CN104701968A - 一种电源切换控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源切换控制系统及方法，系统包括外部电源输出端口、备用电池输出端口、设备的电源输入端口、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NPN三极管和第二NPN三极管；所述第一PMOS管的漏极和第二PMOS管的源极相连并接至所述设备的电源输入端口；所述第一PMOS管的源极和第二PMOS管的漏极分别连接所述外部电源输出端口和备用电池输出端口；所述第一PMOS管和第二PMOS管的各栅极还分别连接所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的各集电极，所述第一PMOS管的栅极还通过一个第三电阻连接所述第二NPN三极管的基极；所述第一NPN三极管的基极连接所述外部电源输出端口。本发明有更高的能量利用率。

Description

一种电源切换控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种智能控制系统，特别涉及一种电源切换控制系统及方法。
背景技术
现有某些车载设备由于各种需求通常要一直供电，如GPS终端、防盗器等。而当汽车发动机不发电时，这些车载设备通常是由电瓶进行供电。因此当汽车长时间不发动时，为防止电瓶的电量被耗光，导致汽车无法启动，需要对电瓶的功耗进行控制。一种方法是使车载设备进入休眠模式或关闭车载设备然后定时唤醒；另一种方法是在电瓶电量低于汽车启动预值之前，将车载设备的供电通路由电瓶(及车载设备的外部电源)切换为所述车载设备内部的备用电池；两种方法也可同时使用。这就需要设计相应的电源切换控制系统，现有的电源切换控制系统通常是采用两个二极管作为通断开关以控制电源之间的切换，也有文献(中国发明专利申请201010288944.5)采用一个二极管和一个MOS管作为通断开关来控制电源之间的切换。而它们所存在的问题如下：
1.二极管的管耗较大，存在固定的0.7V左右的压降，且受电流和环境温度的影响较大，容易引起压降漂移，影响供电电压的稳定性。
2.当外部电源和备用电池同时存在时，只能在系统启动后，才可以关闭备用电池的供电通路。因此，在开机的瞬间，外部电源将会对备用电池产生冲击，且冲击的时间取决于系统的启动时间；还有，若系统出现意外(如死机)，使备用电池的供电通路一直导通，则该冲击将一直存在。
3.传统的电源切换系统通常需要在外部电源耗尽之后，才能自动切换为备用电池供电，没有主动性，这就会使汽车无法启动，且时间长了可能损坏汽车电瓶。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种电源切换控制系统及方法，通过由两个NPN三极管构成的反相器控制两个PMOS管的通断，同一时间只能有一条通路存在，可实现外部电源供电通路与备用电池供电通路之间的无缝切换，并通过额外叠加一个NPN三极管，可实现由CPU主动控制外部电源供电通路与备用电池供电通路之间的切换，节省了能耗、具有更高的能量利用率、增加了设备的智能性，且能够保护电瓶和备用电池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电源切换控制系统，包括外部电源输出端口、备用电池输出端口、设备的电源输入端口、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NPN三极管和第二NPN三极管；
所述第一PMOS管的漏极和第二PMOS管的源极相连并接至所述设备的电源输入端口；所述第一PMOS管的源极和第二PMOS管的漏极分别连接所述外部电源输出端口和备用电池输出端口；所述第一PMOS管的栅极和源极之间通过一个第一电阻相连，所述第二PMOS管的栅极和源极之间通过一个第二电阻相连；所述第一PMOS管和第二PMOS管的各栅极还分别连接所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的各集电极，所述第一PMOS管的栅极还通过一个第三电阻连接所述第二NPN三极管的基极；所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的各发射极接地；所述第一NPN三极管的基极连接所述外部电源输出端口；所述第一PMOS管的漏极和源极之间通过一个第一二极管相连，所述第二PMOS管的漏极和源极之间通过一个第二二极管相连。
