CN111416422A - 电源切换电路和供电*** - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种电源切换电路，包括：分压模块，其一端接地，其输入端连接第一电源的输出端，分压模块的输出端输出采样电压，通过第一电源输出的电压为用电设备供电；控制模块，包括输入端和输出端，控制模块的输入端与分压模块的输出端连接，控制模块在判断采样电压低于设定电压阈值时，控制模块的输出端输出第一控制信号；切换模块，开关模块的控制端与控制模块的输出端连接，开关模块的输入端与第二电源的输出端连接，开关模块的输出端与第一电源的输出端连接；在开关模块的控制端接收到第一控制信号时，开关模块的输入端与输出端连通，由第二电源为用电设备供电。实现了第一电源和作为备用的第二电源之间的自动切换。

Description

电源切换电路和供电***

技术领域

本申请涉及电源切换技术领域，具体而言，涉及一种电源切换电路和供电***。

背景技术

随着科学技术的发展，智能门禁机被广泛地应用各种场景中。对于智能门禁机而言，需要一个可靠的电源来维持其日常的电力需求。具体来说，门禁机中包括若干用电设备，例如门禁机主板、显示屏、指示灯、麦克风等，均需要保证日常稳定的供电，如果用电设备的供电出现异常，例如意外断电，则可能导致门禁机中的用电设备不能正常工作。

现有的门禁机中电源唯一，一旦电源出现异常导致用电设备不能正常工作，则可能导致门禁机不能实现门禁作用。

因此，如何解决现有技术中因电源唯一所导致电源意外断开造成用电设备不能正常工作是现有技术中亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的实施例提供了一种电源切换电路和供电***，进而至少在一定程度上在第一电源出现异常时，自动切换到由作为备用的第二电源为用电设备进行供电，从而避免出现第一电源异常则导致用电设备不能工作的情况。

本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种电源切换电路，包括：

分压模块，其一端接地，其输入端连接第一电源的输出端，所述分压模块的输出端输出采样电压，通过所述第一电源输出的电压为用电设备供电；

控制模块，包括输入端和输出端，所述控制模块的输入端与所述分压模块的输出端连接，所述控制模块在判断所述采样电压低于设定电压阈值时，控制模块的输出端输出第一控制信号；

切换模块，所述开关模块的控制端与所述控制模块的输出端连接，所述开关模块的输入端与第二电源的输出端连接，所述开关模块的输出端与所述第一电源的输出端连接；在所述开关模块的控制端接收到所述第一控制信号时，所述开关模块的输入端与输出端连通，由所述第二电源为所述用电设备供电。

优选的，所述开关模块包括三级管、MOS管和第一二极管，所述第一三极管的基极与所述控制模块的输出端连接，所述三级管的发射极接地，所述第一三极管的集电极连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的源极与所述第二电源的输出端连接，所述MOS管的漏极连接所述二极管的阳极，所述二极管的阴极作为所述开关模块的输出端。

优选的，所述开关模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述三级管的基极通过所述第一电阻与所述控制模块的输出端连接；所述第二电阻一端与所述第一三极管的基极连接，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的发射极连接；所述第三电阻一端与所述MOS管的源极连接，所述第三电阻的另一端与所述MOS管的栅极连接；所述MOS管的栅极通过所述第四电阻与所述第一三极管的集电极连接。

优选的，所述控制模块包括单片机，所述单片机在判断所述采样电压低于设定电压阈值时，控制输出第一控制信号。

优选的，所述单片机在所述采样电压不低于设定电压阈值时，控制输出第二控制信号，所述第二控制信号不能使所述开关模块的输入端与输出端连通。

优选的，所述控制模块还包括电压变换模块，所述电压变换模块的输入端连接所述第二电源的输出端，所述电压变换模块的输出端连接所述单片机的供电端，所述电压变换模块将所述第二电源输出的电压进行变换后为所述单片机供电。

