CN110739868B - 一种串联功率扩展电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联功率扩展电路和方法，涉及电源设计领域，该电路包括：调压电路控制模块、旁路模块、第一电源模块和第二电源模块，调压电路控制模块用于获取负载所需电压值并据此判断切换电源输出模式，若所需电压大于预设门限电压，则控制旁路模块开启、第一电源模块经过旁路模块直接向负载供电；若所需电压小于预设门限电压，则控制旁路模块关闭、第一电源模块经由串联连接的第二电源模块向负载供电；本发明适用于多口宽电压输出或者是单口多电压输出的PD适配器，实现了电压分段输出、无缝切换，能够有效解决多口宽电压输出适配器的效率低、动态范围小、体积大以及断点切换问题，具有成本低、效率高、恒功率输出、输出电压连续可调的优点。

Description

一种串联功率扩展电路和方法

技术领域

本发明涉及电源设计领域，特别涉及一种串联功率扩展电路和方法。

背景技术

随着社会的不断发展，电源适配器产品在市场的应用主导下，日趋要求小型、轻量、高效率、低辐射、低成本等特点满足各种电子终端设备，特别是针对TYPE C等大动态电压输出的PD适配器更是如此。市面上低电压大电流或者是恒功率输出的多口输出PD适配器，存在一个比较严峻的问题就是动态范围小，产品不好设计，传统的做法就是先将主电源设计成高压输出的电源，再通过多路DC-DC降压电路输出，这种电路的优点是产品框架简单一目了然，调试起来也很快速，缺点就是AC电源和DC-DC电源重复很大功率，即DC-DC电源功率也需要做到和AC电源一样的功率输出，这就导致了产品的效率非常低，而且成本高，很难通过美国DOE VI和欧洲ERP能效标准，这就导致了这类多电压输出的PD适配器产品的体积很难做小。

因此，需要设计一种串联功率扩展电路和方法，以针对多口宽电压输出适配器的效率低、动态范围小、体积大以及恒功率输出等难题提供解决方案。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种成本低、效率高、恒功率输出、电压分段输出且连续可调的串联功率扩展电路和方法。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种串联功率扩展电路，所述电路包括：

直接串联的第一电源模块和第二电源模块；还包括功率扩展模块，分别与第一电源模块和第二电源模块连接，用于实时检测第二电源模块输出端负载的输出电压，根据所输出的实际电压值，并依据预设门限电压自动比较判断来选择切换由第一电源模块至串联连接的第二电源模块向负载输出电压、或者是由第一电源模块直接向负载输出电压以实现电压分段输出；

其中，所述功率扩展模块包括调压电路控制模块和旁路模块，所述调压电路控制模块与所述第一电源模块、第二电源模块、旁路模块分别连接，所述旁路模块与第二电源模块并联；所述调压电路控制模块用于实时检测第二电源输出端负载的输出电压V0，并比较输出电压V0与预设门限电压的大小关系，当输出电压V0大于预设门限电压时，自动控制所述旁路模块开启以旁路所述第二电源模块，使得所述第一电源模块通过所述旁路模块直接向负载输出电压；

其中，所述调压电路控制模块还用于实时检测第二电源输出端负载的输出电压V0，并比较输出电压V0与预设门限电压的大小关系，当输出电压V0小于预设门限电压时，自动控制所述旁路模块关闭，并切换由所述第一电源模块至串联连接的第二电源模块向负载输出电压；

其中，所述调压电路控制模块还用于在判断负载输出电压V0等于预设门限电压时，控制向所述第一电源模块发出用于电压控制的反馈信号，所述反馈信号为FB1控制信号，并控制所述第一电源模块的输出电压VIN向上微调，以弥补第二电源模块的工作压降；调压电路控制模块还用于在启动所述旁路模块进行旁路工作时，控制发出用于电压控制的反馈信号，所述反馈信号为FB2信号，以关闭所述第二电源模块；

