CN214069583U - 一种电源自切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电源自切换装置，包括：第一电源通路、第二电源通路、BUCK降压模块以及比较控制模块；所述比较控制模块的通路控制端默认控制所述第一电源通路导通，当电源分压后的电压大于后级供电输入端电压时，保持第一电源通路导通，BUCK降压模块使能，电源通过所述BUCK降压模块与后级供电输入端连接；当电源分压后的电压小于后级供电输入端电压时，比较控制模块的通路控制端使所述第二电源通路导通，BUCK降压模块不工作，电源直接通过所述第二电源通路与后级供电输入端连接。本实用新型提供的一种电源自切换装置，实现当产品使用场景仅有低功耗应用时，直接采用低电压供电，当产品使用场景需要覆盖高功耗应用时，根据需要使用高电压作为电源输入。

Description

一种电源自切换装置

技术领域

本实用新型涉及电源切换领域，具体涉及一种电源自切换装置。

背景技术

部分产品在不同的应用模式下功耗差异巨大，但现有的电路设计一般采用固定输入电压方式进行主板设计。当产品选择较低电压等级作为电源输入时，在大功耗的应用模式下，线材损耗较大或线材成本较高，前端电源输出成本跃升较为明显；当产品选择较高电压等级作为电源输入时，虽然可以降低全场景下的线材损耗与线材成本，但是产品内部增加了电源转换，存在一定程度的效率损失，且占空比高，纹波较为明显。此外，当使用此方案设计的产品进行二次集成时，因为固定电压输入，无法根据使用场景灵活选择电源输入，同时也可能因为整机无该电压等级，而需要额外增加电源模块而推高整机成本。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种电源自切换装置，实现当产品使用场景需要覆盖高功耗应用时，可使用高电压作为电源输入，当产品使用场景仅有低功耗应用时，可自动切换为采用低电压直接供电。

为了解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：

第一方面，本说明书实施例提供的一种电源自切换装置，包括：第一电源通路、第二电源通路、BUCK降压模块以及比较控制模块；所述第一电源通路与第二电源通路的输入端均与电源连接，所述第一电源通路的输出端与所述BUCK降压模块的输入端连接，所述第一电源通路的BUCK控制端与所述BUCK降压模块的使能引脚连接，所述BUCK降压模块的输出端以及第二电源通路的输出端均与后级供电输入端连接；所述比较控制模块分别与所述电源和后级供电输入端连接，所述比较控制模块的通路控制端分别与第一电源通路的控制引脚和第二电源通路的控制引脚连接；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压大于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端使所述第一电源通路导通且第二电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端使能BUCK降压模块，电源通过所述BUCK降压模块与后级供电输入端连接；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压小于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端使所述第二电源通路导通且第一电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端不使能，BUCK降压模块不工作，电源直接通过所述第二电源通路与后级供电输入端连接。

优选的，所述比较控制模块具体包括：MOS管Q3、电阻R2、电阻R4、电阻R5以及电阻R6，所述MOS管Q3的S极通过所述电阻R2与后级供电输入端连接，所述MOS管Q3的G极通过所述电阻R5与所述电源连接，所述MOS管Q3的G极还通过所述电阻R6接地，所述MOS管Q3的D极通过所述电阻R4接地，所述MOS管Q3的D极还与所述比较控制模块的通路控制端连接。

优选的，所述第一电源通路具体包括：MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q4、电阻R1以及电阻R3，所述MOS管Q1的S极与所述电源连接，所述MOS管Q1的D极与所述BUCK降压模块的输入端连接，所述MOS管Q1的G极与所述MOS管Q2的D极连接，所述MOS管Q2的D极通过所述电阻R3接地，所述MOS管Q2的S极与电源连接，所述MOS管Q2的G极通过所述电阻R1与电源连接，所述MOS管Q2的G极还与所述第一电源通路的BUCK控制端连接，所述MOS管Q4的D极与所述MOS管Q2的G极连接，所述MOS管Q4的G极与所述比较控制模块的通路控制端连接，所述MOS管Q4的S极接地。

