CN101728866A - 一种实现电源倒换的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现电源倒换的装置和方法，所述装置至少包括一第一电源电路和一第二电源电路，第一电源电路包括：第一可控开关，接入第一电源电路的输入端和输出端之间；第一检测电路，用于检测第一可控开关的输入端电压和第一可控开关的输出端电压，当检测到第一可控开关的输入端电压高于第一可控开关的输出端电压时，控制第一可控开关闭合，当检测到第一可控开关的输入端电压低于第一可控开关的输出端电压时，控制第一可控开关断开；同样第二电源电路包括第二可控开关和第二检测电路，且使输入第一电源电路的电源电压高于输入第二电源电路的电源电压。采用所述装置与方法，当主电源出现故障时，能够满足负载电流较大时备电源的切换。

Description

一种实现电源倒换的装置与方法
技术领域
本发明涉及电路控制技术领域，尤其是指一种能够实现电源倒换为负载供电的装置与方法。
背景技术
在电路的供电系统中，通常为了提高设备或系统运行的稳定性和可靠性，在配置主电源为负载供电的同时，还配置一备电源，正常情况下由主电源负责对负载供电，当主电源出现异常或发生故障时，切换至该备电源，由备电源负责供电。
如图1为现有技术实现主、备电源倒换的电路的连接示意图，参阅图1，在现有技术中，主电源电路111和备电源电路222分别接入一二极管，采用该二极管隔离主电源和备电源。在通常情况下，由主、备电源合路对负载供电，当主电源电路111异常时，切换至仅由备电源电路222供电，而此时主电源电路111的二极管则具有防止电流回流至主电源的作用。该种结构的主、备电源组合电路，当主电源电路111发生故障时，能够实现无缝切换至备电源供电。
然而，采用图1所示电路使备电源进行无缝切换的方法具有如下缺点：该种主、备电源倒换的电路只能在负载功率低、电流小情况时可以应用，这是由于二极管具有固定压降，如为0.7伏，这样当负载电流较大时，如只是几个安培时，就可以使二极管的功耗达到几瓦，在这种情况下二极管长时间运行工作时，极有可能出现烧毁的情况。
发明内容
本发明技术方案的目的是提供一种实现主、备电源倒换的装置与方法，采用所述装置与方法，当主电源出现故障时，能够满足负载电流较大时备电源的切换。
为实现上述发明目的，本发明提供一种实现电源倒换的装置，至少包括一第一电源电路和一第二电源电路，一第一电源接入所述第一电源电路的输入端，一第二电源接入所述第二电源电路的输入端，所述第一电源电路的输出端和所述第二电源电路的输出端相连接，并共同接入负载，其中所述第一电源电路包括：第一可控开关，接入所述第一电源电路的输入端和输出端之间；第一检测电路，用于检测所述第一可控开关的输入端电压和所述第一可控开关的输出端电压，当检测到所述第一可控开关的输入端电压高于所述第一可控开关的输出端电压时，控制所述第一可控开关闭合，当检测到所述第一可控开关的输入端电压低于所述第一可控开关的输出端电压时，控制所述第一可控开关断开；所述第二电源电路包括：第二可控开关，接入所述第二电源电路的输入端和输出端之间；第二检测电路，用于检测所述第二可控开关的输入端电压和所述第二可控开关的输出端电压，当检测到所述第二可控开关的输入端电压高于所述第二可控开关的输出端电压时，控制所述第二可控开关闭合，当检测到所述第二可控开关的输入端电压低于所述第二可控开关的输出端电压时，控制所述第二可控开关断开；且所述第一电源的电压高于所述第二电源的电压。
优选地，上述所述的装置，所述第一电源电路还包括：一第一二极管，正向接入所述第一电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第一可控开关相并联，用于当所述第二电源电路切换至所述第一电源电路时，在所述第一可控开关接通前，所述第一二极管导通，使所述第一电源电路供电；所述第二电源电路还包括：一第二二极管，正向接入所述第二电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第二可控开关相并联，用于当所述第一电源电路切换至所述第二电源电路时，在所述第二可控开关接通前，所述第二二极管导通，使所述第二电源电路接通供电。
优选地，上述所述的装置，所述第一电源电路还包括：一第三可控开关，接入所述第一电源电路的输入端和所述第一可控开关的输入端之间；所述第二电源电路还包括：一第四可控开关，接入所述第二电源电路的输入端和所述第二可控开关的输入端之间。
