CN101114774A - 电源控制设备及其方法 - Google Patents

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CN101114774A CNA2007101362673A CN200710136267A CN101114774A CN 101114774 A CN101114774 A CN 101114774A CN A2007101362673 A CNA2007101362673 A CN A2007101362673A CN 200710136267 A CN200710136267 A CN 200710136267A CN 101114774 A CN101114774 A CN 101114774A
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Abstract

一种控制向具有预定的期望电压电平的负载提供电源的电源控制设备，所述设备包括：第一开关，选择性地将第一电源输出到所述负载，第一电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；第二开关，选择性地将不同于第一电源的第二电源输出给所述负载，第二电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；和控制器，控制第一开关和第二开关以将第一电源和第二电源中的一个较高的输入电压值输出到所述负载。

Description

电源控制设备及其方法
技术领域
本发明的总体构思涉及一种电源控制设备，更具体地讲，涉及一种具有电源效率(power-efficient)及简单的电路以最小化电压降并选择多个电源的电源控制设备及其方法。
背景技术
电子装置(例如，移动打印机)包括适配器，以对外部电源及所述电子装置中配备的电池进行转换。电子装置还包括诸如电源选择设备、电源控制设备等的装置，以适合于条件选择或控制来自适配器的电源(称为“适配器电源”)以及来自电池的电源(称为“电池电源”)。
参照图1，提供了传统的电源选择设备10。电源选择设备10包括两个二极管11a和11b，所述两个二极管11a和11b通过其各自的正极接收适配器电源(Va)和电池电源(Vb)，通过连接在一起的负极向电子装置的各个组件提供输出电源。二极管式的电源选择设备10具有简单的配置，但是由于二极管的特性而具有正向电压降。在具有相对小的电流消耗的电子装置(例如，具有几毫安到几十毫安的电流消耗的蜂窝电话)中，可不考虑正向电压降(Vd)。然而，在具有几百毫安及更大电流消耗的电子装置(例如，移动打印机)中，正向电压降(Vd)高，因此输出电源(Vout)的电压减小，从而电压电平不足以作为供给电源。
参照图2，提供电源控制设备20来作为另一传统的上述装置。电源控制设备20包括：开关21，接收适配器电源Va以及电池电源Vb，将适配器电源Va和电池电源Vb中的一个输出为输出电源Vout；以及微型计算机22，根据其条件控制开关21以输出适配器电源Va以及电池电源Vb中的一个。可使用晶体管实现开关21。在此情况下，可不考虑由于开关21造成的电压降，从而满足电压电平作为供给电源。
然而，上述电源控制设备20包括用于控制开关21的微型计算机22，从而包括大规模的以及复杂的电路。还通过独立的电路向微型计算机22供电，从而电源控制设备20包括额外的辅助电源23。因此，电路变得大而复杂，并且电力损失增加。
发明内容
本发明总体构思提供一种具有小而简单的电路以最小化电压降并选择多个电源的电源控制设备。
本发明总体构思还提供具有小的功率消耗以最小化电压降并选择多个电源的电源控制设备。
将在下面的描述中部分地阐述本发明总体构思另外的方面和效用，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。
通过提供一种控制向具有预定的期望电压电平的负载提供电源的电源控制设备来实现本发明总体构思的上述和/或其他方面及效用，所述设备包括：第一开关，选择性地将第一电源输出到所述负载，第一电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；第二开关，选择性地将不同于第一电源的第二电源输出给所述负载，第二电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；和控制器，控制第一开关和第二开关以将第一电源和第二电源中的一个较高的输入电压值输出到所述负载。
