供电电路和电子设备的制作方法

本技术涉及负载供电，并且更具体地，涉及一种供电电路和电子设备。

背景技术：

1、随着中央处理器(central processing unit，cpu)、图形处理器(graphicsprocessing unit，gpu)等负载的供电电压不断降低，供电电流不断提高，对供电电路的快速动态相应能力的要求也在不断提高。在负载在从轻载切换到重载的过程中，供电电路的输出电压容易产生电压尖峰，进而导致对负载造成损坏。在负载从重载切换到轻载的过程中，供电电路的输出电压容易产生明显的电压跌落，导致负载供电不足而不能正常工作。

2、因此，亟需一种能够避免损坏负载且保证负载正常工作的供电电路。

技术实现思路

1、本技术提供了一种供电电路和电子设备，不仅能够抑制负载从重载切换至轻载的过程中产生的电压尖峰，避免对负载造成损坏，而且可以抑制负载从轻载切换至重载的过程中产生明显的电压跌落，保证负载的正常工作。

2、第一方面，本技术提供了一种供电电路，可以用于为负载供电。负载可以处于稳态或动态。其中，动态可以为负载在轻载和重载之间切换，包括负载从轻载切换到重载(也就是负载出现电压跌落)以及负载从重载切换到轻载(也就是负载出现电压过冲)。

3、本技术提供的供电电路可以包括功率变换模块、补偿模块、采样模块和增益可调驱动模块。

4、其中，功率变换模块的输入端可以用于接收第一直流电压，功率变换模块的输出端可以与负载电连接。采样模块的输入端可以与负载电连接，采样模块的输出端可以与增益可调驱动模块的输入端电连接，增益可调驱动模块的输出端可以与补偿模块电连接，补偿模块可以与负载电连接。

5、可选地，功率变换模块可以用于：将第一直流电压变换为第二直流电压并输出给负载。其中，第二直流电压的电压值可以小于第一直流电压的电压值。可以看出，功率变换模块起到了降压作用。

6、采样模块可以用于：采集负载的电压，并将负载的电压转换为第一采样电压输出给增益可调驱动模块。

7、增益可调驱动模块可以用于：根据第一采样电压输出增益可调驱动电压给补偿模块。

8、补偿模块可以用于：根据第一直流电压和增益可调驱动电压，输出补偿电流给负载或者泄放功率变换模块的输出电流。其中，补偿电流可以用于对第二直流电压进行稳压。

9、本技术提供的供电电路可以通过增益可调驱动模块输出增益可调驱动电压，补偿模块根据增益可调驱动电压输出补偿电流至负载或者泄放功率变换模块的输出电流，以实现第二直流电压的稳压。其中，泄放功率变换模块的输出电流可以抑制负载从重载切换至轻载的过程中产生的电压尖峰，避免对负载造成损坏。同时，补偿电流可以抑制负载从轻载切换至重载的过程中产生明显的电压跌落，保证负载的正常工作。

10、可以想到的是，补偿模块可以仅在负载动态情况下工作，而功率变换模块一直工作，也就是说，功率变换模块可以一直输出第二直流电压，从而可以减小负载稳态情况下补偿模块的损耗，进而提高了供电电路的效率。

11、在一种可能的实现方式中，增益可调驱动模块可以包括第一增益可调驱动单元和第二增益可调驱动单元。

12、其中，第一增益可调驱动单元和第二增益可调驱动单元各自的输入端可以与采集模块电连接，第一增益可调驱动单元和第二增益可调驱动单元各自的输出端可以与补偿模块电连接。

13、可选地，第一增益可调驱动单元可以用于：根据第一采样电压输出第一增益可调驱动电压给补偿模块。其中，第一增益可调驱动电压可以与第一采样电压呈反相比例关系。可以看出，第一增益可调驱动单元可以具有反相放大的功能。

14、第二增益可调驱动单元可以用于：根据第一采样电压输出第二增益可调驱动电压给补偿模块。其中，第二增益可调驱动电压可以与第一采样电压呈同相比例关系。可以看出，第二增益可调驱动单元可以具有同相放大的功能。

