CN100367157C - 电源切换及补偿的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电源切换及补偿装置和方法。装置包括：主电源和补偿电源；两个电流阀门，输入端分别耦合到所述主电源和补偿电源，输出端耦合到所述电源切换及补偿装置输出端；采样及补偿阈值控制装置，耦合到所述电源切换及补偿装置输出端；控制装置，用于根据输出端的参数，控制所述两个电流阀门的导通与关闭。方法包括：获取所述电源装置的输出值；判断所述获取的输出值是否大于预定值；大于则关闭所述补偿电源；不大于则开启所述补偿电源向所述电源装置供电的通道；并且，根据获取的主电源的输出值和补偿电源的输出值确定所述主电源和所述补偿电源的供电比例。利用本发明，实现了在计算机使用USB等器件时电源的稳定可靠与自动切换的功能。

Description

电源切换及补偿的装置和方法

技术领域

本发明属于电路设计领域，具体涉及电源自动切换及电压自动补偿的装置和方法；特别涉及计算机电源自动切换及电压自动补偿的装置和方法。

背景技术

在计算机领域中，通用串行总线设备(USB设备)由于支持热插拔、扩展方便、传输速度较快等优点而得到越来越广泛的应用。出现了优盘、USB硬盘、USB光驱、USB软驱等等形形色色的USB设备。这些设备所耗电流各不相同，目前，最大的已超过了500mA。正常使用的情况下，它们的电源主要是主板上提供的5v电源，而USB设备要求提供的电压是4.75v以上，这样在供电线路上的压降就不能超过250mV。又由于大多数USB设备支持唤醒功能，因此要求计算机在进入休眠状态后继续为USB设备供电。又因为计算机电源所提供的5Vsb(5V待机电源)的电流较小，不能满足较大电流正常使用时的要求，因此需要一个切换的电路，当计算机进入休眠时，单独由5Vsb来供电，当计算机由休眠状态回到正常使用状态时，切换到5V来供电。

目前计算机主板设计中对USB电源切换的方法有两种：传统方法是通过从5V接一个二极管到5VSB，形成一个5VDUAL电压，以达到进入休眠时的自动切换，这种方法的缺点是二极管上压降太大，造成进入休眠以后USB设备上的电压不够；另一种方法是南桥或者ACPI controller(高级电源管理控制器)来控制一个双MOS管，以达到5V和5Vsb切换的目的，这种方法的缺点是成本高，电路设计较复杂，一般都不具有电压补偿的功能。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺点，提供一种5VDUAL(双5V)的电源，当进入休眠时能在5V和5VSB之间自动切换，还能在输出电压不够的情况之下，利用5VSB电压对整个输出电压进行补偿。

本发明提供一种电源切换及补偿装置，应用于USB设备，该装置包括：

主电源和补偿电源，其中，所述主电源用于在正常情况下向所述电源切换及补偿装置输出端供电，所述补偿电源用于在所述主电源供电时所述电源切换及补偿装置输出端的参数达不到第一预定值时，补偿所述主电源的不足或代替所述主电源供电；

两个电流阀门，输入端分别耦合到所述主电源和补偿电源，所述两个电流阀门的输出端耦合到所述电源切换及补偿装置输出端；

采样及补偿阈值控制装置，耦合到所述电源切换及补偿装置输出端，用于获取所述输出端的参数；

控制装置，用于根据所述获取的输出端的参数，控制所述两个电流阀门的导通与关闭。

可选地，所述控制装置包括：补偿电源切换控制装置和主电源切换控制装置；其中，所述补偿电源切换控制装置，用于在所述主电源供电不足时，在所述主电源的参数达不到所述第一预定值时，开启所述两个电流阀门中耦合到所述补偿电源；

所述主电源切换控制装置，用于在所述主电源从断电到供电时，在所述主电源的参数达到第二预定值时，开启所述两个电流阀门中耦合到所述主电源。

可选地，所述补偿电源切换控制装置包括第一选择控制装置，该第一选择控制装置在所述主电源的参数未达到第一预定值时，完全开启耦合到补偿电源的所述电流阀门；

所述主电源切换控制装置包括第二选择控制装置，该第二选择控制装置在所述主电源的参数达到第二预定值时，完全开启耦合到主电源的所述电流阀门。

优选地，所述补偿电源切换控制装置包括第三选择控制装置，该第三选择控制装置在所述主电源的参数未达到第一预定值时，开启耦合到补偿电源的所述电流阀门的程度随所述主电源参数的变化而变化；

