开关电源电路、电源适配器及充电系统
文献发布时间：2024-04-18 20:02:18
技术领域
本申请实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种开关电源电路、电源适配器及充电系统。
背景技术
开关电源电路广泛应用于手机、手表、平板电脑等电子设备的电源适配器(或充电器)中,400W以下的开关电源电路大约占了市场的70-80％,而其中反激式开关电源电路又以其电路结构简单、成本低廉占大部分,几乎常见的消费类电源产品比如手机充电器以及笔记本充电器均采用反激式开关电源电路。
在用户的典型使用场景下，通常在手机或者笔记本充满电后，大部分时间电源适配器仍然放置在插线板上，此时电源适配器处于空载或者轻载工作状态下，仍然在消耗能量；在全球能源日趋紧张，在绿色经济节能减排的背景下，节能减排绿色能源成为电源领域的趋势，对手机以及笔记本等的电源适配器空载功耗也出台了更加严格的法规，如欧盟COC5合格证(certificate of conformance)第二阶段能效标准提出了75mW的功耗要求；部分厂家提出了更严格的待机功耗要求，只有待机功耗小于30mW的电源适配器才能满足要求，因此降低电源适配器的轻载以及空载功耗具有重要意义。
发明内容
本申请的实施例提供一种开关电源电路、电源适配器及充电系统，能够降低功耗。
第一方面，提供一种开关电源电路。该开关电源电路包括：控制芯片、供电电路、供电控制电路以及光耦电路。供电电路连接至控制芯片的电源引脚；光耦电路的发射端连接于开关电源电路的电压输出端，光耦电路的接收端通过供电控制电路连接供电电路。在功能上，光耦电路，被配置为输出反馈电压至供电控制电路；供电控制电路，被配置为根据反馈电压控制供电电路输出至电源引脚的电压。这样，供电控制电路根据该反馈电压VFB控制供电电路输出至控制芯片的电源引脚的电压。即可以反映功率Pout的情况，向控制芯片的电源引脚VCC输出不同的电压。例如，当整机的负载为轻载状态或空载状态，则Pout较小，此时反馈电压VFB较小，则供电控制电路可以根据反馈电压控制供电电路降低输出至电源引脚VCC的电压；当整机的负载为重载状态，则Pout较高，此时反馈电压VFB较大，则供电控制电路可以根据反馈电压控制供电电路提高输出至电源引脚VCC的电压；这样，在不同的负载状态下，供电控制电路可以根据反馈电压控制供电电路向控制芯片提供不同的电压，这样可以在轻载状态或空载状态尽量降低电源适配器的功耗。
在一种可能的实现方式中，供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压小于第一阈值时，向供电电路输出第一控制信号；供电电路，被配置为根据第一控制信号，向电源引脚输出第一电压；供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压大于或等于第一阈值时，向供电电路输出第二控制信号；供电电路，被配置为根据第二控制信号，向电源引脚输出第二电压，第二电压大于第一电压。在该示例中通过设置一个用于比较的第一阈值，供电电路可以将反馈电压与该第一阈值进行比较，则当反馈电压小于该第一阈值时，说明整机的负载为轻载状态或空载状态，Pout较小，则供电控制电路可以根据反馈电压控制供电电路降低输出至电源引脚VCC的电压至较小的第一电压，当反馈电压大于或等于该第一阈值时，说明整机的负载为重载状态，Pout较高，则供电控制电路可以根据反馈电压控制供电电路提高输出至电源引脚VCC的电压至较大的第二电压。
在一种可能的实现方式中，通常，在稳定的负载状态下，由于系统电压的波动，光耦电路输出的反馈电压VFB也存在一定的波动，为了避免这种波动刚好处于上述的第一阈值VFB1附近时，造成供电控制电路频繁配置供电电路的输出电压在第一电压V1和第二电压V2之间切换。供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压小于或等于第二阈值时，向供电电路输出第一控制信号；供电电路，被配置为根据第一控制信号，向电源引脚输出第一电压；供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压大于或等于第一阈值时，向供电电路输出第二控制信号；供电电路，被配置为根据第二控制信号，向电源引脚输出第二电压；第二阈值小于第一阈值，且第二电压大于第一电压。这样，通过第一阈值VFB1与第二阈值VFB2的差值在合理的范围内，则可以避免供电控制电路频繁配置供电电路的输出电压在第一电压V1和第二电压V2之间切换。
在一种可能的实现方式中，本申请的实施例中第一阈值VFB1与第二阈值VFB2之间还可以构成一个切换滞回电压区间。其中，在该切换滞回电压区间，供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压位于第一阈值和第二阈值之间时，向供电电路输出第三控制信号；供电电路，被配置为根据第三控制信号，保持当前向电源引脚输出的第三电压，第三电压为第一电压或第二电压。例如，当供电控制电路确定反馈电压位于第一阈值和第二阈值之间时，如果当前输出的第三电压为第一电压，则通过第三控制信号控制供电电路保持向电源引脚输出第一电压；如果当前输出的第三电压为第二电压，则保持向电源引脚输出第二电压。这样，在避免供电控制电路频繁配置供电电路的输出电压在第一电压V1和第二电压V2之间切换的同时，也确保了控制芯片不断电。