优选的，所述第二电源通路具体包括：MOS管Q5、MOS管Q6以及电阻R8，所述MOS管Q5的S极与所述电源连接，所述MOS管Q5的D极与所述后级供电输入端连接，所述MOS管Q5的G极通过所述电阻R8与电源连接，与所述MOS管Q6的D极与所述MOS管Q5的G极连接，所述MOS管Q6的G极与所述比较控制模块的通路控制端连接，所述MOS管Q6的S极接地。

优选的，所述BUCK降压模块包括BUCK芯片、电感L1以及电容C1，所述BUCK芯片的第四引脚与所述第一电源通路的BUCK控制端连接，所述BUCK芯片的第五引脚与所述电源连接，所述BUCK芯片的第六引脚通过所述电感L1与所述后级供电输入端连接，所述BUCK芯片的第一引脚通过所述电容C1与所述BUCK芯片的第六引脚连接，所述BUCK芯片的第二引脚接地；当所述第一电源通路的BUCK控制端为高电平时，使能所述BUCK芯片，将电源电压降低至后级供电输入端电压；当所述第一电源通路的BUCK控制端为低电平时，所述BUCK芯片不工作。

第二方面，本说明书实施例提供一种电源自切换方法，需提供第一方面所述的装置，所述方法包括：

设置比较控制模块的通路控制端，默认控制第一电源通路导通且第二电源通路断开；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压大于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端保持所述第一电源通路导通且第二电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端使能BUCK降压模块，电源通过所述BUCK降压模块与后级供电输入端连接；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压小于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端使所述第二电源通路导通且第一电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端不使能，BUCK降压模块不工作，电源直接通过所述第二电源通路与后级供电输入端连接。

本实用新型具有如下优点：

1、当高电压输入时，比较控制模块的通路控制端使第一电源通路导通且第二电源通路断开，由BUCK降压模块将电源电压转换为后端所需电压；当低电压输入时，利用BUCK芯片特性，输出电压略低于输入电压，比较控制模块的通路控制端使第二电源通路导通且第一电源通路断开，此时电源直接供给后端电路，减少BUCK电源带来的电压下降与效率损失；

2、利用MOS管等分离器件，并利用BUCK电路特性进行逻辑控制，此控制过程中无需任何可编程器件参与，可在可编程器件工作使能之前完成电源自切换，实现电路自切换自适应，后端电路无感知；

3、能够以极低成本实现主板电源输入自切换，在产品应用或二次集成中，根据功耗需要或者整机电源设计，选择合适的电源输入，无需进行手工整改或选择，提高了产品的可用性，降低了综合使用成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本说明书实施例方法执行流程图；

图2为本说明书实施例比较控制模块电路示意图；

图3为本说明书实施例第一电源通路电路示意图；

图4为本说明书实施例第二电源通路电路示意图；

图5为本说明书实施例BUCK降压模块电路示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请的保护范围。

本实用新型的总体思路如下：

本实用新型设计了一种利用BUCK芯片特性的电源自切换方案，利用逻辑设计，电源电压默认通过BUCK芯片进行电压转换，然后通过后级电压与输入电压的比较结果，选择最优电源路径，以实现当高电压输入时，通过BUCK芯片转换为后端电路合适的电压等级；当低电压输入时，直接供给后端电路，无需通过BUCK芯片，减少电压转换时因转换效率导致的功率损失。当产品使用场景仅有低功耗应用时，即可直接采用低电压供电；当产品使用场景需要覆盖高功耗应用时，可根据需要灵活选择电压输入。

请参考图1，本说明书实施例提供的一种电源自切换装置，包括：第一电源通路、第二电源通路、BUCK降压模块以及比较控制模块；所述第一电源通路与第二电源通路的输入端均与电源连接，所述第一电源通路的输出端与所述BUCK降压模块的输入端连接，所述第一电源通路的BUCK控制端与所述BUCK降压模块的使能引脚连接，所述BUCK降压模块的输出端以及第二电源通路的输出端均与后级供电输入端连接；所述比较控制模块分别与所述电源和后级供电输入端连接，所述比较控制模块的通路控制端(比如，控制信号为Power_IN_EN)分别与第一电源通路的控制引脚和第二电源通路的控制引脚连接；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压大于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端(比如，控制信号为Buck_EN)使所述第一电源通路导通且第二电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端使能BUCK降压模块，电源通过所述BUCK降压模块与后级供电输入端连接；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压小于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端使所述第二电源通路导通且第一电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端不使能，BUCK降压模块不工作，电源直接通过所述第二电源通路与后级供电输入端连接。