其中，所述调压电路控制模块包括：第三电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第三、第四电阻串联，第六电阻、第七电阻、第八电阻串联，第三、第四电阻连接点连接第二电源模块，所述第三电阻的一端连接负载输出端VO，所述第四电阻的一端连接在所述第七电阻与第八电阻的连接点，所述第六电阻与第七电阻的连接点接入包含负载电压需求的FB信号输入，所述第八电阻接地GND；所述第六电阻、第七电阻与FB输入端组成信号输入网络，所述第三电阻、第四电阻与FB2输出端组成第二电源调压网络；

其中，所述调压电路控制模块还包括：第十电阻、第十五电阻、第二电容、第一二极管和第一集成电路，所述第一集成电路型号为TL431，所述第十电阻与第十五电阻串联，所述第一二极管负极与第一集成电路K脚连接，所述第十电阻一端连接第一二极管正极和第六电阻、另一端连接第一集成电路的R脚，所述第十五电阻一端连接第一集成电路的A脚，所述第二电容与第十五电阻并联且接模拟地AGND；所述第一集成电路用于根据FB信号的输入电压控制后级电路；所述第一集成电路用于根据FB信号的输入电压控制后级电路；

其中，所述调压电路控制模块还包括：第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻、第二三极管，所述第二三极管为PNP型三极管，所述第十二电阻与第十七电阻串联并接模拟地AGND，所述第二三极管的C脚连接旁路模块、第二三极管的B脚连接第十七电阻的一端、第二三极管的E脚连接第十七电阻的另一端，所述第十二电阻一端连接第十三、第十四电阻和所述第一二极管负极；所述第十三电阻为补偿反馈电阻，所述第十四电阻与第二三极管组合，用于控制旁路模块开关。

其中，所述调压电路控制模块还包括：第五电阻、第九电阻、第十一电阻、第十六电阻和第一电容，所述第五、九、十六电阻串联并接模拟地AGND，所述第一电容一端接入第五、第九电阻的连接点并连接第一电源模块，另一端接模拟地AGND；所述第十一电阻一端接入所述第九、第十六电阻的连接点并连接第十三电阻，另一端连接所述第十电阻；所述第五电阻一端连接VIN并连接所述第十四电阻；所述第五电阻、第九电阻与FB1输出端组成第一电源调压网络；

其中，所述旁路模块包括：第一电阻、第二电阻、第一稳压二极管、第一三极管，所述第一三极管为PMOS管，所述第一稳压二极管与第一电阻并联，所述第一三极管S极连接第一电阻一端以及VIN、G极连接第一电阻另一端以及第二电阻、D极连接VO，所述第二电阻连接调压电路控制模块中的第二三极管；所述第一三极管用于根据控制导通或关闭，在导通时将第一电源模块输出电压VIN直接输出至负载输出端VO，并通过第一稳压二极管进行稳压。

另一方面，本发明实施例提供了一种串联功率扩展方法，所述方法包括：

根据应用场景设定预设门限电压VINmin；

根据应用场景设定预设门限电压VINmin；

功率扩展模块获取负载输入的包含负载所需电压值V0的FB信号，比较判断负载电压V0与预设门限电压VINmin的关系；

当判断结果输出电压V0大于预设门限电压时，则自动控制第一电源模块调整输出电压VIN，旁路模块开启并将第一电源模块输出电压VIN直接输出至负载输出端VO；当判断结果输出电压V0小于预设门限电压，则自动控制旁路模块关闭，第一电源模块输出电压VIN经由第二电源模块变压后再输出至负载输出端VO，实现电压的分段输出。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的一种串联功率扩展电路和方法，通过调压电路控制模块根据负载所需的电压，进行相应的控制，当所需的电压与预设门限电压关系输出电压V0大于预设门限电压时，控制第一电源模块对交流输入(市电等)进行处理，再开启旁路模块直接输出，即通过旁路模块短路第二电源模块，直接将电压输出至负载；当所需的电压与预设门限电压关系输出电压V0小于预设门限电压时，控制旁路模块关闭，第一电源模块的电压输出经过第二电源模块处理再输出至负载。实现了电压分段输出，有效避免了现有技术手段中大功率输出时需要多级DC-DC以致效率低的问题以及电路体积大的问题。进一步地，通过大功率、小功率输出两种输出模式的合理设计，解决了现有技术中AC动态范围小导致的AC-DC模块难以设计的问题，且输出电压连续可调。本发明解决了多电压输出的PD适配器效率低、动态范围小、体积大的问题，并且具有成本低、效率高、恒功率输出、电压分段输出且连续可调的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种串联功率扩展电路的系统框图；