在一种可能的实现方式中，第一阈值与第二阈值的差值位于[100mV,200mV]。其中，通过合理的设置。可以避免供电控制电路频繁配置供电电路的输出电压在第一电压V1和第二电压V2之间切换。
在一种可能的实现方式中，供电电路包括：升压boost电路、降压buck/升压boost电路、开关电容SC电路。
在一种可能的实现方式中，控制芯片包括供电电路、以及供电控制电路；控制芯片包括与供电控制电路连接的反馈引脚，光耦电路的接收端连接反馈引脚。这样，供电电路、以及供电控制电路集成于控制芯片可以提高器件的集成度，以减小电路在电源适配器中占用的空间，有利于设备的小型化。
在一种可能的实现方式中，根据控制芯片的供电需求，第一电压位于[4.5V，12V],第二电压位于[6.5V，15V]。
在一种可能的实现方式中，第一电压为8V，第二电压为10V；或者，第一电压为12V，第二电压为14V。
第二方面，提供一种控制芯片，应用于开关电源电路。开关电源电路包括：控制芯片以及光耦电路；控制芯片包括：供电电路、供电控制电路；供电电路连接至控制芯片的电源引脚；光耦电路的发射端连接于开关电源电路的电压输出端，光耦电路的接收端通过供电控制电路连接供电电路；控制芯片包括与供电控制电路连接的反馈引脚，反馈引脚用于连接光耦电路的接收端；供电控制电路，被配置为根据光耦电路输出的反馈电压控制供电电路输出至电源引脚的电压。
在一种可能的实现方式中，供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压小于第一阈值时，向供电电路输出第一控制信号；供电电路，被配置为根据第一控制信号，向电源引脚输出第一电压；供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压大于或等于第一阈值时，向供电电路输出第二控制信号；供电电路，被配置为根据第二控制信号，向电源引脚输出第二电压，第二电压大于所述第一电压。
在一种可能的实现方式中，供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压小于或等于第二阈值时，向供电电路输出第一控制信号；供电电路，被配置为根据第一控制信号，向电源引脚输出第一电压；供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压大于或等于第一阈值时，向供电电路输出第二控制信号；供电电路，被配置为根据第二控制信号，向电源引脚输出第二电压；第二阈值小于第一阈值，且第二电压大于第一电压。
在一种可能的实现方式中，供电控制电路，具体被配置为当确定反馈电压位于第一阈值和第二阈值之间时，向供电电路输出第三控制信号；供电电路，被配置为根据第三控制信号，保持当前向电源引脚输出的第三电压，第三电压为第一电压或第二电压。
在一种可能的实现方式中，第一阈值与第二阈值的差值位于[100mV,200mV]。
在一种可能的实现方式中，供电电路包括：boost、buck/boost、SC。
在一种可能的实现方式中，第一电压位于[4.5V，12V],第二电压位于[6.5V，15V]。
在一种可能的实现方式中，第一电压为8V，第二电压为10V；或者第一电压为12V，第二电压为14V。
第三方面，提供一种供电控制方法，应用于对开关电源电路的控制芯片的供电控制，包括如下步骤：通过光耦电路的接收端输出反馈电压，光耦电路的发射端连接于开关电源电路的电压输出端；根据反馈电压控制输出至控制芯片的电源引脚的电压。
在一种可能的实现方式中，根据反馈电压控制输出至开关电源电路的控制芯片的电源引脚的电压，包括：当确定反馈电压小于第一阈值时，输出第一控制信号；根据第一控制信号，向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出第一电压；当确定反馈电压大于或等于第一阈值时，输出第二控制信号；根据第二控制信号，向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出第二电压，第二电压大于所述第一电压。
在一种可能的实现方式中，根据反馈电压控制输出至开关电源电路的控制芯片的电源引脚的电压，包括：当确定反馈电压小于或等于第二阈值时，输出第一控制信号；根据第一控制信号，向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出第一电压；当确定反馈电压大于或等于第一阈值时，输出第二控制信号；根据第二控制信号，向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出第二电压；第二阈值小于第一阈值，且第二电压大于第一电压。
