CN103931077A - 电源切换电路及人工心脏系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源切换电路(100)，是用于切换至少一方是蓄电池电源的第1电源及第2电源并连接于负荷的电源切换电路，其包括：第1电源连接部及第2电源连接部，构成为可连接第1电源及第2电源；负荷连接部，构成为可连接负荷；第1开关部及第2开关部，设置在各电源连接部和负荷连接部之间；以及切换控制部，进行各开关部的开关控制。各开关部具有沿同一方向串联连接的多个FET，使体二极管的负极侧为负荷连接部侧，其件数是各FET的体二极管的正向下降电压的总和超过蓄电池电源的满电电压与放电电压之差的件数。本发明的电源切换电路以高可靠性实现电源的切换。

Description

电源切换电路及人工心脏系统
技术领域
本发明涉及一种电源切换电路及人工心脏系统等。
背景技术
以往，在像人工心脏系统等的电气设备那样持续向负荷连续供电时，预先将多个电源连接于电源切换电路，且电源切换电路选择1个电源。这种电源切换电路例如具有作为电子开关的场效应晶体管(Field EffectTransistor：以下FET)，通过由逻辑电路或微型计算机将该FET控制为导通或关断来切换电源的供给源。关于这种电源切换电路的技术例如公开在专利文献1～专利文献5中。
专利文献1中公开有如下方法，通过避免连接在主电源和副电源之间的PMOS晶体管的栅极电压和源极电压之间产生电位差，从而在备用时防止PMOS晶体管的误动作。专利文献2中公开有如下方法，通过在从一个电源切换至另一个电源时响应于另一个电源的输出而使一个电源的输出停止，从而避免供给电压瞬时下落。专利文献3中公开有如下方法，比较主电源电压和参考电压，当主电源电压低于备用电源的电压时，即使选择主电源，也避免电流从备用电源流向负荷。专利文献4中公开有在二极管OR连接的构成中使用继电器的电源的切换方法。专利文献5中公开有如下方法，设置事故发生判断单元，当一个系统发生事故时，防止事故波及到另一个系统。
专利文献1：日本国特开平9-19085号公报
专利文献2：日本国特开平10-320081号公报
专利文献3：日本国特开2008-86100号公报
专利文献4：日本国特开2008-99404号公报
专利文献5：日本国特开2012-5208号公报
在专利文献1～专利文献5所公开的方法中，通过将电子开关控制为导通或关断，或者切换继电器，从而切换电源的供给源。因此，在除专利文献2以外的上述专利文献所公开的方法中存在如下问题，在生成用于进行电源切换的控制信号的逻辑电路或微型计算机、继电器发生误动作或故障时，因电源中断而导致电气设备停止。
与此相对，在专利文献2所公开的方法中，由于在开关单元的漏极·源极之间设置有二极管，因此有时即使因逻辑电路的误动作等而开关单元变为关断，也能够介由该二极管向负荷连续供电。然而，如果仅单纯地设置二极管则存在如下问题，在切换电源后会从切换后的电源向切换前的电源供给电压，白白消耗切换后的电源，导致可靠性降低。
另外，如果通过专利文献1～专利文献5所公开的方法仅单纯地切换多个蓄电池电源，则也可以考虑到由于接触不良等而因某种原因频繁地切换电源。此时，也有可能导致多个电源大致同时消耗掉余量的事态，存在可靠性降低的问题。
如上，在现有的方法中，很难以高可靠性实现用于持续向电气设备连续供电的电源切换。
发明内容
本发明是鉴于如上技术课题而进行的。根据本发明的几个方式，可以提供一种以高可靠性实现电源切换的电源切换电路及人工心脏系统等。
(1)本发明的第1方式是一种用于切换至少一方是蓄电池电源的第1电源及第2电源并连接于负荷的电源切换电路，其包括：第1电源连接部，构成为可连接所述第1电源；第2电源连接部，构成为可连接所述第2电源；负荷连接部，构成为可连接所述负荷；第1开关部，设置在所述第1电源连接部和所述负荷连接部之间；第2开关部，设置在所述第2电源连接部和所述负荷连接部之间；及切换控制部，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，所述第1开关部及所述第2开关部分别具有多个场效应晶体管，其沿同一方向串联连接，使各场效应晶体管的体二极管的负极侧为所述负荷连接部侧，且由所述切换控制部进行开关控制，所述多个场效应晶体管的件数是串联连接的多个体二极管的正向下降电压的总和超过所述蓄电池电源的满电电压与放电电压之差的件数。
根据本方式，即使因切换控制部等的误动作、故障等而无法实现第1开关部及第2开关部的FET的开关控制，也能够介由使负极侧为负荷连接部侧的多个体二极管而向负荷连续供电。由此，可避免由电源中断引起的设备停止这样的事态，可实现具有极高可靠性的电源切换。而且，由于体二极管的正向下降电压的总和比蓄电池电源的满电电压与放电电压之差大，因此不会从一个蓄电池电源向另一个蓄电池电源供给电压。因此，不可能因白白消耗电源而导致设备停止，可以使可靠性进一步提高。
(2)本发明的第2方式所涉及的电源切换电路为，在第1方式中，所述第2电源连接部构成为可连接AC/DC电源的第3电源，所述切换控制部在所述第1电源连接部所连接的所述第1电源向所述负荷供电的状态下，当所述第2电源连接部上连接有所述第3电源时，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，从所述第1电源切换至所述第3电源并向所述负荷供电。
在本方式中，能够使第2电源连接部连接蓄电池电源或AC/DC电源。而且，在由蓄电池电源向负荷进行供电时连接了AC/DC电源时，切换至AC/DC电源而向负荷供电。根据本方式，除上述效果以外，可以与蓄电池电源相比优先使用不需要担心余量的AC/DC电源，可以避免因电源中断引起的设备停止，使可靠性提高。
(3)本发明的第3方式所涉及的电源切换电路为，在第2方式中，包括第2电源检测部，检测出所述第2电源连接部所连接的电源的供给电压，所述切换控制部在根据所述第2电源检测部的检测结果而检测出所述第2电源连接部上连接有所述第3电源时，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，从所述第1电源切换至所述第3电源并向所述负荷供电。
