CN104935072A - 备用电源切换控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种备用电源切换控制方法和装置，一种备用电源切换控制装置包括主供电回路和备电回路；主电源与负载通过主供电回路和备电回路分别连接；备电回路包括备用电源、备用电源充放电电路、比较控制电路和备电回路开关；主电源通过备用电源充放电电路为备用电源充电，比较控制电路与备用电源连接，备用电源充放电电路与负载通过备电回路开关连接；比较控制电路检测备用电源的电压，当备用电源的电压大于第一电压阈值时，比较控制电路控制备电回路开关导通，当备用电源的电压小于第二电压阈值时，比较控制电路控制备电回路开关断开。本发明实施例提供的备用电源切换控制方法和装置，用于提高使用备用电源为负载供电时的稳定性。

Description

备用电源切换控制方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种备用电源切换控制方法和装置。

背景技术

在电子设备中，主电源可能突然掉电，会使系统运行过程中正在处理的数据丢失。因此，需要对主电源进行备电延时，使主电源掉电后备用电源继续给核心系统供电，保证系统关键信息能够进行存储。

备电延时是设置备用电源，在主电源掉电时，使备用电源为核心系统供电，备用电源的供电时间即为备电延时时间。目前一般是基于超级电容设计单板备用电源，在主电源工作期间，主电源同时为作为备用电源的超级电容充电，当主电源掉电后，切换至备用电源为负载系统供电，直至主电源恢复或备电延时时间超时。

但是，当备用电源供电时，若主电源恢复供电，在由备用电源切换至主电源的过程中，负载系统的电流会有较大的波动，从而会影响负载系统的稳定性和数据的可靠性。

发明内容

本发明实施例提供一种备用电源切换控制方法和装置，用于提高使用备用电源为负载供电时的稳定性。

第一方面提供一种备用电源切换控制装置，包括：主供电回路和备电回路；

主电源与负载通过所述主供电回路和所述备电回路分别连接；

所述备电回路包括备用电源、备用电源充放电电路、比较控制电路和备电回路开关；

所述主电源通过所述备用电源充放电电路为所述备用电源充电，所述比较控制电路与所述备用电源连接，所述备用电源充放电电路与所述负载通过所述备电回路开关连接；

所述比较控制电路检测所述备用电源的电压，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，所述比较控制电路控制所述备电回路开关导通，当所述备用电源的电压小于第二电压阈值时，所述比较控制电路控制所述备电回路开关断开；

其中，所述第一电压阈值为所述备用电源的饱和电压，所述第二电压阈值使所述备用电源为所述负载供电时，所述负载的工作电压不小于最小工作电压并且所述负载的工作时间不小于最小备电时间。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述备用电源为超级电容。

结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述备用电源充放电电路包括限流电阻，所述限流电阻用于使所述主电源对所述备用电源的充电电流小于所述备用电源的最大充电电流阈值。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述备用电源充放电电路还包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述备用电源连接，所述第一二极管的负极与所述备电回路开关连接，所述第一二极管用于使所述备用电源为所述负载供电时的放电压降小于预设阈值。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述比较控制电路为滞回比较控制电路，所述滞回比较控制电路包括比较器、三极管和滞回电路；

所述比较器与所述备用电源连接，所述比较器的输出端与所述三极管的基极连接，所述三极管的集电极与所述备电回路开关连接，所述滞回电路与所述比较器的输出端连接；

所述比较器用于将所述备用电源的电压与预设的参考电压进行比较，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，所述比较器向所述三极管的基极输出高电平，使所述三极管工作在饱和区，并使所述三极管控制所述备电回路开关导通；当所述备用电源的电压小于第二电压阈值时，所述比较器向所述三极管的基极输出低电平，使所述三极管工作在截止区，并使所述三极管控制所述备电回路开关断开；

所述滞回电路用于当所述备用电源的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，保持所述比较器的输出电压不变。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，

V_th2≥Vcc+V_F

$V_{th2}+V_H\≤V_{th1}>V_{th2}+\frac{IT}{C}$

其中，V_th1为所述第一电压阈值，V_th2为所述第二电压阈值，Vcc为所述负载的最小工作电压，V_F为所述第一二极管的压降，V_H为所述比较器的最小滞回区间电压，I为所述负载的工作电流，T为所述负载的最小备电时间，C为所述备用电源的电容量。