在一种可能的实现方式中，根据反馈电压控制输出至开关电源电路的控制芯片的电源引脚的电压，还包括：为当确定反馈电压位于第一阈值和第二阈值之间时，输出第三控制信号；根据第三控制信号，保持当前向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出的第三电压，第三电压为第一电压或第二电压。
在一种可能的实现方式中，第一阈值与第二阈值的差值位于[100mV,200mV]。
第四方面，提供一种电源适配器，包括外壳，以及安装于所述外壳内的如上述第一方面及其可能的实现方式中提供的开关电源电路，或者如第二方面及其可能的实现方式中提供的控制芯片。
第五方面，提供一种充电系统，包括电源适配器以及电子设备，电源适配器连接电子设备，电源适配器包括第四方面所述的电源适配器。
其中，第二方面至第五方面及其可能的实现方式所解决的技术问题以及实现的技术效果可以参考上述第一方面及其可能的实现方式中的相关描述，此处不再赘述。
附图说明
图1为本申请的实施例提供的一种充电系统的结构示意图；
图2为本申请的实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图3为本申请的实施例提供的一种Type-C接口的结构示意图；
图4为本申请的实施例提供的一种开关电源电路的结构示意图；
图5为本申请的实施例提供的一种开关电源电路的局部结构示意图；
图6为本申请的另一实施例提供的一种开关电源电路的结构示意图；
图7为本申请的实施例提供的一种输出功率和反馈电压的关系曲线示意图；
图8为本申请的实施例提供的一种反馈电压和VCC的关系曲线示意图；
图9为本申请的另一实施例提供的一种反馈电压和VCC的关系曲线示意图；
图10为本申请的又一实施例提供的一种开关电源电路的结构示意图；
图11为本申请的再一实施例提供的一种开关电源电路的结构示意图；
图12为本申请的实施例提供的一种供电电路的结构示意图；
图13为本申请的又一实施例提供的一种反馈电压和VCC的关系曲线示意图；
图14为本申请的再一实施例提供的一种反馈电压和VCC的关系曲线示意图；
图15为本申请的另一实施例提供的一种开关电源电路的结构示意图；
图16为本申请的又一实施例提供的一种开关电源电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，本申请中，“上”、“下”、“左”、“右”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语可以是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。在用于描述三端口的开关(也称开关器件，如开关管或开关晶体管)时，“第一端”和“第二端”可以分别指该开关的连接端，而“控制端”可以指该开关的控制端。例如对于一个金属-氧化物-半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor,MOSFET)，控制端可以指该MOS管的栅极(gate，g)，第一端可以指该MOS管的源极(source，s)，第二端指MOS管的漏极(drain，d)，或者第一端可以指该MOS管的漏极，第二端指MOS管的源极。在本申请的实施例中，各个开关可以包括一个MOSFET，然而为了尽量降低串联在线路上的开关引起的内阻升高，各个开关也可以包括并联的两个或多个MOSFET。
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
本申请实施例提供的开关电源电路以及控制芯片可应用于手机、平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、手持计算机、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、可穿戴电子设备、虚拟现实设备等电子设备的电源适配器中。
结合图1所示，本申请的实施例提供了一种由电源适配器20以及电子设备10组成的充电系统。通常，电源适配器20包括外壳，安装于外壳内的开关电源电路，其中开关电源电路的输入侧通常通过设置在外壳上的插销连接市电，开关电源电路的输出侧通过插头200连接电子设备。此外，通常开关电源电路可以焊接于外壳内的印刷电路板PCB上。
示例性的，图2示出了电子设备10的结构示意图。
如图2所示，电子设备10可以包括处理器110，外部存储器接口120，内部存储器121，通用串行总线(univer salserial bus，USB)接口130，充电电路140，电源管理模块141，电池142，天线1，天线2，移动通信模块150，无线通信模块160，音频模块170，扬声器170A，受话器170B，麦克风170C，耳机接口170D，传感器模块180，按键190，马达191，指示器192，摄像头193，显示屏194，以及用户标识模块(subscriber identification module，SIM)卡接口195等。
可以理解的是，本实施例示意的结构并不构成对电子设备10的具体限定。在本申请另一些实施例中，电子设备10可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件，或软件和硬件的组合实现。