根据本方式，由于根据第2电源连接部所连接的电源的供给电压而检测出AC/DC电源的连接，因此可以用非常简单的构成实现具有上述效果的电源切换电路。
(4)本发明的第4方式所涉及的电源切换电路为，在第3方式中，所述第2电源检测部在比较所述第3电源的供给电压和AC/DC电源检测电平，且所述第3电源的供给电压为所述AC/DC电源检测电平以上时，则检测出所述第3电源的连接。
根据本方式，由于通过与预先规定的AC/DC电源检测电平的比较来检测出AC/DC电源的连接，因此可以通过非常简单的构成的比较器来进行AC/DC电源的连接检测。
(5)本发明的第5方式所涉及的电源切换电路为，在第3方式或第4方式中，包括：充电电源生成部，根据供给至所述负荷连接部的电压而生成充电电源；及第1充电控制开关部，设置在所述充电电源生成部和所述第1电源连接部之间，所述切换控制部在检测出所述第2电源连接部上连接有所述第3电源时，进行所述第1充电控制开关部的开关控制，向所述第1电源连接部供给所述充电电源。
根据本方式，在相对于蓄电池电源使AC/DC电源优先而切换电源时，介由第1充电控制开关部，向蓄电池电源供给由AC/DC电源生成的充电电源而进行充电。根据本方式，在切换至AC/DC电源后，可以利用该AC/DC电源向蓄电池电源进行充电，防止过充电，并具备该蓄电池电源的下一次的使用机会。
(6)本发明的第6方式所涉及的电源切换电路为，在第5方式中，包括第1电源检测部，检测出所述第1电源连接部的电压，所述切换控制部在所述第1电源连接部所连接的电源的供给电压为比所述满电电压高的充电完成电压以上时，进行所述第1充电控制开关部的开关控制，停止向所述第1电源连接部供给所述充电电源。
根据本方式，由于在切换至AC/DC电源后对蓄电池电源进行充电时，通过监控该蓄电池电源的供给电压来防止过充电，因此可以实现可靠性更高的电源切换。
(7)本发明的第7方式所涉及的电源切换电路为，在第5方式或第6方式中，包括第2充电控制开关部，其设置在所述充电电源生成部和所述第2电源连接部之间，所述切换控制部在检测出所述第1电源连接部上连接有所述第3电源时，进行所述第2充电控制开关部的开关控制，向所述第2电源连接部供给所述充电电源。
根据本方式，不限于在第1电源连接部上连接有蓄电池电源，在第2电源连接部上连接有AC/DC电源时，在第2电源连接部上连接有蓄电池电源，在第1电源连接部上连接有AC/DC电源时，也能通过AC/DC电源向蓄电池电源进行充电，从而具备该蓄电池电源的下一次的使用机会。
(8)本发明的第8方式所涉及的电源切换电路为，在第7方式中，所述切换控制部在所述第2电源连接部的电压为比所述满电电压高的充电完成电压以上时，进行所述第2充电控制用开关部的开关控制，停止向所述第2电源连接部供给所述充电电源。
根据本方式，在第1电源连接部及第2电源连接部的一个上连接蓄电池电源，在另一个上连接AC/DC电源时，可以由AC/DC电源向蓄电池电源进行充电，防止过充电，并具备该蓄电池电源的下一次的使用机会。
(9)本发明的第9方式所涉及的电源切换电路为，在第1方式至第8方式的任意一个中，所述切换控制部在所述第1电源连接部所连接的所述第1电源向所述负荷供电的状态下，当所述第2电源连接部上连接有所述第2电源时，继续由所述第1电源向所述负荷供电。
在本方式中，在第2电源连接部上连接有蓄电池电源时，仍旧继续由第1电源连接部所连接的蓄电池电源向负荷供电。由此，可以避免如下事态，即每次蓄电池电源被连接时频繁进行切换，结果两个蓄电池电源大致同时消耗掉残余量，并因电源中断而引起设备停止这样的事态，从而使可靠性提高。
(10)本发明的第10方式是一种用于切换蓄电池电源的第1电源及第2电源并连接于负荷的电源切换电路，其包括：第1电源连接部，构成为可连接所述第1电源；第2电源连接部，构成为可连接所述第2电源；负荷连接部，构成为可连接所述负荷；第1开关部，设置在所述第1电源连接部和所述负荷连接部之间；第2开关部，设置在所述第2电源连接部和所述负荷连接部之间；及切换控制部，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，所述切换控制部在所述第1电源连接部所连接的所述第1电源向所述负荷供电的状态下，当所述第2电源连接部上连接有所述第2电源时，继续由所述第1电源向所述负荷供电。
根据本方式，即使因切换控制部等的误动作、故障等而无法实现第1开关部及第2开关部的FET的开关控制，也能够介由使负极侧为负荷连接部侧的多个体二极管而向负荷连续供电。由此，可避免由电源中断引起的设备停止这样的事态，可实现具有极高可靠性的电源切换。另外，在本方式中，在第2电源连接部上连接有蓄电池电源时，仍旧继续由第1电源连接部所连接的蓄电池电源向负荷供电。由此，可以避免如下事态，即每次蓄电池电源被连接时频繁进行切换，结果两个蓄电池电源大致同时消耗掉残余量，并因电源中断而引起设备停止这样的事态，从而使可靠性提高。
(11)本发明的第11方式所涉及的电源切换电路为，在第9方式或第10方式中，所述切换控制部在来自所述第1电源的供给电压小于所述放电电压时，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，从所述第1电源切换至所述第2电源并向所述负荷供电。
在本方式中，在第2电源连接部上连接有蓄电池电源时，继续由第1电源连接部所连接的蓄电池电源向负荷供电。另一方面，在由第1电源连接部所连接的蓄电池电源进行供电而余量变少，并变为需要充电状态时，切换至第2电源连接部所连接的蓄电池电源。由此，除上述效果以外，可以在蓄电池电源消耗掉余量而停止供电之前，切换至新的蓄电池电源并继续供电。
(12)本发明的第12方式是一种人工心脏系统，其包括：血泵，辅助心脏的血液流动；血泵控制部，控制所述血泵；及第1方式至第11方式中任意一项所述的电源切换电路，向所述血泵及所述血泵控制部供电。
根据本方式，可以提供一种人工心脏系统，即使因切换控制部等的误动作、故障等而无法实现第1开关部及第2开关部的FET的开关控制，也能以高可靠性切换电源而持续供电。
(13)本发明的第13方式所涉及的人工心脏系统为，在第12方式中，包括显示部，显示所述第1电源连接部的电源连接状态、所述第2电源连接部的电源连接状态、从所述第1电源连接部所连接的电源朝向所述负荷的电源供给状态、以及从所述第2电源连接部所连接的电源朝向所述负荷的电源供给状态。
