利要求中作为对附加要素的引用而被重复使用，但不被视为开始冲突的标记序列)。

Claims (55)

1.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)绝热电荷泵电路，所述绝热电荷泵电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路；以及
(f)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第二电感器耦接到所述电池接口电路；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路和以下中的至少一个：(1)耦接到所述第一端子的电力开关和耦接到所述第三端子的电力开关，(2)至少一个飞跨电容器，或者(3)所述第一电感器。
2.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)绝热电荷泵电路，所述绝热电荷泵电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路；以及
(f)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第二电感器耦接到所述电池接口电路；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路。
3.根据权利要求2所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
4.根据权利要求2所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
5.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)绝热电荷泵电路，所述绝热电荷泵电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路，所述绝热电荷泵电路包括第一飞跨电容器；以及
(f)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第二电感器耦接到所述电池接口电路，所述电感式降压转换器电路包括与所述第一飞跨电容器并联耦接的第二飞跨电容器；并且
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路以及所述第一飞跨电容器和所述第二飞跨电容器。
6.根据权利要求5所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
7.根据权利要求5所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
8.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)绝热电荷泵电路，所述绝热电荷泵电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路，所述绝热电荷泵电路包括第一飞跨电容器；以及
(f)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过与所述第一电感器串联耦接的第二电感器耦接到所述电池接口电路，所述电感式降压转换器电路包括第二飞跨电容器；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路和所述第一电感器。
9.根据权利要求8所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
10.根据权利要求8所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
11.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)绝热电荷泵电路，所述绝热电荷泵电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路，所述绝热电荷泵电路包括第一飞跨电容器；以及
(f)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过与所述第一电感器串联耦接的第二电感器耦接到所述电池接口电路，所述电感式降压转换器电路包括与所述第一飞跨电容器并联耦接的第二飞跨电容器；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路、所述第一飞跨电容器和所述第二飞跨电容器以及所述第一电感器。
12.根据权利要求11所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
13.根据权利要求11所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
14.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)第一电感器，所述第一电感器耦接到所述电池接口电路；
(f)旁路开关，所述旁路开关与所述第一电感器并联耦接；
(g)第二电感器，所述第二电感器与所述第一电感器串联耦接；以及