15、进一步地，第一增益可调驱动单元和第二增益可调驱动单元均可以包括串联的信号放大电路和功率放大电路。

16、其中，信号放大电路的输入端可以与采集模块电连接，信号放大电路的输出端可以与功率放大电路的输入端电连接，功率放大电路的输出端可以与补偿模块电连接。

17、可选地，信号放大电路可以用于：将第一采样电压的增益进行放大，输出第二采样电压。第二采样电压可以用于指示增益放大后的第一采样电压。

18、功率放大电路可以用于：将第二采样电压的功率进行放大，输出第一增益可调驱动电压或第二增益可调驱动电压。

19、可以理解的，第一增益可调驱动单元中的功率放大电路可以输出第一增益可调驱动电压给补偿模块。类似地，第二增益可调驱动单元中的功率放大电路可以输出第二增益可调驱动电压给补偿模块。还可以理解的，由于信号放大电路可以对第一采样电压的增益进行放大，那么，可以实现第一增益可调驱动单元输出的第一增益可调驱动电压的增益可调，还可以实现第二增益可调驱动单元输出的第二增益可调驱动电压的增益可调，进而实现补偿电流可调，进一步避免对负载造成损坏或保证负载正常工作。

20、可以想到的是，由于第一增益可调驱动电压可以与第一采样电压呈反相比例关系，那么，第一增益可调驱动单元中的信号放大电路可以采用同相放大电路，且第一增益可调驱动单元中的功率放大电路采用反相放大电路。当然，第一增益可调驱动单元中的信号放大电路可以采用反相放大电路，且第一增益可调驱动单元中的功率放大电路采用同相放大电路。

21、类似地，由于第二增益可调驱动电压可以与第一采样电压呈同相比例关系，那么，第二增益可调驱动单元中的信号放大电路和功率放大电路均可以均采用同相放大电路，或者，第二增益可调驱动单元中的信号放大电路和功率放大电路均可以采用反相放大电路。

22、更进一步地，信号放大电路可以采用比例放大电路。功率放大电路可以包括共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路中的至少一种。也就是说，功率放大电路可以采用共源放大电路、共漏放大电路或共栅放大电路，还可以采用由共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路中的两种或三种电路构成的派生电路。

23、在另一种可能的实现方式中，补偿模块可以包括串联的偏置单元和补偿单元。

24、其中，偏置单元的输入端可以用于接收第一直流电压，偏置单元的输出端可以与补偿单元的输入端电连接。

25、可选地，偏置单元可以用于：根据第一直流电压输出第三直流电压给补偿单元。其中，第三直流电压的电压值小于第一直流电压的电压值。可以看出，偏置单元起到了降压作用，从而可以降低补偿单元的损耗，提高供电电路的工作效率。

26、补偿单元可以用于：根据第三直流电压、第一增益可调驱动电压和第二增益可调驱动电压输出补偿电流给负载，以实现第二直流电压的稳压，进而实现负载的可靠供电。

27、进一步地，偏置单元可以采用非隔离拓扑结构或隔离拓扑结构，以实现第三直流电压的输出。其中，非隔离拓扑结构可以采用buck拓扑结构、buck-boost拓扑结构或推挽拓扑结构等。隔离拓扑结构可以采用谐振拓扑结构(可以包括谐振电感、谐振电容等)或移相全桥拓扑结构等。

28、示例性的，偏置单元可以包括第一开关管、第二开关管、第一电感和第一电容。

29、其中，第一开关管的第一极可以用于接收第一直流电压。第一开关管的第二极、第二开关管的第一极和第一电感的第一端电连接。第二开关管的第二极可以与接地端电连接。第一电感的第二端可以与第一电容的第一端电连接。第一电容的第二端可以与接地端电连接。