优选的，所述分压模块包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端与所述第六电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端连接所述第一电源的输出端，所述第六电阻的另一端接地。

优选的，所述设定电压阈值大于零。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种供电***，包括第一电源、第二电源和上述任一项的电源切换电路。

在本申请的一些实施例所提供的技术方案中，基于分压模块所采集到的采样电压可以反映第一电源的输出端所输出电压的大小以及变化，通过控制模块在判断采样电压低于设定阈值时，控制输出第一控制信号，进而，开关模块基于第一控制信号，使开关模块的输入端与输出端连，在此基础上，第二电源的输出端输出的电压经开关模块的输入端和输出端为用电设备进行供电，从而实现了在第一电源输出端输出的电压不能为用电设备进行供电时，或者可能造成不能为用电设备进行供电时，通过第二电源为用电设备进行供电，从而，实现了自动进行供电电源的切换。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是根据一实施例示出的电源切换电路的电路图；

图2是根据一实施例示出的控制模块的电路图。

其中，附图标记说明如下：分压模块-S1；控制模块-S2；切换模块-S3；单片机-U1；电源芯片-U2；第一接口-J1；三极管-Q1；MOS管-Q2；第一二极管-D1；第二二极管-D2；第三二极管D3；第一电容-C1；第二电容-C2；第三电容-C3；第四电容-C4；第五电容-C5；第六电容-C6；第七电容-C7；第八电容-C8；第九电容-C9；第十电容-C10；第十一电容-C11；第十二电容-C12；第一电阻R1；第二电阻R2；第三电阻R3；第四电阻R4；第五电阻R5；第六电阻R6；第七电阻R7；第八电阻R8；第九电阻R9；第十电阻R10；第十一电阻R11；第十二电阻R12；第十三电阻R13；第十四电阻R14；第十五电阻R15；第十六电阻R16；第十七电阻R17。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1所示，本实施例提供了一种电源切换电路，包括：

分压模块S1，其一端接地，其输入端连接第一电源的输出端，分压模块S1的输出端输出采样电压，通过第一电源输出的电压为用电设备供电。

控制模块S2，包括输入端和输出端，控制模块S2的输入端与分压模块S1的输出端连接，控制模块S2在判断采样电压低于设定电压阈值时，控制模块S2的输出端输出第一控制信号。

切换模块S3，开关模块的控制端与控制模块S2的输出端连接，开关模块的输入端与第二电源的输出端连接，开关模块的输出端与第一电源的输出端连接；在开关模块的控制端接收到第一控制信号时，开关模块的输入端与输出端连通，由第二电源为用电设备供电。

具体在本实施例中，分压模块S1包括第五电阻R5和第六电阻R6，第五电阻R5的一端与第六电阻R6的一端连接，第五电阻R5的另一端连接第一电源的输出端，第六电阻R6的另一端接地。也就是说，第五电阻R5与第一电源的输出端所连接的一端作为分压模块S1的输入端，第五电阻R5与第六电阻R6的连接处作为分压模块S1的输出端，通过输出端输出采样电压。

其中第五电阻R5和第六电阻R6的电阻值可以根据实际进行选用。具体而言，该第五电阻R5和第六电阻R6的电阻值的比例可参照第一电源提供给用电设备的电压，以及设定的电压阈值来选择。

在其他实施例中，还可以通过多个电阻串联和/或并联来形成第五电阻R5，以及通过多个电阻串联和/或并联来形成第六电阻R6，以满足第五电阻R5和第六电阻R6的电阻值选用要求。

进一步的，如图1所示，第二电源的输出端还连接有并联的第三二极管D3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，其中，第三二极管D3的阴极与第二电源的输出端连接，第三二极管D3的阳极接地，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的另一端均接地。

进一步的，如图1所示，第一电源的输出端还连接有并联的第六电容C6和第二二极管D2，其中第二二极管D2的阳极接地，第二二极管D2的阴极与第一电源的输出端连接，第六电容C6的另一端接地。具体在本实施例中，第六电阻R6与地连接的一端与第二二极管D2的阳极之间还连接有第七电阻R7。