(h)组合电路，所述组合电路耦接到所述第二电感器并且耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，所述组合电路包括串联耦接的一组电力开关和耦接到所述一组电力开关的飞跨电容器，所述组合电路能够配置为绝热电荷泵电路或者电感式降压转换器电路；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述旁路开关闭合并且所述组合电路能够操作为绝热电荷泵电路；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述旁路开关断开并且所述组合电路能够操作为电感式降压转换器电路；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路、所述一组电力开关、所述飞跨电容器和所述第二电感器。
15.根据权利要求14所述的电力转换器电路，其中，所述第一电感器具有比所述第二电感器显著更大的电感。
16.根据权利要求14所述的电力转换器电路，其中，所述第一电感器具有大于约2倍所述第二电感器的电感的电感。
17.根据权利要求14所述的电力转换器电路，其中，在所述电力转换器电路的所述第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被配置为两相绝热电荷泵电路，并且其中，在所述电力转换器电路的所述第二操作模式下，所述电感式降压转换器电路被配置为双支路电感式降压转换器电路。
18.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)绝热电荷泵电路，所述绝热电荷泵电路包括耦接到所述第一端子的第一开关和耦接到所述参考电位的第二开关，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路；
(f)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路通过所述第一开关耦接到所述第一端子，并且通过所述第二开关耦接到所述参考电位，并且通过第二电感器耦接到所述电池接口电路；以及
(g)第一飞跨电容器，所述第一飞跨电容器耦接在所述第一开关与所述第二开关之间；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路、所述第一飞跨电容器以及所述第一开关和所述第二开关。
19.根据权利要求18所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
20.根据权利要求18所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
21.根据权利要求18所述的电力转换器电路，其中，在所述电力转换器电路的所述第二操作模式下，所述电感式降压转换器电路被配置为两电平电感式降压转换器电路。
22.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)绝热电荷泵电路，所述绝热电荷泵电路包括耦接到所述第一端子的第一开关和耦接到所述参考电位的第二开关，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路；
(f)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路通过所述第一开关耦接到所述第一端子并且通过所述第二开关耦接到所述参考电位，并且通过与所述第一电感器串联耦接的第二电感器耦接到所述电池接口电路；以及
(g)第一飞跨电容器，所述第一飞跨电容器耦接在所述第一开关与所述第二开关之间；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路、所述第一飞跨电容器、所述第一开关和所述第二开关以及所述第一电感器。
23.根据权利要求22所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
24.根据权利要求22所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
25.根据权利要求22所述的电力转换器电路，还包括：
(a)互补绝热电荷泵电路，所述互补绝热电荷泵电路包括耦接到所述第一端子的第三开关和耦接到所述参考电位的第四开关，并且通过所述第一电感器耦接到所述电池接口电路；以及
(b)第二飞跨电容器，所述第二飞跨电容器耦接在所述第三开关与所述第四开关之间；
其中，在所述电力转换器电路的所述第一操作模式下，所述互补绝热电荷泵电路以与所述绝热电荷泵电路不同的定相操作。
26.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)第一绝热电荷泵电路，所述第一绝热电荷泵电路包括耦接到所述第一端子的第一开关和耦接到所述参考电位的第二开关，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路；
(f)第二绝热电荷泵电路，所述第二绝热电荷泵电路包括耦接到所述第一端子的第三开关和耦接到所述参考电位的第四开关，并且通过所述第一电感器耦接到所述电池接口电路；
(g)第一电感式降压转换器电路，所述第一电感式降压转换器电路通过所述第一开关耦接到所述第一端子并且通过所述第二开关耦接到所述参考电位，并且通过与所述第一电感器串联耦接的第二电感器耦接到所述电池接口电路；
(h)第二电感式降压转换器电路，所述第二电感式降压转换器电路通过所述第三开关耦接到所述第一端子并且通过所述第四开关耦接到所述参考电位，并且通过所述第二电感器耦接到所述电池接口电路；
(i)第一飞跨电容器，所述第一飞跨电容器耦接在所述第一开关与所述第二开关之间；以及