30、可以看出，本技术提供的偏置单元可以采用buck拓扑结构。当然，偏置单元还可以采用其他拓扑结构，本技术不做限定。

31、在另一示例中，补偿单元可以包括第三开关管和第四开关管。

32、其中，第三开关管的控制极可以与第一增益可调驱动单元中功率放大电路的输出端电连接。也就是说，第三开关管的控制极用于接收第一增益可调驱动单元中功率放大电路输出的第一增益可调驱动电压。类似地，第四开关管的控制极可以与第二增益可调驱动单元中功率放大电路的输出端电连接。也就是说，第四开关管的控制极用于接收第二增益可调驱动单元中信号放大电路输出的第二增益可调驱动电压。第三开关管的第一极可以与偏置单元电连接，第三开关管的第二极、第四开关管的第一极和第一增益可调驱动单元中的功率放大电路电连接。第三开关管的第二极和第四开关管的第一极还可以与负载电连接，第四开关管的第二极可以与接地端电连接。

33、可以想到的是，负载在稳态情况下，采样模块输出的第一采样电压几乎为0。第一增益可调驱动单元输出的第一增益可调驱动电压小于第三开关管的阈值电压，且第二增益可调驱动单元输出的第二增益可调驱动电压小于第四开关管的阈值电压。于是，第三开关管和第四开关管均不导通，也就是说，补偿模块不工作。

34、在一示例中，第三开关管和第四开关管可以采用相同类型的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)。例如，第三开关管和第四开关管均可以采用n型mosfet(简称为nmos管)。或者，第三开关管和第四开关管均可以采用p型mosfet(简称为pmos管)。

35、当然，第三开关管和第四开关管可以采用不同类型的mosfet。例如，第三开关管可以采用nmos管，且第四开关管采用pmos管。或者，第三开关管可以采用pmos管，且第四开关管采用nmos管。

36、在另一示例中，第三开关管和第四开关管还可以采用氮化镓gan(galliumnitride)或碳化硅sic(silicon carbride)等宽禁带半导体器件。

37、可以理解的，本技术对第三开关管和第四开关管的类型不做限定。

38、负载在动态情况下，补偿单元可以用于：

39、在负载从重载切换到轻载的情况下，采样模块输出的第一采样电压可以增大。用于驱动第三开关管的第一增益可调驱动电压减小，且用于驱动第四开关管的第二增益可调驱动电压增大。由于在负载从重载切换到轻载的过程中，第一增益可调驱动电压小于第三开关管的阈值电压，第二增益可调驱动电压大于第四开关管的阈值电压，因此，第三开关管保持关断，且第四开关管可以根据第二增益可调驱动电压导通，并将功率变换模块的输出电流泄放。也就是说，在负载出现电压过冲的情况下，功率变换模块的输出电流可以通过导通的第四开关管泄放至接地端，避免对负载造成损坏。

40、在负载从轻载切换到重载的情况下，采样模块输出的第一采样电压可以减小。用于驱动第三开关管的第一增益可调驱动电压增大，且用于驱动第四开关管的第二增益可调驱动电压减小。由于在负载从轻载切换到重载的过程中，第一增益可调驱动电压大于第三开关管的阈值电压，第二增益可调驱动电压小于第四开关管的阈值电压，因此，第四开关管保持关断，且第三开关管可以根据第一增益可调驱动电压导通，并将补偿电流输出给负载。也就是说，在负载出现电压跌落的情况下，补偿单元可以通过导通的第三开关管将补偿电流输出给负载，保证负载的正常工作。

41、进一步地，补偿模块除了可以包括偏置单元和补偿单元，补偿模块还可以包括能量回收单元。能量回收单元可以与补偿单元并联。

42、能量回收单元可以用于：在负载从重载切换到轻载的情况下，根据第二直流电压将功率变换模块的第一部分输出电流传输至偏置单元。可以想到的是，能量回收单元的输入端与负载电连接，能量回收单元的输出端可以与偏置单元电连接。

43、偏置单元还可以用于：根据功率变换模块的第一部分输出电流存储电能。在负载从轻载切换到重载的情况下，将电能通过补偿单元释放至负载。可以看出，偏置单元起到了存储电能和释放电能的作用。