根据本方式，由于显示上述电源切换电路所连接的电源的连接状态及供给状态，因此患者不会对突然的电源中断而感到不安，可以使人工心脏系统的可靠性提高。
附图说明
图1是本发明一个实施方式所涉及的人工心脏系统的构成例的框图。
图2是本实施方式中的血泵的说明图。
图3是本实施方式中的电源切换部的构成例的电路图。
图4是本实施方式中的蓄电池电源的充电完成电压的说明图。
图5是本实施方式中的蓄电池电源的放电电压的说明图。
图6是第1比较器的动作说明图。
图7是图3的电源切换部的第1动作例的时间图。
图8是图3的电源切换部的第2动作例的时间图。
图9是模式化表示本实施方式中的显示部的第1显示例的图。
图10是模式化表示本实施方式中的显示部的第2显示例的图。
图11是本实施方式的变形例中的电源切换部的构成例的电路图。
符号说明
10-人工心脏系统；20-人工心脏控制装置；30-血泵；50-心脏；100、100a-电源切换部(电源切换电路)；102-第1电源连接器(第1电源连接部)；104-第2电源连接器(第2电源连接部)；106-负荷连接部；110-第1电源检测部；112-第2电源检测部；120-充电电源生成部；130-第1开关部；132-第1充电控制开关部；140-第2开关部；142-第2充电控制开关部；150-切换控制部；152-先后顺序保持部；160-第1优先连接控制部；162-第1充电控制部；170-第2优先连接控制部；172-第2充电控制部；180-充电电源控制部；190-微型计算机；200-电源生成部；300-血泵控制部；400-控制部；500-显示部；CMP1-第1比较器；CMP2-第2比较器。
具体实施方式
下面，利用附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，以下说明的实施方式并未不恰当地限定权利要求书所记载的本发明的内容。另外，以下说明的构成并不一定都是用于解决本发明课题的必需的构成要素。
(人工心脏系统)
图1中示出本发明一个实施方式所涉及的人工心脏系统的构成例的框图。图1的人工心脏系统是例如以BTT(Bridge To Transplant：移植前的过渡支撑)为目的而被移植等待患者配戴，通过由血泵对血液循环进行辅助，从而移植等待患者能够在长期间内等待合适的捐献者。
人工心脏系统10具备人工心脏控制装置(人工心脏控制器)20和辅助心脏的血液流动的血泵(泵、马达、人工心脏泵)30。血泵30和人工心脏控制装置20介由未图示的缆线而连接。
血泵30作为对患者心脏的左心室的功能进行辅助的左心室辅助装置(Left Ventricular Assist Device：LVAD)而发挥作用。该血泵30是使所循环的血液流动连续的连续流式血泵。
图2中示出本实施方式中的血泵30的说明图。图2模式化表示患者的心脏和体内的循环系统。
患者的心脏50被划分为左心房、左心室、右心房及右心室，右心房及右心室在肺循环系统中具有使血液循环的功能，左心房及左心室在体循环系统中具有使血液循环的功能。即，从体循环系统经由上下腔静脉而返回的血液被存蓄在右心房中后，被送入右心室。被送入右心室的血液利用右心室的搏动而经由肺动脉沿肺循环系统循环从而变为含氧的状态。从肺循环系统经由肺静脉而返回的血液被存蓄在左心房中后，被送入左心室。被送入左心室的血液利用左心室的搏动而经由大动脉沿体循环系统循环。本实施方式中的血泵30为了辅助左心室的功能，抽吸被送入左心室的血液，并输送至大动脉。
在本实施方式中，血泵30被植入患者的体内，人工心脏控制装置20被设置在患者的体外。但是，人工心脏控制装置20的一部分或全部的功能也可以设置在患者的体内。连接人工心脏控制装置20和血泵30的缆线中设置有血泵30的润滑液的输送侧的管和接收侧的管，形成润滑液的循环路径。另外，该缆线作为通信电缆而具有传输从人工心脏控制装置20向血泵30供给的驱动电流的信号线。
血泵30通过人工心脏控制装置20而被控制。人工心脏控制装置20具备电源切换部(电源切换电路)100、电源生成部200、血泵控制部300、控制部400及显示部500。
电源切换部100选择所连接的2个系统的电源的任意一个，将所选择的系统的电源连接于由血泵控制部300、电源生成部200及血泵30构成的负荷。由此，持续向负荷连续供电。这种电源切换部100具有2个电源连接器，各电源连接器构成为可连接蓄电池电源或AC/DC电源。在此，AC/DC电源意味着通过AC/DC适配器将AC电源即商用电源变换为直流电压(例如18V)的电源。
电源生成部200从由电源切换部100切换的电源生成向控制部400及显示部500供给的规定电平的电压(例如3V、5V等)。
血泵控制部300在由电源切换部100切换的电源进行供给的状态下，生成驱动血泵30的驱动电流(广义上是驱动信号)，控制血泵30的转速。
控制部400被供给由电源生成部200生成的电压，根据电源切换部100的内部信号对进行显示部500的显示控制等的人工心脏控制装置20整体的控制进行掌控。
显示部500根据由控制部400进行的显示控制，显示人工心脏系统10的各种动作状态(例如电源的连接状态、供给状态)。
(电源切换电路)
图3中示出作为本实施方式中的电源切换电路的图1的电源切换部100的构成例的电路图。在此，虽然电源切换部100作为切换2个系统的电源的切换部而进行说明，但是也可以切换3个系统以上的电源。
电源切换部100具备第1电源连接器(第1电源连接部)102、第2电源连接器(第2电源连接部)104、负荷连接部106、第1电源检测部110、第2电源检测部112及充电电源生成部120。电源切换部100还具备第1开关部130、第1充电控制开关部132、第2开关部140、第2充电控制开关部142及切换控制部150。
第1电源连接器102构成为可连接蓄电池电源(第1电源)或AC/DC电源。
第2电源连接器104也构成为可连接蓄电池电源(第2电源)或AC/DC电源(第3电源)。
负荷连接部106构成为可连接由血泵控制部300、电源生成部200及血泵30构成的负荷。
