CN113410995B - 一种电源电路和电源设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及电子电力技术领域，特别涉及一种电源电路和电源设备。本发明提供一种电源电路和电源设备，包括转换电路、升压电路和控制电路，当Type‑C端口的输出端连接受电设备时，Type‑C端口的信号端输出受电设备的目标供电电压值至控制电路，控制电路获取第二直流电的电压值，根据目标供电电压值和预设电压值控制升压电路的工作模式，以及根据目标供电电压值和第二直流电的电压值控制转换电路输出的第一直流电的电压值。在该电源电路中，控制电路不仅根据目标供电电压值和第二直流电的电压值来调整第一直流电的电压值，而且还根据目标供电电压值和预设电压值来调整升压电路的工作模式，在满足同样的宽电源输出范围时，可以有效提高系统效率。

Description

一种电源电路和电源设备
技术领域
本发明实施例涉及电子电力技术领域，特别涉及一种电源电路和电源设备。
背景技术
随着移动设备对传输速率，充电功率，接口尺寸越来越严苛的要求，新一代的USB接口USB type C应运而生。USB Type C，简称Type C，是一种通用串行总线(USB)的硬件接口规范。新版接口的亮点在于更加纤薄的设计、更快的传输速度(最高40Gbps)以及更强悍的电力传输(最高240W)。Type C支持USB接口双面插入，正式解决了“USB永远插不准”的世界性难题，正反面随便插。同时与它配套使用的USB数据线也必须更细和更轻便。
为了支持最高240W的输出功率，相配套的USB Power Delivery Specification(USB PD)协议也随后推出。采用USB PD协议，外部连接的PD设备可以根据自身的需求，向PD电源请求不同的输出电压，其最小值为3V，最大值则可能为50V。而在现有技术中对于PD电源供应的电源电路，系统效率都比较低。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种电源电路和电源设备，系统效率高。
第一方面，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种电源电路，包括：
转换电路，所述转换电路的输入端用于连接外部交流电，所述转换电路用于将所述外部交流电转为第一直流电；
升压电路，所述升压电路的输入端连接所述转换电路的输出端，所述升压电路的输出端用于连接Type-C端口的输入端，所述升压电路用于将所述第一直流电转为第二直流电、并将所述第二直流电输出至所述Type-C端口的输入端，所述升压电路的工作模式包括直通模式和升压模式；
控制电路，所述控制电路的第一端连接所述升压电路的输出端，所述控制电路的第二端连接所述Type-C端口的信号端，所述控制电路的第三端连接所述转换电路的控制端，所述控制电路的第四端连接所述升压电路的控制端；
其中，当所述Type-C端口的输出端连接受电设备时，所述Type-C端口的信号端输出所述受电设备的目标供电电压值至所述控制电路，所述控制电路用于获取所述第二直流电的电压值，根据所述目标供电电压值和预设电压值控制所述升压电路的工作模式，以及根据所述目标供电电压值和所述第二直流电的电压值控制所述转换电路输出的第一直流电的电压值。
在一些实施例中，所述升压电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、输入电容、升压电容和输出电容；
所述第一开关的第一端分别连接所述转换电路的输出端、所述第四开关的第一端和所述输入电容的第一端，所述第一开关的第二端分别连接所述第三开关的第一端和所述升压电容的第一端，所述第三开关的第二端分别连接所述Type-C端口的输入端和所述输出电容的第一端，所述升压电容的第二端分别连接所述第四开关的第二端和所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述输入电容的第二端，所述输入电容的第二端和所述输出电容的第二端均接地，所述第一开关的第三端、所述第二开关的第三端、所述第三开关的第三端和所述第四开关的第三端均连接所述控制电路的第三端；
所述控制电路用于当所述目标供电电压值小于或等于所述预设电压值时，控制所述第一开关和所述第三开关闭合、以及控制所述第二开关和所述第四开关断开，以使所述升压电路处于直通模式；当所述目标供电电压值大于所述预设电压值时，在每一周期的第一时间段内，控制所述第一开关和所述第二开关闭合、以及控制所述第三开关和所述第四开关断开，在所述每一周期的第二时间段内，控制所述第三开关和所述第四开关闭合、以及控制所述第一开关和所述第二开关断开，以使所述升压电路处于升压模式。
在一些实施例中，所述控制电路包括控制单元、电压检测电路、反馈电路和ACDC控制电路；
