CN207853559U - 一种具有高低压互锁切换功能的切换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，包括第一二极管、第二二极管、第一电阻和第一MOS管；所述第一二极管的负极与第一MOS管的源极连接；所述第一MOS管的漏极与第二二极管的负极连接并连接到负载，所述第一MOS管的栅极与第二二极管的正极连接；所述第二二极管的正极或负极通过第一电阻连接至低压地；所述第一二极管的正极作为切换电路的高压输入端，所述第二二极管的正极作为切换电路的低压输入端。本实用新型使用简单的电路，实现向负载进双供电，使得在主电源发生故障或欠压时能够无缝切换使用备用电源供电，保障负载的用电稳定。本实用新型广泛应用于电子电路技术领域。

Description

一种具有高低压互锁切换功能的切换电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其是一种具有高低压互锁切换功能的切换电路。

背景技术

在需要稳定供电的场合，通常使用双路供电。例如对电动汽车电机控制器的供电，传统做法是使用12V蓄电池单独供电，但这样在12V蓄电池欠压或发生故障时，无法实现对电机控制器的正常供电，从而导致电机失去控制造成危险，为了弥补单独供电的不足，可以使用高压电池包通过DC/DC转换后作为备用电源，与12V蓄电池并联实现双路供电。但是，在使用双路供电的场合，尤其是对汽车控制器的供电，对供电质量的要求很高，现有的双路供电电路的响应速度不高，无法实现无缝切换，为了保证响应速度，需要复杂的电路来实现，这又使得电路的故障率高、可靠性低。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种具有高低压互锁切换功能的切换电路。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，包括第一二极管、第二二极管、第一电阻和第一MOS管；

所述第一二极管的负极与第一MOS管的源极连接；

所述第一MOS管的漏极与第二二极管的负极连接后作为切换电路的输出端连接至负载，所述第一MOS管的栅极与第二二极管的正极连接；所述第二二极管的正极或负极通过第一电阻连接至低压地；

所述第一二极管的正极作为切换电路的高压输入端，所述第二二极管的正极作为切换电路的低压输入端；

所述切换电路用于切换对负载的高压供电或低压供电。

进一步地，所述切换电路的低压输入端连接到低压电池。

进一步地，所述切换电路的高压输入端通过DC/DC反激式电源电路连接到高压电池。

进一步地，所述DC/DC反激式电源电路包括高压侧电路、低压侧电路、隔离变压器和反馈电路，所述高压侧电路分别与高压电池和隔离变压器连接，所述低压侧电路分别与隔离变压器和切换电路连接，所述反馈电路分别与隔离变压器和高压侧电路连接。

进一步地，所述高压侧电路包括反激电源芯片、第一电容、第二电容、第二电阻、第三电阻、第七电阻、第二MOS管、第三二极管和第四二极管；

所述反激电源芯片的第一端通过第一电容与高压电池的负极连接，所述反激电源芯片的第二端与反馈电路连接，所述反激电源芯片的第三端通过第七电阻连接到高压地，所述反激电源芯片的第四端与高压电池的负极连接并接高压地，所述反激电源芯片的第五端与第三电阻的一端连接，所述反激电源芯片的第六端与第二MOS管的栅极连接，所述反激电源芯片的第七端分别与高压电池的正极、第三二极管的正极和隔离变压器的第一端连接；

所述第三电阻的另一端与第二MOS管的源极连接并通过第二电阻连接到高压地；

所述第二MOS管的漏极分别与隔离变压器的第二端和第四二极管的正极连接；

所述第四二极管的负极与第三二极管的负极连接；

所述第二电容的两端分别与高压电池的正极和负极连接。

进一步地，所述反馈电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻和第五二极管；

所述隔离变压器的第三端连接到高压地，所述隔离变压器的第四端分别与第五二极管的正极和第五电阻的一端连接；

所述第五电阻的另一端通过第六电阻连接到高压地，所述第五电阻的另一端与反激电源芯片的第二端连接；

所述第五二极管的负极通过第四电阻与高压电池的正极连接。

进一步地，所述低压侧电路包括电压监控芯片、第六二极管、第八电阻和第三电容；

所述电压监控芯片的第一端分别与隔离变压器的第五端和第六二极管的负极连接，所述电压监控芯片的第二端分别与第六二极管的正极、第八电阻的另一端、第三电容的另一端连接至低压地，所述电压监控芯片的第三端分别与隔离变压器的第六端、第八电阻的一端、第三电容的一端和切换电路连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型切换电路，仅使用简单的元件以及电路结构，利用MOS管响应速度快和截止导通存在压差的特点，实现两路供电的互锁切换，且两路供电互不干扰和快速切换，大大降低了电源切换方案的成本和高低压供电的互相干扰。本实用新型可以实现向负载进行双供电，使得在主电源发生故障或欠压时能够无缝切换使用备用电源供电，保障负载的用电稳定。