所述第一NPN三极管的基极通过一个第四电阻连接所述外部电源输出端口。
所述第一NPN三极管的基极还通过一个第五电阻接地。
还包括CPU和第三NPN三极管；所述第一NPN三极管的集电极与所述第一PMOS管的栅极之间通过所述第三NPN三极管相连，其中，所述第一NPN三极管的集电极连接所述第三NPN三极管的发射极，而所述第三NPN三极管的集电极连接所述第一PMOS管的栅极，所述第三NPN三极管的基极连接所述CPU的控制输出端口。
所述第三NPN三极管的基极通过一个第六电阻连接所述CPU的控制输出端口。
所述第三NPN三极管的基极还通过一个第七电阻连接所述外部电源输出端口。
一种电源切换控制方法，包括如上所述的电源切换控制系统，该方法包括步骤如下：
1)当外部电源存在电量时，所述外部电源输出端口输出高电平；
2)所述CPU实时检测所述外部电源的电量；
3)当所述CPU检测到所述外部电源的电量大于预设值时，所述CPU判定所述外部电源的电量充足，并通过其控制输出端口输出高电平；
4)当所述CPU检测到所述外部电源的电量低于预设值时，所述CPU判定所述外部电源的电量不足，并通过其控制输出端口输出低电平。
步骤4)之前，还包括用户主动使所述CPU的控制输出端口输出低电平或高电平。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过采用由两个NPN三极管构成的反相器控制两个PMOS管的通断，同一时间只能有一条通路存在，可实现外部电源供电通路与备用电池供电通路之间的无缝切换，而不存在外部电源对备用电池造成冲击的缺陷；同时，本发明的所有供电通路均采用PMOS管，它们在导通时不但有0压降，且可通过更大的电流，也不会受电流和环境温度的影响，相对于传统的用二极管作为通断开关实现切换的方式，该方案具有更高的效率和能量利用率。
2.本发明通过采用由两个NPN三极管相叠加所构成的“与”门，额外增加了CPU的控制功能。通过CPU的控制输出端口，用户可根据需要随时切换到备用电池供电，这就增加了设备的灵活性和智能性；而CPU也可通过实时检测外部电源的电量，以便在检测到外部电源电量低于预设值时，判定所述外部电源的电量不足，并通过其控制输出端口输出低电平，从而将供电通路切换到备用电池，以避免外部电源耗尽，导致汽车无法启动，甚至对外部电源造成损。
3.本发明通过采用由两个NPN三极管相叠加所构成的“与”门，还可实现当外部电源丢失时，供电通路自动切换到备用电池，而不会出现因CPU的掉电复位导致无法切换到备用电池供电的情况。
附图说明
图1为本发明实施例的一种电源切换控制系统结构示意图。
具体实施方式
实施例，
以下通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种电源切换控制系统，包括外部电源输出端口DVDD_EXE、备用电池输出端口BT1、设备的电源输入端口DVDD、第一PMOS管U1、第二PMOS管U2、第一NPN三极管Q1和第二NPN三极管Q2；
所述第一PMOS管U1的漏极D和第二PMOS管U2的源极S相连并接至所述设备的电源输入端口DVDD；所述第一PMOS管U1的源极S和第二PMOS管U2的漏极D分别连接所述外部电源输出端口DVDD_EXE和备用电池输出端口BT1；所述第一PMOS管U1的栅极G和源极S之间通过一个第一电阻R1相连，所述第二PMOS管U2的栅极G和源极S之间通过一个第二电阻R2相连；所述第一PMOS管U1和第二PMOS管U2的各栅极G还分别连接所述第一NPN三极管Q1和第二NPN三极管Q2的各集电极，所述第一PMOS管U1的栅极G还通过一个第三电阻R3连接所述第二NPN三极管Q2的基极；所述第一NPN三极管Q1和第二NPN三极管Q2的各发射极接地；所述第一NPN三极管Q1的基极连接所述外部电源输出端口DVDD_EXE；所述第一PMOS管U1的漏极D和源极S之间通过一个第一二极管相连，所述第二PMOS管U2的漏极D和源极S之间通过一个第二二极管相连，如图1所示。
