CN207926260U - 一种多路供电自动切换电路及电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多路供电自动切换电路，一种多路供电自动切换电路，包括N条供电通道，其中，N为大于1的正整数；所述每条供电通道包括一个具有第一接线端、第二接线端和第三接线端的晶体管以及连接于所述晶体管第一接线端的电阻，并且，第i条供电通道还包括分别连接于所述PMOS栅极的i‑1个二极管；其中，i为正整数，且1＜i≤N；所述晶体管是PMOS管或PNP三极管；所述第一接线端是所述PMOS管的栅极或所述PNP三极管的基极；所述第二接线端是所述PMOS管的漏极或所述PNP三极管的集电极；所述第三接线端是所述PMOS管的源极或所述PNP三极管的发射极。

Description

一种多路供电自动切换电路及电源装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，具体涉及一种多路供电自动切换电路。

背景技术

随着科技的发展，电力电子技术飞速发展，仅靠传统的单路供电方式已经很难满足层出不穷的电力设备对供电***所提出的更高要求，特别是在电源***出现故障时，单路供电的供电异常会导致整个负载***的瘫痪，甚至会导致严重的安全隐患和巨大的经济损失，例如，在航天军工领域，工控领域或者医疗领域等。

为了提高供电***的安全性，多路供电方式应运而生。通常情况下，多路供电***具有多个供电通道，在工作时，其中一个通道处于导通供电状态，其余通道处于备用状态，一旦供电通道出现异常，可以切换至备用通道继续供电，从而实现对整个负载***的持续供电，由此可见，针对多路供电方式，其切换电路的性能将直接影响供电***的使用和安全，但是现有技术中的多路供电切换电路大多只考虑了如何有效切换，而缺乏对不同供电电源类型有针对性的自动切换，这就限制了多路供电的应用。

因此，目前需要一种灵活性好且稳定性高的多路供电自动切换电路。

发明内容

本实用新型提供了一种多路供电自动切换电路，包括N条供电通道，其中，N为大于1的正整数；所述每条供电通道包括一个具有第一接线端、第二接线端和第三接线端的晶体管以及连接于所述晶体管第一接线端的电阻，并且，第i条供电通道还包括分别连接于PMOS栅极的i-1个二极管；

其中，i为正整数，且1＜i≤N；所述晶体管是PMOS管或PNP三极管；所述第一接线端是所述PMOS管的栅极或所述PNP三极管的基极；所述第二接线端是所述PMOS管的漏极或所述PNP三极管的集电极；所述第三接线端是所述PMOS管的源极或所述PNP三极管的发射极。

优选的，所述第i条供电通道的供电电源VINi连接于所述第i条供电通道的所述晶体管的第三接线端，所述第一条供电通道的供电电源VIN1至所述第i-1条供电通道的供电电源VINi-1分别经一个所述二极管连接于该条通道的所述晶体管的第一接线端。

优选的，所述第一条供电通道的供电电源VIN1还连接于所述第一条供电通道的所述晶体管的第三接线端。

优选的，所述N条供电通道的供电电源电压相同，均为VIN。

优选的，所述晶体管的门限开启电压V_TH满足：V_TH＞-VIN。

优选的，所述VIN为5V时，所述电阻的取值范围是1千欧～100千欧。

优选的，所述每条供电通道还包括连接于该条通道所述晶体管第二接线端的二极管。

优选的，所述切换电路还包括储能电容，所述晶体管的第二接线端经连接于所述第二接线端的所述二极管连接于所述储能电容。

优选的，所述供电通道的供电电源为5V，最大通流量需求为2A时，所述储能电容的容值范围是100微法以上，耐压是10V以上。

根据本实用新型的另一个方面，还提供一种电源装置，包括如上所述的多路供电自动切换电路以及分别连接于所述N条供电通道的N个供电电源。

本实用新型提供的多路供电自动切换电路，通过为多路供电通道分配优先级顺序，并利用多路通道的切换开关实现多路供电电源的按顺序自动切换，提高了多路供电的灵活性；利用单向导通器件和用于辅助切换的储能电容，保证了切换安全和无缝切换，提高了多路供电的稳定性；特别是，整体切换电路只采用了硬件进行搭建，无需使用软件辅助或人工手动操作就可实现自动切换，不仅实用性强、实现方式简单而且成本较低。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例的两路供电自动切换电路结构示意图。

图2是本实用新型较佳实施例的三路供电自动切换电路结构示意图。

图3是本实用新型较佳实施例的多路供电自动切换电路结构示意图。

图4是本实用新型较佳实施例的自动切换供电设备的结构示意图.