所述控制单元的第一端连接所述Type-C端口的信号端，所述控制单元的第二端连接所述升压电路的控制端，所述控制单元的第三端连接所述反馈电路的第一端；当所述Type-C端口的输出端连接所述受电设备时，所述Type-C端口的信号端输出所述目标供电电压值至所述控制单元，所述控制单元用于根据所述目标供电电压值和所述预设电压值控制所述升压电路的工作模式、以及输出所述目标供电电压值至所述反馈电路；
所述电压检测电路的第一端连接所述升压电路的输出端，所述电压检测电路的第二端连接所述反馈电路的第二端，所述电压检测电路用于检测所述第二直流电的电压值，并将所述第二直流电的电压值输出至所述反馈电路；
所述反馈电路的第三端连接所述ACDC控制电路的第一端，所述ACDC控制电路的第二端连接所述转换电路的控制端，所述反馈电路用于根据所述目标供电电压值和所述第二直流电的电压值输出反馈信号至所述ACDC控制电路，所述ACDC控制电路用于根据所述反馈信号控制所述第一直流电的电压值，其中，所述反馈信号为电流信号或电压信号。
在一些实施例中，所述电压检测电路包括第一分压电阻和第二分压电阻；
所述第一分压电阻的第一端连接所述升压电路的输出端，所述第一分压电阻的第二端分别连接所述第二分压电阻的第一端和所述反馈电路的第二端，所述第二分压电阻的第二端接地。
在一些实施例中，所述反馈电路包括第一运算放大器、补偿电路和开关管；
所述第一运算放大器的同相输入端分别连接所述补偿电路的第一端和所述电压检测电路的第二端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述控制单元的第三端，所述第一运算放大器的输出端连接所述开关管的第一端，所述开关管的第二端分别连接所述补偿电路的第二端和所述ACDC控制电路的第一端，所述开关管的第三端接地。
在一些实施例中，所述补偿电路包括电容和电阻；
所述电阻的第一端连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述电阻的第二端连接所述电容的第一端，所述电容的第二端连接所述开关管的第二端。
在一些实施例中，所述电源电路还包括隔离电路；
所述隔离电路的第一端连接所述升压电路的输出端，所述隔离电路的第二端连接所述开关管的第二端，所述隔离电路的第三端连接所述ACDC控制电路的第一端，所述隔离电路的第四端接地。
在一些实施例中，所述ACDC控制电路包括驱动电路和第二运算放大器；
所述第二运算放大器的反相输入端连接所述隔离电路的第三端，所述第二运算放大器的同相输入端连接参考信号，所述第二运算放大器的输出端连接所述驱动电路的第一端，所述驱动电路的第二端连接所述转换电路的控制端。
第二方面，本发明实施例还提供一种电源设备，包括如上述第一方面任意一项所述的电源电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例提供一种电源电路和电源设备，包括转换电路、升压电路和控制电路，当Type-C端口的输出端连接受电设备时，Type-C端口的信号端输出受电设备的目标供电电压值至控制电路，控制电路获取第二直流电的电压值，根据目标供电电压值和预设电压值控制升压电路的工作模式，以及根据目标供电电压值和第二直流电的电压值控制转换电路输出的第一直流电的电压值。在该电源电路中，控制电路不仅根据目标供电电压值和第二直流电的电压值来调整第一直流电的电压值，而且还根据目标供电电压值和预设电压值来调整升压电路的工作模式，在满足同样的宽电源输出范围时，可以有效提高系统效率。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是现有技术中提供的一种电源电路的结构框图示意图；
图2是图1中的一种DCDC转换电路的电路结构示意图；
图3是图1中的另一种DCDC转换电路的电路结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种电源电路的结构框图示意图；
图5是本发明实施例提供的一种转换电路的电路结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种转换电路的电路结构示意图；
图7是本发明实施例提供的又一种转换电路的电路结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种升压电路的电路结构示意图；
图9是图8的一种等效电路图；
图10是图8的另一种等效电路图；
图11是图8的又一种等效电路图；
图12是本发明实施例提供的另一种电源电路的结构框图示意图；
图13是本发明实施例提供的一种电源电路的电路结构示意图；
图14是本发明实施例提供的一种补偿电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
USB PD协议，能承载3A或5A的电流，输出电压最高到50V，同时接口中定义了用于功率传输协议通讯的专有通道，可以在充电和受电设备间完成智能的自适应充电调节，提升充电效率。采用USB PD协议，外部连接的受电设备可以根据自身的需求，可向供电电源请求不同的输出电压，其最小值为3V，最大值则可能为50V。