在本实施例中，控制模块S2包括单片机模块，单片机模块中包括单片机U1，单片机U1在判断采样电压低于设定电压阈值时，控制输出第一控制信号。单片机U1在采样电压不低于设定电压阈值时，控制输出第二控制信号，第二控制信号不能使开关模块的输入端与输出端连通。

进一步的，单片机U1的工作需要进行供电，为了实现单片机U1的供电，控制模块S2还包括电压变换模块，电压变换模块的输入端连接第二电源的输出端，电压变换模块的输出端连接单片机U1的供电端，电压变换模块将第二电源输出的电压进行变换后为单片机U1供电。

由于第二电源直接输出的电压可能并不满足单片机U1的工作电压要求，例如第二电源输出的电压为12V，而单片机U1的工作电压为3.3V，则需要通过电压变换模块将将第二电源输出的12V电压变换为3.3V的电压后再提供给单片机U1。

当然，所进行的电压变换并不限于幅值变换、还可以是交直流变换，实际中根据第二电源输出的电压，以及单片机U1需求的工作电压来确定电压变换模块。

在一实施例中，电压变换模块中电压幅值的变换可以通过分压器来实现，例如上述实施例中的分压模块S1，从而实现降压。电压变换模块所实现的电压放大可以通过运算放大器、三极管Q1实现，在此不进行具体限定。电压变换模块所实现交流变直流，可以通过整流电路实现。

在其他实施例中，还可以通过现有的电源芯片U2作为电压变换模块进行电压变换。

为便于理解，将单片机模块中用于接收采样电压的一端作为单片机模块的P3端，将电压转换模块上与第二电源的输出端相连接的一端作为电压转换模块的P1端，将单片机模块上用于输出第一控制信号的一端作为单片机模块的P2端。

在一具体实施例中，第二电源输出的电压为12V直流电压，单片机U1的工作电压为3.3V直流电压，参照图2所示，选用电源芯片U2作为电压变换模块。在图2的实施例中，电源芯片U2的型号为MP1657，其中，该电源芯片U2的1号引脚为电压输入引脚VIN；2号引脚为开关控制引脚SW；3号引脚为接地引脚GND，4号引脚为自升压脚BST；5号引脚为使能脚EN；6号引脚为输出电压反馈引脚FB。

具体在该实施例中，如图2所示，电源芯片U2的电压输入端作为P1端，电源芯片U2的电压输入端与5号引脚之间通过第八电阻R8相连，电源芯片U2的6号引脚通过第十一电阻R11接地；电源芯片U2的4号引脚和电源芯片U2的2号引脚之间串联有第十电阻R10和第十电容C10。电源芯片U2的2号引脚通过第九电阻R9与单片机U1的电压输入端相连，其中第九电阻R9一端与电源芯片U2的2号引脚相连，第九电阻R9的另一端与单片机U1的电压输入端相连。

具体在该实施例中，第九电阻R9与单片机U1的电压输入端相连的一端还连接有相并联的第十一电容C11和第十二电阻R12，第十一电容C11和第二十二电阻的另一端接地。

进一步的，第九电阻R9与单片机U1的电压输入端相连的一端还并联连接有第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9，第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9的另一端接地。通过并联的第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9来进行滤波、耦合，使得经第九电阻R9输出至单片机U1的电压保持稳定，另外，还可以缓冲开机的强电流，避免开机产生的强电流损坏单片机U1。

在图2对应的实施例中，单片机U1的型号可以是OB38S003。如图2所示，该单片机U1包括1-20号管脚，具体在本实施例中，所使用的管脚包括9号管脚(电源输入引脚VDD)、2号引脚(P01/ADC1)、11号引脚、12号引脚、13号引脚、14号引脚、16号引脚。