第1电源检测部110根据第1电源连接器102所连接的电源的供给电压，检测出第1电源连接器102所连接的电源的类别、状态等。具体而言，第1电源检测部110检测出第1电源连接器102所连接的电源是AC/DC电源还是蓄电池电源，并且为蓄电池电源时，则检测出处于满电状态还是需要充电状态。
第2电源检测部112根据第2电源连接器104所连接的电源的供给电压，检测出第2电源连接器104所连接的电源的类别、状态等。具体而言，第2电源检测部112检测出第2电源连接器104所连接的电源是AC/DC电源还是蓄电池电源，并且为蓄电池电源时，则检测出处于满电状态还是需要充电状态。第1电源检测部110和第2电源检测部112具有同样的构成。
第1开关部130设置在第1电源连接器102和负荷连接部106之间。第1开关部130具有由切换控制部150进行开关控制的多个p型FET，多个FET沿同一方向串联连接，使各FET的体二极管(寄生二极管)的负极侧为负荷连接部106侧。在此，串联连接的多个FET的件数为如下件数，即各FET的体二极管的正向下降电压的总和超过第1电源连接器102所连接的蓄电池电源的满电电压与放电电压之差。
第2开关部140设置在第2电源连接器104和负荷连接部106之间。第2开关部140具有由切换控制部150进行开关控制的多个p型FET，多个FET沿同一方向串联连接，使各FET的体二极管的负极侧为负荷连接部106侧。在此，串联连接的多个FET的件数为如下件数，即各FET的体二极管的正向下降电压的总和超过第2电源连接器104所连接的蓄电池电源的满电电压与放电电压之差。
充电电源生成部120连接于第1开关部130及第2开关部140的连接节点与负荷连接部106的连接节点，动作时，根据供给至负荷连接部106的电压而生成充电电源。
第1充电控制开关部132设置在第1电源连接器102和充电电源生成部120之间。第1充电控制开关部132包括体二极管相互逆向地连接的FETQ9、Q10。
第2充电控制开关部142设置在第2电源连接器104和充电电源生成部120之间。第2充电控制开关部142包括体二极管相互逆向地连接的FETQ11、Q12。
切换控制部150根据第1电源检测部110及第2电源检测部112的检测结果，控制第1开关部130、第1充电控制开关部132、第2开关部140、第2充电控制开关部142及充电电源生成部120。具体而言，切换控制部150进行第1开关部130及第2开关部140的开关控制，使第1电源连接器102及第2电源连接器104中先被连接一方的电源连接于负荷连接部106。
这种切换控制部150具备先后顺序保持部152、第1优先连接控制部160、第1充电控制部162、第2优先连接控制部170、第2充电控制部172及充电电源控制部180。
先后顺序保持部152保持对应于第1电源连接器102及第2电源连接器104中的先连接蓄电池电源或AC/DC电源的电源连接器的状态。这种先后顺序保持部152例如如图3所示可以由RS型触发器构成。
第1优先连接控制部160在通过第1电源检测部110或第2电源检测部112检测出已连接AC/DC电源时，屏蔽先后顺序保持部152所保持的状态，进行第1开关部130的开关控制。具体而言，当AC/DC电源被连接于第1电源连接器102时，第1优先连接控制部160与先后顺序保持部152所保持的状态无关，能够进行使第1开关部130导通的控制。
第1充电控制部162在AC/DC电源被连接于第2电源连接器104时，进行第1电源连接器102所连接的蓄电池电源的充电控制。具体而言，第1充电控制部162控制第1充电控制开关部132，通过第2电源连接器104所连接的AC/DC电源，进行第1电源连接器102所连接的蓄电池电源的充电。此时，第1充电控制部162在第1电源连接器102所连接的蓄电池电源的供给电压小于充电完成电压时，以导通的方式控制第1充电控制开关部132。
第2优先连接控制部170在通过第1电源检测部110或第2电源检测部112检测出已连接AC/DC电源时，屏蔽先后顺序保持部152所保持的状态，进行第2开关部140的开关控制。具体而言，当AC/DC电源被连接于第2电源连接器104时，第2优先连接控制部170与先后顺序保持部152所保持的状态无关，能够进行使第2开关部140导通的控制。
第2充电控制部172在AC/DC电源被连接于第1电源连接器102时，进行第2电源连接器104所连接的蓄电池电源的充电控制。具体而言，第2充电控制部172控制第2充电控制开关部142，通过第1电源连接器102所连接的AC/DC电源，进行第2电源连接器104所连接的蓄电池电源的充电。此时，第2充电控制部172在第2电源连接器104所连接的蓄电池电源的供给电压小于充电完成电压时，以导通的方式控制第2充电控制开关部142。
充电电源控制部180在AC/DC电源被连接于第1电源连接器102或第2电源连接器104时，控制充电电源生成部120，使充电电源生成部120的动作进行导通。
在这种构成中，希望设想到如下事态，即第1电源检测部110、第2电源检测部112及切换控制部150的任意一个发生误动作、故障等，而第1开关部130及第2开关部140变得无法导通。关于该点，由于在本实施方式中，使负极侧为负荷连接部106侧且沿同一方向串联连接体二极管，因此可以从任意一个电源连接器所连接的电源向负荷连续供电。因此，可避免由电源中断引起的设备停止这样的事态，可实现具有极高可靠性的电源切换。而且，由于体二极管的正向下降电压的总和比蓄电池电源的满电电压与放电电压之差大，因此不会从一个蓄电池电源向另一个蓄电池电源供给电压。因此，不可能因白白消耗电源而导致设备停止，可以使可靠性进一步提高。
另外，在第1电源连接器102上先连接蓄电池电源而向负荷供电的状态下，当第2电源连接器104上连接有蓄电池电源时，切换控制部150不进行电源切换。即，切换控制部150仍旧由第1电源连接器102所连接的蓄电池电源继续向负荷供电。由此，可以避免如下事态，即每次蓄电池电源被连接时频繁进行切换，结果两个蓄电池电源大致同时消耗掉余量，并因电源中断而引起设备停止这样的事态，从而使可靠性提高。
其后，第1电源连接器102所连接的蓄电池电源的供给电压逐渐下降。然后，当该供给电压小于放电电压时，切换控制部150进行第1开关部130及第2开关部140的开关控制，从第1电源连接器102所连接的蓄电池电源切换至第2电源连接器104所连接的蓄电池电源并向负荷供电。由此，可以在蓄电池电源消耗掉余量而停止供电之前，切换至新的蓄电池电源而持续供电。
