CN104506055B - 自适应电压输出电源电路及电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应电压输出电源电路及电源装置,该电源电路包括整流滤波电路、直流变换单元、输出接口、电压反馈电路、脉宽调制单元及切换电路,切换电路与输出接口及电压反馈电路连接,当所述输出接口与第一电子产品的充电接口连接时,切换电路关闭,电压反馈电路处于第一工作状态,直流变换单元输出的所述直流低压为第一电子产品所需的第一直流低压;当输出接口与第二电子产品的充电接口连接时,切换电路响应第二电子产品的充电接口中触发电路发出的触发信号而控制电压反馈电路处于第二工作状态,所述直流变换单元输出的所述直流低压为第二电子产品所需的第二直流低压。本发明可以实现不同电子产品供电电压的自动适应输出。
Description
技术领域
本发明涉及电源,特别涉及一种自适应电压输出电源电路及电源装置。
背景技术
电源适配器(Power adapter)是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备,一般由外壳、电源变压器和整流电路等组成,按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型,按连接方式可分为插墙式和桌面式等。
目前市面上的电源适配器大多是采用单5V电压输出,也就是,只能输出5V电压,能够满足大多数码产品、移动电源等辅助电子产品(输入电压为5V的数码产品),也就是,市面上单5V输出的电源适配器能够满足给大多数数码产品和移动电源等充电。
然而,对于某些电子产品,5V电压不能满足充电要求。例如随着技术的发展,数码设备的功能越来越强大,随之而来的耗电也越来越大,现在的大多数厂商使用单节锂电池的移动电源给数码设备供电,通过加大电池容量来延长设备工作时间,但是电池越大,充电时间就变得越长。为了解决充电时间过长的问题,业内人士对优化电路,把单节电池改为两节串联使用等,提高充电电压,加大输出电流等。也就是说,对于这种移动电源,其输入电压不再是5V,而是高于5V的电压(例如9V),因此,目前市面上单5V输出的电源适配器不能适用于这种输入电压为9V等电子产品。尽管市面上有少数电源适配器具有多电压输出的USB接口,但是,这种多电压输出的USB接口是需要手动控制切换才能输出不同电压的,例如通过拨动拨段开关来实现不同输出电压的切换。这种手动切换方式,首先需要区别待充电的电子产品是5V还是9V,然后再去手动切换拨段开关,显然,对于普通消费者而言,难以分辨何时需要切换,同时也给消费者的使用带来了极大的不便。同时,体积大,成本高。
发明内容
本发明的主要目的在于,针对上述现有技术中的不足,提供一种自适应电压输出电源电路及电源装置。
为了实现上述目的,一方面,本发明提供的自适应电压输出电源电路,适于为第一电子产品和第二电子产品供电,所述第二电子产品的充电接口设有一触发电路;所述自适应电压输出电源电路包括:
整流滤波电路,用于接收交流输入端输入的交流电压,并将所述交流电压转换为直流高压;
直流变换单元,所述直流变换单元与所述整流滤波电路连接,用于对所述直流高压进行电压变换形成第一电子产品或第二电子产品所需的直流低压;
输出接口,所述输出接口与所述直流变换单元连接,用于输出所述直流低压;
电压反馈电路,所述电压反馈电路与所述直流变换单元连接,且所述电压反馈电路具有第一工作状态及第二工作状态,用于在第一工作状态下或第二工作状态下从所述直流变换单元采集采样电压,并输出一反馈信号;
脉宽调制单元,所述脉宽调制单元与所述电压反馈电路及直流变换单元连接,用于根据所述反馈信号输出脉冲宽度调制信号以控制所述直流变换单元输出的所述直流低压的电压值;