具体在本实施例中，电源芯片U2的2号引脚通过第九电阻R9与单片机U1的9号引脚相连，在单片机U1的9号引脚出还连接有第十二电容C12，该第十二电容C12的另一端接地。

在第九电阻R9与单片机U1的9号引脚相连的一端还分别与第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16相连，第十三电阻R13的另一端与单片机U1的14号引脚连接；第十四电阻R14的另一端与单片机U1的13号引脚连接；第十五电阻R15的另一端与单片机U1的12号引脚连接；第十六电阻R16的另一端与单片机U1的11号引脚相连。

单片机U1的2号引脚与通过第十七电阻R17与分压模块的输出端相连接，也就是说，第十七电阻R17与分压模块的输出端的连接处作为单片机模块的P3端。

进一步的，如图2所示，该控制模块S2还包括第一接J1，该第一接J1的型号可以是J4X12.54MMP，如图2所示，该第一接J1包括1-4号引脚，其中第一J1的1号引脚接地，第一接J1的2号引脚与单片机U1的12号引脚连接，第一接口J1的3号引脚与单片机U1的11号引脚连接，第一接口J1的4号引脚与第九电阻R9与单片机U1的9号引脚相连的一端连接。其中，第一接J1的3号引脚连接数据线SDA，第一接口J1的2号引脚连接控制线SCL。该第一接J1是一串口通信接口，用于进行程序的烧录。

在图1的实施例中，开关模块包括三级管、MOS管Q2和第一二极管D1，第一三极管Q1的基极与控制模块S2的输出端连接，三级管的发射极接地，第一三极管Q1的集电极连接MOS管Q2的栅极，MOS管Q2的源极与第二电源的输出端连接，MOS管Q2的漏极连接二极管的阳极，二极管的阴极作为开关模块的输出端。

进一步的，开关模块还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，三级管的基极通过第一电阻R1与控制模块S2的输出端连接；第二电阻R2一端与第一三极管Q1的基极连接，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的发射极连接；第三电阻R3一端与MOS管Q2的源极连接，第三电阻R3的另一端与MOS管Q2的栅极连接；MOS管Q2的栅极通过第四电阻R4与第一三极管Q1的集电极连接。其中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4用于保护三极管Q1和MOS管Q2。

进一步的，在MOS管Q2的漏极与二极管的阳极的连接处，还连接有并联的第四电容C4和第五电容C5，第四电容C4和第五电容C5的另一端接地。通过该第四电容C4和第五电容C5来进行滤波。

在本实施例中，通过三极管Q1和MOS管Q2的作用来同时实现关断和连通。由于三极管Q1是电流驱动型元件，对电流的损耗作用小，MOS管Q2是电压驱动型元件，对电压的损耗小，通过三极管Q1来驱动MOS管Q2，从而，可以实现低电流来驱动MOS管Q2，而且可以保证MOS管Q2的源极与漏极导通时电压基本不损耗。而且，由于MOS管Q2的响应速度快，高达微秒级别，可以快速实现导通和截止，来实现第一电源和第二电源的供电切换。

在其他实施例中，还可以仅用三级管或者MOS管Q2作为开关管，实现导通和截止，从而决定第二电源是否为用电设备进行供电。

下面结合本实施例来说明该电源切换电路的工作原理：

在单片机U1判断自身的2号引脚输入的采样电压低于设定阈值时，单片机U1控制16号引脚输出第一控制信号(例如高电平信号)，该第一控制信号使得三极管Q1导通，从而，MOS管Q2的栅极电压被拉低，当MOS管Q2的栅极电压低至到达MOS管Q2的导通电压，MOS管Q2的源极和漏极被导通，第二电源输出的电流可以经MOS管Q2和二极管向用电设备进行供电；

反之，在单片机U1判断自身的2号引脚输入的采样电压不低于设定阈值，单片机U1控制16号引脚输出第二控制信号(例如低电平信号)，该第二控制信号不能使三极管Q1导通，对应的MOS管Q2的栅极维持在高电平状态，在MOS管Q2的栅极处于高电平状态时，MOS管Q2截止，即源极和漏极不连通，从而，第二电源输出的电流不能经MOS管Q2至二极管，对应也不能输入至用电设备。