处理器110可以包括一个或多个处理单元。
例如：处理器110可以包括应用处理器(application processor，AP)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processing unit，GPU)，图像信号处理器(image signalprocessor，ISP)，控制器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-network processing unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
在一些实施例中，电子设备10也可以包括一个或多个处理器110。其中，处理器110可以是电子设备10的神经中枢和指挥中心。处理器110可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。
处理器110中还可以设置存储器，用于存储指令和数据。
在一些实施例中，处理器110中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器110刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器110需要再次使用该指令或数据，可从所述存储器中直接调用。这就避免了重复存取，减少了处理器110的等待时间，因而提高了电子设备10系统的效率。
在一些实施例中，处理器110可以包括一个或多个接口。接口可以包括集成电路(inter-integrated circuit，I2C)接口，集成电路内置音频(inter-integrated circuitsound，I2S)接口，脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)接口，通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)接口，移动产业处理器接口(mobile industry processor interface，MIPI)，通用输入输出(general-purposeinput/output，GPIO)接口，用户标识模块(subscriber identity module，SIM)接口，和/或通用串行总线(universal serial bus，USB)接口等。
其中，USB接口130是符合USB标准规范的接口，具体可以是Mini USB接口，MicroUSB接口，USB Type C接口等。USB接口130可以用于连接电源适配器20为电子设备10充电，也可以用于电子设备10与外围设备之间传输数据，还可以用于连接耳机，通过耳机播放音频。
可以理解的是，本发明实施例示意的各模块间的接口连接关系，只是示意性说明，并不构成对电子设备10的结构限定。在本申请另一些实施例中，电子设备10也可以采用上述实施例中不同的接口连接方式，或多种接口连接方式的组合。
充电电路140用于从充电器接收充电输入。其中，充电器可以是无线充电器，也可以是有线充电器。充电电路140为电池142充电的同时，还可以通过电源管理模块141为电子设备10供电。
在一些有线充电的实施例中，充电电路140可以通过USB接口130接收有线充电器的充电输入。在一些无线充电的实施例中，充电电路140可以通过电子设备10的无线充电线圈接收无线充电输入。那么在本申请的一些示例中，无线充电器可以包括上述的电源适配器20以及与电源适配器20通过USB接口130连接的无线充电底座或无线充电板；其中，无线充电底座或无线充电板上设置有用于为电子设备10进行无线充电的发射线圈。
电源管理模块141用于连接电池142、充电电路140与处理器110。电源管理模块141接收电池142和/或充电电路140的输入，为处理器110，内部存储器121，显示屏194，摄像头193，和无线通信模块160等供电。电源管理模块141还可以用于监测电池容量，电池循环次数，电池健康状态(漏电，阻抗)等参数。
在一些实施例中，电源管理模块141也可以设置于处理器110中。在另一些实施例中，电源管理模块141和充电电路140也可以设置于同一个器件中。
此外，结合图1所示，为了使得上述电子设备10能够与电源适配器20(充电器)相耦接，电源适配器20可以包括与电子设备(或者无线充电底座)的USB接口130插接的插头200。参照图3所示，上述插头可以为Type-C接口。该Type-C接口可以包括如图3所示的CC引脚。通过CC引脚可以对与该Type-C接口相耦接的外接设备的类型进行识别。此外，如图3所示，该Type-C接口的A面以及B面均包括对称设置的两个VBUS引脚(应用于提供USB电压，引脚4和引脚9，在本申请的实施例中作为电压输出端)、CC引脚(引脚5)、D+引脚(A面为引脚6、B面为引脚7)、D-引脚(A面为引脚7、B面为引脚6))以及SBU引脚(引脚8为备用引脚，其中A面标记为SBU1、B面标记为SBU2)。此外，插头上还可以有用于接地、闲置等等的其他引脚，其中电源适配器20的插头200插入电子设备10的USB接口130时，可以实现对电子设备10的充电。