图2是本发明实施例一提供的一种串联功率扩展电路的系统原理原理图；

图3是本发明实施例一提供的一种串联功率扩展电路细化原理图；

图4是本发明实施例二提供的一种串联功率扩展方法流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中所存在的多口宽电压输出适配器的效率低、动态范围小、体积大以及恒功率输出问题，本发明旨在提供一种串联功率扩展电路和方法，其核心思想是：设计一种串联功率扩展电路，电路包括：调压电路控制模块，旁路模块，以及双段的串联主电源和辅电源模块。系统通过通讯接口(如TYPEC接口)获取用电设备所需电压信号并将此信号输送到调压电路控制模块进行分析处理，并判断所需电压与预设电压关系。当所需电压大于预设电压时，系统自动控制旁路模块开启、主电源模块直接通过旁路模块向负载供电；当所需电压下于预设电压时，系统自动控制旁路模块关闭、主电源模块经由直接串联的辅电源模块降压向负载供电；这种设计的优点在于对于宽电压输出的电源采用分段输出处理，大功率输出时，由主电源直接输出，从而旁路掉辅电源的损耗，大大的提高了大功率输出时的效率；小功率输出时，由主电源通过辅电源降压输出，此时的主电源输出电压设置在预设值之上，从而优化了主电源的变压器应力设计，大大提高了电路的动态范围。在分段输出的过程中，本发明的核心模块—调压电路控制模块可以有效的解决电压分段输出时的断点切换问题，从而实现了输出电压的无缝切换，连续可调。本发明可拓展为多路输出，将多路辅电源分别接于主电源降压输出即可实现。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种串联功率扩展电路，尤其适用于电源设计领域，参见图1，该电路包括：

直接串联的第一电源模块和第二电源模块，以及功率扩展模块，分别与第一电源模块和第二电源模块连接，用于实时检测第二电源模块输出端负载的输出电压，根据所输出的实际电压值，并依据预设门限电压自动比较判断来选择切换由第一电源模块至串联连接的第二电源模块向负载输出电压、或者是由第一电源模块直接向负载输出电压以实现电压分段输出。

在本实施例中，参见图1，结合图3，设第一电源模块为AC-DC模块，第二电源模块为DC-DC模块，二者直接串联，功率扩展模块与所述AC-DC模块、DC-DC模块分别连接，AC-DC模块设有AC输入端，功率扩展模块和DC-DC模块连接至输出端。当有负载接入电路时，功率扩展模块从负载获得FB输入信号，从中获取负载需求的输出电压，根据负载输出电压与预设门限电压大小关系，自动控制由AC-DC模块对外部电源进行AC-DC转换再由DC-DC模块进行直流降压输出至负载，或控制由AC-DC模块对外部电源进行AC-DC转换再通过旁路DC-DC模块，将转换后的直流电直接输出至负载，使负载获得所需电压，所述输出模式具有自动切换的特点，实现了电压的自然分段，扩展了功率范围。本发明采用两种输出模式，分模块进行大功率或小功率输出，具有自然的分段，可以将DC-DC模块的功率做得很小，避免了现有技术中大功率输出时需要多级DC-DC模块导致的效率低、体积大的问题。进一步地，本设计采用纯模拟电路，无需任何开关或单片机，仅需一个反馈点就可以使得输出电压连续可调，有效降低了系统复杂度，也降低了电路的体积。在具体实现时，具有成本低、温升低、输出电压连续可调的优点。