利用逻辑设计，电源电压默认通过BUCK芯片进行电压转换，比较控制模块通过判断电源分压后的电压与后级供电输入端电压的关系，控制采用第一电源通路或第二电源通路连接后级供电输入端。当高电压输入时，比较控制模块判定后保持当前电源路径不变，经由第一电源通路，由BUCK降压模块转换为后端所需电压；当低电压输入时，先通过BUCK电源部分转换为对应电压，此时利用BUCK芯片特性，输出电压略低于输入电压，经由比较控制模块判定后，将电源路径切换为第二电源通路，直接供给后端电路，从而减少BUCK电源带来的电压下降与效率损失。控制过程中无需任何可编程器件参与，可在可编程器件工作使能之前完成电源自切换，实现电路自切换自适应，后级电路无感知。

请参考图2，所述比较控制模块可以具体包括：MOS管Q3(为P-MOS管)、电阻R2、电阻R4、电阻R5以及电阻R6，所述MOS管Q3的S极通过所述电阻R2与后级供电输入端连接，所述MOS管Q3的G极通过所述电阻R5与所述电源连接，所述MOS管Q3的G极还通过所述电阻R6接地，所述MOS管Q3的D极通过所述电阻R4接地，所述MOS管Q3的D极还与所述比较控制模块的通路控制端连接。

本实施例的比较控制模块采用MOS管和若干电阻，实现对电源电压和后级输入端电压的比较，体积小，成本低，也可以采用比较器等元器件来实现本实施例的比较控制模块的功能。MOS管Q3的G极为电源电压Power_IN经R5和R6分压后的电压，当其大于后级供电输入端电压+V5IN时，MOS管Q3导通，D极为低电平，即比较控制模块的通路控制端Power_IN_EN为低电平；当其小于后级供电输入端电压+V5IN时，MOS管Q3截止，D极为高电平，即比较控制模块的通路控制端Power_IN_EN为高电平。

请参考图3，所述第一电源通路可以具体包括：MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q4、电阻R1以及电阻R3，其中，Q1和Q2为P-MOS管，Q4为N-MOS管；所述MOS管Q1的S极与所述电源连接，所述MOS管Q1的D极与所述BUCK降压模块的输入端连接，所述MOS管Q1的G极与所述MOS管Q2的D极连接，所述MOS管Q2的D极通过所述电阻R3接地，所述MOS管Q2的S极与电源连接，所述MOS管Q2的G极通过所述电阻R1与电源连接，所述MOS管Q2的G极还与所述第一电源通路的BUCK控制端连接，所述MOS管Q4的D极与所述MOS管Q2的G极连接，所述MOS管Q4的G极与所述比较控制模块的通路控制端连接，所述MOS管Q4的S极接地。

所述比较控制模块的通路控制端Power_IN_EN默认为低电平，使得MOS管Q4截止，从而使MOS管Q2也截止，MOS管Q1导通，实现默认控制第一电源通路导通，从而避免接入高压电源应用场景时，输入电压不会导致后端器件损毁。比较控制模块的通路控制端Power_IN_EN为低电平控制第一电源通路导通时，第一电源通路的BUCK控制端Buck_EN为高电平，使能BUCK降压模块，实现将电源的高压转换为合适的后级供电电压。当所述比较控制模块的通路控制端Power_IN_EN转为高电平时，MOS管Q4导通，第一电源通路的BUCK控制端Buck_EN转为低电平，BUCK降压模块停止工作。

请参考图4，所述第二电源通路可以具体包括：MOS管Q5、MOS管Q6以及电阻R8，其中，Q5为P-MOS管，Q6为N-MOS管；所述MOS管Q5的S极与所述电源连接，所述MOS管Q5的D极与所述后级供电输入端连接，所述MOS管Q5的G极通过所述电阻R8与电源连接，与所述MOS管Q6的D极与所述MOS管Q5的G极连接，所述MOS管Q6的G极与所述比较控制模块的通路控制端连接，所述MOS管Q6的S极接地。