结合图4所示，提供了一种反激式的开关电源电路，包括：变压器Tr、第一开关Q1、第二开关Q2、控制芯片21、同步整流集成电路(integrated circuit，IC)22以及光耦电路23。
变压器Tr包括原边线圈N1、副边线圈N2以及辅助边线圈N3。原边线圈N1的第二端p2连接供电端，例如：该供电端可以由市电提供；原边线圈N1的第一端p1通过第一开关Q1连接地GND。副边线圈N2的第一端s1连接整机的电压输出端Vo，例如该电压输出端Vo可以是插头24(下述示例中描述为输出USB)中的VBUS引脚，副边线圈N2的第二端s2通过第二开关Q2连接地GND，当然在一些示例中也可以将第二开关Q2设置在副边线圈N2的第一端s1与电压输出端Vo之间。其中，电压输出端Vo与地GND之间还设置有输出电容C0。辅助边线圈N3的第一端a1连接至控制芯片21的电源引脚VCC(如图4所示，辅助边线圈N3的第一端a1与VCC之间依次可以串接整流二极管D1、限流电阻R1；其中，D1的作用是向VCC提供直流电压，R1用于限流，在一些场景下R1可以省略。此外，VCC与地GND之间还连接有电容C1)，辅助边线圈N3的第二端a2连接地GND。控制芯片21的控制电压引脚VG连接第一开关Q1的控制端。同步整流控制IC22连接第二开关Q2的控制端。光耦电路23的发射端连接于电压输出端Vo，光耦电路23的接收端连接控制芯片21的反馈端FB。此外，如图4所示，提供市电的供电端与原边线圈N1的第二端p2之间还设置有电磁兼容(electro magnetic compatibility，EMC)防护滤波整流电路25；输出电容C0与整机的电压输出端Vo之间还可以连接有负载开关26。通常，在一些示例中，也可以将上述原边线圈N1的第一端p1、副边线圈N2的第一端s1以及辅助边线圈N3的第一端a1称为同名端，原边线圈N1的第二端p2、副边线圈N2的第二端s2以及辅助边线圈N3的第二端a2称为异名端，当然本领域的技术人员还可以对各个线圈定义其他的命名方式，本申请的实施例中不做限定。
这样，交流的市电经过EMC防护整流滤波电路25(去除来自电网的电磁干扰，例如可以包括共模干扰和串模干扰、将交流电流滤波为直流电)后变为高压直流电。控制芯片21的控制电压引脚VG输出的控制信号(例如可以是脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)信号)控制第一开关Q1的导通或截止；同步整流控制IC22输出的控制信号(例如可以是PWM信号)控制第二开关Q2的导通或截止。其中，该开关电源电路的反激工作原理是：在Q1导通期间，能量通过原边绕组N1存储在变压器Tr里，此时Q2和D1截止，整机的电压输出端Vo供电由电容C0维持，控制芯片21的供电由电容C1维持；Q1关断期间，Q2和D1导通，存储在变压器Tr里面的能量通过副边绕组N2和辅助边绕组N3释放，此时理论上C1上的电压与整机输出端Vo的电压(C0上的电压)成固定比值，该比值为辅助边绕组N3和副边绕组N2的匝数比n。控制芯片21控制第一开关Q1的导通占空比或开关频率，实现功率的稳定输出。为了实现输出电压调整，协议集成电路(integrated circuit，IC)27通过与电子设备的交互实现输出电压的调整。
在图4中，光耦电路23包括一个电光二极管D2以及一个光电三极管PD，其中，D2的阳极作为光耦电路23的发射端tx连接于整机输出端Vo，D2的阴极通过协议IC27连接地GND，光电三极管PD的一端作为光耦电路23的接收端rx连接控制芯片21的反馈端FB，光电三极管PD的另一端连接地GND。其中，协议IC27还连接负载开关26，用来控制整机的输出与关断。协议IC27根据整机工作状态控制负载开关26的导通或者关断来确保适配器对终端设备安全供电。另外，对于原边部分，控制芯片21也可以通过光耦电路23在反馈端FB输出的电压确定副边线圈N2的输出过载时，主动关断Q1或者启动其他安全控制机制。
随着快充协议的普及，越来越多的电源适配器支持宽范围电压输出，比如功率传输(power delivery，PD)协议支持5～20V输出电压，超级充电协议(superchargeprotocol，SCP)支持3.4～20V输出电压。以支持SCP输出的电源适配器为例，为了确保控制芯片21的VG端输出电压足够驱动Q1(通常采用高压MOSFET)，在最低输出电压3.4V下，控制芯片21的供电电压通常需要保持在8V以上，那么辅助边线圈N3与副边线圈N2的匝数比都要大于2，才能满足VCC电压的需求。当副边线圈N2的输出电压调整到20V时，考虑到变压器Tr漏感的影响，VCC电压实际上可能超过60V(例如，N3与N2的匝数比为3)。当副边线圈N2固定输出电压为5V时，以辅助边线圈N3与副边线圈N2的匝数比为3，假设待机状态或轻载状态时控制芯片21工作电流为2mA，此时控制芯片21的供电损耗为2mA*15V＝30mW；当输出电压为20V时，供电损耗为2mA*60V＝120mW，待机状态和轻载状态功耗较高。
