CN106451736B - 可设置电源优先级的电源切换电路及电源切换方法 - Google Patents
可设置电源优先级的电源切换电路及电源切换方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可设置电源优先级的电源切换电路及电源切换方法，电源切换电路包括控制电路和切换电路，MCU通过控制电路对切换电路的三极管进行状态控制。它能有效的解决智能电能表两种独立电源同时供电时，电源供电的优先级不能变换的的问题。相较于专用的电源芯片，本发明的通用性强，不需要使用专用的电源芯片，就能有效的实现电源优先级的切换。本发明具有低成本易维护的优点可以很方便的投入大量使用，发明中的低成本的优先级可设的电源切换电路可以应用于目前存在的大多数电源***中。
Description
技术领域
本发明涉及一种带二路独立供电电源的电能表的电源切换电路，尤其适用于对两种供电电源输出有压差要求、优先级可以设置，而且可以实时切换的场合。
背景技术
随着社会生活中工业、农业、商业以及居民生活的用电需求日益增长，人们对电能的交易日益频繁，电能表是衡量电能交易数额的计量器具，其技术性要求很高，更要求准确和稳定，并保证长期可靠。其中带辅助电源的智能电能表，有主电源电源和辅助电源两种供电方式，两种供电方式相互独立。为了满足各种用户的需求，要求我们对两种供电电源的优先级的进行设置，并实现自动切换。
目前，市场上大多数带辅助电源的智能电能表都是辅助电源优先供电。一般的设计都是辅助电源的输出电压要高于主电源的输出电压，由于两种供电电压的输出电压存在一定的电压差，所以两种电源可以通过二极管的竞争方式很容易实现辅助电源的优先供电。但是有些客户要求两路电源的优先级可以根据需求进行实时设置。所以单一的辅助电源优先供电的方式已不能满足市场需求。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种简单的可设置两种电源供电优先级的切换电路，使得电能表工作时，可以根据要求对第一路电源和第二路电源的优先级进行实时设置，并实现电源的自动无缝切换，同时对电表的工作状态不产生影响。
本发明提出了一种可设置电源优先级的电源切换电路，它包括控制电路和切换电路，MCU通过控制电路对切换电路的三极管进行状态控制；所述切换电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5和稳压管D4，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2为PNP型三极管，所述第三三极管Q3为NPN型三极管，第一三极管Q1的发射极连接第二路电源U2，第一三极管Q1的集电极连接负载端，第一路电源U1也连接负载端，第一三极管Q1的基极分别连接第二三极管Q2的发射极和第三三极管Q3的集电极，第二三极管Q2的集电极和第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极连接MCU的控制信号VAUX_CTL；第一电阻R1、第二电阻R2和第五电阻R5构成串联分压电路：第二电阻R2连接于第一路电源U1和分压节点之间，第一电阻R1连接于第二路电源U2和分压节点之间，第五电阻R5连接于分压节点和地之间，分压节点经稳压管D4与第二三极管Q2的基极相连。
所述切换电路还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第五二极管D5、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，具体电路连接是：
第一路电源U1一方面连接第一二极管D1的阳极，另一方面通过第二电阻R2连接稳压管D4的阳极；稳压管D4的阳极通过第五电阻R5接地；第一二极管D1的阴极连接负载的一端；
第二路电源U2连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分为三个支路：
第一支路通过第一电阻R1连接稳压管D4的阳极，第二支路通过第八电阻R8连接第一三极管Q1的基极，第三支路连接第一三极管Q1的发射极；
