CN208874344U - 主电源与备用电源切换电路以及切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种主电源与备用电源切换电路和一种主电源与备用电源切换装置。所述切换电路包括第一PMOS管、第二PMOS管和NMOS管，所述第一PMOS管的D极连接主电源接入端，S极连接电源输出端，所述第二PMOS管的S极连接备用电源接入端，D极连接电源输出端，所述NMOS管的S极连接电路地，D极连接所述第一PMOS管的G极,所述第二PMOS管的G极和所述NMOS管的G极均连接主电源检测电平接入端，所述第一PMOS管的G极和S极之间连接有第一电阻，所述主电源检测电平接入端和电路地之间连接有第二电阻。所述切换装置采用上述切换电路进行主电源和备用电源的切换。本实用新型能够更好地实现主电源和备用电源的切换，以利于节约备用电源能量，并实现主电源与备用电源切换的平稳。

Description

主电源与备用电源切换电路以及切换装置

技术领域

本实用新型涉及一种主电源与备用电源切换电路，还涉及一种采用这种切换电路的主电源与备用电源切换装置，属于电源与电路控制领域。

背景技术

目前的电子设备中，电源的稳定性尤为重要，在很多应用中，电子设备都具备两个电源。特别是在一些主电源能源采集方案的设备中，在外界因素变化的影响下，主电源可能会功率输出不够或者不稳定。为保证输出功率的稳定，通常情况下会设有主电源状态监测单元和电源切换电路，用于监测主电源状态并在主电源异常时切换到备用电源（第二电源）。

现有众多的电源切换电路主要采用双二极管电源切换方案和继电器电源切换方案，这两种切换方案都存在一定的缺陷，在正常运行状态下，主电源和备用电源可能同时运行，并且在切换电源时候，不能很好地切断主电源或者备用电源，造成能量浪费或达不到相应的电源管理目的。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种主电源与备用电源切换电路，还提供了一种主电源与备用电源切换装置，能够更好地实现主电源和备用电源的切换，以利于节约备用电源能量，并实现主电源与备用电源切换的平稳。

本实用新型的技术方案是：

一种主电源与备用电源切换电路，其包括第一PMOS管、第二PMOS管和NMOS管，所述第一PMOS管的D极连接主电源接入端，S极连接电源输出端，所述第二PMOS管的S极连接备用电源接入端，D极连接电源输出端，所述NMOS管的S极连接电路地（Ground，GND），D极连接所述第一PMOS管的G极,所述第二PMOS管的G极和所述NMOS管的G极均连接主电源检测电平接入端，所述第一PMOS管的G极和S极之间连接有第一电阻，所述主电源检测电平接入端和电路地之间连接有第二电阻。

优选地，所述电源输出端和电路地之间连接有稳压电容，所述稳压电容的正极连接所述电源输出端。

优选地，还可以设有主电源检测电平输出端，所述主电源检测电平输出端与所述主电源检测电平接入端连接。

优选地，还可以设有电源输出信号端口。

一种主电源与备用电源切换装置，其包括主电源、备用电源、用于实现主电源与备用电源切换的切换电路以及能够检测主电源输出状态的主电源状态检测单元，所述切换电路采用本实用新型任一所述的主电源与备用电源切换电路，所述主电源的输出连接所述主电源接入端，所述备用电源的输出连接所述备用电源接入端，所述主电源状态检测单元在主电源的输出端电压高于设定的下限阈值时输出高电平，在主电源的输出端电压低于设定的下限阈值时输出低电平，其电平输出连接所述主电源检测电平接入端。

优选地，所述主电源与所述切换电路之间设有防逆流单元，所述主电源的正、负输出分别连接所述防逆流单元的相应输入端，所述防逆流电路的正输出连接所述主电源接入端，所述防逆流电路的负输出连接所述电路地。

所述防逆流单元可以采用任意适宜的现有技术，例如，LDO线性稳压器或隔离二极管。

所述主电源可以设有电源管理集成电路芯片（简称电源管理芯片或电源IC），以形成稳定的输出，并减少不必要的能耗，所述电源管理芯片可以采用任意适宜的现有技术或其他技术。