切换电路,所述切换电路与所述输出接口及电压反馈电路连接,当所述输出接口与第一电子产品的充电接口连接时,所述切换电路关闭,所述电压反馈电路处于第一工作状态,所述直流变换单元输出的所述直流低压为第一电子产品所需的第一直流低压;当所述输出接口与第二电子产品的充电接口连接时,所述切换电路响应所述触发电路发出的触发信号而控制所述电压反馈电路处于第二工作状态,所述直流变换单元输出的所述直流低压为第二电子产品所需的第二直流低压。
优选地,所述触发电路包括:
第七电阻,所述第七电阻连接于第一电子产品的充电接口的电源正极引脚与数据线正极引脚之间;
第八电阻,所述第八电阻连接于所述第二电子产品的充电接口的电源负极引脚与数据线负极引脚之间。
优选地,所述所述电压反馈电路包括:
上拉电阻,所述上拉电阻的一端与所述直流变换单元的输出端连接,
下拉电阻,所述下拉电阻的一端与所述上拉电阻的另一端连接,所下拉电阻的另一端接地;
第四电阻,所述第四电阻的一端连接至所述上拉电阻和下拉电阻的连接节点,所述上拉电阻和下拉电阻的连接节点输出采样电压;
基准稳压源,所述基准稳压源将所述采样电压与基准电压进行比较产生所述反馈信号,并输出至所述脉宽调制电路;
MOS开关管,所述MOS开关管的源极与所述第四电阻的另一端连接,所述MOS开关管的漏极接地,所述MOS开关管的栅极与所述切换电路的控制端连接,当所述切换电路控制所述MOS开关管导通时,使所述电压反馈电路处于第二工作状态。
优选地,所述切换电路包括:
第五电阻;
第六电阻;
第一三极管,所述第一三极管的集电极通过所述第五电阻连接至所述直流变换单元的输出端,且所述第一三极管的集电极为切换电路的控制端;所述第一三极管的基极连接所述输出接口的数据线正极引脚,所述第一三极管的基极还通过所述第六电阻接地;所述第一三极管的发射极连接至所述输出接口的数据线负极引脚。
优选地,所述直流变换单元包括:
变压器,所述变压器与所述整流滤波电路连接,用于对所述直流高压进行变压;
整流滤波输出电路,所述整流滤波输出电路与所述变压器连接,用于变压后的直流电压进行整流滤波形成所述直流低压。
优选地,所述脉宽调制单元包括:
开关电路,所述开关电路与所述变压器连接;
PWM控制电路,所述PWM控制电路的输出端与所述开关电路连接,输入端与所述电压反馈电路连接,用以根据所述反馈信号输出脉冲宽度调制信号控制所述开关电路输出直流高压的占空比,进而控制所述直流变换单元输出 的所述直流低压的电压值。
优选地,所述电压反馈电路通过一光耦将所述反馈信号耦合至所述PWM控制电路的输入端。
另一方面,本发明提供的电源装置,具有如权利要求1-7中任一项所述的自适应电压输出电源电路。
本发明的有益效果是:本发明提供的自适应电压输出电源电路及电源装置,在与普通的数码设备(第一电子产品)连接时,切换电路不工作,电压反馈电路处于第一工作状态,此时,直流变换单元输出的直流低压为第一电子产品所需的第一直流低压(例如5V);而在与移动电源(第二电子产品)连接时,切换电路响应移动电源上USB接口的触发电路发出的触发信号而控制电压反馈电路处于第二工作状态,此时,直流变换单元输出的直流低压为第二电子产品所需的第二直流低压(例如9V)。也就是说,本发明可以实现不同电子产品供电电压的自动适应输出,以适应不同输入电压的电子产品,同时,可以减小电源装置(例如电源适配器)的体积,节约了能源,为用户带来极大的方便。
附图说明
图1是本发明一实施例自适应电压输出电源电路的原理方框图;
图2是本发明另一实施例自适应电压输出电源电路的原理方框图;
图3是本发明自适应电压输出电源电路实施例中切换电路、电压反馈电路的电路图;
图4是本发明实施例自适应电压输出电源电路与数码设备连接时的结构示意图;