现有技术中，通常采用两级电源级联，请参阅图1，第一级电源为ACDC转换电路1，第二级电源为DCDC转换电路2，交流市电输入至ACDC转换电路1后，ACDC转换电路1输出稳定的第一直流电VINT至DCDC转换电路2的输入端，DCDC转换电路2输出第二直流电VBUS至Type-C端口300的输入端，以供受电设备供电。并且，第一直流电VINT的电压大小由ACDC控制器4控制，第二直流电VBUS的电压大小由PD控制器5控制。同时，PD控制器5与Type-C端口300连接，这样，PD控制器5通过Type-C端口300的CC引脚进行PD通信后，PD控制器5可以确定第二直流电VBUS的目标输出电压。
前述提到第二直流电VBUS的输出电压范围须为3-50V，对于DCDC转换电路通常有两种方式实现，第一种方式为采用降压变换器作为DCDC转换电路，如图2所示，此时，为了保证第二直流电VBUS的输出电压，第一直流电VINT需要大于50V，但是当第一直流电VINT的电压值＝50V时，在第二直流电VBUS的电压值＝3V时，容易出现电压纹波大、导致效率低的问题，并且如图2所示，在该电路中采用了输出电感L，容易导致电路设备体积过大的问题。
第二种方式为采用升降压变换器作为DCDC转换电路，如图3所示，此时，只需将第一直流电VINT设置在的最大输出电压与最小输出电压中的某一个电压值，比如将第一直流电VINT的电压值设置为26.5V，即可以通过升降压变换器升压或降压、来实现3-50V整个范围的电压输出。虽然在此方案中可以选择一个中间值作为第一直流电VINT输入、来满足第二直流电VBUS所需的输出电压范围，但当第一直流电VINT的电压值＝26.5V，第二直流电VBUS的电压值＝3V时，依然存在效率较低的问题，另外，在该电路中同样采用了输出电感L，同样导致电路设备体积过大。
为了解决上述提到的问题，本发明实施例提供一种电源电路和电源设备，不仅可以满足宽输出电压范围，而且系统的效率较高,另外无需使用输出电感，降低系统损耗，进一步提升系统的效率。
第一方面，本发明实施例提供一种电源电路，请参阅图4，该电源电路100包括：转换电路10、升压电路20和控制电路30。其中，转换电路10的输入端用于连接外部交流电200，转换电路10用于将外部交流电200转为第一直流电VINT。升压电路20的输入端连接转换电路10的输出端，升压电路20的输出端用于连接Type-C端口300的输入端，升压电路20用于将第一直流电VINT转为第二直流电VBUS、并将第二直流电VBUS输出至Type-C端口300的输入端，升压电路20的工作模式包括直通模式和升压模式。控制电路30的第一端连接升压电路20的输出端，控制电路30的第二端连接Type-C端口300的信号端，控制电路30的第三端连接转换电路10的控制端，控制电路30的第四端连接升压电路20的控制端，其中，当Type-C端口300的输出端连接受电设备时，Type-C端口300的信号端输出受电设备的目标供电电压值至控制电路30，控制电路30用于获取第二直流电VBUS的电压值，根据目标供电电压值和预设电压值VREF控制升压电路20的工作模式，以及根据目标供电电压值和第二直流电VBUS的电压值控制转换电路10输出的第一直流电VINT的电压值。
具体的，Type-C端口300的信号端为CC引脚。该电源电路100依然为两级电源系统，第一级电源为转换电路10，其将外部交流电200转换第一直流电VINT；第二级电源为升压电路20，升压电路20将第一直流电VINT作为输入，并输出第二直流电VBUS至Type-C端口300的输入端，以为受电设备供电。在该电源电路100中，控制电路30首先通过Type-C端口300的信号端获取受电设备的目标供电电压值Vt。第一方面，控制电路30还获取升压电路20输出的实际电压，即获取第二直流电VBUS的电压值，然后，控制电路30根据目标供电电压值Vt和第二直流电VBUS的电压值控制第一直流电VINT的电压值，具体的，当目标供电电压值Vt大于第二直流电VBUS的电压值时，控制电路30调高第一直流电VINT的电压值，当目标供电电压值Vt小于第二直流电VBUS的电压值时，控制电路30调低第一直流电VINT的电压值，当目标供电电压值Vt等于第二直流电VBUS的电压值时，控制电路30不对第一直流电VINT的电压值进行调整。第二方面，控制电路30根据目标供电电压值Vt和预设电压值VREF控制升压电路20的工作模式，具体的，当目标供电电压值Vt小于或等于预设电压值VREF时，控制电路30控制升压电路20处于直通模式，此时，第二直流电VBUS的电压值等于第一直流电VINT的电压值；当目标供电电压值Vt大于预设电压值VREF时，控制电路30控制升压电路20处于升压模式，此时，第二直流电VBUS的电压值大于第一直流电VINT的电压值。其中，预设电压值VREF可自由设置，一般应处于电源电路的最小输出电压和最大输出电压之间。