优选地，上述所述的装置，所述第一可控开关为一第一金属氧化物半导体型场效应MOS管，所述第一二极管集成于所述第一MOS管；所述第二可控开关为一第二金属氧化物半导体型场效应MOS管，所述第二二极管集成于所述第二MOS管。
本发明另一方面还提供一种实现电源倒换的方法，用于当为负载供电的一第一电源电路出现故障时，自动切换至一第二电源电路供电，所述方法包括：在所述第一电源电路的输入端和输出端之间接入一第一可控开关，在所述第二电源电路的输入端和输出端之间接入一第二可控开关，并将所述第一电源电路的输出端和所述第二电源电路的输出端相连接，共同接入负载；所述第一电源电路的输入端输入第一电源电压，所述第二电源电路的输入端输入第二电源电压，并使所述第一电源电压高于所述第二电源电压；当检测到所述第一可控开关的输入端电压高于输出端电压时，控制所述第一可控开关至接通状态，所述第一电源电路为所述负载供电；当检测到所述第二可控开关的输入端电压高于输出端电压时，控制所述第二可控开关至接通状态，所述第二电源电路为所述负载供电。
优选地，上述所述的方法，正常状态下，所述第一可控开关的输入端电压高于输出端电压，所述第一可控开关接通，所述第二可控开关的输入端电压低于输出端电压，所第二可控开关断开。
优选地，上述所述的方法，所述第一电源电路出现故障断路时，所述第二可控开关的输入端电压高于输出端电压，所述第二可控开关从断开状态切换为接通状态。
优选地，上述所述的方法，所述方法还包括：将一第一二极管正向接入所述第一电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第一可控开关相并联；将一第二二极管正向接入所述第二电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第二可控开关相并联。
优选地，上述所述的方法，当所述第二电源电路切换至所述第一电源电路时，在所述第一可控开关接通前，所述第一二极管导通，实现所述第二电源电路至所述第一电源电路的无缝切换；当所述第一电源电路切换至所述第二电源电路时，在所述第二可控开关接通前，所述第二二极管导通，实现所述第一电源电路至所述第二电源电路的无缝切换。
优选地，上述所述的方法，所述方法还包括：将一第三可控开关接入所述第一电源电路的输入端和所述第一可控开关的输入端之间；将一第四可控开关接入所述第二电源电路的输入端和所述第二可控开关的输入端之间。
本发明上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：所述能够实现电源倒换的装置，利用在主、备电源中分别接入的可控开关，使主、备电源与负载连通或断开，并通过监测可控开关两端的电压，通过电压变化控制可控开关的闭合或断开，使该主电源能够切换至备电源为负载供电，因此避免了现有技术的主、备电源电路因为采用二极管隔离的方式，只能够应用于负载功率低、电流小的情况；此外，由于主、备电源电路中还设置续流二极管，在主电源切换至备电源时，备电源的可控开关接通之前，可以使续流二极管导通，实现电源的无缝切换。
附图说明
图1为现有技术实现主、备电源倒换的电路连接示意图；
图2为本发明第一实施例所述实现主、备电源倒换装置的电路连接示意图；
图3为本发明第二实施例所述实现主、备电源倒换装置的电路连接示意图；
图4为本发明具体实施例所述实现主、备电源倒换装置中的第一电源电路或第二电源电路的具体电路结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
如图2为本发明第一实施例所述能够实现电源倒换的装置，至少包括一第一电源电路1和一第二电源电路2，在第一电源电路1的输入端11输入一第一电源电压，第二电源电路2的输入端21输入一第二电源电压，且第一电源电路1的输出端10和第二电源电路2的输出端20相连接，并共同接入负载。本发明具体实施例中，将第一电源电路1设定为主电源电路，第二电源电路2设定为备电源电路，本领域的技术人员可以理解，主、备电源电路的设定并不以此为限制，两者任一均可为主电源电路。
本发明具体实施例所述实现电源倒换的装置，所述第一电源电路1和所述第二电源电路2中分别接入一可控开关和一检测电路，其中在该第一电源电路1中，包括：
第一可控开关，接入所述第一电源电路1的输入端11和输出端10之间；