图5是本发明实施例自适应电压输出电源电路与移动电源连接时的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中 自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1所示,本发明实施例提供了一种自适应电压输出电源电路,适于为第一电子产品100和第二电子产品200供电,第一电子产品100可以是普通的数码产品,例如手机、数码相机等,这些数码产品的输入电压为第一直流低压。而第二电子产品200可以是移动电源等,且在该第二电子产品200的充电接口201(USB母座)设有一触发电路202。该移动电源的输入电压为第二直流低压。
具体的,本发明的自适应电压输出电源电路包括整流滤波电路10、直流变换单元20、输出接口30、电压反馈电路40、脉宽调制单元50及切换电路60。
其中,整流滤波电路10用于接收交流输入端输入的交流电压,并将所述交流电压转换为直流高压。例如交流输入端输入的交流电压为220V等。直流变换单元20与所述整流滤波电路10连接,用于对所述直流高压进行电压变换形成第一电子产品100或第二电子产品200所需的直流低压,该直流低压一般作为第一电子产品100或第二电子产品200的充电电压而为电子产品充电。输出接口30与所述直流变换单元20连接,用于输出所述直流低压。一般的,可以通过USB数据线300将该输出接口30与第一电子产品100或第二 电子产品200上的充电接口101、201连接,如此,即可将直流低压输出给第一电子产品100或第二电子产品200。
电压反馈电路40与所述直流变换单元20连接,且所述电压反馈电路40具有第一工作状态及第二工作状态,用于在第一工作状态下或第二工作状态下从所述直流变换单元20采集采样电压,并输出一反馈信号。脉宽调制单元50与所述电压反馈电路40及直流变换单元20连接,用于根据所述反馈信号输出脉冲宽度调制信号以控制所述直流变换单元20输出的所述直流低压的电压值。
切换电路60与所述输出接口30及电压反馈电路40连接,当所述输出接口30与第一电子产品100的充电接口101连接时,所述切换电路60关闭,所述电压反馈电路40处于第一工作状态,所述直流变换单元20输出的所述直流低压为第一电子产品100所需的第一直流低压。当所述输出接口30与第二电子产品200的充电接口201连接时,所述切换电路60响应所述触发电路202发出的触发信号而控制所述电压反馈电路40处于第二工作状态,所述直流变换单元20输出的所述直流低压为第二电子产品200所需的第二直流低压。
也就是说,切换电路60只有在收到触发信号时才工作,并控制电压反馈电路40处于第二工作状态。在没有收到触发信号时,该切换电路60处于断开状态,则电压反馈电路40处于第一工作状态。又由于第一电子产品100(例如普通的数码产品)的充电接口101(USB母座)没有设置触发电路,所以,在通过本发明的电源电路为普通的数码产品充电时,电压反馈电路40必然处于第一工作状态。而第二电子产品200(例如充电电压不同的移动电源)的充电接口201设置有触发电路202,所以,在通过本发明的电源电路为部分移动电源充电时,电压反馈电路40必然处于第二工作状态。
而在第一工作状态及第二工作状态下,电压反馈电路40的采样参数不同,采集的反馈信号完全不同,所以,脉宽调制单元50根据不同的反馈信号输出脉冲宽度调制信号也就不同,在不同的脉冲宽度调制信号控制下,直流变换单元20输出的直流低压也不同,也就是输出的第一直流低压与第二直流低压的电压值不同。如此,即可通过第一直流低压为第一电子产品100充电,通过第二直流低压为第二电子产品200充电。