综上可见，在该电源电路100中，不仅转换电路10输出的第一直流电VINT会随着升压电路20输出的第二直流电VBUS做出调整，而且升压电路20自身也会随着第二直流电VBUS做出调整。通过引入升压电路20，在满足同样的宽电源输出范围的情况下，可以大幅度缩减转换电路10输出的第一直流电VINT的有效电压值，即可以有效缩减转换电路10的输出电压范围，从而降低转换电路10的设计难度，提高转换电路10的输出效率，同时，变压器无需满足宽输出范围，可以进一步减少变压器成本。另外，当目标供电电压值Vt小于预设电压值VREF时，升压电路20采用直通模式，此时，第二直流电VBUS的电压值等于第一直流电VINT的电压值，这样可以大幅提升低电压输出场合的系统效率，并且在高电压输出场合下，可以采用无电感的无损升压电路20，来保持较高的系统效率，另外也可降低系统的体积。
在其中一些实施例中，请参阅图5，转换电路10可以由整流桥电路和反激电路组成，其中，控制电路连接开关管Q2的控制端，通过输出PWM信号至开关管Q2，来控制转换电路10的输出电压大小，即控制第一直流电VINT的电压值。或者，请参阅图6，转换电路10可由整流桥电路和正激电路的组合，其中，控制电路连接开关管Q2的控制端，通过输出PWM信号至开关管Q3，来控制转换电路10的输出电压大小，即控制第一直流电VINT的电压值。或者，请参阅图7，转换电路10可以由整流桥电路、升压电路和LLC电路组成，在该电路中，控制电路可通过输出PWM信号至开关管Q5和开关管Q6，来控制转换电路10的输出电压大小，即控制第一直流电VINT的电压值。可以理解的是，转换电路10可以采用现有技术中其他一切合适的交直流转换电路，能实现将外部交流电转为直流电，并且该直流电的输出大小受到控制电路的控制即可，在此不需拘泥于本实施例中的限定。在实际应用中，上述提到的拓扑结构中的电路可以存在少量的衍变，例如前述提到的反激电路可以为有源钳位的反激电路，正激电路可以有源钳位的正激电路，在此不做限定。另外，整流桥电路中的结构并不局限于图5-图7所示的采用四个二极管组成，四个二极管可以采用金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或者是其他一切合适的开关管，可用来减少二极管导通所造成的功率损耗。
在其中一些实施例中，请参阅图8，升压电路20包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、输入电容C1、升压电容C2和输出电容C3。其中，第一开关S1的第一端分别连接转换电路10的输出端、第四开关S4的第一端和输入电容C1的第一端，第一开关S1的第二端分别连接第三开关S3的第一端和升压电容C2的第一端，第三开关S3的第二端分别连接Type-C端口300的输入端和输出电容C3的第一端，升压电容C2的第二端分别连接第四开关S4的第二端和第二开关S2的第一端，第二开关S2的第二端连接输入电容C1的第二端，输入电容C1的第二端和输出电容C3的第二端均接地，第一开关S1的第三端、第二开关S2的第三端、第三开关S3的第三端和第四开关S4的第三端均连接控制电路30的第三端。在实际应用中，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4的开关类型可以为MOSFET、BJT、IGBT、或者是其他一切合适的可控开关管，在此不做限定。
在该升压电路20中，当目标供电电压值Vt小于或等于预设电压值VREF时，控制电路30控制第一开关S1和第三开关S3闭合、以及控制第二开关S2和第四开关S4断开，即此时第一开关S1和第三开关S3均闭合、第二开关S2和第四开关S4均断开，该升压电路等效于图6。如图6所示，当忽略第一开关S1和第三开关S3之间的导通电阻时，第一直流电VINT可直接通过第一开关S1和第三开关S3输出，此时第二直流电VBUS的电压值等于第一直流电VINT的电压值，从而使升压电路20处于直通模式。
当目标供电电压值Vt大于预设电压值VREF时，控制电路30控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4均处于周期性的开关切换状态，可使升压电路处于升压模式。其中，每个周期均被区分为第一时间段t1和第二时间段t2，即t1+t2＝T，T为整个周期的时间；并且在每一个周期不同的时间段内，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4分别处于两种不同的状态。