进而，在第1电源连接器102上先连接蓄电池电源而向负荷供电的状态下，当第2电源连接器104上连接有AC/DC电源时，切换控制部150进行第1开关部130及第2开关部140的开关控制，从蓄电池电源切换至AC/DC电源并向负荷供电。由此，可以与蓄电池电源相比优先使用不需要担心余量的AC/DC电源，可以避免因电源中断引起的设备停止，使可靠性提高。
此时，切换控制部150进行第1充电控制开关部132的开关控制，向第1电源连接器102所连接的蓄电池电源供给充电电源生成部120生成的充电电源。然后，根据第1电源检测部110的检测结果，当第1电源连接器102所连接的蓄电池电源的供给电压变为充电完成电压以上时，切换控制部150进行第1充电控制开关部132的开关控制，停止向该蓄电池电源供给充电电源。由此，在切换至AC/DC电源后，可以利用该AC/DC电源向蓄电池电源进行充电，防止过充电，并具备该蓄电池电源的下一次的使用机会。
下面，对图3的电源切换部100的动作具体地进行说明。在本实施方式中，AC/DC电源的供给电压为18.0V，蓄电池电源的充电完成电压(使用开始电压)为16.8V，满电电压为比充电完成电压低的16.0V，放电电压(使用中止判定电压)为13.8V。
在图3中，第1电源检测部110比较第1电源连接器102所连接的电源的供给电压和比AC/DC电源的供给电压低的AC/DC电源检测电压V1(17.5V)，检测出所连接的电源是否是AC/DC电源。
另外，第1电源检测部110通过比较第1电源连接器102所连接的电源的供给电压和充电完成电压V2，从而检测出蓄电池电源是否处于满电状态。
进而，第1电源检测部110通过比较第1电源连接器102所连接的电源的供给电压和放电电压V3，从而检测出蓄电池电源是否处于需要充电状态。
图4中示出第1电源连接器102或第2电源连接器104所连接的蓄电池电源的充电完成电压的说明图。图4是在纵轴上取电压并在横轴上取时间，表示以蓄电池电源的额定电流的0.5倍的电流进行充电时的每1个单元电池的充电特性的一个例子的图。
以规定的电流开始向放电状态的蓄电池电源充电时，蓄电池电源的输出电压(单元电池电压)逐渐上升。然后，在经过时间t1，该蓄电池电源达到预先规定的电压(例如4.2V)时，其后的输出电压变为恒压，使该恒压为充电完成电压。在本实施方式中，例如串联连接4个具有图4所示的充电特性的单元电池，作为充电完成电压V2采用16.8V(＝4.2V×4)。因而，检测出蓄电池电源的输出电压是否是作为使用开始电压的充电完成电压，由此可以判别是否能够作为满电状态而使用该蓄电池电源。这种蓄电池电源为满电状态时的输出电压通常比充电完成电压V2低，在本实施方式中作为满电电压采用16.0V。
图5中示出第1电源连接器102或第2电源连接器104所连接的蓄电池电源的放电电压的说明图。图5是在纵轴上取电压并在横轴上取蓄电池电源的放电容量，表示以额定电流的0.5倍的电流进行放电时的每1个单元电池的放电特性的一个例子的图。
使充电完成状态的蓄电池电源以规定的电流放电时，蓄电池电源的输出电压(单元电池电压)逐渐下降。放电容量达到Cmax时，输出电压急剧下降。于是，相对于该放电容量Cmax，使余量为例如10％时的输出电压(例如3.45V)为放电电压。在本实施方式中，例如串联连接4个具有图5所示的放电特性的单元电池，作为放电电压V3采用13.8V(＝3.45V×4)。
为了检测出如上的各种电压，图3的第1电源检测部110具备第1比较器CMP1，其具有监测器输入端子i1～i3及输出端子p1～p3。监测器输入端子i1～i3分别输入根据第1电源连接器102所连接的电源的供给电压而生成的检测用电压，从输出端子p1～p3输出与电源的供给电压相应的输出信号。
图6中示出第1比较器CMP1的动作说明图。在图6中，将第1电源连接器102所连接的电源的供给电压表示为Vin。
如图6所示，输出端子p1的输出信号在电源的供给电压Vin为AC/DC电源检测单元V1以上时为L电平，在小于AC/DC电源检测单元V1时为H电平。输出端子p2的输出信号在电源的供给电压Vin为充电完成电压V2以上时为L电平，在小于充电完成电压V2时为H电平。输出端子p3的输出信号在电源的供给电压Vin为放电电压V3以上时为L电平，在小于放电电压V3时为H电平。
因而，当输出端子p1的输出信号为L电平时，则检测出第1电源连接器102所连接的电源是AC/DC电源。另外，当输出端子p1的输出信号为H电平，且输出端子p3的输出信号为L电平时，则检测出第1电源连接器102所连接的电源是蓄电池电源。
这种第1比较器CMP1的功能例如可以通过Maxim公司的电池监测器电路(MAX6782)来实现。另外，第2电源检测部112的构成及动作与第1电源检测部110一样。
可是，如图3所示，第1开关部130包括4个FETQ1～Q4。此时，在第1电源连接器102侧为漏极的FETQ1的源极上连接FETQ2的漏极，在FETQ2的源极上连接FETQ3的漏极，在FETQ3的源极上连接FETQ4的漏极。FETQ4的源极为负荷连接部106侧。FETQ1～Q4的栅极通过切换控制部150而被控制。在此，蓄电池电源的满电电压为16.0V，放电电压V3为13.8V，使各体二极管的正向下降电压为0.6V时，则(16.0V-13.8V)<0.6V×4。
第2开关部140与第1开关部130一样，包括4个FETQ5～Q8。此时，在第2电源连接器104侧为漏极的FETQ5的源极上连接FETQ6的漏极，在FETQ6的源极上连接FETQ7的漏极，在FETQ7的源极上连接FETQ8的漏极。FETQ8的源极为负荷连接部106侧。FETQ5～Q8的栅极通过切换控制部150而被控制。在此，第2开关部140也与第1开关部130一样，蓄电池电源的满电电压为16.0V，放电电压V3为13.8V，使各体二极管的正向下降电压为0.6V时，则(16.0V-13.8V)<0.6V×4。
因而，在第1电源连接器102及第2电源连接器104上连接有蓄电池电源的状态下，由于负极侧与正极侧相比处于低电位，因此不会从一个蓄电池电源向另一个蓄电池电源供给电压。