所述主电源状态检测单元可以采用任意适宜的现有技术，例如，能够在主电源的输出端电压高于设定的下限阈值时输出高电平、在主电源的输出端电压低于设定的下限阈值时输出低电平的现有检测芯片、比较电路以及其他各种能够满足上述要求的电路。在现有技术背景下，可以包括用于采集主电源输出电压信号的电压采集元件及能够进行电压比对的电压检测集成电路芯片（简称电压检测芯片或电压检测IC），所述电压采集元件的输出接入所述电压检测集成电路芯片。

所述备用电源可以包括蓄电池或蓄电池组并设有用于切换所述蓄电池或蓄电池组充放电连接状态的充放电切换电路，所述充放电切换电路的放电输出构成所述备用电源的输出，所述充放电切换电路的充电输入设有外部电源接口。所述充放电切换电路可以采用任意适宜的现有技术，以实现对蓄电池或蓄电池组充放电的切换，在以主电源为蓄电池或蓄电池组的充电电源时，通过这种切换在主电源能够充电且为蓄电池或蓄电池组充电的情况下进行所需的充电，在主电源不能正常供电而需要蓄电池对负载供电的情况下，避免充电干扰。

优选地，所述外部电源接口连接所述主电源的输入，以主电源作为蓄电池或蓄电池组的充电电源。

所述主电源和备用电源的输出可以为3.6V直流电或其他适应输出，例如，所述主电源采用将外部交流电转化为相应直流输出的交直流转换电路，所述备用电源采用相应规格的蓄电池/蓄电池组。

本实用新型切换电路的主要工作过程为：当主电源处于正常工作状态时，主电源状态检测单元会输出高电平，NMOS管的G极电压Vg足够大于其S极电压Vs，则NMOS管的D极和S极导通，第一PMOS管的G极电压Vg被拉低，第一PMOS管的S极电压Vs在主电源和备用电源都正常的情况下会保持正常的电源电压水平，使第一PMOS管的Vg足够小于其Vs，第一MOS管导通，主电源向负载供电，同时，第二PMOS管由于其Vg近乎等于其Vs，处于截状态，不向负载供电。当主电源工作出现异常，电压会下降，依据实际情况可以设定主电源电压下降的阈值，例如，额定电压的80%，当主电源实际输出电压低于这个阈值时，主电源状态检测单元会输出低电平，第二电阻会把NMOS管的S级电压Vs拉到零电位GND的水平，使得NMOS管的Vg近乎等于其Vs，NMOS管截止，由于第一电阻的存在且第一电阻此时没有电流，第一PMOS管的Vg近乎等于其Vs，第一PMOS管截止，而第二PMOS管由于其Vg足够小于其Vs，第二PMOS管导通，由备用电源向负载供电。

本实用新型通过两个PMOS管和一个NMOS管的不同导通与截止状态，实现了主电源与备用电源之间的切换，并确保只有一个电源处于工作状态，不造成浪费，节省能源，提高使用寿命；通过主电源状态监测单元，准确控制备用电源的流向，保证负载的正常工作；通过设置电容储存能量，避免在电路切换时造成的瞬时断电，保证电源平稳切换；具有电源状态指示灯，可以指示主电源状态；本实用新型还可以将主电源状态监测单元的输出接入负载的相应控制装置，在需要时控制负载的工作状态以适应于主电源的供电能力。

附图说明

图1是本实用新型的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型的电源切换电路主要包含第一PMOS管Q1、第二PMOS管Q2、NMOS管Q3、第一电阻R1、第二电阻R2和稳压电容C1。本实用新型的切换装置主要包含主电源1、防逆流单元2、主电源状态监测单元3、备用电源4、负载5和电源切换电路6，所述电源切换电路6采用上述电源切换电路。