第一三极管Q1的集电极连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极接负载的另一端；
第一三极管Q1的基极还通过第三电阻R3连接第二三极管Q2的发射极；第二三极管Q2的基极连接第五二极管D5的阳极，第五二极管D5的阴极连接稳压管D4的阴极；第二三极管Q2的集电极接地；
第一三极管Q1的基极还通过第四电阻R4连接第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极通过第六电阻R6连接MCU的控制信号VAUX_CTL，MCU的控制信号VAUX_CTL还通过第七电阻R7接地。
本发明还公开了一种基于所述电源切换电路的电源切换方法，MCU的控制信号VAUX_CTL连接第三三极管Q3的基极，控制信号VAUX_CTL的高低决定第三三极管Q3的通断，第一电阻R1、第二电阻R2和第五电阻R5构成的串联分压电路决定第一三极管Q1能否通过第二三极管Q2进行开通。
具体的，它包括以下切换模式：
(1)第一路电源U1供电优先且两路电源同时供电时，控制信号VAUX_CTL为低电平，到达第三三极管Q3的基极电压也为低电平，第三三极管Q3会被截止，第一三极管Q1就不能通过第三三极管Q3导通；由于第二电阻R2与第五电阻R5的分压会使第二三极管Q2的基极电压与第一三极管Q1的发射极的电压压差较低，这样第一三极管Q1也不能通过第二三极管Q2导通，所以第二路电源U2就不能给后面的负载供电，第一路电源U1就会通过第一二极管D1给后面的负载供电，所以第一路电源会优先供电；
(2)第一路电源供电U1供电优先且只有第二路电源U2单独供电时，控制信号VAUX_CTL为低电平，第三三极管Q3的基极就会为低，第三三极管Q3就会被关断，第一三极管Q1就不能通过第三三极管Q3导通，第一电阻R1与第五电阻R5的分压会使第二三极管Q2的基极电压与第一三极管Q1的发射极的电压压差较高，第一三极管Q1就能通过第二三极管Q2导通，第二路电源U2就能通过第一三极管Q1和第三二极管D3给后面的负载供电；
(3)第二路电源U2供电优先且两路电源同时供电，控制信号VAUX_CTL为高电平，第三三极管Q3的基极就会为高，第三三极管Q3就会被导通，由于第一三极管Q1的发射极电压较高，第一三极管Q1就会通过第三三极管Q3导通，第二路电源U2就能通过第一三极管Q1,第一三极管Q1的集电极电压比第一路电源U1的输出电压高，所以第二路电源会优先供电；
(4)第二路电源U2供电优先且只有第一路电源U1单独供电时，控制信号VAUX_CTL为高电平，第二路电源U2输出为0，第一三极管Q1发射极电压也为0，第一三极管Q1会关断，第一三极管Q1的集电极电压也为0，第一路电源U1高于第一三极管Q1的集电极电压，所以第一路电源U1就会通过第一二极管D1给后面的负载供电。
本发明的有益效果
本发明的可设置两种电源优先级的电源切换电路有效的解决了电源的无缝切换问题，可以根据需求，进行灵活设置，无论哪个电源优先供电，都不影响电表的正常工作。本发明中的电路简单，成本低，功耗小，实用性强，容易实现电源切换和优先级的设置，对两路电源输出电压的压差要求也低，可以很方便的投入大量使用。发明中的电源切换电路可以应用于目前存在的大多数两路电源供电的电源***中。
附图说明
图1为可设置电源优先级的电源切换电路的原理框图
图2为电源切换电路的实际原理图
图3为第一路电源供电优先且两个电源同时供电时的仿真结果图
图4为第一路电源供电优先且第二路电源单独供电时的仿真结果图
图5为第二路电源供电优先且两个电源同时供电时的仿真结果图
图6为第二路电源供电优先且第一路电源单独供电时的仿真结果图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
结合图1所示，为可设置电源优先级的电源切换电路的原理框图，在两路供电电源间加上一个控制电路和切换电路，而后可由MCU给出控制信号VAUX_CTL控制切换电路，切换电路会根据此信号通过一系列电平的变化来控制相应的电源供电优先。切换电路的特点是利用几个低成本的三极管和合适的电阻对供电电源的优先级进行控制。当需要对供电电源的优先级做出改变时，无需更改电路设计，只需要MCU输出一个电平信号，就能达到控制供电电源优先级的目的，同时又不影响某一路电源单独供电时的状态。如此有效的解决了使用普通的电源切换电路，供电电源优先级不能改变的问题。