通常，为了降低功耗，在一些示例中还可以通过升压boost电路对辅助边线圈N3的输出电压进行升压后提供给控制芯片21的VCC。如图5所示，辅助边线圈N3输出的电压经过D1整流、R1限流、C1滤波后变成直流电输入至boost电路。在图5的示例中，boost电路包括电感L1、开关管Q3以及二极管D3，其中，L1以及D3串联于R1与VCC之间(其中Db的阳极连接L1，D3的阴极连接VCC)，Q3连接于地GND与D3和L1的连接点之间；VCC与地GND之间还连接有电容C3。boost控制电路连接于R1与L1的连接点以及Q3的控制端，这样，boost控制电路可以根据C1的电压调整Q3的开关频率使得VCC的电压稳定的固定的电压。其中，图5中还示出了反激控制电路，VCC主要是为反激控制电路提供供电电压，反激控制电路连接控制芯片21的控制电压引脚VG，向Q1输出控制信号，以控制Q1的导通或截止。当然，图5中还示出了反激控制电路连接于R1与L1的连接点，反激控制电路中的低压器件也可以直接自R1与L1的连接点取电。通常，为了简化电路之间的连接线路，可以将boost控制电路、D3以及Q3与反激控制电路集成于控制芯片21。boost电路的电感L1为体积较大的器件不适合集成于控制芯片21，因此通过控制芯片21的引脚连接在外部。基于图4和图5所示，对boost电路为反激控制电路的供电原理说明如下：假设N3:N2＝1:1，忽略二极管D1压降，当N2的输出电压20V时，此时C1上电压理论值为20V，考虑到漏感影响，实际值约25V左右；当N2的输出电压5V时，C1上电压理论值为5V考虑到二极管D1的压降和电路损耗，实际值可能低至3V。因此，对于5-20V输出电压的应用，C1上电压(即boost电路的输入电压)范围约3-25V。boost控制电路通过控制Q3的占空比，将输出电压VCC设定在某一固定值(例如10V)，当C1上电压低于10V时，boost控制电路工作，将C1电压升到10V；当C1上电压高于10V左右时，boost控制电路停止工作，C1上电压通过L1和D3后加到VCC；当N2的输出电压固定为5V时，假设空载状态或轻载状态时反激控制电路工作电2mA，此时boost电路的损耗为2mA*10V＝20mW；当N2的输出电压为20V时，boost电路的损耗2mA*20V＝40mW。相比与图4提供的方案，明显能够降低功耗。然而，boost电路输出的供电电压总是保持在一固定电压值(例如上述的10V)，无法根据整机负载灵活调整，因此在部分场景(例如轻载状态或空载状态)下，功耗依然偏大无法进一步降低。
为进一步降低功耗，参照图6所示，本申请的实施例提供一种开关电源电路，包括：变压器Tr、第一开关Q1、第二开关Q2、控制芯片31、供电电路32、供电控制电路33以及光耦电路34。
变压器Tr包括原边线圈N1、副边线圈N2以及辅助边线圈N3；原边线圈N1的第二端p2连接供电端，原边线圈N1的第一端p1连接第一开关Q1，在一些示例中第一开关Q1的一端连接N1的第一端p1，另一端连接地GND；副边线圈N2的第一端s1连接电压输出端Vo，副边线圈N2的第二端s2通过第二开关Q2连接地GND，或者副边线圈N2的第一端s1通过第二开关Q2连接电压输出端Vo，副边线圈N2的第二端s2连接地GND；辅助边线圈N3的第一端a1通过供电电路32连接至控制芯片31的电源引脚VCC，辅助边线圈N3的第二端a2连接地GND；控制芯片31的控制电压引脚VG连接第一开关Q1的控制端；光耦电路34的发射端连接于电压输出端Vo，光耦电路34的接收端通过供电控制电路33连接供电电路32。此外，如图6所示，本申请的实施例提供的开关电源电路还包括设置于供电端与N1的第二端p2之间的EMC防护整流滤波电路38；与Q2的控制端连接的同步整流控制IC36，连接协议IC39的输出USB35，设置于输出USB35的电压输出端Vo与输出电容CO之间的负载开关37。其中，图6中与图4中共有的各个部分的功能可以参照图4中的描述，区别在于本申请的实施例提供方案还包括单独设置的供电电路32、供电控制电路33。其中，光耦电路34，被配置输出反馈电压至供电控制电路33。这里，供电控制电路33不限于具有处理功能的逻辑电路，例如可以是中央处理器(centralprocessing unit，CPU)、微控制单元(micro controller unit，MCU)、现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)等集成电路，或者其他由具有一定数字或模拟信号处理能力的电路连接形成的逻辑电路。供电控制电路33，被配置为根据反馈电压控制供电电路32输出至电源引脚的电压。在本申请的实施例中，供电电路32包括但不限于升压boost电路、降压buck升压boost电路以及开关电容(switch capacitor，SC)电路(也称作charger pump，电荷泵)。当然在一些示例中，供电电路32与供电控制电路33也可以集成在一起实现，例如将供电控制电路33集成于boost电路的boost控制电路中。