44、补偿单元还可以用于：在负载从重载切换到轻载的情况下，将功率变换模块的第二部分输出电流泄放。可以想到的是，在负载从重载切换到轻载的情况下，第四开关管导通。那么，功率变换模块的第二部分输出电流可以通过第四开关管泄放至接地端。

45、可以看出，在负载从重载切换到轻载的情况下，功率变换模块的输出电流可以分为第一部分输出电流和第二部分输出电流。其中，第一部分输出电流用于电能的存储，第二部分输出电流通过第四开关管泄放。不仅实现了能量回收，还可以避免电压过冲对负载造成损坏。

46、可以理解的，能量回收单元仅在负载从重载切换到轻载的情况下工作，起到了电能回收的作用，能够降低补偿模块的损耗，也就是提高补偿模块的工作效率，进而提高供电电路的工作效率。而偏置单元可以工作在负载从重载切换到轻载的情况下以及负载从轻载切换到重载的情况下。与偏置单元类似，补偿单元也可以工作在负载从重载切换到轻载的情况下以及负载从轻载切换到重载的情况下。进而实现补偿电流对第二直流电压的稳压以及功率变换模块的第二部分输出电流的泄放。

47、当然，能量回收单元的输出端还可以与提供第一直流电压的直流电源电连接。于是，在负载从重载切换到轻载的情况下，能量回收单元可以根据第二直流电压将功率变换模块的第一部分输出电流传输至提供第一直流电压的直流电源，以提高供电电路的工作效率。

48、在又一种可能的实现方式中，功率变换模块可以包括多个功率变换单元和第二电容。

49、其中，多个功率变换单元并联，构成并联支路。并联支路的第一端可以作为多个功率变换单元中每个多个功率变换单元的输入端，也就是可以作为功率变换模块的输入端。并联支路的第一端用于接收第一直流电压。并联支路的第二端可以作为每个功率变换单元的输出端，也就是可以作为功率变换模块的输出端。并联支路的第二端可以与采集模块和负载电连接。第二电容的第一端可以与并联支路的第二端电连接，第二电容的第二端可以用于与接地端电连接。

50、每个功率变换单元可以用于：将第一直流电压变换为第二直流电压并输出给负载，实现负载的供电。

51、在一种可能的实现方式中，能量回收单元和每个功率变换单元均可以包括第五开关管、第六开关管和第二电感。

52、其中，第五开关管的第一极可以作为能量回收单元的输出端或每个功率变换单元的输入端。第五开关管的第二极和第六开关管的第一极均可以与第二电感的第一端电连接。第六开关管的第二极可以与接地端电连接。第二电感的第二端可以作为能量回收单元的输入端或每个功率变换单元的输出端。

53、可以看出，本技术中的能量回收单元和功率变换单元采用了相同的拓扑结构。当然，能量回收单元和功率变换单元还可以采用其他拓扑结构，本技术不做限定。

54、在又一种可能的实现方式中，采样模块可以包括第三电容和第一电阻。

55、其中，第三电容的第一端可以作为采样模块的输入端，第三电容的第一端可以与功率变换模块和负载电连接。第三电容的第二端可以与第一电阻的第一端电连接，第一电阻的第二端与接地端电连接。第三电容的第二端和第一电阻的第一端可以作为采样模块的输出端，用于输出第一采样电压。

56、在一示例中，第一增益可调驱动单元可以包括串联的第一信号放大电路和第二功率放大电路。第一信号放大电路的输入端可以与采样模块的输出端电连接，第一信号放大电路的输出端可以与第一功率放大电路的输入端电连接，第一功率放大电路的输出端可以与第三开关管的控制极电连接，也就是与补偿模块电连接。

57、其中，第一信号放大电路可以包括第一比例放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一直流电源和第二直流电源。