附图说明

图1为本实用新型切换电路的电路图；

图2为本实用新型切换电路和DC/DC反激式电源电路的电路图；

图3为本实用新型DC/DC反激式电源电路的电路图。

具体实施方式

本实用新型一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，如图1和图2的第4部分虚线框内电路所示，包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1和第一MOS管Q1；

所述第一二极管D1的负极与第一MOS管Q1的源极连接；

所述第一MOS管Q1的漏极与第二二极管D2的负极连接后作为切换电路的输出端连接至负载，所述第一MOS管Q1的栅极与第二二极管D2的正极连接；所述第二二极管D2的正极或负极通过第一电阻R1连接至低压地；

所述第一二极管D1的正极作为切换电路的高压输入端，所述第二二极管D2的正极作为切换电路的低压输入端；

所述切换电路用于切换对负载的高压供电或低压供电。

第一电阻R1的一端接低压地，另一端既可以接第二二极管D2的正极，也可以接第二二极管D2的负极，均能实现切换电路的切换功能。

本实用新型切换电路可以应用在各种需要双供电的领域，如应用在电动汽车电机控制器供电领域，此时，负载便是汽车电机控制器的主控板/驱动板。

本实用新型切换电路分别通过高压输入端和低压输入端各连接一个电源，其中低压输入端所连接的电源为常用电源，高压输入端所连接的电源为备用电源。低压输入端和高压输入端的“高压”和“低压”是相对的，因为低压输入端所连接的电源为常用电源，其容易因持续放电或故障而导致输出电压低于额定电压，而高压输入端所连接的备用电源则能够保持在不低于额定电压的正常水平，而且备用电源通常使用可靠的高压电池。

进一步作为优选的实施方式，所述切换电路的低压输入端连接到低压电池。

进一步作为优选的实施方式，所述切换电路的高压输入端通过DC/DC反激式电源电路连接到高压电池。

低压电池可以使用汽车常用的12V蓄电池，高压电池可以使用36V或48V铅酸蓄电池，DC/DC反激式电源电路可以将高压电池的高压直流电降为负载适用的低压直流电，高压电池的输出电压通过DC/DC反激式电源电路进行降压后输出到切换电路的高压输入端。在正常状态下，切换电路接通低压电池和负载，负载仅由低压电池供电，高压电池作为备用电源，当低压电池发生故障或者欠压，如12V蓄电池的输出电压低于9V，则切换电路接通高压电池和负载，负载仅由高压电池供电，直到低压电池排除故障或者恢复供电电压，如12V蓄电池的输出电压恢复到9V以上后，重新切换到仅由低压电池供电。

下面以使用12V蓄电池作为低压电池、使用本实用新型向电机控制器供电来对切换电路的原理进行说明。

当12V蓄电池电压不低于9V时，第一MOS管Q1截止，主控板和驱动板只由12V蓄电池供电。当12V蓄电池欠压低于9V时，Q1导通，主控板和驱动板只由高压电池和经过DC/DC反激式电源电路转换得到的12V低压电源供电，直到12V蓄电池电压恢复到不低于9V后，Q1截止，主控板和驱动板由12V蓄电池单独供电。

为了达到上述技术效果，第一MOS管Q1可以采用栅源极开启电压U_gs为3V的MOS管。当12V蓄电池的输出电压由12V逐渐降低至9V以下时，DC/DC反激式电源电路输出的12V电源与蓄电池输出的9V正好分别加在第一MOS管Q1的栅极和源极，使得第一MOS管Q1达到开启电压3V，第一MOS管Q1导通，负载只由DC/DC反激式电源电路供电。当12V蓄电池的输出电压由低电压逐渐升高至9V及更高时，第一MOS管栅源极间电压达不到开启电压，第一MOS管Q1截止，负载只由12V蓄电池供电。第一二极管D1和第二二极管D2防止两路供电电源互相干扰。第一电阻R1作为限流电阻保护第一MOS管Q1。

切换电路的原理，可以总结如表1所示。

表1

12V蓄电池输出电压	第一MOS管Q1	主控板/驱动板供电方式
			≥9V(正常)	截止	12V蓄电池
<9V(欠压)	导通	高压电池和DC/DC反激式电源电路