下面，示出时间图并说明上述电源切换部100的动作例。另外，电源切换部100如图3所示，从两个电源连接器到负荷连接部106的路径的构成及控制相同。因此，以下即使置换第1电源连接器102和第2电源连接器104也是一样的。
图7中示出图3的电源切换部100的第1动作例的时间图。图7表示在两个电源连接器上未连接电源的状态下，在第1电源连接器102上连接蓄电池电源后，在第2电源连接器104上连接蓄电池电源时的电源切换部100的动作时序的一个例子。
在第1电源连接器102及第2电源连接器104上未连接电源时，第1电源检测部110的第1比较器CMP1的输出端子p1～p3的输出信号为H电平。同样，第2电源检测部112的第2比较器CMP2的输出端子p1～p3的输出信号也为H电平。此时，先后顺序保持部152及第1优先连接控制部160的连接节点N1为L电平，先后顺序保持部152及第2优先连接控制部170的连接节点N2为L电平。其结果，第1优先连接控制部160的输出信号为H电平，第1开关部130关断，第2优先连接控制部170的输出信号为H电平，第2开关部140关断。另外，第1充电控制部162的输出信号为H电平，第1充电控制开关部132关断，第2充电控制部172的输出信号为H电平，第2充电控制开关部142关断。另外，充电电源控制部180的输出信号为H电平，充电电源生成部120的动作变为关断，输出GND电平。
其后，在时刻T1，仅在第1电源连接器102上连接满电状态的蓄电池电源。此时，由于满电电压为16.0V，因此第1比较器CMP1的输出端子p1、p2的输出信号为H电平，输出端子p3的输出信号为L电平。因此，连接节点N1为H电平，第1优先连接控制部160的输出信号变化为L电平，第1开关部130导通。结果第1电源连接器102所连接的蓄电池电源开始向连接于负荷连接部106的负荷供电。
在时刻T1之后的时刻T2，进而在第2电源连接器104上连接满电状态的蓄电池电源。此时，第2比较器CMP2的输出端子p1、p2的输出信号为H电平，输出端子p3的输出信号为L电平。但是，连接节点N1仍旧为H电平，连接节点N2仍旧为L电平，第1优先连接控制部160及第2优先连接控制部170的输出信号不发生变化。因而，切换控制部150能够由第1电源连接器102所连接的蓄电池电源继续向负荷供电。
第1电源连接器102所连接的蓄电池电源持续供电时，该蓄电池电源的余量变少，供给电压逐渐下降。然后，在时刻T2之后的时刻T3，当向负荷进行供电的蓄电池电源的供给电压小于放电电压时，第1比较器CMP1的输出端子p3的输出信号变化为H电平。于是，连接节点N1为L电平，连接节点N2为H电平，第1优先连接控制部160的输出信号变化为H电平，从而第1开关部130关断，第2优先连接控制部170的输出信号变化为L电平，从而第2开关部140导通。结果从第1电源连接器102所连接的蓄电池电源切换至第2电源连接器104所连接的蓄电池电源，第2电源连接器104所连接的蓄电池电源开始向连接于负荷连接部106的负荷供电。
图8中示出图3的电源切换部100的第2动作例的时间图。图8表示在两个电源连接器上未连接电源的状态下，在第1电源连接器102上连接蓄电池电源后，在第2电源连接器104上连接AC/DC电源时的电源切换部100的动作时序的一个例子。
在第1电源连接器102及第2电源连接器104上未连接电源时，第1电源检测部110的第1比较器CMP1的输出端子p1～p3的输出信号为H电平。同样，第2电源检测部112的第2比较器CMP2的输出端子p1～p3的输出信号也为H电平。此时，连接节点N1为L电平，连接节点N2为L电平。其结果，第1优先连接控制部160的输出信号为H电平，第1开关部130关断，第2优先连接控制部170的输出信号为H电平，第2开关部140关断。另外，第1充电控制部162的输出信号为H电平，第1充电控制开关部132关断，第2充电控制部172的输出信号为H电平，第2充电控制开关部142关断。另外，充电电源控制部180的输出信号为H电平，充电电源生成部120的动作变为关断，输出GND电平。
其后，在时刻T10，仅在第1电源连接器102上连接满电状态的蓄电池电源。此时，第1比较器CMP1的输出端子p1、p2的输出信号为H电平，输出端子p3的输出信号为L电平。因此，连接节点N1为H电平，第1优先连接控制部160的输出信号变化为L电平，第1开关部130导通。结果第1电源连接器102所连接的蓄电池电源开始向连接于负荷连接部106的负荷供电。
在时刻T10之后的时刻T11，进而在第2电源连接器104上连接AC/DC电源。此时，第2比较器CMP2的输出端子p1～p3的输出信号为L电平。由此，第2优先连接控制部170的输出信号为L电平，第2开关部140导通。另外，第1优先连接控制部160的输出信号为H电平，第1开关部130关断。因而，从第1电源连接器102所连接的蓄电池电源切换至第2电源连接器104所连接的AC/DC电源。
而且，第1充电控制部162的输出信号为L电平，第1充电控制开关部132导通。另外，由于充电电源控制部180的输出信号为L电平，充电电源生成部120的动作变为导通，因此由AC/DC电源生成充电电源(16.8V)，介由第1充电控制开关部132而开始蓄电池电源的充电。充电开始后的蓄电池电源的供给电压开始上升。
在时刻T11之后的时刻T12，当第1电源连接器102所连接的蓄电池电源的供给电压变为充电完成电压以上时，第1比较器CMP1的输出端子p2的输出信号变化为L电平。由此，第1充电控制部162的输出信号变化为H电平，第1充电控制开关部132关断，停止充电。
(电源的切换显示)
另外，在本实施方式中，通过在显示部500中显示电源切换部100所连接的电源的连接状态及供给状态，从而患者不会对突然的电源中断而感到不安，可以使可靠性提高。
图9中模式化示出本实施方式中的显示部500的第1显示例。图9表示如下显示例，即示出在第1电源连接器102及第2电源连接器104上连接蓄电池电源或AC/DC电源，从第1电源连接器102所连接的蓄电池电源或AC/DC电源向负荷进行供电。