当所述比较控制模块的通路控制端Power_IN_EN为低电平时，MOS管Q6截止，使得MOS管Q5也截止，第二电源通路为断路状态，电源电压通过第二电源通路和BUCK降压模块连接后端电路；当所述比较控制模块的通路控制端Power_IN_EN为高电平时，MOS管Q6导通，使得MOS管Q5也导通，电源电压直接连接后端电路，从而减少BUCK电源带来的电压下降与效率损失。

请参考图5，所述BUCK降压模块可以包括BUCK芯片(比如，型号为SY8113B的BUCK芯片)、电感L1以及电容C1，所述BUCK芯片的第四引脚与所述第一电源通路的BUCK控制端连接，所述BUCK芯片的第五引脚与所述电源连接，所述BUCK芯片的第六引脚通过所述电感L1与所述后级供电输入端连接，所述BUCK芯片的第一引脚通过所述电容C1与所述BUCK芯片的第六引脚连接，所述BUCK芯片的第二引脚接地；当所述第一电源通路的BUCK控制端为高电平时，使能所述BUCK芯片，将电源电压降低至后级供电输入端电压；当所述第一电源通路的BUCK控制端为低电平时，所述BUCK芯片不工作。BUCK芯片其它的***电路可根据使用需求利用现有技术进行设置。

当高电压输入时，经由电源路径切换部分由BUCK电源部分转换为后端所需电压，比较控制模块判定后并保持默认电源路径不变(即第一电源通路导通且第二电源通路截止)；当低电压输入时，先经由电源路径切换部分通过BUCK电源部分转换为对应电压，此时利用BUCK芯片输出电压略低于输入电压的特性，比较控制模块判定使电源电压通过第二电源通路直接连接后端电路，同时BUCK芯片不工作。

本说明书实施例的工作原理如下：

设置比较控制模块的通路控制端，默认控制第一电源通路导通且第二电源通路断开；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压大于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端保持所述第一电源通路导通且第二电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端使能BUCK降压模块，电源通过所述BUCK降压模块与后级供电输入端连接；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压小于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端使所述第二电源通路导通且第一电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端不使能，BUCK降压模块不工作，电源直接通过所述第二电源通路与后级供电输入端连接。

在产品的应用场景中，电压经常分为几档，例如：3.3V，5V，9V，12V，19V，24V，36V，48V等。在一具体应用场景下，前置预设条件如下：主板端实际可用电压为5V，即+V5IN为后端电路实际可利用电压；Power_IN为电源输入，预设可选输入为12V或5V；BUCK电源设置输出电压为5.1V；

初始状态下，设置比较控制模块的通路控制端为低电平，默认控制第一电源通路导通且第二电源通路断开；

当Power_IN为12V输入时，Q1-G为低电平且Power_IN_EN为电平，则Q1导通，Q4不导通，既有+V12IN＝Power_IN＝12V，Buck_EN为高电平，使能BUCK电源正常工作，+V5IN＝5.1V。此时，Q3-S＝5V，Q3-G＝12V/2＝6V，则Q3关闭，即Power_IN_EN恒为低电平，工作状态保持不变；

当Power_IN为5V输入时，Q1-G为低电平，且Power_IN_EN为低电平，则Q1导通，Q4不导通，既有+V12IN＝Power_IN＝12V，Buck_EN为高电平，则BUCK芯片工作，由BUCK电源芯片特性可知，输入等于或低于设定输出要求时，芯片将以最大占空比调制输出(一般为92％)，则+V5IN＝5V*92％＝4.6V。此时，Q3-S＝4.6V，Q3-G＝5V/2＝2.5V，则Q3导通，即Power_IN_EN由低电平变为高电平，工作状态变化。当Power_IN_EN变为高电平，则Q6、Q4导通，Buck_EN为低电平、Q1关闭，Q5导通，则BUCK电路无输入电压，电路工作使能禁止。则有+V5IN＝5V。