第一检测电路，分别与所述第一可控开关的输入端12和输出端13连接，并与所述第一可控开关连接，用于检测所述第一可控开关的输入端12的电压和所述第一可控开关的输出端13的电压，当检测到输入端12的电压高于输出端13的电压时，控制第一可控开关闭合，当检测到输入端12的电压低于输出端13的电压时，控制第一可控开关断开。
在该第二电源电路2中，包括：
第二可控开关，接入所述第二电源电路2的输入端21和输出端20之间；
第二检测电路，分别与所述第二可控开关的输入端22和输出端23连接，并与所述第二可控开关连接，用于检测所述第二可控开关的输入端22的电压和输出端23的电压，当检测到输入端22的电压高于输出端23的电压时，控制第二可控开关闭合，当检测到输入端22的电压低于输出端23的电压时，控制第二可控开关断开。
在本发明第一实施例中，所述第一电源电路1(也即主电源电路)所输入的第一电源电压稍高于所述第二电源电路2(也即备电源电路)所输入的第二电源电压，这样在正常应用状态下，第一检测电路可检测到所述第一可控开关的输入端12的电压高于输出端13的电压，因此控制第一可控开关闭合，使第一电源电路1保持接通状态为负载供电；而第二检测电路检测到所述第二可控开关的输入端22的电压低于输出端23的电压，因此控制第二可控开关保持断开状态。
当第一电源电路1损坏或故障之后断开时，第一电源电路1的断路使得第二可控开关的输入端22的电压高于输出端23的电压，所述第二检测电路可实时检测到第二可控开关两端压差的变化，控制第二可控开关闭合，使第二电源电路2接通为负载供电。
如图3为本发明第二实施例所述实现电源倒换的装置的结构示意图。结合图2，与第一实施例相同，所述电路至少包括一第一电源电路1和一第二电源电路2，第一电源电压输入至第一电源电路1的输入端11，第二电源电压输入至第二电源电路2的输入端21，且使第一电源电压稍高于第二电源电压，此外第一电源电路1的输出端10和第二电源电路2的输出端20相连接，共同接入负载。所述第一电源电路1包括第一可控开关和第一检测电路，所述第二电源电路2包括第二可控开关和第二检测电路。
与第一实施例不同，在本发明第二实施例所述能够实现电源倒换的装置中，所述第一电源电路1还包括：
一第一二极管14，正向接入所述第一电源电路1的输入端11和输出端10之间，并与所述第一可控开关相并联，用于当所述第二电源电路2切换至所述第一电源电路1时，在所述第一可控开关接通前，所述第一二极管14导通，使所述第一电源电路1供电，实现第二电源电路2至第一电源电路1的无缝切换；
一第三可控开关，接入所述第一电源电路1的输入端11和所述第一可控开关12的输入端之间。
所述第二电源电路2还包括：
一第二二极管24，正向接入所述第二电源电路2的输入端21和输出端20之间，并与所述第二可控开关相并联，用于当所述第一电源电路1切换至所述第二电源电路2时，在所述第二可控开关接通前，所述第二二极管24导通，使所述第二电源电路2接通供电，实现第一电源电路1至第二电源电路2的无缝切换；
一第四可控开关，接入所述第二电源电路2的输入端21和所述第二可控开关的输入端22之间。
在本发明第二实施例所述的装置中，所述第三可控开关和所述第四可控开关可分别由第一电源和第二电源的微控制器进行控制，用于主控第一电源电路1和第二电源电路2的通断。
采用本发明第二实施例所述能够实现电源倒换的装置，在正常应用状态下，第一电源和第二电源的微控制器分别控制第三可控开关和第四可控开关闭合接通，这时第一检测电路可检测到所述第一可控开关的输入端12的电压高于输出端13的电压，因此控制第一可控开关闭合，使第一电源电路1保持接通状态为负载供电；而第二检测电路检测到所述第二可控开关的输入端22的电压低于输出端23的电压，因此控制第二可控开关保持断开状态。当第一电源电路1损坏或故障之后断开时，第一电源电路1的断路使得第二可控开关的输入端22的电压高于输出端23的电压，在第二可控开关接通之前，所述第二二极管24导通，保证负载在几十毫秒到几百毫秒之内不会掉电，第二检测电路在此时间内使第二可控开关闭合，令第二电源电路2接通为负载供电，因此第二二极管24的接入实现了第一电源电路1至第二电源电路2的无缝切换。
图4为本发明第一实施例和第二实施例中所述的第一电源电路1或第二电源电路的具体电路图。参阅图4，所述第一、第二、第三、第四可控开关具体可以采用MOS管。图中MOS管40可设置为第三或第四可控开关，MOS管41设置为第一或第二可控开关，检测芯片42设置为第一或第二检测电路的主要部件，这样通过图4结构的电路即能够组合为本发明第一和第二实施例中的第一电源电路1或第二电源电路2。
