CN109217459A - 一种多路电源输入的切换电路 - Google Patents

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马大坚
郑胜平
宾显文
黄俊铭
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Abstract

本发明公开了一种多路电源输入的切换电路，包括检测及控制电路、电池电源控制电路、电池和外部电源，其中检测及控制电路的第一输入端与电池连接、第二输入端与外部电源连接、第一输出端通过电池电源控制电路与后级电路连接；通过检测及控制电路检测并对比电池的输出电压与外部电源的输出电压之间的大小，进而控制电池电源控制电路的工作状态，为后级电路选择电池供电方式或外部电源供电方式。本发明具备功耗低、发热少、电路设计简单等优点。

Description

一种多路电源输入的切换电路
技术领域
本发明涉及多路电源输入电路，尤其涉及一种多路电源输入的切换电路。
背景技术
电子设备日常在使用环境中，经常需要采用不同的供电方式，现有电子产品较多采用适配器与电池组合的供电方式，这时就需要使用多路电源输入电路，进行电池与电源适配器间的切换。传统多路电源输入电路较多使用二极管的反向截止电路，来切换电池与电源适配器供电；或使用多个MOS管、二极管及电阻搭配多路电源输入电路。比如专利号为CN106356988A的专利中，提出了一种由三个MOS管和三个二极管及其它相关器件构成的多路电源输入电路，能够实现电池供电与适配器供电的切换；再比如专利号为CN102270876A的的专利中，同样提出了一种由多个MOS管构成的多路电源输入电路，其通过单片机比较各路输入电压，控制不同输入电源间的切换。但是针对只使用二极管反向截止特性搭建的多路电源输入切换电路，其电路功耗大，通过大电流时发热严重。这是由于二极管自身特性导致的，二极管正向导通压降ΔU为0.5-0.7V，当二级管通过电流为I时，管上产生功耗P＝ΔU·I。当电流I较大时，管上功耗P也会很大，造成发热严重的现象。
针对使用多MOS管及***期间构成的多路电源输入切换电路，其电路复杂，有时还需要单独的MCU作比较与控制，占用PCB板上的空间大，存在设计成本高、***功耗大等问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于多路电源输入的切换电路，其能解决现有技术中的多路电源输入的控制电路其存在电路复杂、功耗大等问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种多路电源输入的切换电路，包括检测及控制电路、电池电源控制电路、电池和外部电源，其中检测及控制电路的第一输入端与电池连接、第二输入端与外部电源连接、第一输出端通过电池电源控制电路与后级电路连接；通过检测及控制电路检测对比电池的输出电压与外部电源的输出电压之间的大小，进而控制电池电源控制电路的工作状态，为后级电路选择电池供电方式或外部电源供电方式。
进一步地，所述检测及控制电路包括控制芯片U1，电池电源控制电路包括切换开关和PMOS管Q1；控制芯片U1的第一输入端与电池连接、第二输入端与外部电源连接、输出端通过切换开关与PMOS管Q1的栅极连接。
进一步地，所述芯片U1的型号为LTC4414MES8，PMOS管Q1的型号为Sl3483。
进一步地，还包括电流防倒流电路，外部电源通过电流防倒流电路与检测及控制电路电性连接；电流防倒流电路用于防止电池的电流倒流至外部电源，损坏外部电源的电器设备。
进一步地，所述电流防倒流电路包括二极管D6，二极管D6的阳极与外部电源连接、阴极与检测及控制电路第二输入端连接、阴极还与后极电路连接。
进一步地，还包括指示电路，其中指示电路与检测及控制电路的第二输出端连接；检测及控制电路通过对比第一输入端的输入电压与第二输入端的输入电压的大小来生成第三控制信号，并通过第二输出端将该第三控制信号输出到指示电路，进而控制指示电路的工作状态。
进一步地，所述指示电路包括电阻R1、电源VCC和指示器，其中电源VCC通过电阻R1与检测及控制电路的第二输出端连接，检测及控制电路的第二输出端还与指示器连接，用于控制指示器的工作状态。