由于目前大多数的数码产品、移动电源的输入电压(也就是充电电压)为5V,而部分电子产品的输入电压为9V,例如部分移动电源为了解决充电时间过长的问题,提高了充电电压,加大了输出电流。也就是说,对于这种移动电源,其输入电压不再是5V,而是高于9V。所以,上述的第一直流低压可以为5V,而第二直流低压可以为9V,如此,即可满足市面上不同充电电压的电子产品的充电要求。
藉此,根据本发明实施例提供的自适应电压输出电源电路,在第一电子产品100(例如普通的数码设备)连接时,切换电路60不工作,电压反馈电路40处于第一工作状态,此时,直流变换单元20输出的直流低压为第一电子产品100所需的第一直流低压(例如5V);而在与第二电子产品200(例如移动电源)连接时,切换电路60响应第二电子产品200上充电接口201的触发电路202发出的触发信号而控制电压反馈电路40处于第二工作状态,此时,直流变换单元20输出的直流低压为第二电子产品200所需的第二直流低压(例如9V)。也就是说,本发明可以实现不同电子产品供电电压的自动适应输出,以适应不同输入电压的电子产品,同时,可以减小电源装置(例如电源适配器)的体积,节约了能源,为用户带来极大的方便。
参照图2所示,在本发明的一个实施例中,直流变换单元20具体包括变压器21及整流滤波输出电路22。所述变压器21与所述整流滤波电路10连接,用于对所述直流高压进行变压;所述整流滤波输出电路22与所述变压器21连接,用于变压后的直流电压进行整流滤波形成所述直流低压。
脉宽调制单元50包括开关电路51及PWM控制电路52,所述开关电路51与所述变压器21连接;所述PWM控制电路52的输出端与所述开关电路51连接,输入端与所述电压反馈电路40连接,用以根据所述反馈信号输出脉冲宽度调制信号控制所述开关电路输出直流高压的占空比,进而控制所述直流变换单元20输出的所述直流低压的电压值。
此外,电压反馈电路40可以通过一光耦41将所述反馈信号耦合至所述PWM控制电路52的输入端。
参照图3所示,在本发明的具体实施例中,触发电路202包括第七电阻R7及第八电阻R8。所述第七电阻R7连接于第二电子产品200的充电接口201的电源正极引脚V+与数据线正极引脚D+之间。所述第八电阻R8连接于所述 第二电子产品200的充电接口201的电源负极引脚V-与数据线负极引脚D-之间。如此,当输出接口30通过USB数据线300与第二电子产品200的充电接口201连接时,数据线正极引脚D+为高电平,而数据线负极引脚D-为低电平,该高电平及低电平即可作为所述触发信号输入至切换电路60。
切换电路60包括第五电阻R5、第六电阻R6及第一三极管Q2,所述第一三极管Q2的集电极C通过所述第五电阻R5连接至所述整流滤波输出电路22的输出端,且所述第一三极管Q2的集电极C为切换电路60的控制端;所述第一三极管Q2的基极B连接所述输出接口30的数据线正极引脚D+,所述第一三极管Q2的基极B还通过所述第六电阻R6接地;所述第一三极管Q2的发射极E连接至所述输出接口30的数据线负极引脚D-。如此,由于数据线正极引脚D+为高电平,所以第一三极管Q2的基极B也为高电平,而数据线负极引脚D-为低电平,所以,第一三极管Q2的发射极E为低电平,如此,第一三极管Q2即可导通。
电压反馈电路40包括上拉电阻R2、下拉电阻R3、第四电阻R4及MOS开关管Q1,所述上拉电阻R2的一端与所述整流滤波输出电路22的输出端连接,所述下拉电阻R3的一端与所述上拉电阻R2的另一端连接,所下拉电阻R3的另一端接地;所述第四电阻R4的一端连接至所述上拉电阻R2和下拉电阻R3的连接节点,所述上拉电阻R2和下拉电阻R3的连接节点输出采样电压;所述基准稳压源U3将所述采样电压与基准电压进行比较产生所述反馈信号,并输出至所述脉宽调制电路50。所述MOS开关管Q1的源极S与所述第四电阻R4的另一端连接,所述MOS开关管Q1的漏极D接地,所述MOS开关管Q1的栅极G与所述切换电路60的控制端连接,也就是MOS开关管Q1的栅极G与切换电路60中第一三极管Q2的集电极C连接,当所述切换电路60控制所述MOS开关管Q1导通时,使所述电压反馈电路40处于第二工作状态。也就是,当第一三极管Q2导通时,MOS开关管Q1的栅极G为高电平而被导通,当MOS开关管Q1导通时,第四电阻R4则与下拉电阻R3并联,如此,电压反馈电路40即处于第二工作状态。