所述功率扩展模块包括调压电路控制模块和旁路模块，所述调压电路控制模块与所述第一电源模块、第二电源模块、旁路模块分别连接，所述旁路模块与第二电源模块并联；所述调压电路控制模块用于实时检测第二电源输出端负载的输出电压V0，并比较输出电压V0与预设门限电压的大小关系，当输出电压V0大于预设门限电压时，自动控制所述旁路模块开启以旁路所述第二电源模块，使得所述第一电源模块通过所述旁路模块直接向负载输出电压。

在本实施例中，参见图2，结合图3，所述功率扩展模块包括调压电路控制模块和旁路模块，设第一电源模块为AC-DC模块、第二电源模块为DC-DC模块，所述调压电路控制模块与所述AC-DC模块、DC-DC模块、旁路模块分别连接，所述旁路模块与DC-DC模块并联，所述AC-DC模块与DC-DC模块串联；根据实际需求，所述串联功率扩展电路设置有用作输出模式判定的预设门限电压VINmin，负载接入后，调压电路控制模块实时检测负载输出电压V0的输出信号，并与预设门限电压进行比较，判断是否输出电压V0大于预设门限电压，若大于预设门限电压，即输出电压V0大于预设门限电压，进入大功率输出模式，调压电路控制模块向所述旁路模块发出旁路控制信号以旁路所述DC-DC模块，控制所述AC-DC模块进行AC-DC转换再通过所述旁路模块向所述负载直接输出电压。进一步地，所述AC-DC模块输出端、DC-DC模块输出端分别并联有电解电容C1、C2,且所述电解电容C1、C2均接地，形成稳压电容，使输出电压更稳定。进一步地，所述功率扩展模块为纯模拟电路，未使用单片机或任何类型处理器，电路自动响应，具有很强的实时性和确定性，响应迅速、无断点，工作效率高。

所述调压电路控制模块还用于实时检测第二电源输出端负载的输出电压V0，并比较输出电压V0与预设门限电压的大小关系，当输出电压V0小于预设门限电压时，自动控制所述旁路模块关闭，并切换由所述第一电源模块至串联连接的第二电源模块向负载输出电压。

在本实施例中，参见图2，结合图3，设第一电源模块为AC-DC模块、第二电源模块为DC-DC模块，根据实际需求，所述串联功率扩展电路设置有用作输出模式判定的预设门限电压VINmin，负载接入后，调压电路控制模块实时检测负载输出电压V0的输出信号，并与预设门限电压VINmin进行比较，判断是否输出电压V0大于预设门限电压，若小于预设门限电压，即输出电压V0小于预设门限电压，则进入小功率输出模式，调压电路控制模块控制旁路模块关闭，由AC-DC模块进行AC-DC转换再通过串联连接的DC-DC模块进行直流降压后向负载输出电压。由于本发明采用纯模拟电路，无需任何单片机或者处理器，系统延时小，可以做到输出模式在时间上的无缝切换。

所述调压电路控制模块还用于在判断负载输出电压V0等于预设门限电压时，控制向所述第一电源模块发出用于电压控制的反馈信号，所述反馈信号为FB1控制信号，并控制所述第一电源模块的输出电压VIN向上微调，以弥补第二电源模块的工作压降。

在本实施例中，参见图3，设第一电源模块为AC-DC模块，第二电源模块为DC-DC模块，当负载输出电压V0电压变低至等于预设门限电压VINmin时，节点U1电压等于设定值(设定值为2.5(R15+R10)/R15)，此时第一集成电路IC1不导通，节点U4电压为低，节点U4电压变低后直接反馈到第十六电阻上，拉低节点U3的电压，从而使AC-DC模块输出电压VIN升高一些，填补DC-DC工作时产生的输入输出压降，防止电路从旁路切换到DC-DC降压输出的过程中不稳定现象的出现；当旁路模块进行旁路工作时，调压电路控制模块发出FB2信号，控制DC-DC模块关闭，使电压仅通过旁路模块输出。

所述调压电路控制模块包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述第三、第四电阻串联，第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8串联，第三、第四电阻连接点连接第二电源模块，所述第三电阻R3的一端连接负载输出端VO，所述第四电阻R4的一端连接在所述第七电阻R7与第八电阻R8的连接点，所述第六电阻R6与第七电阻R7的连接点接入包含负载电压需求的FB信号输入，所述第八电阻R8接地GND；所述第六电阻R6、第七电阻R7与FB输入端组成信号输入网络，所述第三电阻R3、第四电阻R4与FB2输出端组成第二电源调压网络。