进一步地，当V电池-20mV>V外部电源时，检测及控制电路生成第一控制信号，并将该第一控制信号通过第一输出端发送给电池电源控制电路，进而控制电池电源控制电路的工作状态，选择通过电池为后级电路供电；当V电池-20mV<V外部电源，或者没有外部电源时，检测及控制电路生成第二控制信号，并将该第二控制信号通过第一输出端发送给电池电源控制电路，进而控制电池电源控制电路的工作状态，选择通过外部电源为后级电路供电；其中，V电池为电池的输出电压，V外部电源为外部电源的输出电压。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过检测及控制电路来检测电池以及外部电源的电压，并根据二者的电压大小来控制电池电源控制电路的工作状态，进而为后级电路提供相应的供电方式。本发明的电路设计简单、功耗低、体积小、在制作时可大大节省了PCB板上的空间，延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明提供的多路电源输入的切换电路的模块图；
图2为本发明提供的多路电源输入的切换电路的电路图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供了一种多路电源输入的切换电路，如图1所示，包括检测及控制电路、电池电源控制电路、电池和外部电源。
其中，检测及控制电路的第一输入端与电池连接、第二输入端与外部电源连接、第一输出端与电池电源控制电路的第一输入端连接。电池电源控制电路的电源输入端与电池连接、输出端与后级电路电性连接。
检测及控制电路用于检测电池与外部电源之间电压的大小，并根据电池与外部电源之间的电压的大小来控制电池电源控制电路的工作状态，进而为后级电路提供对应的供电方式。外部电源可由但不限于电源适配器供电，其电压输入范围为6V～26V。
另外，后级电路可由但不限于CPU控制电路、数字信号处理电路、传感器电路、电源电路等电路构成。
比如，本发明可通过检测及控制电路比较外部电源与电池的电压：当V外部电源>V电池-20mV时，则检测及控制电路向电池电源控制电路输入第一控制信号，进而控制电池电源控制电路的工作状态，选择外部电源供电给后级电路供电；当V外部电源<V电池-20mV时，或外部电源无输入时，检测及控制电路向电池电源控制电路输入第二控制信号，进而控制电池电源控制电路的工作状态，选择电池供电给后级电路。当然，这里的判断二者电压大小的比例，可根据具体的需求进行设置，并不仅仅限制于本发明中所提到的外部电源比电池电压大20mV以上时，选择外部电源供电。
另外，本发明中还增加了电流防倒流电路，也即是，在检测及控制电路与外部电源之间增加电流防倒流电路，这样，当***选用电池为后级电路供电时，可以防止电池的电流倒流至外部电源电路，进而损坏外部电源电路的电器设备。
进一步地，本发明还包括指示电路，其检测及控制电路的第二输出端与指示电路连接。该指示电路用于指示当前的供电电源是外部电源还是电池，通过该指示电路来指示供电状态。比如当后级电路为电池供电时，检测及控制电路输出高电平，指示电路亮灯；当后级电路为外部电源供电时，检测及控制电路输出低电平，指示电路灭灯。本发明中的指示电路可由但不限于LED灯、CPUIO口、传感器进行指示。
如图2所示，本发明还提供了该切换电路的电路图，其中，检测及控制电路是由控制芯片U1及其***电路构成，其中控制芯片U1的型号为LTC4414MES8。
电流防倒流电路由一片肖特基二极管D6构成，该肖特基二极管D6的阳极与外部电源(图2中的VCC_Adapater)连接，阴极与检测及控制电路连接。肖特基二极管D6的型号为RB056L。
控制芯片U1的输入端VIN与电池(图2中的VCC_BATT)连接、输入端SENSE与二极管D6的阴极连接、输出端GATE与电池电源控制电路的输入端连接。
也即是，本发明采用一个控制芯片U1来检测两路电源输入的电压的大小，并输出控制信号来控制相应的电池电源控制电路的工作状态，其电路结构简单、成本较低。
电池电源控制电路包括PMOS管Q1和切换开关TP218，该PMOS管Q1采用TrenchFET或HEXEFT类型的功率MOS管。也即是说控制芯片U1的输出端GATE通过切换开关TP218与PMOS管Q1的栅极G连接，PMOS管的漏极D与后级电路连接，PMOS管的源极S与电池连接。
其中，PMOS管Q1的型号为Sl3483。本发明通过采用PMOS管来控制电源通断，由于该PMOS管导通内阻小、体积小，其导通内阻通常可做到50mΩ甚至10mΩ以下，电路正常工作后，电源链路上的损耗较小，因此本发明提供的电路的功耗更低。