主电源1与防逆流单元2连接，防逆流单元2的输出（正极）与电源切换电路6中的第一PMOS管Q1的D极连接，主电源状态检测单元3的相关电压采集元件与主电源1的输出线路连接，主电源状态检测单元3的电平输出与电源切换电路6中的第二PMOS管Q2的G极连接，备用电源4的输出与电源切换电路6中的第二PMOS管Q2的S极连接，电源切换电路6中用于连接负载5的电源输出端与电源切换电路6中的稳压电容C1正极连接，主电源状态检测单元3的电平输出还可以通过电源切换电路6接入或者不通过电源切换电路6而直接接入负载5的相应输入，主电源1、防逆流单元2、主电源状态监测单元3、备用电源4、负载5、电源切换电路6的“地”GND都互相连接。

第一PMOS管Q1的S极与稳压电容C1正极连接，第一PMOS管Q1的G极与第一电阻R1连接，第一电阻R1的另外一端与稳压电容C1正极连接，第一PMOS管Q1的G极与NMOS管Q3的D极连接，NMOS管Q3的G极与第二PMOS管Q2的G极连接，NMOS管Q3的G极还与第二电阻R2连接，第二PMOS管Q2的D极与稳压电容C1正极连接，第二电阻R2的另外一端、NMOS管Q3的S极以及稳压电容C1负极都与“地”GND相互连接。

所述主电源为稳压直流输出电源，可以为整个***包括负载提供能量。

所述防逆流单元作用为隔离主电源和第一PMOS的D极之间的电压。

所述主电源检测单元，是通过检测主电源的输出电源是否达到额定值，并且输出对应的电平信号，从而来达到指示主电源状态这个功能。

所述备用电源作用是在主电源不能正常提供能源的时候继续为***及负载提供能源。

进一步，所述主电源为电源IC，正常工作情况下输出稳定的主直流3.6V。

进一步，所述防逆流单元可以是线性稳压器LDO，输出3.3V。所述防逆流单元也可以是隔离二极管。

进一步，主电源检测单元是电压检测IC，在主电源输出端，检测主电源的输出电压是否达到主电源的额定电压的80%以上。如果主电源的输出端电压正常，主电源检测单元输出的信号为高电平，否则主电源检测单元输出的信号为可靠的低电平。同时此主电源检测单元输出的信号可供负载利用，在不同的电源状态下使用不同的运行模式。另外有些主电源集成了状态信号输出功能，与本单元功能是一致的。

进一步，所述备用电源是在3.6V左右输出的电池。所述备用电源也可以是其他3.6V的DC电源。

进一步，所述电源切换电路，在主电源正常的情况下，主电源检测单元的信号控制导通第一PMOS管的D极和S极，同时截止第二PMOS管的S极和D极，这时后备电源没有电流流向负载，只有主电源给负载供电，节约后备电池的能源。当主电源输出异常时，主电源检测单元会输出另外一个信号，控制截止第一PMOS管的S极和D极，导通第二PMOS管的S极和D极，这时备用电源的能量全部流向负载。当主电源恢复正常时，主电源检测单元的信号控制导通第一PMOS管的D极和S极，同时截止第二PMOS管的S极和D极，这时恢复主电源给供电。

另外，所述电源切换电路中，第一电阻的作用是：当主电源输出异常时，NMOS管会截止，第一电阻的电流为零，则第一电阻两端的电压相等，即第一PMOS的G极和S极的电压一致，此时，第一PMOS管的D极和S极会截止。第二电阻的作用是：使主电源检测单元的输出信号线更加稳定，特别是主电源异常时，可靠拉低NMOS管的G极和第二PMOS管的G极，使NMOS和第二PMOS管在主电源异常时正常导通，保证成功切换到备用电源。电容的作用是，使电路输出电压更加稳定。