这样，如图7所示，光耦电路34输出的反馈电压VFB与整机在输出电压端Vo输出的功率Pout呈正比例关系。其中，由于整机输出功率Pout满足：Pout＝0.5*Lp*Ip
则，供电控制电路33根据该反馈电压VFB控制供电电路32输出至电源引脚VCC的电压，即可以反映功率Pout的情况，向控制芯片31的电源引脚VCC输出不同的电压。例如，当整机的负载为轻载状态或空载状态，则Pout较小，此时反馈电压VFB较小，则供电控制电路可以根据反馈电压控制供电电路32降低输出至电源引脚VCC的电压；当整机的负载为重载状态，则Pout较高，此时反馈电压VFB较大，则供电控制电路可以根据反馈电压控制供电电路32提高输出至电源引脚VCC的电压；这样，在不同的负载状态下，供电控制电路可以根据反馈电压控制供电电路向控制芯片31提供不同的电压，这样可以在轻载状态或空载状态尽量降低电源适配器的功耗。
结合图8所示，供电控制电路33，具体被配置为当确定反馈电压VFB小于第一阈值VFB1时，向供电电路32输出第一控制信号；供电电路32，被配置为根据第一控制信号，向电源引脚VCC输出第一电压V1；供电控制电路33，具体被配置为当确定反馈电压VFB大于或等于第一阈值VFB1时，向供电电路32输出第二控制信号；供电电路32，被配置为根据第二控制信号，向电源引脚VCC输出第二电压，第二电压大于第一电压。
通常，在稳定的负载状态下，由于系统电压的波动，光耦电路34输出的反馈电压VFB也存在一定的波动，为了避免这种波动刚好处于上述的第一阈值VFB1附近时，造成供电控制电路33频繁配置供电电路32的输出电压在第一电压V1和第二电压V2之间切换。本申请的实施例还可以设置一个滞回电压区间。参照图9所示，具体的：供电控制电路33，具体被配置为当确定反馈电压VFB小于或等于第二阈值VFB2时，向供电电路32输出第一控制信号；供电电路32，被配置为根据第一控制信号，向电源引脚VCC输出第一电压V1；供电控制电路33，具体被配置为当确定反馈电压VFB大于或等于第一阈值VFB1时，向供电电路32输出第二控制信号；供电电路32，被配置为根据第二控制信号，向电源引脚VCC输出第二电压V2。第二阈值VFB2小于第一阈值VFB1，且第二电压V2大于第一电压V1。这样，通过第一阈值VFB1与第二阈值VFB2的差值在合理的范围内，则可以避免供电控制电路33频繁配置供电电路32的输出电压在第一电压V1和第二电压V2之间切换。
本申请的实施例中第一阈值VFB1与第二阈值VFB2之间还可以构成一个切换滞回电压区间。其中，在该切换滞回电压区间，供电控制电路33，具体被配置为当确定反馈电压VFB位于第一阈值VFB1和第二阈值VFB2之间时，向供电电路32输出第三控制信号；供电电路32，被配置为根据第三控制信号，保持当前向电源引脚VCC输出的第三电压，第三电压为第一电压或第二电压。例如，当供电控制电路33确定反馈电压VFB位于第一阈值VFB1和第二阈值VFB2之间时，如果当前输出的第三电压为第一电压，则通过第三控制信号控制供电电路32保持向电源引脚VCC输出第一电压；如果当前输出的第三电压为第二电压，则保持向电源引脚VCC输出第二电压。这样，在避免供电控制电路频繁配置供电电路的输出电压在第一电压V1和第二电压V2之间切换的同时，也确保了控制芯片不断电。
其中，该第一阈值VFB1与第二阈值VFB2构成该切换滞回电压区间，其中第一阈值VFB1与第二阈值VFB2的差值位于[100mV,200mV]。
在本申请的示例中，参照图10所示，为了提高器件的集成度，以减小电路在电源适配器中占用的空间。本申请的实施例提供的控制芯片31可以包括上述的供电电路32、供电控制电路33。其中，供电电路32、供电控制电路33的结构及功能可以参照上述实施例的描述这里不再赘述。控制芯片31包括与供电控制电路33连接的反馈引脚FB，光耦电路34的接收端连接反馈引脚FB。
在一些示例中，参照图11所示，供电电路32可以采用boost电路，该boost电路包括boost控制电路、电感L1、开关K1和K2，其中，L1以及K2串联于R1与VCC之间，K1连接于地GND与K2和L1的连接点之间；VCC与地GND之间还连接有电容C3。boost控制电路连接于供电控制电路33以及开关K1和K2的控制端，这样，供电控制电路33可以采用上述方式通过boost控制电路调整开关K1和K2的开关频率以将C1的电压转换为上述的第一电压V1或第二电压V2输出至VCC。其中，图11中还示出了反激控制电路，VCC主要是为反激控制电路提供供电电压，反激控制电路连接控制芯片31的控制电压引脚VG，向Q1输出控制信号，以控制Q1的导通或截止。通常，boost电路的电感L1为体积较大的器件不适合集成于控制芯片31，因此也可以通过控制芯片31的引脚连接在控制芯片31的外部。在一些示例中，参照图12所示，开关K1和K2可以采用MOS管，这样boost控制电路可以同步控制MOS管K1和K2的占空比实现对VCC电压的调整。当然，在一些示例中，为了减少控制信号的数量，也可以将开关K2替换为二极管，二极管的阳极连接L1，二极管的阴极连接VCC。