作为一种优选，所述第一NPN三极管Q1的基极通过一个第四电阻R4连接所述外部电源输出端口DVDD_EXE，以达到限流或限压的作用，从而能够保护所述第一NPN三极管Q1。
作为一种优选，所述第一NPN三极管Q1的基极还通过一个第五电阻R5接地，从而能够在失去外部电源时，保证所述第一NPN三极管Q1的基极为低电平，进而使所述第一NPN三极管Q1不导通。
则根据以上系统，当外部电源存在时，所述外部电源输出端口DVDD_EXE输出高电平，使所述第一NPN三极管Q1导通，则所述第一PMOS管U1的栅极G通过所述第一NPN三极管Q1接地，使所述第一PMOS管U1导通，从而所述设备的电源输入端口DVDD由所述外部电源输出端口DVDD_EXE供电；同时，所述第二NPN三极管Q2的基极通过所述第三电阻R3和第一NPN三极管Q1接地，使所述第二NPN三极管Q2不导通，因此，所述第二PMOS管U2的栅极G通过所述第二电阻R2和所述第一PMOS管U1接到所述外部电源输出端口DVDD_EXE的高电平，使所述第二PMOS管U2不导通；
当外部电源电量耗尽或不存在时，所述第一NPN三极管Q1的基极悬空或接地，所以所述第一NPN三极管Q1不导通，则所述第一PMOS管U1的栅极G通过所述第一电阻R1、第一二极管和第二二极管接到所述备用电池输出端口BT1的高电平，而所述第三电阻R3又保证了所述第一PMOS管U1的栅极G的电压不会被所述第二NPN三极管Q2拉低，因此所述第一PMOS管U1不导通；同时，所述第二NPN三极管Q2的基极通过所述第三电阻R3、第一电阻R1、第一二极管和第二二极管接到所述备用电池输出端口BT1的高电平，使所述第二NPN三极管Q2导通，则所述第二PMOS管U2的栅极G通过所述第二NPN三极管Q2接地，使所述第二PMOS管U2导通，从而所述设备的电源输入端口DVDD自动切换为由所述备用电池输出端口BT1供电；
也就是说，同一时刻只有一个PMOS管能够导通，从而能够实现外部电源供电通路(即第一PMOS管U1的源极S至漏极D)与备用电池供电通路(即第二PMOS管U2的漏极D至源极S)之间的无缝切换。
如图1所示，作为一种优选，还包括CPU(未图示)和第三NPN三极管Q3；所述第一NPN三极管Q1的集电极与所述第一PMOS管U1的栅极G之间通过所述第三NPN三极管Q3相连，其中，所述第一NPN三极管Q1的集电极连接所述第三NPN三极管Q3的发射极，而所述第三NPN三极管Q3的集电极连接所述第一PMOS管的栅极G，所述第三NPN三极管Q3的基极连接所述CPU的控制输出端口CPU_CON。
作为一种优选，所述第三NPN三极管Q3的基极通过一个第六电阻R6连接所述CPU的控制输出端口CPU_CON，以达到限流或限压的作用，从而能够保护所述第三NPN三极管Q3。
作为一种优选，所述第三NPN三极管Q3的基极还通过一个第七电阻R7连接所述外部电源输出端口DVDD_EXE，以避免出现因所述CPU丢失或尚未启动，使所述第三NPN三极管Q3不导通，进而导致即使外部电源电量充足，设备也无法采用外部电源供电的情况。
本发明还提供了一种电源切换控制方法，包括如上所述的电源切换控制系统，该方法包括步骤如下：
1)当外部电源存在电量时，所述外部电源输出端口DVDD_EXE输出高电平，从而使所述第一NPN三极管Q1导通；
2)所述CPU实时检测所述外部电源的电量；
3)当所述CPU检测到所述外部电源的电量大于预设值时，所述CPU判定所述外部电源的电量充足，并通过其控制输出端口CPU_CON输出高电平，从而使所述第三NPN三极管Q3导通，则所述第一PMOS管U1的栅极G通过所述第三NPN三极管Q3和第一NPN三极管Q1接地，使所述第一PMOS管U1导通，从而所述设备的电源输入端口DVDD由所述外部电源输出端口DVDD_EXE供电；同时，所述第二NPN三极管Q2的基极通过所述第三电阻R3、第三NPN三极管Q3和第一NPN三极管Q1接地，使所述第二NPN三极管Q2不导通，因此，所述第二PMOS管U2的栅极G通过所述第二电阻R2和所述第一PMOS管U1接到所述外部电源输出端口DVDD_EXE的高电平，使所述第二PMOS管U2不导通；