在本实施例中，参见图3，设第一电源模块为AC-DC模块，第二电源模块为DC-DC模块，所述调压电路控制模块组成包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，其连接方式为：所述第三、第四电阻串联，第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8串联，第三、第四电阻连接点连接DC-DC模块，所述第三电阻R3的一端连接负载输出端VO，所述第四电阻R4的一端连接在所述第七电阻R7与第八电阻R8的连接点，所述第六电阻R6与第七电阻R7的连接点接入包含负载电压需求的FB信号输入，所述第八电阻R8接地GND；所述第六电阻R6、第七电阻R7与FB输入端组成信号输入网络，所述第三电阻R3、第四电阻R4与FB2输出端组成第二电源调压网络，当负载接入时，所述第六电阻R6和第七电阻R7的连接点输入FB信号，该连接点电压改变，接入该点的FB2输出端电压改变，从而控制DC-DC模块执行直流降压输出，实现对第二电源的调压功能，其输出电压与FB2信号的电压呈负相关。

所述调压电路控制模块还包括：第十电阻R10、第十五电阻R15、第二电容C2、第一二极管D1和第一集成电路IC1，所述第一集成电路IC1型号为TL431，所述第十电阻R10与第十五电阻R15串联，所述一二极管与第一集成电路IC1串联，所述第十电阻R10一端连接第一二极管D1正极和第六电阻R6、另一端连接第一集成电路IC1的R脚，所述第十五电阻R15一端连接第一集成电路IC1的A脚，所述第二电容C2与第十五电阻R15并联且接模拟地AGND；所述第一集成电路IC1用于控制后级电路。

在本实施例中，参见图3，所述调压电路控制模块组成还包括：第十电阻R10、第十五电阻R15、第二电容C2、第一二极管D1和第一集成电路IC1，其中所述第一集成电路IC1为TL431，其连接方式为：所述第十电阻R10与第十五电阻R15串联，所述一二极管与第一集成电路IC1串联，所述第十电阻R10一端连接第一二极管D1正极和第六电阻R6、另一端连接第一集成电路IC1的R脚，所述第十五电阻R15一端连接第一集成电路IC1的A脚，所述第二电容C2与第十五电阻R15并联且接模拟地AGND；当负载FB信号输入后，获得负载输出电压V0，所述电路中节点U1电压与V0呈负相关并决定所述第一集成电路IC1的导通与否，当其导通时，对应接地那U4接地，电平为低，当其不导通时，对应节点U4不接地，电平为高。所述第一集成电路IC1作为中间控制，以电压的变化控制后级电路执行相应操作，所述后级电路为所述第一二极管D1负极所连接的电路。

所述调压电路控制模块还包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十七电阻R17、第二三极管Q2，所述第二三极管Q2为PNP型三极管，所述第十二电阻R12与第十七电阻R17串联并接模拟地AGND，所述第二三极管Q2的C脚连接旁路模块、第二三极管的B脚连接第十七电阻R17的一端、第二三极管的E脚连接第十七电阻R17的另一端，所述第十二电阻R12一端连接第十三、第十四电阻R14和所述第一二极管D1负极；所述第十三电阻为补偿反馈电阻，所述第十四电阻与第二三极管组合，用于控制旁路模块开关。