具体的，首先，在每一周期的第一时间段t1内、控制电路30控制第一开关S1和第二开关S2闭合、以及控制第三开关S3和第四开关S4断开，该升压电路等效于图10所示，升压电路的输入端和输出端之间断开连接，升压电路的输出能量由输出电容C2两端的电压值提供；同时，转换电路10输出的第一直流电VINT给升压电容C2充电，使得升压电容C2两端的电压值充电至第一直流电VINT的电压值；另外，输入电容C1两端的电压值在电路正常运行时就已经充电至第一直流电VINT的电压值。接着，在每一周期的第二时间段t2内、控制电路30控制第三开关S3和第四开关S4闭合、以及控制第一开关S1和第二开关S2断开，该升压电路等效于图11所示，升压电容C2串接于升压电路的输入端和升压电路的输出端之间，那么第二直流电VBUS的电压值＝升压电容C2两端的电压值+输入电容C1两端的电压值，由于在第一时间段t1内，输入电容C1两端的电压值和升压电容C2两端的电压值均已充电至第一直流电VINT的电压值，那么在第二时间段t2内，第二直流电VBUS的电压值＝2*第一直流电VINT的电压值。因在第一时间段t1内，升压电路除了向Type-C的输出端提供能量外，并没有其他的切换动作，在忽略输出负载和升压电容的电压纹波影响的情况下，可以认为在整个周期内电压均维持稳定，即在每个周期内均有第二直流电VBUS的电压值＝2*第一直流电VINT的电压值，从而使升压电路处于升压模式。此时可通过该升压电路的升压模式，来降低转换电路的输出范围，例如，在升压模式下，第一直流电和第二直流电具有二倍关系，可将转换电路输出的第一直流电的电压值范围设置在50/2＝25V的范围之内，来提高系统的效率。
应当注意的是，在每个周期内四个开关的控制占空比均为50％，即第一时间段t1＝第二时间段t2，才能实现第二直流电VBUS的电压值是第一直流电VINT的电压值的两倍关系。在实际应用中，每个周期内四个开关的控制占空比可以自由设置，不需拘泥于本实施例中的限定，只需满足第一时间段t1+第二时间段t2＝周期T的关系即可，那么，此时第二直流电VBUS的电压值与第一直流电VINT的电压值存在与占空比有关的函数关系，仍然可使升压电路处于升压模式。
在其中一些实施例中，请参阅图12，控制电路30包括控制单元31、电压检测电路32、反馈电路33和ACDC控制电路34。控制单元31的第一端连接Type-C端口300的信号端，控制单元31的第二端连接升压电路20的控制端，控制单元31的第三端连接反馈电路33的第一端；当Type-C端口300的输出端连接受电设备时，Type-C端口300的信号端输出目标供电电压值Vt至控制单元31，控制单元31用于根据目标供电电压值Vt和预设电压值VREF控制升压电路20的工作模式、以及输出目标供电电压值Vt至反馈电路33；电压检测电路32的第一端连接升压电路20的输出端，电压检测电路32的第二端连接反馈电路33的第二端，电压检测电路32用于检测第二直流电VBUS的电压值，并将第二直流电VBUS的电压值输出至反馈电路33；反馈电路33的第三端连接ACDC控制电路34的第一端，ACDC控制电路34的第二端连接转换电路10的控制端，反馈电路33用于根据目标供电电压值Vt和第二直流电VBUS的电压值输出反馈信号至ACDC控制电路34，ACDC控制电路34用于根据反馈信号控制第一直流电VINT的电压值。其中，反馈信号可以为电压信号或电流信号。
具体的，当目标供电电压值Vt小于或等于预设电压值VREF时，控制单元31控制升压电路20处于直通模式，使第一直流电VINT的电压值等于第二直流电VBUS的电压值；当目标供电电压值Vt大于预设电压值VREF时，控制单元31控制升压电路20处于升压模式，使第一直流电VINT的电压值小于第二直流电VBUS的电压值。另外，当目标供电电压值Vt大于第二直流电VBUS的电压值时，反馈电路33输出调高第一直流电VINT电压值的反馈信号至ACDC控制电路34，ACDC控制电路34控制转换电路10调高第一直流电VINT的电压输出；当目标供电电压值Vt小于第二直流电VBUS的电压值时，反馈电路33输出调低第一直流电VINT电压值的反馈信号至ACDC控制电路34，ACDC控制电路34控制转换电路10调低第一直流电VINT的电压输出；当目标供电电压值Vt等于第二直流电VBUS的电压值时，反馈电路33不输出反馈信号，ACDC控制电路34不对第一直流电VINT的电压值进行调整。实际应用中，控制单元31可以为PD控制器，可采用STM8、STM16、STM32系列的微控制器、或者是其他一切合适的可用于接收和输出数据的微控制处理器。
具体的，在其中一些实施例中，请参阅图13，电压检测电路32包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2；第一分压电阻R1的第一端连接升压电路20的输出端，第一分压电阻R1的第二端分别连接第二分压电阻R2的第一端和反馈电路33的第二端，第二分压电阻R2的第二端接地。该电压检测电路32可用于检测第二直流电VBUS的电压值，并将检测到的电压值通过第一分压电阻R1的第二端输出至反馈电路33。可以理解的是，在电压检测电路和反馈电路之间可以设置数模转换器，具体的，可以在第一分压电阻的第一端和反馈电路的第二端之间串接数模转换器，这样，数模转换器可以对检测电压进行采样，输出数字量至反馈电路。在实际应用中，电压检测电路中的分压电阻数目和电阻阻值可根据实际需要进行设置，电压检测电路通过第一分压电阻R1的第二端输出至反馈电路33的电压值与实际的第二直流电VBUS的电压值具有一定的缩放比例，其缩放比例可自由设置，在此不做限定，应当注意的是，控制单元31在设置预设电压值VREF时应考虑该缩放比例。另外，电压检测电路也可以检测第一直流电的电压值，并将第一直流电的电压值输送至反馈电路，此时控制单元输送至反馈电路的目标供电电压值需要进行比例变换，同样也可根据目标供电电压值和第一直流电输出反馈信号调整转换电路输出的第一直流电的电压值。