本实用新型实现了当高电压输入时，比较控制模块的通路控制端使第一电源通路导通且第二电源通路断开，由BUCK降压模块将电源电压转换为后端所需电压；当低电压输入时，利用BUCK芯片特性，输出电压略低于输入电压，比较控制模块的通路控制端使第二电源通路导通且第一电源通路断开，此时电源直接供给后端电路，减少BUCK电源带来的电压下降与效率损失；利用MOS管等分离器件，并利用BUCK电路特性进行逻辑控制，此控制过程中无需任何可编程器件参与，可在可编程器件工作使能之前完成电源自切换，实现电路自切换自适应，后端电路无感知；能够以极低成本实现主板电源输入自切换，在产品应用或二次集成中，根据功耗需要或者整机电源设计，选择合适的电源输入，无需进行手工整改或选择，提高了产品的可用性，降低了综合使用成本。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种电源自切换装置，其特征在于，包括：第一电源通路、第二电源通路、BUCK降压模块以及比较控制模块；所述第一电源通路与第二电源通路的输入端均与电源连接，所述第一电源通路的输出端与所述BUCK降压模块的输入端连接，所述第一电源通路的BUCK控制端与所述BUCK降压模块的使能引脚连接，所述BUCK降压模块的输出端以及第二电源通路的输出端均与后级供电输入端连接；所述比较控制模块分别与所述电源和后级供电输入端连接，所述比较控制模块的通路控制端分别与第一电源通路的控制引脚和第二电源通路的控制引脚连接；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压大于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端使所述第一电源通路导通且第二电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端使能BUCK降压模块，电源通过所述BUCK降压模块与后级供电输入端连接；

当所述比较控制模块判断电源分压后的电压小于后级供电输入端电压时，所述比较控制模块的通路控制端使所述第二电源通路导通且第一电源通路断开，第一电源通路的BUCK控制端不使能，BUCK降压模块不工作，电源直接通过所述第二电源通路与后级供电输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种电源自切换装置，其特征在于：所述比较控制模块具体包括：MOS管Q3、电阻R2、电阻R4、电阻R5以及电阻R6，所述MOS管Q3的S极通过所述电阻R2与后级供电输入端连接，所述MOS管Q3的G极通过所述电阻R5与所述电源连接，所述MOS管Q3的G极还通过所述电阻R6接地，所述MOS管Q3的D极通过所述电阻R4接地，所述MOS管Q3的D极还与所述比较控制模块的通路控制端连接。

3.根据权利要求1所述的一种电源自切换装置，其特征在于：所述第一电源通路具体包括：MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q4、电阻R1以及电阻R3，所述MOS管Q1的S极与所述电源连接，所述MOS管Q1的D极与所述BUCK降压模块的输入端连接，所述MOS管Q1的G极与所述MOS管Q2的D极连接，所述MOS管Q2的D极通过所述电阻R3接地，所述MOS管Q2的S极与电源连接，所述MOS管Q2的G极通过所述电阻R1与电源连接，所述MOS管Q2的G极还与所述第一电源通路的BUCK控制端连接，所述MOS管Q4的D极与所述MOS管Q2的G极连接，所述MOS管Q4的G极与所述比较控制模块的通路控制端连接，所述MOS管Q4的S极接地。

4.根据权利要求1所述的一种电源自切换装置，其特征在于：所述第二电源通路具体包括：MOS管Q5、MOS管Q6以及电阻R8，所述MOS管Q5的S极与所述电源连接，所述MOS管Q5的D极与所述后级供电输入端连接，所述MOS管Q5的G极通过所述电阻R8与电源连接，与所述MOS管Q6的D极与所述MOS管Q5的G极连接，所述MOS管Q6的G极与所述比较控制模块的通路控制端连接，所述MOS管Q6的S极接地。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种电源自切换装置，其特征在于：所述BUCK降压模块包括BUCK芯片、电感L1以及电容C1，所述BUCK芯片的第四引脚与所述第一电源通路的BUCK控制端连接，所述BUCK芯片的第五引脚与所述电源连接，所述BUCK芯片的第六引脚通过所述电感L1与所述后级供电输入端连接，所述BUCK芯片的第一引脚通过所述电容C1与所述BUCK芯片的第六引脚连接，所述BUCK芯片的第二引脚接地；当所述第一电源通路的BUCK控制端为高电平时，使能所述BUCK芯片，将电源电压降低至后级供电输入端电压；当所述第一电源通路的BUCK控制端为低电平时，所述BUCK芯片不工作。

6.根据权利要求5所述的一种电源自切换装置，其特征在于：所述BUCK芯片的型号为SY8113B。

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