结合图2，给出了电源切换电路的具体电路图，此处如发明内容描述，故不再赘述。
本发明还公开了一种基于图2所示电源切换电路的电源切换方法，MCU的控制信号VAUX_CTL连接第三三极管Q3的基极，控制信号VAUX_CTL的高低决定第三三极管Q3的通断，第一电阻R1、第二电阻R2和第五电阻R5构成的串联分压电路决定第一三极管Q1能否通过第二三极管Q2进行开通。
具体的，它包括以下切换模式：
(1)第一路电源U1供电优先且两路电源同时供电时，控制信号VAUX_CTL为低电平，到达第三三极管Q3的基极电压也为低电平，第三三极管Q3会被截止，第一三极管Q1就不能通过第三三极管Q3导通；由于第二电阻R2与第五电阻R5的分压会使第二三极管Q2的基极电压与第一三极管Q1的发射极的电压压差较低，这样第一三极管Q1也不能通过第二三极管Q2导通，所以第二路电源U2就不能给后面的负载供电，第一路电源U1就会通过第一二极管D1给后面的负载供电，所以第一路电源会优先供电。结合图3，仿真结果图中：第一路电源U1为13V，第二路电源U2为16V，U1供电优先，U1与U2同时供电时，此时电源控制信号应为低电平，这里用开关信号替代，电压为0V。到达第三三极管Q3基极电压为0V，第三三极管Q3被截止，第一三极管Q1就不能通过第三三极管Q3导通，第二电阻R2和第五电阻R5的分得的电压为11.8V，由于这个电压过高，导致第一三极管Q1和第二三极管Q2都被截止，这样第二路电源U2就不能给后面的负载供电，第一路电源U1通过第一二极管D1给后面的负载供电，所以第一路电源供电优先。
(2)第一路电源供电U1供电优先且只有第二路电源U2单独供电时，控制信号VAUX_CTL为低电平，第三三极管Q3的基极就会为低，第三三极管Q3就会被关断，第一三极管Q1就不能通过第三三极管Q3导通，第一电阻R1与第五电阻R5的分压会使第二三极管Q2的基极电压与第一三极管Q1的发射极的电压压差较高，第一三极管Q1就能通过第二三极管Q2导通，第二路电源U2就能通过第一三极管Q1和第三二极管D3给后面的负载供电。结合图4，具体的：第一路电源U1为0V,第二路电源U2为16V，U2供电优先，只有U2单独供电时，此时电源控制信号应为低电平，这里用开关信号替代，电压为0V。到达第三三极管Q3基极电压为0V，第三三极管Q3被截止，第一三极管Q1就不能通过第三三极管Q3导通，第一电阻R1和第五电阻R5的分得的电压为2.9V，这个电压可以使第一三极管Q1通过第二三极管Q2导通，这样第二路电源U2就可以给后面的负载供电。
(3)第二路电源U2供电优先且两路电源同时供电，控制信号VAUX_CTL为高电平，第三三极管Q3的基极就会为高，第三三极管Q3就会被导通，由于第一三极管Q1的发射极电压较高，第一三极管Q1就会通过第三三极管Q3导通，第二路电源U2就能通过第一三极管Q1,第一三极管Q1的集电极电压比第一路电源U1的输出电压高，所以第二路电源会优先供电。结合图5，仿真结果图中：第一路电源U1为13V,第二路电源U2为16V，U2供电优先，U1与U2同时供电时，此时电源控制信号应为高电平，这里用开关信号替代，电压为3.3V。到达第三三极管Q3基极电压为3.3V，第三三极管Q3被导通，第一三极管Q1就能通过第三三极管Q3导通，第一三极管Q1集电极电压为15.1V，比U1电压高，所以第二路电源U2就优先给后面的负载供电。
(4)第二路电源U2供电优先且只有第一路电源U1单独供电时，控制信号VAUX_CTL为高电平，第二路电源U2输出为0，第一三极管Q1发射极电压也为0，第一三极管Q1会关断，第一三极管Q1的集电极电压也为0，第一路电源U1高于第一三极管Q1的集电极电压，所以第一路电源U1就会通过第一二极管D1给后面的负载供电。结合图6，仿真结果图中：第一路电源U1为13V，第二路电源U2为0V，U2供电优先，只有U1单独供电时。由于U2电压为0V，第一三极管Q1就不能导通，第一三极管Q1的集电极电压为0V，此时U1电压高于第一三极管Q1的集电极电压，所以第一路电源U1就给后面的负载供电。