在本实施例中，参加图3，所述调压电路控制模块组成还包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十七电阻R17、第二三极管Q2，其中所述第二三极管Q2为PNP型三极管，其连接方式为：所述第十二电阻R12与第十七电阻R17串联并接模拟地AGND，所述第二三极管Q2的C脚连接旁路模块、第二三极管的B脚连接第十七电阻R17的一端、第二三极管的E脚连接第十七电阻R17的另一端，所述第十二电阻R12一端连接第十三、第十四电阻R14和所述第一二极管D1负极；对所述第十三电阻R13，所述第十三电阻R13为补偿反馈电阻，第十三电阻R13与后级电路中第五电阻R5的连接点，作为补偿电压输出端，用于将补偿电压U4反馈至后级电路，并进一步控制后级电路；对所述第十四电阻R14与第二三极管Q2，当前级电路U4电平为高时，所述第二三极管Q2导通，其C脚拉高对应连接的旁路模块中第一三极管Q1的电压以使其导通，从而旁路模块开启，当前级电路U4电平为低时，所述第二三极管Q2导通，其C对应连接的旁路模块中第一三极管Q2不导通，从而旁路模块关闭，以此实现了调压电路控制模块对旁路模块的控制，对应实现了电压分段输出。

所述调压电路控制模块还包括：第五电阻R5、第九电阻R9、第十一电阻R11、第十六电阻R16和第一电容C1，所述第五、九、十六电阻串联并接模拟地AGND，所述第一电容C1一端接入第五、第九电阻R9的连接点并连接第一电源模块，另一端接模拟地AGND；所述第十一电阻R11一端接入所述第九、第十六电阻R16的连接点并连接第十三电阻R13，另一端连接所述第十电阻R10；所述第五电阻R5一端连接VIN并连接所述第十四电阻R14；所述第五电阻R5、第九电阻R9与FB1输出端组成第一电源调压网络。

在本实施例中，参见图3，设第一电源模块为AC-DC模块，第二电源模块为DC-DC模块，所述调压电路控制模块组成还包括：第五电阻R5、第九电阻R9、第十一电阻R11、第十六电阻R16和第一电容C1，所述第五、九、十六电阻串联并接模拟地AGND，其连接方式为：所述第一电容C1一端接入第五、第九电阻R9的连接点并连接AC-DC模块，另一端接模拟地AGND；所述第十一电阻R11一端接入所述第九、第十六电阻R16的连接点并连接第十三电阻R13，另一端连接所述第十电阻R10；所述第五电阻R5一端连接VIN并连接所述第十四电阻R14；所述第五电阻R5、第九电阻R9与FB1输出端组成第一电源调压网络，当前级电路节点U1电压发生变化时，节点U3电压同步发生变化，且节点U1电压与节点U3电压呈正相关。当节点U3电压发生变化后，所述第五电阻R5和第九电阻R9连接点电压变化，对应FB1输出端输出至AC-DC模块的电压同步发生变化，控制AC-DC模块调整输出。最终实现了根据负载输出电压V0变化，与其呈负相关的节点U1、节点U3、控制信号FB1电压相应地依次发生变化，从而调整AC-DC模块输出合适的直流电压，实现对第一电源的调压功能。

所述旁路模块包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压二极管ZD1、第一三极管Q1，所述第一三极管Q1为PMOS管，所述第一稳压二极管ZD1与第一电阻R1并联，所述第一三极管Q1的S极连接第一电阻R1一端以及VIN、G极连接第一电阻R1另一端以及第二电阻R2、D极连接VO，所述第二电阻R2连接调压电路控制模块中的第二三极管Q2；所述第一三极管Q1用于根据控制导通或关闭，在导通时将第一电源模块输出电压VIN直接输出至负载输出端VO，并通过第一稳压二极管ZD1进行稳压。

在本实施例中，参见图3，设第一电源模块为AC-DC模块，第二电源模块为DC-DC模块，所述旁路模块组成包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压二极管ZD1、第一三极管Q1，其中所述第一三极管Q1为PMOS管，其连接方式为：所述第一稳压二极管ZD1与第一电阻R1并联，所述第一三极管Q1的S极连接第一电阻R1一端以及VIN、G极连接第一电阻R1另一端以及第二电阻R2、D极连接VO，所述第二电阻R2连接调压电路控制模块中的第二三极管Q2；根据前级电路中第二三极管Q2的C脚传递至旁路模块中对应连接的第二电阻R2上的电压，当电压为高时，所述第一三极管Q1导通，所述旁路模块开启，将AC-DC模块输出端VIN的直流电直接输出至负载输出端VO端进入负载，当电压为高时，所述第一三极管Q1不导通，所述旁路模块关闭，此时串联功率扩展电路通过DC-DC模块向负载输出。在旁路模块开启时，所述第一稳压二极管ZD1进行稳压，使输出的电压更稳定。