第一开关和第二开关在被控制器控制输出第一电源和第二电源之前，可分别减小第一电源和第二电源的电压值，并输出电压值减小的第一电源和第二电源。
所述控制器可包括比较器以比较第一电源和第二电源。
所述控制器还可包括：分压电阻器，对第一电源和第二电源的电压中的至少一个进行分压。
第一开关和第二开关的每个可包括：MOSFET，包括被输入第一电源或第二电源的漏极以及输出第一电源或第二电源的源极。
第一开关和第二开关的每个可包括：晶体管，根据控制器的控制驱动MOSFET。
第一开关和第二开关中的至少一个还可包括：保护电阻器，连接MOSFET的源极与其栅极。
通过提供一种控制向具有预定的期望电压电平的负载提供电源的方法来实现本发明总体构思的上述和/或其他方面及效用，所述方法包括：选择性地将第一电源输出到所述负载，第一电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；选择性地将不同于第一电源的第二电源输出给所述负载，第二电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；和控制第一开关和第二开关以将第一电源和第二电源中的一个较高的输入电压值输出到所述负载。
所述方法还包括：减小第一电源和第二电源的电压值；和在控制第一电源和第二电源的输出期间，分别输出电压值减小的第一电源和第二电源。
还可通过提供一种具有控制器的电源控制设备来实现本发明总体构思的上述和/或其他方面及效用，所述控制器控制向具有预定的期望电压电平的负载提供电源，所述设备包括：第一开关，如果输入第一电源，则在控制器的控制下选择性地输出第一电源；第二开关，如果输入第二电源，则在控制器的控制下选择性地输出第二电源；其中，通过由第一开关和第二开关输出的输出电源来驱动所述控制器。
所述控制器可控制第一开关和第二开关以输出一个较高的输入电压。
还可通过提供一种用于电子设备的电源控制设备来实现本发明总体构思的上述和/或其他方面及效用，所述电源控制设备包括：第一端子，接收第一电压；第二端子，接收第二电压；第一开关，连接在第一端子和负载之间以选择性地将第一电压输出到所述负载；第二开关，连接在第二端子和所述负载之间以选择性地将第二电压输出到所述负载；和具有比较器的控制器，比较第一电压和第二电压以根据第一电压和第二电压的比较产生控制信号来选择性地控制第一开关和第二开关接通和切断。
第一开关可包括连接在第一端子和所述负载之间的第一MOSFET以及连接在所述比较器和第一MOSFET之间的第一副晶体管。
第一副晶体管可包括：具有连接到所述比较器的基极、连接到第一MOSFET的集电极以及接地的发射极的NPN晶体管。
第二开关可包括连接在第二端子和所述负载之间的第二MOSFET以及连接在所述比较器和第二MOSFET之间的第二副晶体管。
第二副晶体管可包括：具有连接到所述比较器的基极、连接到第二MOSFET的集电极以及接地的发射极的NPN晶体管。
所述控制器可包括连接在第一开关与第一端子及第二端子之间的第一比较器，用于接收第一电压和第二电压，比较第一电压和第二电压，并产生第一控制信号来控制第一开关。
第一比较器可包括分别连接到第一端子和第二端子的正输入端子和负输入端子。
所述控制器可包括连接在第二开关与第一端子及第二端子之间的第二比较器，用于接收第一电压和第二电压，比较第一电压和第二电压，并产生第二控制信号来控制第二开关。
第二比较器可包括分别连接到第二端子和第一端子的正输入端子和负输入端子。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明总体构思的这些和/或其它方面和效用将会变得清楚和更容易理解，其中：
图1是示出传统的电源选择设备的电路图；
图2是示出传统的电源控制设备的电路图；和
图3是示出根据本发明总体构思的电源控制设备的配置的电路图。
具体实施方式
现在将对本发明总体构思的实施例进行详细地描述，其示例示出在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。以下通过参考附图描述实施例以解释本发明总体构思。