所述主电源切换控制装置包括第四选择控制装置，该第四选择控制装置在所述主电源参数达到第二预定值时，开启耦合到主电源的所述电流阀门的程度随所述主电源参数的变化而变化。

可选地，所述参数为电压值或电流值。

优选地，所述采样及补偿阈值控制装置处理采样到的电压或电流，以便控制所述控制装置中所包含的补偿电源切换控制装置或主电源切换控制装置，当采样到的电压高于第一预定电压时，不进行补偿，低于第一预定电压时，利用所述补偿电源补偿，在所述主电源停止供电时，切换到所述补偿电源。

可选地，所述电流阀门包括：场效应管，继电器，双极性晶体管；其栅极，控制端，基极由所述控制装置控制。

本发明还提供一种在包括主电源和补偿电源的电源装置中实现电源切换及补偿的方法，其中，所述电源在正常情况下由所述主电源供电，所述方法包括步骤：

获取所述电源装置的输出值；

判断所述获取的输出值是否大于预定值；

如果大于，关闭所述补偿电源；

如果不大于，开启所述补偿电源向所述电源装置供电的通道；

并且，根据获取的主电源的输出值和补偿电源的输出值确定所述主电源和所述补偿电源的供电比例。

利用本发明，实现了在计算机使用USB等器件时电源的稳定可靠与自动切换的功能。

附图说明

图1示出了本发明的实施例的电源自动切换及电压自动补偿的装置的原理框图；

图2示出了如图1的本发明的实施例的电源自动切换及电压自动补偿的装置的电路原理框图；

图3是本发明的实施例的电源自动切换及电压自动补偿的流程图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。

图1示出了本发明的实施例的电源自动切换及电压自动补偿的装置的原理框图。在本发明的实施例中，电源自动切换及电压自动补偿的装置100包括：

两个电流阀门，用于在控制信号的控制下调节电流的大小；

一个电压采样及阈值控制电路，将采样到的电压进行处理，以便控制需要补偿的的阈值；

一个补偿控制及切换控制电路，当采样到的电压高于设定值时，不进行补偿，当采样到的电压值低于设定值时，打开5VSB的通道进行补偿。同时当进入休眠时，能自动切换到5VSB输出；

一个5V切换控制电路，当从休眠状态唤醒时，能自动打开5V的输出。

其中，5V切换控制电路耦合到5V电源的控制端，以在计算机(未示出)从休眠状态唤醒时，能自动打开5V的输出给用于5V电源的电流阀门，以便于提供电压给电源5VDUAL。电压采样及补偿阈值控制装置根据采样的电源5VDUAL的电压，判断是否需要电压补偿，当采样到的电压高于设定值时，不进行补偿，当采样到的电压值低于设定值时，输出控制信号给5Vsb电流阀门，以用5Vsb补偿电源5VDUAL。

图2示出了如图1的本发明的实施例的电源自动切换及电压自动补偿的装置的电路原理框图。其中，包括第一和第二MOS管Q1和Q2，第一MOS管Q1为NMOS管，在本发明的实施例中，其源极接5V电源，在其栅极门输入为高电平时导通，即源极和漏极导通。NMOS管Q1的栅极连接到第五晶体管Q5的射极，第五晶体管Q5为NPN双极型晶体管，其射极通过第四电阻R4连接到地，集电极通过第三电阻R3连接到计算机主板上的12V电源，基极连接到第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接到5V电源，基极还连接到第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接到地。第一电阻R1和第二电阻R2构成的分压电路，通过5V和12V的上电和掉电来控制5V到5VDUAL的导通和切断。第一电阻R1和第二电阻R2的选择满足，当5V的电压达到一定的幅值之上以后，第一MOS管Q1才导通，以防止在5V上电而又还没有达到预定值的时候5VSB向5V漏电。当计算机进入休眠时，5V和12V断电，第一MOS管Q1的门端为低电平，此时5V从5VDUAL断开。当计算机被唤醒以后，5V和12V上电，当5V电压超过一定值以后，第一MOS管Q1被导通，通过调节R1和R2的比值，可以设定在5V电压上升到多少时打开5V到5Vdual的阀门。