在其中一些实施例中，当反馈电路输出的反馈信号为电流信号时，请参阅图13，反馈电路33包括第一运算放大器U1、补偿电路311和开关管Q1。其中，第一运算放大器U1的同相输入端分别连接补偿电路311的第一端和电压检测电路32的第二端，第一运算放大器U1的反相输入端连接控制单元31的第三端，第一运算放大器U1的输出端连接开关管Q1的第一端，开关管Q1的第二端分别连接补偿电路的第二端和ACDC控制电路34的第一端，开关管Q1的第三端接地。
在其中一些实施例中，请再次参阅图13，补偿电路包括电容C4和电阻R3；其中，电阻R3的第一端连接第一运算放大器U1的同相输入端，电阻R3的第二端连接电容C4的第一端，电容C4的第二端连接开关管Q1的第二端。进一步的，开关管Q1可以为NMOS管，其中，NMOS管的源极接地、NMOS管的栅极连接第一运算放大器U1的输出端，NMOS管的漏极分别连接电容的第二端和ACDC控制电路34的第一端。在实际应用中，开关管Q1还可以为PMOS管或者是其他一切合适的开关器件。
在其中一些实施例中，请参阅图13，电源电路还包括隔离电路40。隔离电路40的第一端连接升压电路20的输出端，隔离电路40的第二端连接开关管Q1的第二端，隔离电路40的第三端连接ACDC控制电路34的第一端，隔离电路40的第四端接地。
具体的，请继续参阅图13，隔离电路40为隔离光耦，其中，隔离光耦40原边的第一端通过限流电阻R4连接升压电路20的输出端，隔离光耦40原边的第二端连接NMOS管Q1的漏极，隔离光耦40副边的第一端连接ACDC控制电路34的第一端，隔离光耦40副边的第二端接地，同时，第一运算放大器U1的同相输入端连接第一分压电阻R1的第二端，第一运算放大器U1的反相输入端和控制单元31的第三端之间串接有数模转换器40。首先，电压检测电路32检测到的第二直流电VBUS的电压值将输送至第一运算放大器U1的同相输入端，控制单元31将获取的目标供电电压值Vt输送至第一运算放大器U1的同相输入端；接着，第一运算放大器U1根据实时的目标供电电压值Vt和第二直流电VBUS的电压差，控制NMOS管Q1的导通或断开，实现动态调整输出的反馈电流信号FB，该电流信号FB经过隔离光耦40，以线性比例传递到隔离光耦40的原边，从而使ACDC控制电路做出调整。
在其他一些实施例中，反馈电路中可省略开关管，请参阅图14，反馈电路33包括第一运算放大器U1和补偿电路311，第一运算放大器U1的同相输入端分别连接补偿电路311的第一端和电压检测电路32的第二端，第一运算放大器U1的反相输入端连接控制单元31的第三端，第一运算放大器U1的输出端通过隔离电路40连接ACDC控制电路34，此时，反馈电路33输出的反馈信号FB为电压信号时，在实际引用中，隔离电路40可以采用隔离运算放大器,例如可使用ISO224增强型隔离放大器，其具体的电路连接方式在此不做限定。
在其中一些实施例中，请再次参阅图13，ACDC控制电路34包括驱动电路341和第二运算放大器U2；第二运算放大器U2的反相输入端连接隔离电路40的第三端，第二运算放大器U2的同相输入端连接参考信号，第二运算放大器U2的输出端连接驱动电路341的第一端，驱动电路341的第二端连接转换电路10的控制端。具体的，第二运算放大器U2的反相输入端连接隔离光耦40原边的第一端，参考信号可以为具有一定开关频率的三角波信号或者锯齿波信号。此时，第二运算放大器U2比较参考信号和隔离光耦40原边第一端反馈的电流，输出以开关频率为周期的开关控制信号至驱动电路341，从而使驱动电路341输出调整后的PWM信号至转换电路10，以调整转换电路10输出的第一直流电VINT的电压值大小。
下面以图13所示的实施例详细阐述本发明提供的电源电路的具体工作过程。此实施例中转换电路采用图5所示结构，此时驱动电路通过输出PWM信号至开关管Q2，来调整第一直流电的电压值。其余电路连接方式参照前述描述，在此不再赘述。
在该电源电路中，当Type-C端口与受电设备连接时，Type-C端口上的CC线通信发生，控制单元31通过Type-C端口的信号端识别出电源电路的目标供电电压值Vt。