本实用新型切换电路利用MOS管响应时间短和导通截止存在压差的特点，实现高低压供电的快速切换和互锁，任何时间只有一路供电，保证高低压供电互不干扰，达到车载12V蓄电池欠压或故障不影响电机控制器供电的目的。

进一步作为优选的实施方式，所述DC/DC反激式电源电路包括高压侧电路、低压侧电路、隔离变压器和反馈电路，所述高压侧电路分别与高压电池和隔离变压器连接，所述低压侧电路分别与隔离变压器和切换电路连接，所述反馈电路分别与隔离变压器和高压侧电路连接。

高压侧电路是DC/DC反激式电源电路的高压部分，其负责与隔离变压器配合对高压电池提供的高压直流电进行降压。反馈电路形成隔离变压器与高压侧电路的反馈通路，使得高压侧电路能够正常工作。隔离变压器除了变压的功能外，还将高压侧电路与低压侧电路隔离开，使得整个电路的地线分为高压地和低压地，高压侧电路接高压地，低压侧电路接低压地，减少高压侧电路对低压侧电路的影响。

本实用新型DC/DC反激式电源电路与其他电路的连接如图2所示。图2的第3部分虚线框内电路为本实用新型DC/DC反激式电源电路。如图2的第1部分虚线框内电路所示，KL30端连接到12V蓄电池的正极，KL31端连接到12V蓄电池的负极。如图2的第2部分虚线框内电路所示，B+端连接到高压电池的正极，B-端连接到高压电池的负极，高压电池可以使用48V铅酸蓄电池。LOAD端连接到电机控制器主控板和驱动板。

为了更清楚地说明DC/DC反激式电源电路的结构，下面结合图3进行说明。图3为图2的第3部分虚线框内电路，即本实用新型DC/DC反激式电源电路。

进一步作为优选的实施方式，如图3的A部分虚线框内电路所示，所述高压侧电路包括反激电源芯片U1、第一电容C1、第二电容C2、第二电阻R2、第三电阻R3、第七电阻R7、第二MOS管Q2、第三二极管D3和第四二极管D4；

所述反激电源芯片U1的第一端通过第一电容C1与高压电池的负极连接，所述反激电源芯片U1的第二端与反馈电路连接，所述反激电源芯片U1的第三端通过第七电阻R7接高压地，所述反激电源芯片U1的第四端与高压电池的负极连接并接高压地，所述反激电源芯片U1的第五端与第三电阻R3的一端连接，所述反激电源芯片U1的第六端与第二MOS管Q2的栅极连接，所述反激电源芯片U1的第七端分别与高压电池的正极、第三二极管D3的正极和隔离变压器T1的第一端连接；

所述第三电阻R3的另一端与第二MOS管Q2的源极连接并通过第二电阻R2接高压地；

所述第二MOS管Q2的漏极分别与隔离变压器T1的第二端和第四二极管D4的正极连接；

所述第四二极管D4的负极与第三二极管D3的负极连接；

所述第二电容C2的两端分别与高压电池的正极和负极连接。

当反激电源芯片U1选用型号为UCC28730QDRQ1的芯片时，反激电源芯片U1的第一端为VDD端，第二端为VS端，第三端为CBC端，第四端为GND端，第五端为CS端，第六端为DRV端，第七端为HV端。

隔离变压器T1可以使用反激式变压器，其第一端是第一一次侧的异名端，第二端是第一一次侧的同名端，第三端是第二一次侧的异名端，第四端是第二一次侧的同名端，第五端是二次侧的异名端，第六端是二次侧的同名端。

反激电源芯片U1能够输出波形对第二MOS管Q2进行调制，从而形成交变电流并输入隔离变压器T1的一次侧。使用反激式电源芯片进行降压，电路简单，能高效提供直流输出，且转换效率高，变压器匝数比值可以很小，输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，提高高压电池作为电源时的电压稳定性。

进一步作为优选的实施方式，如图3的B部分虚线框内电路所示，所述反馈电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第五二极管D5；