结合第一方面第四种或第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述负载为CPU，所述比较器为所述CPU内部的逻辑比较器。

结合第一方面至第一方面第六种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述备电回路开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。

结合第一方面至第一方面第七种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述主供电回路包括第二二极管，所述备电回路包括第三二极管；

所述第二二极管的正极与所述主电源连接，所述第二二极管的负极与所述负载连接；所述第三二极管的正极与所述主电源连接，所述第三二极管的负极与所述备用电源充放电电路连接并通过所述备电回路开关与所述负载连接。

结合第一方面至第一方面第八种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面第九种可能的实现方式中，所述负载为CPU，所述主电源和所述备用电源通过线性电源与所述CPU连接。

第二方面提供一种备用电源切换控制方法，应用于使用主电源和备用电源为负载供电的电子设备中，其中，所述主电源与所述负载始终连接，所述主电源为所述备用电源充电，所述方法包括：

检测所述备用电源的电压，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，控制所述备用电源与所述负载之间的备电回路开关导通，使所述备用电源与所述负载连接，当所述用电源的电压小于第二电压阈值时，控制所述备用电源与所述负载之间的备电回路开关断开，使所述备用电源与所述负载断开；

其中，所述第一电压阈值为所述备用电源的饱和电压，所述第二电压阈值使所述备用电源为所述负载供电时，所述负载的工作电压不小于最小工作电压并且所述负载的工作时间不小于最小备电时间。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述备用电源为超级电容。

结合第二方面或第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，所述主电源通过限流电阻为所述备用电源充电，所述限流电阻用于使所述主电源对所述备用电源的充电电流小于所述备用电源的最大充电电流阈值。

结合第二方面第二种可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，所述备用电源通过第一二极管与所述负载连接，所述第一二极管的正极与所述备用电源连接，所述第一二极管的负极与所述备电回路开关连接，所述第一二极管用于使所述备用电源为所述负载供电时的放电压降小于预设阈值。

结合第二方面第三种可能的实现方式，在第二方面第四种可能的实现方式中，所述检测所述备用电源的电压，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，控制所述备用电源与所述负载之间的备电回路开关导通，使所述备用电源与所述负载连接，当所述用电源的电压小于第二电压阈值时，控制所述备用电源与所述负载之间的备电回路开关断开，使所述备用电源与所述负载断开，包括：

通过比较器检测所述备用电源的电压，将所述备用电源的电压与所述比较器预设的参考电压进行比较，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，所述比较器向三极管的基极输出高电平，使所述三极管工作在饱和区，并使所述三极管控制所述备电回路开关导通，使所述备用电源与所述负载连接，当所述备用电源的电压小于第二电压阈值时，所述比较器向三极管的基极输出低电平，使所述三极管工作在截止区，并使所述三极管控制所述备电回路开关断开，使所述备用电源与所述负载断开；

其中，当所述备用电源的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，保持所述比较器的输出电压不变。

结合第二方面第四种可能的实现方式，在第二方面第五种可能的实现方式中，

V_th2≥Vcc+V_F

$V_{th2}+V_H\≤V_{th1}>V_{th2}+\frac{IT}{C}$

其中，V_th1为所述第一电压阈值，V_th2为所述第二电压阈值，Vcc为所述负载的最小工作电压，V_F为所述第一二极管的压降，V_H为所述比较器的最小滞回区间电压，I为所述负载的工作电流，T为所述负载的最小备电时间，C为所述备用电源的电容量。

结合第二方面第四种或第五种可能的实现方式，在第二方面第六种可能的实现方式中，所述负载为CPU，所述比较器为所述CPU内部的逻辑比较器。

结合第二方面至第二方面第六种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第二方面第七种可能的实现方式中，所述备电回路开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。

结合第二方面至第二方面第七种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第二方面第八种可能的实现方式中，所述方法还包括：所述主电源通过第二二极管与所述负载连接，所述主电源通过第三二极管与所述备电回路开关连接；