控制部400通过监控电源切换部100的内部信号，从而进行如图9的显示部500的显示控制。在图9中，通过对应于连接有蓄电池电源或AC/DC电源的电源连接器而进行点亮显示，对应于未连接蓄电池电源或AC/DC电源的电源连接器而进行非点亮显示，由此进行连接状态的显示。另外，在图9中，通过对应于连接有电源的电源连接器而进行点亮显示，该电源向负荷进行供电，对应于未连接电源的电源连接器而进行非点亮显示，该电源未向负荷进行供电，由此进行供给状态的显示。
控制部400通过监控第1比较器CMP1的输出端子p1，可以判别在第1电源连接器102上是否连接有AC/DC，将其判别结果反映于显示部500。
另外，控制部400通过监控第1比较器CMP1的输出端子p2，可以判别第1电源连接器102所连接的蓄电池电源是否处于满电状态，将其判别结果反映于显示部500。
进而，控制部400通过监控第1比较器CMP1的输出端子p3，可以判别第1电源连接器102所连接的蓄电池电源是否处于需要充电状态，将其判别结果反映于显示部500。
另外，控制部400通过监控第1充电控制部162的输出信号，可以判别是否正在向第1电源连接器102所连接的蓄电池电源充电，将其判别结果反映于显示部500。
进而，控制部400通过监控第1优先连接控制部160的输出信号，可以判别是否正在通过第1电源连接器102所连接的电源向负荷供电，将其判别结果反映于显示部500。
同样，控制部400通过监控第2比较器CMP2的输出端子p1，可以判别在第2电源连接器104上是否连接有AC/DC，将其判别结果反映于显示部500。
另外，控制部400通过监控第2比较器CMP2的输出端子p2，可以判别第2电源连接器104所连接的蓄电池电源是否处于满电状态，将其判别结果反映于显示部500。
进而，控制部400通过监控第2比较器CMP2的输出端子p3，可以判别第2电源连接器104所连接的蓄电池电源是否处于需要充电状态，将其判别结果反映于显示部500。
另外，控制部400通过监控第2充电控制部172的输出信号，可以判别是否正在向第2电源连接器104所连接的蓄电池电源充电，将其判别结果反映于显示部500。
进而，控制部400通过监控第2优先连接控制部170的输出信号，可以判别是否正在通过第2电源连接器104所连接的电源向负荷供电，将其判别结果反映于显示部500。
另外，在图9中，也可以分别针对连接状态及供给状态，分成蓄电池电源和AC/DC电源进行点亮显示或非点亮显示。
图10中模式化示出本实施方式中的显示部500的第2显示例。图10表示与第1电源连接器102及第2电源连接器104的电源连接状态及供给状态相应的显示例。在图10中，在左侧的栏中用框包围显示各电源连接器所连接的电源中向负荷供电的电源。
在图10所示的例子中，预先准备分别对应于蓄电池电源及AC/DC电源的图标，显示部500显示与各电源连接器所连接的电源相对应的图标。此时，对应于蓄电池电源的图标包括：余量标记部(图10中为矩形标记)，根据蓄电池余量而显示个数发生变化；及框部，包围该多个余量标记部。
然后，当各电源连接器上连接有电源时，显示部500显示与控制部400中判别的电源类别相应的图标。
蓄电池电源的情况下，显示与蓄电池余量相应的显示个数的残余量标记部。蓄电池余量是例如使第1比较器CMP1及第2比较器CMP2输出对应于余量的检测电压与各电源连接器的电压的比较结果，通过控制部400检测出该结果，而反映于显示部500。另外，从蓄电池电源向负荷供电时，除余量标记部以外还显示框部。
如上，使电源切换部100所连接的电源的连接状态及供给状态显示于显示部500，由此消除配戴人工心脏系统的患者等的不安，可以使针对设备的可靠性更加进一步提高。
(变形例)
在本实施方式的电源切换部100中，虽然说明了通过逻辑电路实现切换控制部150的功能的例子，但是本实施方式并不限定于此。
图11中示出本实施方式的变形例中的电源切换部的构成例的电路图。在图11中，对与图3一样的部分标注同一符号，适当省略说明。在图1的人工心脏控制装置中，可以应用图11的电源切换部来代替电源切换部100。
本变形例中的电源切换部100a的构成与图3的电源切换部100的构成的不同之处在于，构成图3的切换控制部150的逻辑电路被微型计算机190替换。即，图3的先后顺序保持部152、第1优先连接控制部160、第1充电控制部162、第2优先连接控制部170、第2充电控制部172及充电电源控制部180的功能通过微型计算机190而实现。
微型计算机具有中央运算处理装置(Central Processing Unit：以下CPU)、存储器、多个I/O端口。CPU读取预先储存在存储器中的程序，执行对应于该程序的处理。I/O端口连接于第1比较器CMP1及第2比较器CMP2的输出端子p1～p3、构成第1开关部130、第2开关部140、第1充电控制开关部132及第2充电控制开关部142的FET的栅极、以及充电电源生成部120的控制端子。
CPU根据介由I/O端口输入的各比较器的输出端子p1～p3的状态，控制I/O端口所连接的构成第1开关部130、第2开关部140、第1充电控制开关部132及第2充电控制开关部142的FET的栅极及充电电源生成部120的控制端子。
另外，在图11中，微型计算机190也可以内置第1电源检测部110、第2电源检测部112、第1开关部130、第2开关部140、第1充电控制开关部132、第2充电控制开关部142及充电电源生成部120的至少一个的功能。
根据本变形例，可以用较少的元件数得到与本实施方式一样的效果。
以上，根据上述的实施方式或其变形例说明了本发明所涉及的电源切换电路及人工心脏系统等。但是，本发明并不限定于上述的实施方式或其变形例，在不脱离其主旨的范围内可以在各种方式中进行实施，例如也可以进行如下变形。
(1)在上述的本实施方式或其变形例中，虽然电源切换电路作为进行2个系统的电源切换的电路而进行了说明，但是也可以进行3个系统以上的电源切换。
(2)在上述的本实施方式或其变形例中，虽然说明了作为构成第1开关部及第2开关部的FET采用p型FET，但是本发明不限定于此。例如，只要体二极管的端子方向能够与本实施方式或其变形例相同，则第1开关部及第2开关部也可以由n型FET构成。
(3)在上述的实施方式或其变形例中，虽然说明了血泵为连续流式血泵，但是本发明并不限定于此，血泵也可以是对所循环的血液流动给予规定周期的搏动流式血泵、磁悬浮式血泵等。