指示电路由芯片U1的输出端STAT、上拉电阻R1、电源VCC以及指示器构成，其中该电源VCC可由后级电路提供，也可以由其他电源来提供，该电源VCC的电压为3.3V。指示器不仅仅本发明中所提到的LED灯、CPUIO口、传感器等。
该切换电路的工作原理如下：
当芯片U1的输入端VIN的输入电压Vin-20mV大于输入端SENSE的输入电压Vsense时，输出端GATE输出低电平，进而使得控制PMOS管Q1导通，也即是打开P沟道功率MOSFET，使得后级电路由电池供电。
当当芯片U1的输入端VIN的输入电压Vin-20mV小于输入端SENSE的输入电压Vsense时，输出端GATE输出高电平，进而使得控制PMOS管Q1断开，也即是关闭P沟道功率MOSFET，使得后级电路由外部电源供电。其中，Vin＝V电池，Vsense＝V外部电源。
而指示电路的工作原理为：当后级电路由电池供电时，输出端STAT的输出信号为3.3V的高电平，进而控制指示器的工作，比如亮灯；后级电路由外部电源供电时，输出端STAT的输出信号为0V的低电平，进而控制指示器的工作，比如灭灯。
本发明提供的多路电源输入的控制电路的电路设计简单、节省了PCB板上的空间，大大降低成本；在使用电池供电时，其拥有更低的功耗，延长电池的使用寿命。本发明还具备供电指示功能，为不同的供电方式做指示。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种多路电源输入的切换电路，其特征在于：包括检测及控制电路、电池电源控制电路、电池和外部电源，其中检测及控制电路的第一输入端与电池连接、第二输入端与外部电源连接、第一输出端通过电池电源控制电路与后级电路连接；通过检测及控制电路检测对比电池的输出电压与外部电源的输出电压之间的大小，进而控制电池电源控制电路的工作状态，为后级电路选择电池供电方式或外部电源供电方式。
2.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于：所述检测及控制电路包括控制芯片U1，电池电源控制电路包括切换开关和PMOS管Q1；控制芯片U1的第一输入端与电池连接、第二输入端与外部电源连接、输出端通过切换开关与PMOS管Q1的栅极连接。
3.根据权利要求2所述的切换电路，其特征在于：所述芯片U1的型号为LTC4414MES8，PMOS管Q1的型号为Sl3483。
4.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于：还包括电流防倒流电路，外部电源通过电流防倒流电路与检测及控制电路电性连接；电流防倒流电路用于防止电池的电流倒流至外部电源，损坏外部电源的电器设备。
5.根据权利要求4所述的切换电路，其特征在于：所述电流防倒流电路包括二极管D6，二极管D6的阳极与外部电源连接、阴极与检测及控制电路第二输入端连接、阴极还与后极电路连接。
6.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于：还包括指示电路，其中指示电路与检测及控制电路的第二输出端连接；检测及控制电路通过对比第一输入端的输入电压与第二输入端的输入电压的大小来生成第三控制信号，并通过第二输出端将该第三控制信号输出到指示电路，进而控制指示电路的工作状态。
7.根据权利要求6所述的切换电路，其特征在于：所述指示电路包括电阻R1、电源VCC和指示器，其中电源VCC通过电阻R1与检测及控制电路的第二输出端连接，检测及控制电路的第二输出端还与指示器连接，用于控制指示器的工作状态。
8.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于：当V电池-20mV>V外部电源时，检测及控制电路生成第一控制信号，并将该第一控制信号通过第一输出端发送给电池电源控制电路，进而控制电池电源控制电路的工作状态，选择通过电池为后级电路供电；当V电池-20mV<V外部电源，或者没有外部电源时，检测及控制电路生成第二控制信号，并将该第二控制信号通过第一输出端发送给电池电源控制电路，进而控制电池电源控制电路的工作状态，选择通过外部电源为后级电路供电；其中，V电池为电池的输出电压，V外部电源为外部电源的输出电压。
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