本实用新型能够通过主电源状态信号控制，特别是准确控制备用电源的流向，不造成浪费，节约能源。尤其是对像电池这种备用电源有很大的保护，提高使用寿命。

本实用新型具有电源状态指示信号输出，可以指示主电源状态。此信号可以加以利用，在不同的电源状态下使用不同的运行模式。

本实用新型涉及的切换工作情况为：

当主电源1正常工作，主电源状态检测单元3会输出高电平。NMOS管Q3的G极电压Vg足够大于其S极电压Vs，NMOS管Q3的D极和S极导通。则第一PMOS管Q1的G极电压Vg被拉低，此时第一PMOS管Q1的S极电压Vs由于主电源和备用电源都正常工作，第一PMOS管Q1的Vs会保持在高电平水平，则第一PMOS管Q1的Vg足够小于其Vs，MOS管Q1导通。同时，第二PMOS管Q2由于其Vg近乎等于其Vs，第二PMOS管Q2此时是截止的。负载5使用的是主电源1。由于稳压电容C1的存在，输出电压会更加稳定。

当主电源1工作出现异常，其电压会下降，主电源状态检测单元3输出低电平。同时，第二电阻R2会把NMOS管Q3的Vs的电压拉到零电位GND的水平，此时NMOS管Q3的Vg近乎等于其Vs，NMOS管Q3截止。第一PMOS管Q1的Vg由于第一电阻R1的存在且第一电阻R1此时没有电流，第一PMOS管Q1的Vg近乎等于其Vs，第一PMOS管Q1截止。这时第二PMOS管Q2由于其Vg足够小于其Vs，第二PMOS管Q2导通。负载5使用的是备用电源4。由于稳压电容C1的存在，输出电压会更加稳定。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种主电源与备用电源切换电路，其特征在于包括第一PMOS管、第二PMOS管和NMOS管，所述第一PMOS管的D极连接主电源接入端，S极连接电源输出端，所述第二PMOS管的S极连接备用电源接入端，D极连接电源输出端，所述NMOS管的S极连接电路地，D极连接所述第一PMOS管的G极,所述第二PMOS管的G极和所述NMOS管的G极均连接主电源检测电平接入端，所述第一PMOS管的G极和S极之间连接有第一电阻，所述主电源检测电平接入端和电路地之间连接有第二电阻。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于所述电源输出端和电路地之间连接有稳压电容，所述稳压电容的正极连接所述电源输出端。

3.如权利要求1或2所述的电路，其特征在于还设有主电源检测电平输出端，所述主电源检测电平输出端与所述主电源检测电平接入端连接。

4.如权利要求1或2所述的电路，其特征在于还设有电源输出信号端口。

5.一种主电源与备用电源切换装置，其特征在于包括主电源、备用电源、用于实现主电源与备用电源切换的切换电路以及能够检测主电源输出状态的主电源状态检测单元，所述切换电路采用权利要求1-4中任意一项所述的主电源与备用电源切换电路，所述主电源的输出连接所述主电源接入端，所述备用电源的输出连接所述备用电源接入端，所述主电源状态检测单元在主电源的输出端电压高于设定的下限阈值时输出高电平，在主电源的输出端电压低于设定的下限阈值时输出低电平，其电平输出连接所述主电源检测电平接入端。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述主电源与所述切换电路之间设有防逆流单元，所述主电源的正、负输出分别连接所述防逆流单元的相应输入端，所述防逆流电路的正输出连接所述主电源接入端，所述防逆流电路的负输出连接所述电路地。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于所述防逆流单元采用LDO线性稳压器或隔离二极管。

8.如权利要求5、6或7所述的装置，其特征在于所述主电源设有电源管理集成电路芯片。

9.如权利要求5、6或7所述的装置，其特征在于所述主电源状态检测单元包括用于采集主电源输出电压信号的电压采集元件及能够进行电压比对的电压检测集成电路芯片，所述电压采集元件的输出接入所述电压检测集成电路芯片。

10.如权利要求5、6或7所述的装置，其特征在于所述备用电源包括蓄电池或蓄电池组并设有用于切换所述蓄电池或蓄电池组充放电连接状态的充放电切换电路，所述充放电切换电路的放电输出构成所述备用电源的输出，所述充放电切换电路的充电输入设有外部电源接口。