图5是本实用新型另一实施例的双通道切换电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。

图1是本实用新型较佳实施例的包括两路供电通道的供电自动切换电路的示意图，如图1所示，该切换电路包括第一供电通道、第二供电通道和储能电容C1。

其中，第一供电通道包括用于通道切换的PMOS场效应晶体管MOS1、用于限流的电阻R1以及防止通道之间电流倒灌的肖特基势垒二极管D1。其中，D1的正极连接于MOS1的漏极(D)，D1的负极连接至负载供电 (VOUT)；限流电阻R1连接于MOS1的栅极(G)并接地；第一通道的供电电源VIN1连接于MOS1的源极(S)，电容C1连接于D1的负极并接地，可利用MOS1漏极(D)和源极(S)之间的导通或关断实现VIN1的输出供电以及对电容C1的充电。

第二供电通道在结构上与第一供电通道相似，同样包括用于通道切换的PMOS场效应晶体管MOS2、用于限流的电阻R2以及防止通道之间电流倒灌的肖特基势垒二极管D22，其中，D22的正极连接于MOS2的漏极 (D)，D22的负极连接至负载供电(VOUT)；限流电阻R2连接于MOS2 的栅极(G)并接地。与第一供电通道的区别在于，第二通道的供电电源 VIN2连接于MOS2的源极(S)，第一通道的供电电源VIN1通过二极管 D21连接于MOS2栅极(G)。另外，电容C1同样也连接于D22的负极并接地，可利用MOS1漏极(D)和源极(S)之间的导通或关断实现VIN1 与VIN2输出供电的切换以及对电容C1充电的切换。

根据PMOSFET的原理可知，其漏极(D)和源极(S)之间的导通或关断可由栅极(G)与源极(S)之间的电压差V_GS决定，假设PMOSFET 的门限开启电压为V_TH，则有V_GS＜V_TH时，PMOSFET导通，反之则关断。

将第一通道供电电源VIN1和第二通道供电电源VIN2连接于到上述切换电路的指定器件相应端，其中，VIN1＝VIN2，且V_TH＞-VIN1，由上述原理可知，正常情况下，可有MOS1的V_GS1＝-VIN1，MOS2的 V_GS2为0或为正，即MOS1导通，MOS2断开，此时第一通道供电电源VIN1为负载供电，且为电容C1充电；若第一通道的供电电源VIN1发生异常无法供电，则有MOS2的V_GS2＝-VIN2，使MOS2导通，即切换电路将会自动切换至第二通道，使用第二通道供电电源为负载供电；若第一通道的供电电源VIN1恢复正常，则有MOS1的V_GS1＝-VIN1，MOS2的 V_GS2为0或为正，使MOS1导通，MOS2断开，即切换电路将会自动切换回第一通道，使用第一通道供电电源为负载供电；同时，在切换过程中，利用储能电容C1放电以避免切换延时导致的供电中断。

由此可知，利用本实用新型提供的切换电路，可以实现两路供电通道之间的按照顺序的自主切换。

在本实用新型的一个实施例中，上述PMOS的门限开启电压V_TH与

VIN的差值越大，该PMOS的导通电阻越小，另外，为了保证通流量需求以及PMOS的稳定性，在选择上述切换电路中使用的PMOS时，还应使 PMOS的V_GS和V_ds的最大绝对值大于供电通道所连接的供电电源VIN。

在本实用新型的另一实施例中，上述限流电阻的选择可根据封装情况或供电电源的大小选择，例如，当供电电源均为5V、电阻封装为0603时，电阻的选值范围可以是1千欧～100千欧。

在本实用新型的另一实施例中，上述储能电容C1的选择可根据供电***的通流量和供电电源的大小选择，例如，当供电电源均为5V、最大通流量需求为2A时，储能电容C1的选值范围可以是100微法以上，耐压在10V以上。

在本实用新型的另一实施例中，上述切换电路还可包括第三供电通道。图2是本实用新型较佳实施例的三路供电自动切换电路结构示意图，如图 2所示，其第一、第二供电通道与图1的第一、第二供电通道完全相同，第三供电通道与第一、第二供电通道结构类似，也包括用于通道切换的 MOS3、用于限流的电阻R3以及防止通道之间电流倒灌的D33，其中，D33的正极连接于MOS3的漏极(D)，D33的负极连接至负载供电(VOUT)；限流电阻R3连接于MOS3的栅极(G)并接地。其与第一、第二供电通道的区别在于，第三通道的供电电源VIN3连接于MOS3的源极(S)，第一通道的供电电源VIN1通过二极管D31连接于MOS3栅极(G)；第二通道的供电电源VIN2通过二极管D32连接于MOS3栅极(G)。另外，电容 C1同样也连接于D33的负极并接地，可利用MOS3漏极(D)和源极(S) 之间的导通或关断实现VIN1、VIN2与VIN3输出供电的切换以及对电容 C1充电的切换。

与VIN1和VIN2之间的切换过程相似，已知VIN1＝VIN2＝VIN3，，利用上述切换电路，可以实现在VIN1和VIN2无法供电时，自动切换至第三供电通道，使用VIN3进行供电，从而实现从第一至第三供电通道之间按先后顺序的自动切换，即第一供电通道优先于第二供电通道，第二供电通道优先于第三供电通道。