图3是示出根据本发明总体构思的示例性实施例的电源控制设备100的配置的电路图。电源控制设备100将电源(称为“输出电源”)提供给电子装置(未示出)(例如，移动打印机)以使其运行。根据本发明总体构思的实施例的电子装置包括：对外部电源和所述电子装置中配备的电池进行转换的适配器。电源控制设备100可设置在电子装置中，或者可与所述电子装置分离。提供给电子装置的电源的电压电平可超过预定值(称为“期望电压电平”)，以使该电子装置运行。在本发明总体构思的实施例中，电子装置被描述为具有负载。
电源控制设备100基于与电源控制设备100相应的条件选择性地输出适配器电源Va和电池电源Vb中的一个作为输出电源，以最小化电源的电压降。电源控制设备100包括：第一开关110a、第二开关110b和控制器120。
如果输入适配器电源Va，则第一开关110a在控制器120的控制下选择性地输出适配器电源Va来作为输出电源Vout。如果输入电池电源Vb，则第二开关110b在控制器120的控制下选择性地输出电池电源Vb来作为输出电源Vout。在本实施例中，分别关于适配器电源Va和电池电源Vb描述第一电源和第二电源。
第一开关110a和第二开关110b分别包括：第一金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)112a和第二MOSFET 112b。尽管由于MOSFET的特性造成在导通状态下高电流流动，但是可在MOSFET中不考虑电压降，从而电压降的幅度变得小于预定值以满足电子装置的期望电压电平。因此，可最小化适配器电源Va的电压降或电池电源Vb的电压降。第一MOSFET 112a和第二MOSFET 112b可以是p型MOSFET。
控制器120控制第一开关110a和第二开关110b，以输出来自适配器电源Va和电池电源Vb的输入电压中比较高的一个输入电压。也就是说，如果输入适配器电源Va和电池电源Vb中的一个，则控制器120输出输入电源。如果输入适配器电源Va和电池电源Vb，则控制器120输出具有较高电压值的那一个。在本示例性实施例中，提供大约5V的电压值的适配器电源Va，提供大约4.2V的电压值的电池电源Vb。如果输入适配器电源Va和电池电源Vb，则输出适配器电源Va，从而最小化电池消耗。
控制器120包括：第一比较器121a，用于输出与适配器电源Va和电池电源Vb的电压电平相应的第一控制信号V1；和第二比较器121b，用于输出具有与第一控制信号V1相反的逻辑状态的第二控制信号V2。第一比较器121a和第二比较器121b可配备有例如，运算放大器(OP-Amp)，所述OP-Amp具有简单的电路并消耗较少的功率以最小化功率消耗。
当适配器电源Va的电压值高于电池电源Vb时，第一比较器121a输出具有高逻辑状态的第一控制信号V1，当适配器电源Va的电压值低于电池电源Vb时，第一比较器121a输出具有低逻辑状态的第一控制信号V1。相反，当电池电源Vb的电压值高于适配器电源Va时，第二比较器121b输出具有高逻辑状态的第二控制信号V2，当电池电源Vb的电压值低于适配器电源Va时，第二比较器121b输出具有低逻辑状态的第二控制信号V2。因此，第一控制信号V1和第二控制信号V2具有相反的逻辑状态。
控制器120还可包括第一分压电阻器122a和123a。第二分压电阻器122b和123b，以分别对将输入第一比较器121a和第二比较器121b的适配器电源Va和电池电源Vb进行分压。第一分压电阻器122a和123a以及第二分压电阻器122b和123b可具有相等的电阻值。可选择地，可适当地调整第一分压电阻器122a和123a以及第二分压电阻器122b和123b的电阻值，从而避免如果电池电源Vb被错误地识别为大于适配器电源Va时电池电源Vb被不期望地选择。因此，优选地将第一分压电阻器123a的电阻值设置得较高，将第二分压电阻器123b电阻值设置得较低。
通过由第一开关110a和第二开关110b输出的输出电源驱动控制器120(参考121a和121b)。因此，不需要辅助电源来驱动控制器120，导致小而简单的电路。