(4)上述的实施方式或其变形例中的血泵通过由3相驱动信号驱动的AC马达、或例如由3相以外的驱动信号驱动的马达、DC马达等而实现。
(5)在上述的实施方式或其变形例中，虽然作为电气设备以人工心脏系统为例进行了说明，但是本发明并不限定于此，可以应用于各种电气设备中。
(6)在上述的实施方式或其变形例中，虽然作为电源切换电路及人工心脏系统等说明了本发明，但是本发明并不限定于此。例如，也可以是本发明所涉及的电源切换电路的控制方法或记述了由控制部400进行的显示部500的显示方法的处理步骤的程序、记录了该程序的记录介质等。

Claims (13)

1.一种电源切换电路，是用于切换至少一方是蓄电池电源的第1电源及第2电源并连接于负荷的电源切换电路，其特征在于，包括：
第1电源连接部，构成为可连接所述第1电源；
第2电源连接部，构成为可连接所述第2电源；
负荷连接部，构成为可连接所述负荷；
第1开关部，设置在所述第1电源连接部和所述负荷连接部之间；
第2开关部，设置在所述第2电源连接部和所述负荷连接部之间；
及切换控制部，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，
所述第1开关部及所述第2开关部分别具有多个场效应晶体管，其沿同一方向串联连接，使各场效应晶体管的体二极管的负极侧为所述负荷连接部侧，且由所述切换控制部进行开关控制，
所述多个场效应晶体管的件数是串联连接的多个体二极管的正向下降电压的总和超过所述蓄电池电源的满电电压与放电电压之差的件数。
2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述第2电源连接部构成为可连接AC/DC电源的第3电源，
所述切换控制部在所述第1电源连接部所连接的所述第1电源向所述负荷供电的状态下，当所述第2电源连接部上连接有所述第3电源时，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，从所述第1电源切换至所述第3电源并向所述负荷供电。
3.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，包括第2电源检测部，检测出所述第2电源连接部所连接的电源的供给电压，
所述切换控制部在根据所述第2电源检测部的检测结果而检测出所述第2电源连接部上连接有所述第3电源时，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，从所述第1电源切换至所述第3电源并向所述负荷供电。
4.根据权利要求3所述的电源切换电路，其特征在于，所述第2电源检测部在比较所述第3电源的供给电压和AC/DC电源检测电平，且所述第3电源的供给电压为所述AC/DC电源检测电平以上时，则检测出所述第3电源的连接。
5.根据权利要求3或4的任意一项所述的电源切换电路，其特征在于，包括：
充电电源生成部，根据供给至所述负荷连接部的电压而生成充电电源；
及第1充电控制开关部，设置在所述充电电源生成部和所述第1电源连接部之间，
所述切换控制部在检测出所述第2电源连接部上连接有所述第3电源时，进行所述第1充电控制开关部的开关控制，向所述第1电源连接部供给所述充电电源。
6.根据权利要求5所述的电源切换电路，其特征在于，包括第1电源检测部，检测出所述第1电源连接部的电压，
所述切换控制部在所述第1电源连接部所连接的电源的供给电压为比所述满电电压高的充电完成电压以上时，进行所述第1充电控制开关部的开关控制，停止向所述第1电源连接部供给所述充电电源。
7.根据权利要求5或6的任意一项所述的电源切换电路，其特征在于，包括第2充电控制开关部，其设置在所述充电电源生成部和所述第2电源连接部之间，
所述切换控制部在检测出所述第1电源连接部上连接有所述第3电源时，进行所述第2充电控制开关部的开关控制，向所述第2电源连接部供给所述充电电源。
8.根据权利要求7所述的电源切换电路，其特征在于，所述切换控制部在所述第2电源连接部的电压为比所述满电电压高的充电完成电压以上时，进行所述第2充电控制用开关部的开关控制，停止向所述第2电源连接部供给所述充电电源。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的电源切换电路，其特征在于，所述切换控制部在所述第1电源连接部所连接的所述第1电源向所述负荷供电的状态下，当所述第2电源连接部上连接有所述第2电源时，继续由所述第1电源向所述负荷供电。
10.一种电源切换电路，是用于切换蓄电池电源的第1电源及第2电源并连接于负荷的电源切换电路，其特征在于，包括：
第1电源连接部，构成为可连接所述第1电源；
第2电源连接部，构成为可连接所述第2电源；
负荷连接部，构成为可连接所述负荷；
第1开关部，设置在所述第1电源连接部和所述负荷连接部之间；
第2开关部，设置在所述第2电源连接部和所述负荷连接部之间；
及切换控制部，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，
所述切换控制部在所述第1电源连接部所连接的所述第1电源向所述负荷供电的状态下，当所述第2电源连接部上连接有所述第2电源时，继续由所述第1电源向所述负荷供电。
11.根据权利要求9或10的任意一项所述的电源切换电路，其特征在于，所述切换控制部在来自所述第1电源的供给电压小于所述放电电压时，进行所述第1开关部及所述第2开关部的开关控制，从所述第1电源切换至所述第2电源并向所述负荷供电。
12.一种人工心脏系统，其特征在于，包括：
血泵，辅助心脏的血液流动；
血泵控制部，控制所述血泵；
及权利要求1至11中任意一项所述的电源切换电路，向所述血泵及所述血泵控制部供电。
13.根据权利要求12所述的人工心脏系统，其特征在于，包括显示部，显示所述第1电源连接部的电源连接状态、所述第2电源连接部的电源连接状态、从所述第1电源连接部所连接的电源朝向所述负荷的电源供给状态、以及从所述第2电源连接部所连接的电源朝向所述负荷的电源供给状态。
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