58、可选地，第二电阻和第三电阻各自的第一端可以与第一比例放大器的反相输入端电连接，第二电阻的第二端可以与接地端电连接，第三电阻的第二端可以与第一比例放大器的输出端电连接。第三电阻的第二端和第一比例放大器的输出端可以作为第一信号放大电路的输出端，用于与第三开关管的控制极电连接。第四电阻和第五电阻各自的第一端可以与第一比例放大器的同相输入端电连接，第四电阻的第二端可以作为第一信号放大电路的输入端，用于与采样模块的输出端电连接。第五电阻的第二端可以与第二直流电源的第一端电连接，第二直流电源各自的第二端可以与接地端电连接。第一直流电源的第一端可以与第一功率放大电路电连接，第一直流电源的第二端可以与接地端电连接。

59、可以看出，第一比例放大器的同相输入端可以电连接采样模块，那么，第一信号放大电路可以通过第一比例放大器等实现第一采样电压增益的调节，从而通过第一增益可调驱动电压实现第三开关管导通，进而实现补偿模块输出的补偿电流可调，进一步保证负载的正常工作。

60、与第一增益可调驱动电路类似，第二增益可调驱动单元可以包括串联的第二信号放大电路和第二功率放大电路。第二信号放大电路的输入端可以与采样模块的输出端电连接，第二信号放大电路的输出端可以与第二功率放大电路的输入端电连接，第二功率放大电路的输出端可以与第四开关管的控制极电连接，也就是与补偿模块电连接。

61、其中，第二信号放大电路可以包括第二比例放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三直流电源和第四直流电源。

62、可选地，第六电阻和第七电阻各自的第一端可以与第二比例放大器的反相输入端电连接。第六电阻的第二端可以作为第二信号放大电路的输入端，可以与采样模块的输出端电连接。第七电阻的第二端可以与第二比例放大器的输出端电连接，第七电阻的第二端和第二比例放大器的输出端可以作为第二信号放大电路的输出端。第八电阻的第一端可以与第er比例放大器的同相输入端电连接，第八电阻的第二端可以与第四直流电源的第一端电连接，第四直流电源的第二端可以与接地端电连接。第三直流电源的第一端可以与第二功率放大电路电连接，第三直流电源的第二端可以与接地端电连接。

63、可以看出，第二比例放大器的反相输入端可以电连接采样模块，那么，第二信号放大电路可以通过第二比例放大器等实现第一采样电压增益的调节，从而通过第二增益可调驱动电压实现第四开关管导通，进而实现功率变换模块输出电流的泄放，进一步避免对负载造成损坏。

64、示例性的，第一功率放大电路和第二功率放大电路均可以包括第七开关管和第九电阻。

65、其中，第九电阻的第一端可以与第一直流电源的第一端或第三直流电源的第一端电连接。第九电阻的第二端可以与第七开关管的第一极电连接。第九电阻的第二端和第七开关管的第一极可以作为第一功率放大电路或第二功率放大电路的输出端。第七开关管的控制极可以与第一信号放大电路或第二信号放大电路电连接。第一功率放大电路中第七开关管的第二极可以与补偿模块中第三开关管的第二极和第四开关管的第一极电连接。第二功率放大电路中第七开关管的第二极可以与接地端电连接。

66、本技术中，补偿模块可以通过第三开关管输出响应速度快的补偿电流。但是，与功率变换模块相比，补偿模块的工作效率相对较低。与补偿模块相反，功率变换模块的工作效率相对较高，但功率变换模块输出的第二直流电压的响应速度相对较慢。功率变换模块与补偿模块并联后与负载电连接，补偿模块输出的补偿电流可以用于对功率变换模块输出的第二直流电压进行稳压，实现功率变换模块与补偿模块的功能互补，进而使得供电电路具有响应速度快且工作效率高的优点。

67、第二方面，本技术提供了一种电子设备，可以包括负载和上述第一方面及其可能的实现方式提供的供电电路。供电电路与负载电连接，用于为负载供电。

68、应当理解的是，本技术的第二方面与本技术的第一方面的技术方案一致，各方面及对应的可行实施方式所取得的有益效果相似，不再赘述。