由于现有的MOS管都集成有二极管，因此所述的第一电源电路1和第二电源电路2可不必再另加设置所述第一二极管14和第二二极管24。另外，所述第三或第四可控开关所采用的MOS管40接入电路时，将MOS管40中的二级管反接(二极管N极接电源输入端)，以保证第三或第四可控开关断开时，不会有电流流过；而第一或第二可控开关所采用的MOS管41接入电路时，将MOS管41中的二级管正接(二极管P极接电源输入端，N极接负载)，以保证第一或第二可控开关断开时，MOS管41中的二级管有几十毫秒到几百毫秒的续流时间。
此外，所述第一或第二检测电路可以选择ORING控制器，如图4中的TPS2413检测芯片42，该TPS2413芯片可以实时检测7角的A输入和6角的输入，当7角电压高于等于6角的电压时，5角的GGATE能够控制第一或第二可控开关接通，反之则断开第一或第二可控开关。另外，该TPS2413芯片在检测到7角电压高于等于6角电压时，能够在几个微秒内接通第一或第二可控开关，保证在二极管续流时间内无缝切换至第一电源电路1或第二电源电路2。
本发明另一方面还提供一种实现电源倒换的方法，用于：当为负载供电的一第一电源电路出现故障时，自动切换至一第二电源电路供电。所述方法包括：
在所述第一电源电路的输入端和输出端之间接入一第一可控开关，在所述第二电源电路的输入端和输出端之间接入一第二可控开关，将所述第一电源电路的输出端和所述第二电源电路的输出端相连接，并共同接入负载；
所述第一电源电路的输入端输入第一电源电压，所述第二电源电路的输入端输入第二电源电压，并使所述第一电源电压高于所述第二电源电压；
当检测到所述第一可控开关的输入端电压高于输出端电压时，控制所述第一可控开关至接通状态，所述第一电源电路为所述负载供电；当检测到所述第二可控开关的输入端电压高于输出端电压时，控制所述第二可控开关至接通状态，所述第二电源电路为所述负载供电。
本发明具体实施例所述的方法，正常状态下，所述第一可控开关的输入端电压高于输出端电压，所述第一可控开关接通，所述第二可控开关的输入端电压低于输出端电压，第二可控开关断开。所述第一电源电路出现故障断路时，所述第二可控开关的输入端电压高于输出端电压，所述第二可控开关从断开状态切换为接通状态。
所述方法还包括：将一第三可控开关接入所述第一电源电路的输入端和所述第一可控开关的输入端之间；将一第四可控开关接入所述第二电源电路的输入端和所述第二可控开关的输入端之间，所述第三可控开关、所述第四可控开关分别用于主控第一电源电路和第二电源电路的通断。此外，将一第一二极管正向接入所述第一电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第一可控开关相并联；将一第二二极管正向接入所述第二电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第二可控开关相并联。这样，当所述第二电源电路切换至所述第一电源电路时，在所述第一可控开关接通前，所述第一二极管导通，实现所述第二电源电路至所述第一电源电路的无缝切换；当所述第一电源电路切换至所述第二电源电路时，在所述第二可控开关接通前，所述第二二极管导通，实现所述第一电源电路至所述第二电源电路的无缝切换。
本发明具体实施例所提供的能够实现电源倒换的装置和方法，能够满足负载电流较大时主、备电源的切换，且能够使主、备电源之间实现无缝切换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现电源倒换的装置，至少包括一第一电源电路和一第二电源电路，一第一电源接入所述第一电源电路的输入端，一第二电源接入所述第二电源电路的输入端，所述第一电源电路的输出端和所述第二电源电路的输出端相连接，并共同接入负载，其特征在于：
所述第一电源电路包括：
第一可控开关，接入所述第一电源电路的输入端和输出端之间；
第一检测电路，用于检测所述第一可控开关的输入端电压和所述第一可控开关的输出端电压，当检测到所述第一可控开关的输入端电压高于所述第一可控开关的输出端电压时，控制所述第一可控开关闭合，当检测到所述第一可控开关的输入端电压低于所述第一可控开关的输出端电压时，控制所述第一可控开关断开；
所述第二电源电路包括：
第二可控开关，接入所述第二电源电路的输入端和输出端之间；