4)当所述CPU检测到所述外部电源的电量低于预设值时，所述CPU判定所述外部电源的电量不足，并通过其控制输出端口CPU_CON输出低电平，使所述第三NPN三极管Q3不导通，则所述第一PMOS管U1的栅极G通过所述第一电阻R1、第一二极管和第二二极管接到所述备用电池输出端口BT1的高电平，而所述第三电阻R3又保证了所述第一PMOS管U1的栅极G的电压不会被所述第二NPN三极管Q2拉低，因此所述第一PMOS管U1不导通；同时，所述第二NPN三极管Q2的基极通过所述第三电阻R3、第一电阻R1、第一二极管和第二二极管接到所述备用电池输出端口BT1的高电平，使所述第二NPN三极管Q2导通，则所述第二PMOS管U2的栅极G通过所述第二NPN三极管Q2接地，使所述第二PMOS管U2导通，从而所述设备的电源输入端口DVDD自动切换为由所述备用电池输出端口BT1供电。
作为一种优选，步骤4)之前，还包括用户根据自身需求，主动使所述CPU的控制输出端口CPU_CON输出低电平或高电平。例如，当用户打算长时间不启动汽车时，该用户可以主动使所述CPU的控制输出端口CPU_CON输出低电平，从而将车载设备切换为由备用电池供电，以节省外部电源(如电瓶)的能耗。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种电源切换控制系统及方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电源切换控制系统，其特征在于，包括：外部电源输出端口、备用电池输出端口、设备的电源输入端口、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NPN三极管和第二NPN三极管；
所述第一PMOS管的漏极和第二PMOS管的源极相连并接至所述设备的电源输入端口；所述第一PMOS管的源极和第二PMOS管的漏极分别连接所述外部电源输出端口和备用电池输出端口；所述第一PMOS管的栅极和源极之间通过一个第一电阻相连，所述第二PMOS管的栅极和源极之间通过一个第二电阻相连；所述第一PMOS管和第二PMOS管的各栅极还分别连接所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的各集电极，所述第一PMOS管的栅极还通过一个第三电阻连接所述第二NPN三极管的基极；所述第一NPN三极管和第二NPN三极管的各发射极接地；所述第一NPN三极管的基极连接所述外部电源输出端口；所述第一PMOS管的漏极和源极之间通过一个第一二极管相连，所述第二PMOS管的漏极和源极之间通过一个第二二极管相连。
2.如权利要求1所述的一种电源切换控制系统，其特征在于，所述第一NPN三极管的基极通过一个第四电阻连接所述外部电源输出端口。
3.如权利要求1或2所述的一种电源切换控制系统，其特征在于，所述第一NPN三极管的基极还通过一个第五电阻接地。
4.如权利要求1所述的一种电源切换控制系统，其特征在于，还包括CPU和第三NPN三极管；所述第一NPN三极管的集电极与所述第一PMOS管的栅极之间通过所述第三NPN三极管相连，其中，所述第一NPN三极管的集电极连接所述第三NPN三极管的发射极，而所述第三NPN三极管的集电极连接所述第一PMOS管的栅极，所述第三NPN三极管的基极连接所述CPU的控制输出端口。
5.如权利要求4所述的一种电源切换控制系统，其特征在于，所述第三NPN三极管的基极通过一个第六电阻连接所述CPU的控制输出端口。
6.如权利要求4或5所述的一种电源切换控制系统，其特征在于，所述第三NPN三极管的基极还通过一个第七电阻连接所述外部电源输出端口。
7.一种电源切换控制方法，其特征在于，包括如权利要求4至6中任一权利要求所述的电源切换控制系统，该方法包括步骤如下：
1)当外部电源存在电量时，所述外部电源输出端口输出高电平；
2)所述CPU实时检测所述外部电源的电量；
3)当所述CPU检测到所述外部电源的电量大于预设值时，所述CPU判定所述外部电源的电量充足，并通过其控制输出端口输出高电平；
4)当所述CPU检测到所述外部电源的电量低于预设值时，所述CPU判定所述外部电源的电量不足，并通过其控制输出端口输出低电平。
8.如权利要求7所述的一种电源切换控制方法，其特征在于，步骤4)之前，还包括用户主动使所述CPU的控制输出端口输出低电平或高电平。
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