实施例二

本发明提供了一种串联功率扩展方法，参见图4，该方法包括：

根据应用场景设定预设门限电压VINmin；

功率扩展模块获取负载输入的包含负载所需电压值V0的FB信号，比较判断负载电压V0与预设门限电压VINmin的关系；

当判断结果输出电压V0大于预设门限电压时，则自动控制第一电源模块调整输出电压VIN，旁路模块开启并将第一电源模块输出电压VIN直接输出至负载输出端VO；当判断结果输出电压V0小于预设门限电压，则自动控制旁路模块关闭，第一电源模块输出电压VIN经由第二电源模块变压后再输出至负载输出端VO，实现电压的分段输出。

在本实施例中，参见图4，结合图2、图3，首先根据应用场景设定预设门限电压VINmin，假设为12V，并设第一电源模块为AC-DC模块、第二电源模块为DC-DC模块。当接入负载后，调压电路控制模块获得负载输入的FB信号，判断负载输出端VO的负载输出电压V0是否大于VINmin，如果负载输出电压V0大于12V，则调压电路控制模块自动控制AC-DC模块进行“交流-直流”转换处理，并控制旁路模块开启，此时旁路模块短路DC-DC模块，AC-DC模块输出的直流电只有通过旁路模块直接输出至VO端，为负载进行大功率供电；如果负载输出电压V0不大于12V，则调压电路自动控制模块控制旁路模块关闭，并控制DC-DC模块对AC-DC模块输出的直流电进行降压处理，将降压后的直流电输出至VO端，为负载进行小功率供电。本发明的设计避免了大功率输出时，现有技术中多级DC-DC降压造成的低效率问题，并且大功率和小功率输出分别由AC-DC模块、DC-DC模块执行，实现了自然地分段，同时解决了现有技术中AC动态范围小导致的AC-DC模块难以设计的问题。能够有效的解决多电压输出的PD适配器效率低、动态范围小、体积大的问题，并且具有成本低、效率高、恒功率输出、输出电压连续可调的优点。

需要说明的是，上述串联功率扩展电路和方法属于同一个发明构思。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。本发明实施例中采用的AC-DC模块、DC-DC模块仅为一个例子，本发明中第一电源模块、第二电源模块以及电压分段判断方式不限于此，根据具体的应用场景，可以设定不同的类型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种串联功率扩展电路，其特征在于，包括直接串联的第一电源模块和第二电源模块，其特征在于，还包括：

功率扩展模块，分别与第一电源模块和第二电源模块连接，用于实时检测第二电源模块输出端负载的输出电压，根据所输出的实际电压值，并依据预设门限电压自动比较判断来选择切换由第一电源模块至串联连接的第二电源模块向负载输出电压、或者是由第一电源模块直接向负载输出电压以实现电压分段输出；

所述功率扩展模块还用于获取负载输入的包含负载所需电压值的FB信号，比较判断负载电压与门限电压的关系；

所述功率扩展模块包括调压电路控制模块和旁路模块，所述调压电路控制模块与所述第一电源模块、第二电源模块、旁路模块分别连接，所述旁路模块与第二电源模块并联；

所述调压电路控制模块用于实时检测第二电源输出端负载的输出电压V0，并比较输出电压V0与预设门限电压的大小关系，当输出电压V0大于预设门限电压时，自动控制所述旁路模块开启以旁路所述第二电源模块，使得所述第一电源模块通过所述旁路模块直接向负载输出电压；当输出电压V0小于预设门限电压时，自动控制所述旁路模块关闭，并切换由所述第一电源模块至串联连接的第二电源模块向负载输出电压；

所述调压电路控制模块还用于在判断负载输出电压V0变低至等于预设门限电压时，控制向所述第一电源模块发出用于电压控制的反馈信号，所述反馈信号为FB1控制信号，并控制所述第一电源模块的输出电压VIN向上微调，以弥补第二电源模块的工作压降；