以图11提供的电路为例，参照图13所示，在一种应用场景下，可以根据具体产品的工况，设定控制芯片31的FB脚电压小于VFB2时，整机工作在空载状态或者轻载状态；设定控制芯片31的FB脚电压大于VFB1，整机为正常带载状态。通常，根据控制芯片的供电规格需求，第一电压位于[4.5V，12V]区间,第二电压位于[6.5V，15V]区间。例如，由于部分控制芯片31供电电压要求较高,因此设定当VFB
此外，在另一种示例中，参照图14所示，不同于图13提供的产品的工况。控制芯片31供电电压要求较低时,设定当VFB
在一些示例中，参照图15所示，供电电路32可以采用buck/boost电路，该buck/boost电路包括buck/boost控制电路、电感L1、开关K1-K4，其中，K2、L1以及K3串联于R1与VCC之间，K1连接于地GND与K3和L1的连接点之间；K4的一端连接于Q4和L1的连接点，K4的另一端连接地GND，VCC与地GND之间还连接有电容C3。buck/boost控制电路连接于供电控制电路33以及K1-K4的控制端，这样，boost控制电路可以根据C1的电压调整K1-K4的开关频率使得VCC的电压稳定的固定的电压。通常，boost电路的电感L1为体积较大的器件不适合集成于控制芯片31，因此也可以通过控制芯片31的引脚连接在控制芯片31的外部。在一些示例中K1-K4可以全部采用MOS管。当然，在一些示例中，为了减少控制信号的数量，也可以将开关K3和K4替换为二极管，其中K3采用二极管时，阳极连接L1，阴极连接VCC；K4采用二极管时，阴极连接于K2和L1的连接点，阳极连接地GND。
在一些示例中，参照图16所示，供电电路32可以采用SC电路(或者charge pump)，该SC电路包括SC控制电路、开关K1-K4以及电容C4、C5；其中，K2的第一端连接于VCC，K2的第二端连接K3的第一端，K3的第二端连接K1的第一端，K1的第二端连接K4的第一端，K4的第二端连接地GND；C4连接于K1的第一端与GND之间，C5连接于K3的第一端与K1的第二端之间；K1的第一端连接于R1与C1的连接点。K1-K4的控制端均连接SC控制电路。SC电路可以将C4两端输入的电压以固定比例变换为VCC(C3两端的电压)的电压。以图16示出的SC电路为例，K3和K4同时导通，K1和K2同时导通。K3和K4的控制信号与K1和K2的控制信号互补，这样，在一个周期的一段时间内，K3和K4导通，K1和K2关断，这样C5与C4并联于R1与C1的连接点与GND之间，N3输出至C1的电压向C5与C4同时充电；在一个周期的另一段时间内，K3和K4关断，K1和K2导通，C5与C4串联，向C3放电。这样，形成了1:2升压模式。当然，SC控制电路还可以调整输出至K3和K4的控制信号与K1和K2的控制信号的占空比，从而实现升压比例的灵活调整。当然，图16只是提供了一种SC电路的示例，当然，在一些示例中SC电路还可以包含更多的开关或电容，开关电容SC电路的电压变换比例包括但不限于一下一种或多种：1:1、1:2、1:3、1:4、2:1、3:1、4:1等等。
本申请的实施例还提供了一种供电控制方法，应用于对开关电源电路的控制芯片的供电控制，包括如下步骤：
101、通过光耦电路的接收端输出反馈电压，光耦电路的发射端连接于开关电源电路的电压输出端。
102、根据反馈电压控制输出至控制芯片的电源引脚的电压。
在一些示例中步骤102具体包括当确定反馈电压小于第一阈值时，输出第一控制信号；根据第一控制信号，向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出第一电压；当确定反馈电压大于或等于第一阈值时，输出第二控制信号；根据第二控制信号，向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出第二电压，第二电压大于第一电压。
在另一些示例中步骤102具体包括当确定反馈电压小于或等于第二阈值时，输出第一控制信号；根据第一控制信号，向所述开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出第一电压；当确定反馈电压大于或等于第一阈值时，输出第二控制信号；根据第二控制信号，向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出第二电压；第二阈值小于第一阈值，且第二电压大于第一电压。此外，步骤102还包括：当确定反馈电压位于第一阈值和第二阈值之间时，输出第三控制信号；根据第三控制信号，保持当前向开关电源电路的控制芯片的电源引脚输出的第三电压，第三电压为第一电压或第二电压。第一阈值与第二阈值的差值位于[100mV,200mV]。
其中，该供电控制方法所解决的技术问题以及实现的技术效果可以参考上述开关电源电路中的相关描述，此处不再赘述。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所公开实施例的其它变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。