为了驱动没有连接任何电源(例如，适配器或电池)的控制器120，应通过连接适配器(例如，外部电源)或电池来初始地向控制器120提供驱动电源。因此，第一开关110a和第二开关110b在被控制器120控制以输出适配器电源Va或电池电源Vb作为输出电源Vout之前，将适配器电源Va或电池电源Vb的电压值减小特定值，并输出减小了电压值的适配器电源Va或电池电源Vb。
第一开关110a的第一MOSFET 112a和第二开关110b的第二MOSFET112b的每个包括适配器电源Va或电池电源Vb将输入其的漏极D以及输出输出电源Vout的源极。因此，由于当第一MOSFET 112a和第二MOSFET 112b截止时漏极和源极充当正向二极管，因此适配器电源Va或电池电源Vb的电压下降，并被输出为输出电源Vout。这里，输出电源Vout的电压值没有达到适配器电源Va或电池电源Vb中的一个，但是其足以使第一比较器121a和第二比较器121b运行。使第一比较器121a和第二比较器121b运行的电压值可以在2V到18V的范围内。
第一开关110a和第二开关110b还可分别包括第一晶体管113a和第二晶体管113b，以在控制器120的控制下操作第一MOSFET 112a和第二MOSFET112b。第一晶体管113a和第二晶体管113b可被配置为npn型双极晶体管。控制器120还可包括第三分压电阻器125a和126a以及第四分压电阻器125b和126b，以分配相应于分别与第一晶体管113a和第二晶体管113b的基极电流相应的第一控制信号V1和第二控制信号V2的足够的电压。
第一开关110a和第二开关110b还可分别包括连接第一MOSFET 112a及第二MOSFET 112b的源极S和栅极G的保护电阻器114a和114b，用于避免由于噪声引起的第一MOSFET 112a和第二MOSFET 112b的故障。
以下，将详细描述电源控制设备100的操作。如果输入适配器电源Va而不输入电池电源Vb，则适配器电源Va的电压值高于电池电源Vb的电压值。因此，第一比较器121a输出与高逻辑状态相应的第一控制信号V1，第二比较器121b输出与低逻辑状态相应的第二控制信号V2。
通过与高逻辑状态相应的第一控制信号V1使第一晶体管113a导通，从而第一MOSFET 112a的栅极G接地。如上所述，第一MOSFET 112a的源极S保持在电压下降的适配器电源Va被输入的状态下。因此，第一MOSFET 112a的栅极G与其源极S之间的电压差满足MOSFET的导通条件(即，栅极G和源极S之间的1V到3V的电压差)，从而第一MOSFET 112a导通。因此，输出电源Vout的电压电平差不多等于适配器电源Va的电压电平。
同时，通过与低逻辑状态相应的第二控制信号V2使第二晶体管113b截止。因此，第二MOSFET 112b的栅极G和其源极S之间的压差没有满足MOSFET的导通条件，从而使第二MOSFET 112b截止。
相反，如果不输入适配器电源Va而输入电池电源Vb，则输出电源Vout的电压电平差不多等于电池电源Vb的电压电平。
如果输入适配器电源Va和电池电源Vb，则适配器电源Va的电压值高于电池电源Vb，从而像输入适配器电源Va不输入电池电源Vb时那样，输出电源Vout的电压电平差不多等于适配器电源Va的电压电平。
如上所述，本发明总体构思提供具有小而简单的电路以最小化电压降并选择多个电源的电源控制设备。
此外，本发明总体构思提供具有小的功率消耗以最小化电压降并选择多个电源的电源控制设备。
尽管已经显示和描述了本发明总体构思的几个实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离其范围由权利要求及其等同物定义的本发明总体构思的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变。

Claims (20)

1.一种电源控制设备，所述电源控制设备控制向具有预定的期望电压电平的负载提供电源，所述设备包括：
第一开关，选择性地将第一电源输出到所述负载，第一电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；
第二开关，选择性地将不同于第一电源的第二电源输出给所述负载，第二电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；和