具体的,参照图4所示,当本发明自适应电压输出电源电路的输出接口30通过USB数据线300与第一电子产品100的充电接口101连接时,由于第一电子产品100的充电接口101上没有设置触发电路,如图4中所示,充电 接口101的各个引脚彼此独立。此时,切换电路60的第一三极管Q2截止,电压反馈电路40中的MOS开关管Q1截止,电压反馈电路40处于第一工作状态。输出接口30输出一个固定默认的低电压,也就是第一直流低压(例如5V,此电压根据需要可调),该第一直流低压可压适应现在市场大多数的USB数码设备。
参照图5所示,当本发明自适应电压输出电源电路的输出接口30通过USB数据线300与第二电子产品200的充电接口201连接时,第一三极管Q2的基极B为高电平,第一三极管Q2的发射极E为低电平,则第一三极管Q2导通,第一三极管Q2导通则MOS开关管Q1的栅极G为高电平而被导通,当MOS开关管Q1导通时,第四电阻R4则与下拉电阻R3并联,如此,电压反馈电路40即处于第二工作状态。也就是,改变了采样参数,进而改变了脉宽调制单元50的反馈信号,从而将输出电压调整到需要的值,也就是,此时输出的电压为第二直流低压,该第二直流低压可压适应市场上其他不同充电电压的电子产品(例如9V输入的移动电源等)。
需要说明的是,可以根据需要调整电路中的第四电阻R4的电阻值可以得到不同的输出电压,也就是,可以调整第四电阻R4而调整第二直流低压的电压值,从而适应不同的电子产品。
此外,自适应电压输出电路的输出接口30的引脚是经过交错排列的,工作输出时,输出接口30上相邻的两脚间,电源正极引脚V+与数据线负极引脚D-,数据线负极引脚D-与数据线正极引脚D+,数据线正极引脚D+与电源负极引脚两两短路或同时短路,均不会使输出的第一直流低压或第二直流低压提高。即使有些第二电子产品200(例如移动电源)为了加固充电接口201(USB母座),将充电接口201的电源正极引脚V+、数据线负极引脚D-脚连接,或将数据线正极引脚D+、空置引脚I D、电源负极引脚连接起来,通过电路分析可知,MOS开关管Q1一直处于截止状态,也不会使电路输出的第一直流低压或第二直流低压提高,只有接有触发电路202的充电接口201才能调整输出电压,从而保证了输出的可靠性,从而保护了用电设备的安全。
本发明还提供的电源装置,具有如上所述的自适应电压输出电源电路。该电源装置可以是电源适配器等。
综上所述,本发明提供的自适应电压输出电源电路及电源装置,在与普 通的数码设备(第一电子产品100)连接时,切换电路60不工作,电压反馈电路40处于第一工作状态,此时,直流变换单元20输出的直流低压为第一电子产品100所需的第一直流低压(例如5V);而在与移动电源(第二电子产品200)连接时,切换电路60响应移动电源上充电接口的触发电路202发出的触发信号而控制电压反馈电路40处于第二工作状态,此时,直流变换单元20输出的直流低压为第二电子产品200所需的第二直流低压(例如9V)。也就是说,本发明可以实现不同电子产品供电电压的自动适应输出,以适应不同输入电压的电子产品,同时,可以减小电源装置(例如电源适配器)的体积,节约了能源,为用户带来极大的方便。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种自适应电压输出电源电路,适于为第一电子产品和第二电子产品供电,其特征在于,所述第二电子产品的充电接口设有一触发电路;所述自适应电压输出电源电路包括:
整流滤波电路,用于接收交流输入端输入的交流电压,并将所述交流电压转换为直流高压;
直流变换单元,所述直流变换单元与所述整流滤波电路连接,用于对所述直流高压进行电压变换形成第一电子产品或第二电子产品所需的直流低压;
输出接口,所述输出接口与所述直流变换单元连接,用于输出所述直流低压;
电压反馈电路,所述电压反馈电路与所述直流变换单元连接,且所述电压反馈电路具有第一工作状态及第二工作状态,用于在第一工作状态下或第二工作状态下从所述直流变换单元采集采样电压,并输出一反馈信号;
脉宽调制单元,所述脉宽调制单元与所述电压反馈电路及直流变换单元连接,用于根据所述反馈信号输出脉冲宽度调制信号以控制所述直流变换单元输出的所述直流低压的电压值;
切换电路,所述切换电路与所述输出接口及电压反馈电路连接,当所述输出接口与第一电子产品的充电接口连接时,所述切换电路关闭,所述电压反馈电路处于第一工作状态,所述直流变换单元输出的所述直流低压为第一电子产品所需的第一直流低压;当所述输出接口与第二电子产品的充电接口连接时,所述触发电路发出一触发信号,所述切换电路响应所述触发电路发出的触发信号而控制所述电压反馈电路处于第二工作状态,所述直流变换单元输出的所述直流低压为第二电子产品所需的第二直流低压;
所述触发电路包括第七电阻及第八电阻,所述第七电阻连接于第二电子产品的充电接口的电源正极引脚与数据线正极引脚之间;所述第八电阻连接于所述第二电子产品的充电接口的电源负极引脚与数据线负极引脚之间;
所述电压反馈电路包括上拉电阻、下拉电阻、第四电阻、基准稳压源及MOS开关管,所述上拉电阻的一端与所述直流变换单元的输出端连接,所述下拉电阻的一端与所述上拉电阻的另一端连接,所下拉电阻的另一端接地;
所述第四电阻的一端连接至所述上拉电阻和下拉电阻的连接节点,所述上拉电阻和下拉电阻的连接节点输出采样电压;所述基准稳压源将所述采样电压与基准电压进行比较产生所述反馈信号,并输出至所述脉宽调制单元;
所述MOS开关管的源极与所述第四电阻的另一端连接,所述MOS开关管的漏极接地,所述MOS开关管的栅极与所述切换电路的控制端连接,当所述切换电路控制所述MOS开关管导通时,使所述电压反馈电路处于第二工作状态;
所述切换电路包括第五电阻、第六电阻及第一三极管,所述第一三极管的集电极通过所述第五电阻连接至所述直流变换单元的输出端,且所述第一三极管的集电极为所述切换电路的控制端;所述第一三极管的基极连接所述输出接口的数据线正极引脚,所述第一三极管的基极还通过所述第六电阻接地;所述第一三极管的发射极连接至所述输出接口的数据线负极引脚。
2.根据权利要求1所述的自适应电压输出电源电路,其特征在于,所述直流变换单元包括:
变压器,所述变压器与所述整流滤波电路连接,用于对所述直流高压进行变压;
整流滤波输出电路,所述整流滤波输出电路与所述变压器连接,用于变压后的直流电压进行整流滤波形成所述直流低压。
3.根据权利要求2所述的自适应电压输出电源电路,其特征在于,所述脉宽调制单元包括:
开关电路,所述开关电路与所述变压器连接;
PWM控制电路,所述PWM控制电路的输出端与所述开关电路连接,输入端与所述电压反馈电路连接,用以根据所述反馈信号输出脉冲宽度调制信号控制所述开关电路输出直流高压的占空比,进而控制所述直流变换单元输出的所述直流低压的电压值。
4.根据权利要求3所述的自适应电压输出电源电路,其特征在于,所述电压反馈电路通过一光耦将所述反馈信号耦合至所述PWM控制电路的输入端。
5.一种电源装置,其特征在于,具有如权利要求1-4中任一项所述的自适应电压输出电源电路。
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