第一方面，首先，控制单元31将目标供电电压值Vt输送至第一运算放大器U1的反相输入端，同时，电压检测电路32检测到实际的输出电压为第二直流电VBUS电压值，并将第二直流电VBUS电压值输送至第一运算放大器U1的同相输入端。接着，第一运算放大器U1根据实时目标供电电压值Vt与第二直流电VBUS电压值的电压差，输出断开或导通的信号至NMOS管Q1，从而动态调整输出的反馈电流信号FB；然后，该反馈电流信号FB经过隔离光耦40的副边，该反馈电流信号FB将以线性比例传递到隔离光耦40的原边，此隔离光耦40会产生原边电流，并且该隔离光耦40将输出一个与原边电流大小相关的电压信号至第二运算放大器U2的反相输入端；再然后，第二运算放大器U2根据该电压信号和参考信号，将产生一定开关频率为周期的开关控制信号至驱动电路341，其中，开关控制信号的开关频率与参考信号的开关频率相同；最后，驱动电路341根据该开关控制信号调整输出至开关管Q2的PWM信号，调整开关管Q2的占空比，从而改变转换电路10输出的第一直流电VINT的电压值大小。
第二方面，控制单元31还根据目标供电电压值Vt和预设电压值VREF控制升压电路20的工作模式。当目标供电电压值Vt小于或等于预设电压值VREF时，控制单元31控制第一开关S1和第三开关S3闭合、以及控制第二开关S2和第四开关S4断开，此时第二直流电VBUS的电压值等于第一直流电VINT的电压值，升压电路20处于直通模式；当目标供电电压值Vt大于预设电压值VREF时，控制单元31控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4均处于周期性的开关切换状态，在每一周期的第一时间段t1内、控制单元31控制第一开关S1和第二开关S2闭合、以及控制第三开关S3和第四开关S4断开，在每一周期的第二时间段t2内、控制单元31控制第三开关S3和第四开关S4闭合、以及控制第一开关S1和第二开关S2断开，从而使升压电路20处于升压模式。
综上可见，该电源电路中，转换电路输出的第一直流电会随着升压电路输出的第二直流电和目标供电电压值做出调整，做出调整后的第一直流电的电压值又会影响第二直流电的电压值，从而实现一个闭环反馈的机制。并且在该电路中通过引入升压电路，在满足同样的宽电源输出范围的情况下，可以大幅度缩减转换电路输出的第一直流电的有效电压值，即可以有效缩减转换电路的输出电压范围，从而降低转换电路的设计难度，提高转换电路的输出效率，同时，变压器无需满足宽输出范围，可以进一步减少变压器成本。另外，当目标供电电压值小于预设电压值时，升压电路采用直通模式，此时第二直流电的电压值等于第一直流电的电压值，这样可以大幅提升低电压输出场合的系统效率，并且在高电压输出场合下，采用无电感的无损升压电路，来保持较高的系统效率，另外也可降低系统的体积。
第二方面，本发明实施例还提供一种电源设备，该电源设备包括如上述第一方面任意一项所述的电源电路。该电源设备中，转换电路输出的第一直流电会随着升压电路输出的第二直流电和目标供电电压值做出调整，做出调整后的第一直流电的电压值又会影响第二直流电的电压值，从而实现一个闭环反馈的机制。并且在该电路中通过引入升压电路，在满足同样的宽电源输出范围的情况下，可以有效缩减转换电路的输出电压范围，降低转换电路的设计难度，提高转换电路的输出效率。
本发明实施例提供一种电源电路和电源设备，包括转换电路、升压电路和控制电路，当Type-C端口的输出端连接受电设备时，Type-C端口的信号端输出受电设备的目标供电电压值至控制电路，控制电路获取第二直流电的电压值，根据目标供电电压值和预设电压值控制升压电路的工作模式，以及根据目标供电电压值和第二直流电的电压值控制转换电路输出的第一直流电的电压值。在该电源电路中，控制电路不仅根据目标供电电压值和第二直流电的电压值来调整第一直流电的电压值，而且还根据目标供电电压值和预设电压值来调整升压电路的工作模式，在满足同样的宽电源输出范围时，可以有效提高系统效率。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电源电路，其特征在于，包括：
转换电路，所述转换电路的输入端用于连接外部交流电，所述转换电路用于将所述外部交流电转为第一直流电；
升压电路，所述升压电路的输入端连接所述转换电路的输出端，所述升压电路的输出端用于连接Type-C端口的输入端，所述升压电路用于将所述第一直流电转为第二直流电、并将所述第二直流电输出至所述Type-C端口的输入端，所述升压电路的工作模式包括直通模式和升压模式；
控制电路，所述控制电路的第一端连接所述升压电路的输出端，所述控制电路的第二端连接所述Type-C端口的信号端，所述控制电路的第三端连接所述转换电路的控制端，所述控制电路的第四端连接所述升压电路的控制端；
其中，当所述Type-C端口的输出端连接受电设备时，所述Type-C端口的信号端输出所述受电设备的目标供电电压值至所述控制电路，所述控制电路用于获取所述第二直流电的电压值、根据所述目标供电电压值和预设电压值控制所述升压电路的工作模式、以及根据所述目标供电电压值和所述第二直流电的电压值控制所述转换电路输出的第一直流电的电压值。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述升压电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、输入电容、升压电容和输出电容；