控制器，控制第一开关和第二开关以将第一电源和第二电源中的一个较高的输入电压值输出到所述负载。
2.如权利要求1所述的电源控制设备，其中，第一开关和第二开关在被控制器控制输出第一电源和第二电源之前，分别减小第一电源和第二电源的电压值，并输出电压值减小了的第一电源和第二电源。
3.如权利要求1所述的电源控制设备，其中，所述控制器包括：
比较器，比较第一电源和第二电源。
4.如权利要求1所述的电源控制设备，其中，所述控制器还包括：
分压电阻器，对第一电源和第二电源的电压中的至少一个进行分压。
5.如权利要求1所述的电源控制设备，其中，第一开关和第二开关的每个包括：
MOSFET，包括被输入第一电源或第二电源的漏极以及输出第一电源或第二电源的源极。
6.如权利要求5所述的电源控制设备，其中，第一开关和第二开关的每个包括：
晶体管，根据控制器的控制驱动MOSFET。
7.如权利要求5所述的电源控制设备，其中，第一开关和第二开关的至少一个还包括：
保护电阻器，连接MOSFET的源极与MOSFET的栅极。
8.一种控制向具有预定的期望电压电平的负载提供电源的方法，所述方法包括：
选择性地将第一电源输出到所述负载，第一电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；
选择性地将不同于第一电源的第二电源输出给所述负载，第二电源的电压降小于预定值，以满足期望电压电平；和
控制第一开关和第二开关以将第一电源和第二电源中的一个较高的输入电压值输出到所述负载。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
减小第一电源和第二电源的电压值；和
在控制第一电源和第二电源的输出期间，分别输出电压值减小了的第一电源和第二电源。
10.一种具有控制器的电源控制设备，所述控制器控制向具有预定的期望电压电平的负载提供电源，所述设备包括：
第一开关，如果输入第一电源，则在控制器的控制下选择性地输出第一电源；
第二开关，如果输入第二电源，则在控制器的控制下选择性地输出第二电源；和
其中，通过由第一开关和第二开关输出的输出电源来驱动所述控制器。
11.如权利要求10所述的电源控制设备，其中，所述控制器控制第一开关和第二开关以输出一个较高的输入电压。
12.一种用于电子设备的电源控制设备，所述电源控制设备包括：
第一端子，接收第一电压；
第二端子，接收第二电压；
第一开关，连接在第一端子和负载之间以选择性地将第一电压输出到所述负载；
第二开关，连接在第二端子和所述负载之间以选择性地将第二电压输出到所述负载；和
具有比较器的控制器，比较第一电压和第二电压以根据第一电压和第二电压的比较产生控制信号来选择性地控制第一开关和第二开关接通和切断。
13.如权利要求12所述的设备，其中，第一开关包括连接在第一端子和所述负载之间的第一MOSFET以及连接在所述比较器和第一MOSFET之间的第一副晶体管。
14.如权利要求13所述的设备，其中，第一副晶体管包括：具有连接到所述比较器的基极、连接到第一MOSFET的集电极以及接地的发射极的NPN晶体管。
15.如权利要求13所述的设备，其中，第二开关包括连接在第二端子和所述负载之间的第二MOSFET以及连接在所述比较器和第二MOSFET之间的第二副晶体管。
16.如权利要求15所述的设备，其中，第二副晶体管包括：具有连接到所述比较器的基极、连接到第二MOSFET的集电极以及接地的发射极的NPN晶体管。
17.如权利要求12所述的设备，其中，所述控制器包括连接在第一开关与第一端子及第二端子之间的第一比较器，用于接收第一电压和第二电压，比较第一电压和第二电压，并产生第一控制信号来控制第一开关。
18.如权利要求17所述的设备，其中，第一比较器包括分别连接到第一端子和第二端子的正输入端子和负输入端子。
19.如权利要求17所述的设备，其中，所述控制器包括连接在第二开关与第一端子及第二端子之间的第二比较器，用于接收第一电压和第二电压，比较第一电压和第二电压，并产生第二控制信号来控制第二开关。
20.如权利要求19所述的设备，其中，第二比较器包括分别连接到第二端子和第一端子的正输入端子和负输入端子。
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