而在采样电压低于设定阈值时，表明第一电源为用电设备所提供的电压可以满足用电设备的使用要求，在此时，通过第一电源为用电设备进行供电。进一步的，在MOS管Q2的漏极与二极管的阳极相连，二极管的阴极连接第一电源的输出端，从而，可以保证在第一电源为用电设备进行供电的过程中，第一电源输出的电流流入MOS管Q2的漏极，损坏MOS管Q2。

在具体实施例中，为了避免出现电力真空，即在检测到第一电源的电压降为零至切换到第二电源这一时间间隔(在电力真空期间中，用电设备显然无法工作)，将设定电压阈值设为大于零的数值，也就是说在第一电源的电压还未达到零时就开始启动进行电源切换，从而，避免出现在第一电源的电压达到零时才切换至第二电源供电，实现了第一电源与第二电源之间的无缝切换。

在一实施例中，第一电源可以是外接电源，第二电源可以是电池。

本申请还提供了一种供电***，其包括第一电源、第二电源和如上任一实施例的电源切换电路。

本申请还提供了一种门禁机，包括如上任一项的电源切换电路。包括该电源切换电路的门禁机，可以实现第一电源和第二电源之间的无缝切换，避免因出现电力真空期间所导致门禁机不能实现门禁功能。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方式后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种电源切换电路，其特征在于，包括：

分压模块，其一端接地，其输入端连接第一电源的输出端，所述分压模块的输出端输出采样电压，通过所述第一电源输出的电压为用电设备供电；

控制模块，包括输入端和输出端，所述控制模块的输入端与所述分压模块的输出端连接，所述控制模块在判断所述采样电压低于设定电压阈值时，控制模块的输出端输出第一控制信号；

切换模块，所述开关模块的控制端与所述控制模块的输出端连接，所述开关模块的输入端与第二电源的输出端连接，所述开关模块的输出端与所述第一电源的输出端连接；在所述开关模块的控制端接收到所述第一控制信号时，所述开关模块的输入端与输出端连通，由所述第二电源为所述用电设备供电。

2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关模块包括三级管、MOS管和第一二极管，所述第一三极管的基极与所述控制模块的输出端连接，所述三级管的发射极接地，所述第一三极管的集电极连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的源极与所述第二电源的输出端连接，所述MOS管的漏极连接所述二极管的阳极，所述二极管的阴极作为所述开关模块的输出端。

3.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述三级管的基极通过所述第一电阻与所述控制模块的输出端连接；所述第二电阻一端与所述第一三极管的基极连接，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的发射极连接；所述第三电阻一端与所述MOS管的源极连接，所述第三电阻的另一端与所述MOS管的栅极连接；所述MOS管的栅极通过所述第四电阻与所述第一三极管的集电极连接。

4.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述控制模块包括单片机，所述单片机在判断所述采样电压低于设定电压阈值时，控制输出第一控制信号。

5.根据权利要求4所述的电源切换电路，其特征在于，所述单片机在所述采样电压不低于设定电压阈值时，控制输出第二控制信号，所述第二控制信号不能使所述开关模块的输入端与输出端连通。

6.根据权利要求4或5所述的电源切换电路，其特征在于，所述控制模块还包括电压变换模块，所述电压变换模块的输入端连接所述第二电源的输出端，所述电压变换模块的输出端连接所述单片机的供电端，所述电压变换模块将所述第二电源输出的电压进行变换后为所述单片机供电。

7.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述分压模块包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端与所述第六电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端连接所述第一电源的输出端，所述第六电阻的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述设定电压阈值大于零。

9.一种供电***，其特征在于，包括第一电源、第二电源和如权利要求1-8中任一项所述的电源切换电路。

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