本发明的可设置两种电源优先级的电源切换电路有效的解决了电源的无缝切换问题，可以根据需求，进行灵活设置，无论哪个电源优先供电，都不影响电源的正常输出。本发明中的电路简单，成本低，功耗小，实用性强，容易实现电源切换和优先级的设置，对两路电源输出电压的压差要求也低，可以很方便的投入大量使用。发明中的电源切换电路可以应用于目前存在的大多数两路电源供电的电源***中。
本文中所描述的具体实例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种可设置电源优先级的电源切换电路，其特征在于：它包括控制电路和切换电路，MCU通过控制电路对切换电路的三极管进行状态控制；所述切换电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5和稳压管D4，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2为PNP型三极管，所述第三三极管Q3为NPN型三极管，第一三极管Q1的发射极连接第二路电源U2，第一三极管Q1的集电极连接负载端，第一路电源U1也连接负载端，第一三极管Q1的基极分别连接第二三极管Q2的发射极和第三三极管Q3的集电极，第二三极管Q2的集电极和第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极连接MCU的控制信号VAUX_CTL；第一电阻R1、第二电阻R2和第五电阻R5构成串联分压电路：第二电阻R2连接于第一路电源U1和分压节点之间，第一电阻R1连接于第二路电源U2和分压节点之间，第五电阻R5连接于分压节点和地之间，分压节点经稳压管D4与第二三极管Q2的基极相连；所述切换电路还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第五二极管D5、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，具体电路连接是：
第一路电源U1一方面连接第一二极管D1的阳极，另一方面通过第二电阻R2连接稳压管D4的阳极；稳压管D4的阳极通过第五电阻R5接地；第一二极管D1的阴极连接负载的一端；
第二路电源U2连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极分为三个支路：
第一支路通过第一电阻R1连接稳压管D4的阳极，第二支路通过第八电阻R8连接第一三极管Q1的基极，第三支路连接第一三极管Q1的发射极；
第一三极管Q1的集电极连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极接负载的另一端；
第一三极管Q1的基极还通过第三电阻R3连接第二三极管Q2的发射极；第二三极管Q2的基极连接第五二极管D5的阳极，第五二极管D5的阴极连接稳压管D4的阴极；第二三极管Q2的集电极接地；
第一三极管Q1的基极还通过第四电阻R4连接第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极通过第六电阻R6连接MCU的控制信号VAUX_CTL，MCU的控制信号VAUX_CTL还通过第七电阻R7接地。
2.一种基于权利要求1所述电源切换电路的电源切换方法，其特征在于MCU的控制信号VAUX_CTL连接第三三极管Q3的基极，控制信号VAUX_CTL的高低决定第三三极管Q3的通断，第一电阻R1、第二电阻R2和第五电阻R5构成的串联分压电路决定第一三极管Q1能否通过第二三极管Q2进行开通。
3.根据权利要求2所述的电源切换方法，其特征在于它包括以下切换模式：
(1)两路电源同时供电时，控制信号VAUX_CTL为低电平，第一路电源U1优先供电；
(2)只有第二路电源U2单独供电时，控制信号VAUX_CTL为低电平，第二路电源U2通过第一三极管Q1和第三二极管D3给后面的负载供电；
(3)两路电源同时供电时，控制信号VAUX_CTL为高电平，第二路电源优先供电；
(4)只有第一路电源U1单独供电时，控制信号VAUX_CTL为高电平，第一路电源U1通过第一二极管D1给后面的负载供电。
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