(j)第二飞跨电容器，所述第二飞跨电容器耦接在所述第三开关与所述第四开关之间；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路、所述第一飞跨电容器和所述第二飞跨电容器、所述第一开关和所述第二开关、以及所述第三开关和所述第四开关。
27.根据权利要求26所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
28.根据权利要求26所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
29.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电池接口电路，所述电池接口电路耦接到所述第二端子并且被配置成耦接到所述参考电位；
(e)两相绝热电荷泵电路，所述两相绝热电荷泵电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过第一电感器耦接到所述电池接口电路；以及
(f)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，并且通过与所述第一电感器串联耦接的第二电感器耦接到所述电池接口电路；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享所述电池接口电路和所述第一电感器。
30.根据权利要求29所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
31.根据权利要求29所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
32.一种电池管理系统，包括：
(a)第一端子，所述第一端子被配置成通过有线电力输送路径或无线电力输送路径中的至少一个接收第一电压；
(b)绝热电荷泵电路，所述绝热电荷泵电路耦接到所述第一端子和参考电位，并且包括第一电感器；
(c)电感式降压转换器电路，所述电感式降压转换器电路耦接到所述第一端子和所述参考电位，并且包括第二电感器；
(d)开关，所述开关耦接到所述第二电感器；以及
(e)节点，所述节点被配置成耦接到电池并且耦接到所述第一电感器和所述开关；
其中，在所述电力转换器电路的第一操作模式下，所述绝热电荷泵电路被去激活，并且所述电感式降压转换器电路被激活；
其中，在所述电力转换器电路的第二操作模式下，所述绝热电荷泵电路被激活，并且所述电感式降压转换器电路被去激活；并且
其中，所述绝热电荷泵电路和所述电感式降压转换器电路共享以下中的至少一个：(1)耦接到所述第一端子的电力开关和耦接到参考电位的电力开关，(2)至少一个飞跨电容器，或者(3)所述第一电感器。
33.一种电池管理系统，包括：
(a)第一端子，所述第一端子被配置成通过有线电力输送路径或无线电力输送路径中的至少一个接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子被配置成耦接到参考电位；
(c)第一电感器；
(d)第二电感器；
(e)双相K:1迪克森电荷泵电路，所述双相K:1迪克森电荷泵电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第一电感器输出电压；
(f)第一N电平电感式降压转换器电路，所述第一N电平电感式降压转换器电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第二电感器输出电压；
(g)第二N电平电感式降压转换器电路，所述第二N电平电感式降压转换器电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第二电感器输出电压；
(h)第一组飞跨电容器，所述第一组飞跨电容器在所述双相K:1迪克森电荷泵电路与所述第一N电平电感式降压转换器电路之间共享；
(i)第二组飞跨电容器，所述第二组飞跨电容器在所述双相K:1迪克森电荷泵电路与所述第二N电平电感式降压转换器电路之间共享；以及
(j)电池接口，所述电池接口耦接到所述第一电感器和所述第二电感器，并且被配置成给电池充电并且输出系统电压。
34.根据权利要求33所述的电力转换器电路，其中，N＝K+1。
35.根据权利要求33所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
36.根据权利要求33所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
37.一种电池管理系统，包括：
(a)第一端子，所述第一端子被配置成通过有线电力输送路径或无线电力输送路径中的至少一个接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子被配置成耦接到参考电位；
(c)第一电感器；
(d)第二电感器，所述第二电感器与所述第一电感器串联耦接；
(e)双相K:1迪克森电荷泵电路，所述双相K:1迪克森电荷泵电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第一电感器输出电压；
(f)第一N电平电感式降压转换器电路，所述第一N电平电感式降压转换器电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第二电感器输出电压；
(g)第二N电平电感式降压转换器电路，所述第二N电平电感式降压转换器电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第二电感器输出电压；
(h)第一组飞跨电容器，所述第一组飞跨电容器在所述双相K:1迪克森电荷泵电路与所述第一N电平电感式降压转换器电路之间共享；