所述第一开关的第一端分别连接所述转换电路的输出端、所述第四开关的第一端和所述输入电容的第一端，所述第一开关的第二端分别连接所述第三开关的第一端和所述升压电容的第一端，所述第三开关的第二端分别连接所述Type-C端口的输入端和所述输出电容的第一端，所述升压电容的第二端分别连接所述第四开关的第二端和所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述输入电容的第二端，所述输入电容的第二端和所述输出电容的第二端均接地，所述第一开关的第三端、所述第二开关的第三端、所述第三开关的第三端和所述第四开关的第三端均连接所述控制电路的第三端；
所述控制电路用于当所述目标供电电压值小于或等于所述预设电压值时，控制所述第一开关和所述第三开关闭合、以及控制所述第二开关和所述第四开关断开，以使所述升压电路处于直通模式；当所述目标供电电压值大于所述预设电压值时，在每一周期的第一时间段内，控制所述第一开关和所述第二开关闭合、以及控制所述第三开关和所述第四开关断开，在所述每一周期的第二时间段内，控制所述第三开关和所述第四开关闭合、以及控制所述第一开关和所述第二开关断开，以使所述升压电路处于升压模式。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述控制电路包括控制单元、电压检测电路、反馈电路和ACDC控制电路；
所述控制单元的第一端连接所述Type-C端口的信号端，所述控制单元的第二端连接所述升压电路的控制端，所述控制单元的第三端连接所述反馈电路的第一端；当所述Type-C端口的输出端连接所述受电设备时，所述Type-C端口的信号端输出所述目标供电电压值至所述控制单元，所述控制单元用于根据所述目标供电电压值和所述预设电压值控制所述升压电路的工作模式、以及输出所述目标供电电压值至所述反馈电路；
所述电压检测电路的第一端连接所述升压电路的输出端，所述电压检测电路的第二端连接所述反馈电路的第二端，所述电压检测电路用于检测所述第二直流电的电压值，并将所述第二直流电的电压值输出至所述反馈电路；
所述反馈电路的第三端连接所述ACDC控制电路的第一端，所述ACDC控制电路的第二端连接所述转换电路的控制端，所述反馈电路用于根据所述目标供电电压值和所述第二直流电的电压值输出反馈信号至所述ACDC控制电路，所述ACDC控制电路用于根据所述反馈信号控制所述第一直流电的电压值，其中，所述反馈信号为电流信号或电压信号。
4.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于，所述电压检测电路包括第一分压电阻和第二分压电阻；
所述第一分压电阻的第一端连接所述升压电路的输出端，所述第一分压电阻的第二端分别连接所述第二分压电阻的第一端和所述反馈电路的第二端，所述第二分压电阻的第二端接地。
5.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于，所述反馈电路包括第一运算放大器、补偿电路和开关管；
所述第一运算放大器的同相输入端分别连接所述补偿电路的第一端和所述电压检测电路的第二端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述控制单元的第三端，所述第一运算放大器的输出端连接所述开关管的第一端，所述开关管的第二端分别连接所述补偿电路的第二端和所述ACDC控制电路的第一端，所述开关管的第三端接地。
6.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于，所述补偿电路包括电容和电阻；
所述电阻的第一端连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述电阻的第二端连接所述电容的第一端，所述电容的第二端连接所述开关管的第二端。
7.根据权利要求5或6所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括隔离电路；
所述隔离电路的第一端连接所述升压电路的输出端，所述隔离电路的第二端连接所述开关管的第二端，所述隔离电路的第三端连接所述ACDC控制电路的第一端，所述隔离电路的第四端接地。
8.根据权利要求7所述的电源电路，其特征在于，所述ACDC控制电路包括驱动电路和第二运算放大器；
所述第二运算放大器的反相输入端连接所述隔离电路的第三端，所述第二运算放大器的同相输入端连接参考信号，所述第二运算放大器的输出端连接所述驱动电路的第一端，所述驱动电路的第二端连接所述转换电路的控制端。
9.一种电源设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的电源电路。
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