根据上面的描述，本领域的普通技术人员可以理解，上述切换电路还可包括更多的与上述第三供电通道类似的供电通道，并采用类似第三条供电通道的电路结构实现多通道的按顺序切换。例如，图3是本实用新型较佳实施例的多路供电自动切换电路结构示意图，该切换电路具有N条供电通道，N为大于1的正整数，则有第i条供电通道(其中，1＜i≤N，且i为正整数)包括用于通道切换的MOSi、用于限流的电阻Ri以及防止通道之间电流倒灌的Dii。同时，第i条供电通道的供电电源VINi连接于MOSi的源极(S)，第一通道的供电电源VIN1至第i-1条供电通道的供电电源VINi-1分别通过二极管Di1至Di-1连接于MOSi栅极(G)。另外，电容C1同样也连接于Dii的负极，可利用MOSi漏极(D)和源极(S) 之间的导通或关断实现VIN1至VINi输出供电以及对电容C1充电的按先后顺序切换，其中，该第i条供电通道的切换顺序优先级P_i可满足： P_i-1＞P_i＞P_i+1。

根据本实用新型的一个方面，还可以提供一种包含上述切换电路的供电设备，例如，图4是本实用新型较佳实施例的自动切换供电设备的结构示意图，如图4所示，该设备包括如图2所示的三通道供电自动切换电路以及连接于该切换电路的电源组件1，还有用于连接负载的业务接口、用于指示业务接口连接情况的指示灯；其中，电源组件1包括分别连接于供电通道power1、power2和power3的三个供电电源，供电通道power1对应于图2所示切换电路的第一通道，供电通道power2对应于图2所示切换电路的第二通道，供电通道power3对应于图2所示切换电路的第三通道，因此可知上述三个供电通道的优先级为power1优先于power2，power2 优先于power3。

在上述供电设备工作时，切换电路首先选择与power1连接的供电电源供电，在该电源发生异常掉电时，可利用上述切换电路自动切换至 power2供电，在与power1和power2连接的两个供电电源同时异常掉电时，可切换至power3进行供电，从而实现在与power1、power2和power3连接的三个供电电源之间的按顺序切换。

尽管在上述实施例中，采用了PMOSFET对本实用新型提供的切换电路结构进行了说明，但本领域普通技术人员应理解，在其它实施例中，上述PMOSFET还可以替换为其它开关器件，并可根据开关器件的导通原理相适应地调整电路的连接方式，例如，如图5所示的以PNP三极管作为开关器件的双通道切换电路为例，该切换电路与图1所示的电路相似，主要区别在于使用了PNP三极管代替了图1中的MOS管，根据PNP三极管的导通原理，采用PNP三极管的切换电路也能够实现第一供电通道与第二供电通道的按顺序自动切换。

虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所做出的各种改变以及变化。

Claims (10)

1.一种多路供电自动切换电路，包括N条供电通道，其中，N为大于1的正整数；所述每条供电通道包括一个具有第一接线端、第二接线端和第三接线端的晶体管以及连接于所述晶体管第一接线端的电阻，并且，第i条供电通道还包括分别连接于PMOS栅极的i-1个二极管；

其中，i为正整数，且1＜i≤N；所述晶体管是PMOS管或PNP三极管；所述第一接线端是所述PMOS管的栅极或所述PNP三极管的基极；所述第二接线端是所述PMOS管的漏极或所述PNP三极管的集电极；所述第三接线端是所述PMOS管的源极或所述PNP三极管的发射极。

2.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于，所述第i条供电通道的供电电源VINi连接于所述第i条供电通道的所述晶体管的第三接线端，所述第一条供电通道的供电电源VIN1至所述第i-1条供电通道的供电电源VINi-1分别经一个所述二极管连接于该条通道的所述晶体管的第一接线端。

3.根据权利要求2所述的切换电路，其特征在于，所述第一条供电通道的供电电源VIN1还连接于所述第一条供电通道的所述晶体管的第三接线端。

4.根据权利要求3所述的切换电路，其特征在于，所述N条供电通道的供电电源电压相同，均为VIN。

5.根据权利要求4所述的切换电路，其特征在于，所述晶体管的门限开启电压V_TH满足：V_TH＞-VIN。

6.根据权利要求4所述的切换电路，其特征在于，所述VIN为5V时，所述电阻的取值范围是1千欧～100千欧。

7.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于，所述每条供电通道还包括连接于该条通道所述晶体管第二接线端的二极管。

8.根据权利要求7所述的切换电路，其特征在于，所述切换电路还包括储能电容，所述晶体管的第二接线端经连接于所述第二接线端的所述二极管连接于所述储能电容。

9.根据权利要求8所述的切换电路，其特征在于，所述供电通道的供电电源为5V，最大通流量需求为2A时，所述储能电容的容值范围是100微法以上，耐压是10V以上。

10.一种电源装置，包括如权利要求1至9任一项所述的多路供电自动切换电路以及分别连接于所述N条供电通道的N个供电电源。