调压电路控制模块还用于在启动所述旁路模块进行旁路工作时，控制发出用于电压控制的反馈信号，所述反馈信号为FB2信号，以关闭所述第二电源模块。

2.根据权利要求1所述的串联功率扩展电路，其特征在于，所述调压电路控制模块包括：第三电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第三、第四电阻串联，第六电阻、第七电阻、第八电阻串联，第三、第四电阻连接点连接第二电源模块，所述第三电阻的一端连接负载输出端VO，所述第四电阻的一端连接在所述第七电阻与第八电阻的连接点，所述第六电阻与第七电阻的连接点接入包含负载电压需求的FB信号输入，所述第八电阻接地GND；

所述第六电阻、第七电阻与FB输入端组成信号输入网络，所述第三电阻、第四电阻与FB2输出端组成第二电源调压网络。

3.根据权利要求2所述的串联功率扩展电路，其特征在于，所述调压电路控制模块还包括：第十电阻、第十五电阻、第二电容、第一二极管和第一集成电路，所述第一集成电路型号为TL431，所述第十电阻与第十五电阻串联，所述第一二极管负极与第一集成电路K脚连接，所述第十电阻一端连接第一二极管正极和第六电阻、另一端连接第一集成电路的R脚，所述第十五电阻一端连接第一集成电路的A脚，所述第二电容与第十五电阻并联且接模拟地AGND；所述第一集成电路用于根据FB信号的输入电压控制后级电路。

4.根据权利要求3所述的串联功率扩展电路，其特征在于，所述调压电路控制模块还包括：第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻、第二三极管，所述第二三极管为PNP型三极管，所述第十二电阻与第十七电阻串联并接模拟地AGND，所述第二三极管的C脚连接旁路模块、第二三极管的B脚连接第十七电阻的一端、第二三极管的E脚连接第十七电阻的另一端，所述第十二电阻一端连接第十三电阻R13一端、第十四电阻一端和所述第一二极管负极；所述第十四电阻为补偿反馈电阻，所述第十三电阻与第二三极管组合，用于控制旁路模块开关。

5.根据权利要求4所述的串联功率扩展电路，其特征在于，所述调压电路控制模块还包括：第五电阻、第九电阻、第十一电阻、第十六电阻和第一电容，所述第五、九、十六电阻串联并接模拟地AGND，所述第一电容一端接入第五、第九电阻的连接点并连接第一电源模块，另一端接模拟地AGND；所述第十一电阻一端接入所述第九电阻、第十六电阻的连接点并连接第十三电阻另一端，另一端连接所述第十电阻；所述第五电阻一端连接VIN并连接所述第十四电阻；所述第五电阻、第九电阻与FB1输出端组成第一电源调压网络。

6.根据权利要求5所述的串联功率扩展电路，其特征在于，所述旁路模块包括：第一电阻、第二电阻、第一稳压二极管、第一三极管，所述第一三极管为PMOS管，所述第一稳压二极管与第一电阻并联，所述第一三极管S极连接第一电阻一端以及VIN、G极连接第一电阻另一端以及第二电阻、D极连接VO，所述第二电阻连接调压电路控制模块中的第二三极管；所述第一三极管用于根据控制导通或关闭，在导通时将第一电源模块输出电压VIN直接输出至负载输出端VO，并通过第一稳压二极管进行稳压。

7.一种串联功率扩展方法，利用如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

根据应用场景设定预设门限电压VINmin；

功率扩展模块获取负载输入的包含负载所需电压值V0的FB信号，比较判断负载电压V0与预设门限电压VINmin的关系；

当判断结果输出电压V0大于预设门限电压时，则自动控制第一电源模块调整输出电压VIN，旁路模块开启并将第一电源模块输出电压VIN直接输出至负载输出端VO；当判断结果输出电压V0小于预设门限电压，则自动控制旁路模块关闭，第一电源模块输出电压VIN经由第二电源模块变压后再输出至负载输出端VO，实现电压的分段输出。

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