(i)第二组飞跨电容器，所述第二组飞跨电容器在所述双相K:1迪克森电荷泵电路与所述第二N电平电感式降压转换器电路之间共享；以及
(j)电池接口，所述电池接口耦接到所述第一电感器，并且被配置成给电池充电并且输出系统电压。
38.根据权利要求37所述的电力转换器电路，其中，N＝K+1。
39.根据权利要求37所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有比所述第一电感器显著更大的电感。
40.根据权利要求37所述的电力转换器电路，其中，所述第二电感器具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
41.一种电池管理系统，包括：
(a)第一端子，所述第一端子被配置成通过有线电力输送路径或无线电力输送路径中的至少一个接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子被配置成耦接到参考电位；
(c)第一电感器；
(d)第二电感器和第三电感器；
(e)双相K:1迪克森电荷泵电路，所述双相K:1迪克森电荷泵电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第一电感器输出电压；
(f)第一N电平电感式降压转换器电路，所述第一N电平电感式降压转换器电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第二电感器输出电压；
(g)第二N电平电感式降压转换器电路，所述第二N电平电感式降压转换器电路耦接到所述第一端子和所述第二端子，并且被配置成通过所述第二电感器输出电压；
(h)第一组飞跨电容器，其中，所述第一组飞跨电容器的适当子集在所述双相K:1迪克森电荷泵电路与所述第一N电平电感式降压转换器电路之间共享；
(i)第二组飞跨电容器，其中，所述第二组飞跨电容器的适当子集在所述双相K:1迪克森电荷泵电路与所述第二N电平电感式降压转换器电路之间共享；以及
(j)电池接口，所述电池接口耦接到所述第一电感器以及所述第二电感器和所述第三电感器，并且被配置成给电池充电并且输出系统电压。
42.根据权利要求41所述的电池管理系统，其中，K＝i(N-1)，其中i是≥1的整数。
43.根据权利要求41所述的电池管理系统，其中，N＝iK+1，其中i是≥1的整数。
44.根据权利要求41所述的电池管理系统，其中，所述第二电感器和所述第三电感器电磁耦接。
45.根据权利要求41所述的电池管理系统，其中，所述第二电感器和所述第三电感器组合起来具有比所述第一电感器显著更大的电感。
46.根据权利要求41所述的电池管理系统，其中，所述第二电感器和所述第三电感器组合起来具有大于约2倍所述第一电感器的电感的电感。
47.一种电力转换器电路，包括：
(a)第一端子，所述第一端子用于接收第一电压；
(b)第二端子，所述第二端子用于提供第二电压；
(c)第三端子，所述第三端子被配置成耦接到参考电位；
(d)电感器，所述电感器具有等效串联电阻RDC；
(e)电荷泵电路，所述电荷泵电路耦接在所述第一端子与所述参考电位之间，所述电荷泵电路包括至少一个飞跨电容器并且具有与所述电感器串联耦接的输出；以及
(f)电流感测电路，包括：
(1)与所述电感器并联耦接的电阻器-电容器电路，所述电阻器-电容器电路包括与感测电容器串联耦接的感测电阻器；以及
(2)比较器，所述比较器具有耦接到所述感测电容器的第一极板的第一端子和耦接到所述感测电容器的第二极板的第二端子，并且
被配置成输出表示在所述感测电容器两端测量的与通过所述电感器的电流成比例的电压的信号；
其中，所述电感器被配置成帮助给所述电荷泵电路的所述至少一个飞跨电容器进行充电和放电。
48.根据权利要求47所述的电力转换器电路，其中，所述电荷泵电路输出电压，所述电压周期性地突然上升到最大值，然后在重复之前线性地下降到最小值。
49.根据权利要求47所述的电力转换器电路，其中，所述电荷泵电路包括：
(a)串联耦接的第一组开关，所述第一组开关包括耦接在所述第一端子与所述电感器之间的至少两个开关；
(b)串联耦接的第二组开关，所述第二组开关包括耦接在所述第三端子与所述电感器之间的至少两个开关；以及
(c)至少一个飞跨电容器，每个飞跨电容器耦接在所述第一组开关中的一对相关联的开关之间和所述第二组开关中的一对相关联的开关之间。
50.根据权利要求47所述的电力转换器电路，其中，所述电荷泵电路包括2:1电荷泵。
51.根据权利要求47所述的电力转换器电路，其中，所述电荷泵电路包括3:1电荷泵。
52.根据权利要求47所述的电力转换器电路，其中，所述电荷泵电路包括4:1电荷泵。
53.根据权利要求47所述的电力转换器电路，其中，所述电荷泵电路包括迪克森电荷泵。
54.根据权利要求47所述的电力转换器电路，其中，所述电荷泵电路包括K电平双相电荷泵。
55.一种将第一电压转换为第二电压的方法，包括：
(a)提供被配置成将所述第一电压转换为所述第二电压的绝热电荷泵电路；
(b)提供被配置成将所述第一电压转换为所述第二电压的电感式降压转换器电路；
(c)在所述绝热电荷泵电路与所述电感式降压转换器电路之间共享电池接口电路和以下中的至少一个：(1)耦接到所述第一电压的电力开关和耦接到参考电位的电力开关，(2)至少一个飞跨电容器，或者(3)第一电感器；
(d)在第一操作模式下去激活所述绝热电荷泵电路并且激活所述电感式降压转换器电路；以及
(e)在第二操作模式下激活所述绝热电荷泵电路并且去激活所述电感式降压转换器电路。
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