在本发明中，使用一个PMOS管来控制5VSB，R7和R8(为上图的采样控制装置)的比值可以控制补偿的阈值，当5VDUAL电压过低或者系统进入休眠时，5VDUAL的电压低于这个阈值，稳压管Q3通过Q4控制Q2的门端，使5VSB导通，对5VDUAL进行补偿。通常情况下5VSB和5VDUAL分离开的。

虽然实施例中描绘了采用MOS管与双极管的实施方案，本领域技术人员知道，双极晶体管，场效应管，继电器等，均可用于实现本发明。

图3是本发明的实施例的电源自动切换及电压自动补偿的流程图。

本发明的实施例中，公开了一种在包括主电源和补偿电源的电源装置中实现电源切换及补偿的方法，其中，所述电源在正常情况下由所述主电源供电，在主电源电压不够的情况下，可自动打开备用电源进行补偿；而当进入休眠时，则完全关掉主电源，使用备用电源供电，该方法包括步骤：

获取所述主电源装置的输出值；

判断所述获取的输出值是否大于预定值；

如果大于，关闭补偿电源向所述电源装置供电的通道；

如果不大于，开启所述补偿电源向所述电源装置供电的通道。

这个方法还可以包括步骤：根据获取的主电源的输出值和获取的补偿电源的输出值确定所述主电源和所述补偿电源的供电比例。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (8)

1.一种电源切换及补偿装置，其特征在于，该装置应用于通用串行总线USB设备，该装置包括：

主电源和补偿电源，其中，所述主电源用于在正常情况下向所述电源切换及补偿装置输出端供电，所述补偿电源用于在所述主电源供电时所述电源切换及补偿装置输出端的参数达不到第一预定值时，补偿所述主电源的不足或代替所述主电源供电；

两个电流阀门，输入端分别耦合到所述主电源和补偿电源，所述两个电流阀门的输出端耦合到所述电源切换及补偿装置输出端；

采样及补偿阈值控制装置，耦合到所述电源切换及补偿装置输出端，用于获取所述输出端的参数；

控制装置，用于根据所述获取的输出端的参数，控制所述两个电流阀门的导通与关闭。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括：补偿电源切换控制装置和主电源切换控制装置；

其中，所述补偿电源切换控制装置，用于在所述主电源供电不足时，在所述主电源的参数达不到所述第一预定值时，开启所述两个电流阀门中耦合到所述补偿电源的一个；

所述主电源切换控制装置，用于在所述主电源从断电到供电时，在所述主电源的参数达到第二预定值时，开启所述两个电流阀门中耦合到所述主电源的一个。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述补偿电源切换控制装置包括第一选择控制装置，该第一选择控制装置在所述主电源的参数未达到第一预定值时，完全开启耦合到补偿电源的所述电流阀门；

所述主电源切换控制装置包括第二选择控制装置，该第二选择控制装置在所述主电源的参数达到第二预定值时，完全开启耦合到主电源的所述电流阀门。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述补偿电源切换控制装置包括第三选择控制装置，该第三选择控制装置在所述主电源的参数未达到第一预定值时，开启耦合到补偿电源的所述电流阀门的程度随所述主电源参数的变化而变化；

所述主电源切换控制装置包括第四选择控制装置，该第四选择控制装置在所述主电源的参数达到第二预定值时，开启耦合到主电源的所述电流阀门的程度随所述主电源参数的变化而变化。

5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述参数为电压值或电流值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述采样及补偿阈值控制装置处理采样到的电压或电流，以便控制所述控制装置中所包含的补偿电源切换控制装置或主电源切换控制装置，当采样到的电压高于第一预定电压时，不进行补偿，低于第一预定电压时，利用所述补偿电源补偿，在所述主电源停止供电时，切换到所述补偿电源。

7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电流阀门包括：场效应管，继电器，双极性晶体管；其栅极，控制端，基极由所述控制装置控制。

8.一种在包括主电源和补偿电源的电源装置中实现电源切换及补偿的方法，其特征在于，所述电源在正常情况下由所述主电源供电，所述方法包括步骤：

获取所述电源装置的输出值；

判断所述获取的输出值是否大于预定值；

如果大于，关闭所述补偿电源；

如果不大于，开启所述补偿电源向所述电源装置供电的通道；

并且，根据获取的主电源的输出值和补偿电源的输出值确定所述主电源和所述补偿电源的供电比例。

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