所述隔离变压器T1的第三端接高压地，所述隔离变压器T1的第四端分别与第五二极管D5的正极和第五电阻R5的一端连接；

所述第五电阻R5的另一端通过第六电阻R6接高压地，所述第五电阻R5的另一端与反激电源芯片U1的第二端连接；

所述第五二极管D5的负极通过第四电阻R4与高压电池的正极连接。

反馈电路可以接收低压侧电路反馈的信号，并将信号传给高压侧电路，从而形成闭环，实现降压电路输出电压的稳定。

进一步作为优选的实施方式，如图3的C部分虚线框内电路所示，所述低压侧电路包括电压监控芯片U2、第六二极管D6、第八电阻R8和第三电容C3；

所述电压监控芯片U2的第一端分别与隔离变压器T1的第五端和第六二极管D6的负极连接，所述电压监控芯片U2的第二端分别与第六二极管D6的正极、第八电阻R8的另一端、第三电容C3的另一端和低压地连接，所述电压监控芯片U2的第三端分别与隔离变压器T1的第六端、第八电阻R8的一端、第三电容C3的一端和切换电路连接。

当电压监控芯片U2选用型号为UCC24650DBVR的芯片时，电压监控芯片U2的第一端为WAKE端，第二端为GND端，第三端为VDD端。U2用于监视变压器T1的二次侧电压，定期测量其自身的VDD电压。当相对上一读数存在3％纹波电压时，会向一次侧稳压控制器U1发送唤醒警报信号。具体实现方式为U2会自动向反激变压器T1的二次侧绕组重复发送33kHz的限流脉冲，从而将信号耦合至变压器T1的第二个一次侧，信号通过反馈电路直到控制器U1的VS引脚监测到唤醒警告信号后控制Q2动作将电压重新稳定。低压侧电路可以将隔离变压器T1输出的交流电进行稳压和滤波，然后输出至切换电路。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但对本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，其特征在于，包括第一二极管、第二二极管、第一电阻和第一MOS管；

所述第一二极管的负极与第一MOS管的源极连接；

所述第一MOS管的漏极与第二二极管的负极连接后作为切换电路的输出端连接至负载，所述第一MOS管的栅极与第二二极管的正极连接；所述第二二极管的正极或负极通过第一电阻连接至低压地；

所述第一二极管的正极作为切换电路的高压输入端，所述第二二极管的正极作为切换电路的低压输入端；

所述切换电路用于切换对负载的高压供电或低压供电。

2.根据权利要求1所述的一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，其特征在于，所述切换电路的低压输入端连接到低压电池。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，其特征在于，所述切换电路的高压输入端通过DC/DC反激式电源电路连接到高压电池。

4.根据权利要求3所述的一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，其特征在于，所述DC/DC反激式电源电路包括高压侧电路、低压侧电路、隔离变压器和反馈电路，所述高压侧电路分别与高压电池和隔离变压器连接，所述低压侧电路分别与隔离变压器和切换电路连接，所述反馈电路分别与隔离变压器和高压侧电路连接。

5.根据权利要求4所述的一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，其特征在于，所述高压侧电路包括反激电源芯片、第一电容、第二电容、第二电阻、第三电阻、第七电阻、第二MOS管、第三二极管和第四二极管；

所述反激电源芯片的第一端通过第一电容与高压电池的负极连接，所述反激电源芯片的第二端与反馈电路连接，所述反激电源芯片的第三端通过第七电阻连接到高压地，所述反激电源芯片的第四端与高压电池的负极连接并接高压地，所述反激电源芯片的第五端与第三电阻的一端连接，所述反激电源芯片的第六端与第二MOS管的栅极连接，所述反激电源芯片的第七端分别与高压电池的正极、第三二极管的正极和隔离变压器的第一端连接；

所述第三电阻的另一端与第二MOS管的源极连接并通过第二电阻连接到高压地；

所述第二MOS管的漏极分别与隔离变压器的第二端和第四二极管的正极连接；

所述第四二极管的负极与第三二极管的负极连接；

所述第二电容的两端分别与高压电池的正极和负极连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，其特征在于，所述反馈电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻和第五二极管；

所述隔离变压器的第三端连接到高压地，所述隔离变压器的第四端分别与第五二极管的正极和第五电阻的一端连接；

所述第五电阻的另一端通过第六电阻连接到高压地，所述第五电阻的另一端与反激电源芯片的第二端连接；

所述第五二极管的负极通过第四电阻与高压电池的正极连接。

7.根据权利要求6所述的一种具有高低压互锁切换功能的切换电路，其特征在于，所述低压侧电路包括电压监控芯片、第六二极管、第八电阻和第三电容；

所述电压监控芯片的第一端分别与隔离变压器的第五端和第六二极管的负极连接，所述电压监控芯片的第二端分别与第六二极管的正极、第八电阻的另一端、第三电容的另一端连接至低压地，所述电压监控芯片的第三端分别与隔离变压器的第六端、第八电阻的一端、第三电容的一端和切换电路连接。