第二检测电路，用于检测所述第二可控开关的输入端电压和所述第二可控开关的输出端电压，当检测到所述第二可控开关的输入端电压高于所述第二可控开关的输出端电压时，控制所述第二可控开关闭合，当检测到所述第二可控开关的输入端电压低于所述第二可控开关的输出端电压时，控制所述第二可控开关断开；
所述第一电源的电压高于所述第二电源的电压。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述第一电源电路还包括：
一第一二极管，正向接入所述第一电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第一可控开关相并联，用于当所述第二电源电路切换至所述第一电源电路时，在所述第一可控开关接通前，所述第一二极管导通，使所述第一电源电路供电；
所述第二电源电路还包括：
一第二二极管，正向接入所述第二电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第二可控开关相并联，用于当所述第一电源电路切换至所述第二电源电路时，在所述第二可控开关接通前，所述第二二极管导通，使所述第二电源电路接通供电。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述第一电源电路还包括：
一第三可控开关，接入所述第一电源电路的输入端和所述第一可控开关的输入端之间；
所述第二电源电路还包括：
一第四可控开关，接入所述第二电源电路的输入端和所述第二可控开关的输入端之间。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述第一可控开关为一第一金属氧化物半导体型场效应MOS管，所述第一二极管集成于所述第一MOS管；
所述第二可控开关为一第二金属氧化物半导体型场效应MOS管，所述第二二极管集成于所述第二MOS管。
5.一种实现电源倒换的方法，用于当为负载供电的一第一电源电路出现故障时，自动切换至一第二电源电路供电，其特征在于，所述方法包括：
在所述第一电源电路的输入端和输出端之间接入一第一可控开关，在所述第二电源电路的输入端和输出端之间接入一第二可控开关，并将所述第一电源电路的输出端和所述第二电源电路的输出端相连接，共同接入负载；
所述第一电源电路的输入端输入第一电源电压，所述第二电源电路的输入端输入第二电源电压，并使所述第一电源电压高于所述第二电源电压；
当检测到所述第一可控开关的输入端电压高于输出端电压时，控制所述第一可控开关至接通状态，所述第一电源电路为所述负载供电；当检测到所述第二可控开关的输入端电压高于输出端电压时，控制所述第二可控开关至接通状态，所述第二电源电路为所述负载供电。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，正常状态下，所述第一可控开关的输入端电压高于输出端电压，所述第一可控开关接通，所述第二可控开关的输入端电压低于输出端电压，所第二可控开关断开。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一电源电路出现故障断路时，所述第二可控开关的输入端电压高于输出端电压，所述第二可控开关从断开状态切换为接通状态。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将一第一二极管正向接入所述第一电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第一可控开关相并联；将一第二二极管正向接入所述第二电源电路的输入端和输出端之间，并与所述第二可控开关相并联。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述第二电源电路切换至所述第一电源电路时，在所述第一可控开关接通前，所述第一二极管导通，实现所述第二电源电路至所述第一电源电路的无缝切换；当所述第一电源电路切换至所述第二电源电路时，在所述第二可控开关接通前，所述第二二极管导通，实现所述第一电源电路至所述第二电源电路的无缝切换。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将一第三可控开关接入所述第一电源电路的输入端和所述第一可控开关的输入端之间；
将一第四可控开关接入所述第二电源电路的输入端和所述第二可控开关的输入端之间。
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