所述第二二极管的正极与所述主电源连接，所述第二二极管的负极与所述负载连接；所述第三二极管的正极与所述主电源连接，所述第三二极管的负极与所述备用电源充放电电路连接并通过所述备电回路开关与所述负载连接；

所述第二二极管和所述第三二极管用于防止所述备用电源的电流输入所述主电源。

结合第二方面至第二方面第八种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第二方面第九种可能的实现方式中，所述负载为CPU，所述主电源和所述备用电源通过线性电源与所述CPU连接。

第三方面提供一种电子设备，包括主电源和负载，还包括如第一方面任一种可能的实现方式所述的备用电源切换控制装置；

所述主电源通过所述备用电源切换控制装置为所述负载供电。

本实施例提供的备用电源切换控制方法和装置，通过设置主供电回路和备电回路，使主电源为负载供电并未备用电源充电，并使用比较控制电路检测备用电源的电压，当备用电源的电压大于第一电压阈值时，控制备电回路开关导通，当备用电源的电压小于第二电压阈值时，控制备电回路开关断开，其中，第一电压阈值为备用电源的饱和电压，第二电压阈值使备用电源为负载供电时，负载的工作电压不小于最小工作电压并且负载的工作时间不小于最小备电时间，使得负载能够始终保持稳定工作并且不会丢失运行中的系统关键信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为传统的单板备电电路示意图；

图2为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例一的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例二的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例三的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例四的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例五的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例六的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的备用电源切换控制方法实施例一的流程图；

图9为本发明实施例提供的备用电源切换控制方法实施例二的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在基站等电子设备中，考虑到可扩展性和节约维修时间的问题，一般采用多板卡的设计，不同的板卡负责实现不同的功能。电子设备配置有统一的开关电源，开关电源将交流电源转换成统一的直流电源(一般为-36V)输送给各板卡，各板卡根据所需电源电压大小的不同，再将统一的直流电源转换为所需直流电源(一般为5V、12V等)为单板上的器件供电。

电子设备的某些单板负责进行数据处理，其上配置有中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)等处理器，CPU将处理完的数据存储至存储器中。若在CPU进行数据处理的过程中，CPU所处单板突然掉电，则CPU正在处理且并未存储至存储器的数据将丢失，影响电子设备的正常运行。因此，目前在电子设备的单板上采用备电技术，为单板配置备用电源，从而解决上述问题。

图1为传统的单板备电电路示意图，如图1所示，电子设备的单板11上设置有CPU 12，开关电源14通过线性电源13为CPU 12供电。单板11上还设置有超级电容15，超级电容15也与线性电源13连接。

一般地，开关电源14为电子设备的主电源，由于CPU 12的运行需要稳定地、低噪声的电源供电，因此需要通过线性电源13将开关电源14转换为稳定地、低噪声的电源为CPU 12供电，避免由于开关电源14的波动对CPU12产生影响。超级电容15作为CPU 12的备用电源，在开关电源14为CPU 12供电的同时，开关电源14也为超级电容15充电，当开关电源14掉电时，由于超级电容15同时与线性电源13连接，将自然切换至超级电容15通过线性电源13为CPU 12供电。

但是，在图1所示的单板备电电路中，当开关电源14掉电，超级电容15通过线性电源13为CPU 12供电时，超级电容15将一直放电，当超级电容15的电压低于线性电源13的最小工作电压时，线性电源13将处于欠压工作状态。超级电容15的放电时间一般较长，那么线性电源13将处于欠压工作状态的时间也较长，这将影响CPU 12工作的稳定性。另外，当开关电源14恢复工作时，在从超级电容15切换至开关电源14的过程中，由于线性电源13不能快速响应输入电压的跳变，输出至CPU 12的电压可能出现过冲，导致芯片损坏。

图2为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例一的结构示意图，如图2所示，本实施例的备用电源切换装置包括：

主供电回路21和备电回路22。主电源23与负载24通过主供电回路21和备电回路22分别连接。备电回路22包括备用电源25、备用电源充放电电路26、比较控制电路27和备电回路开关28，主电源23通过备用电源充放电电路26为备用电源25充电，比较控制电路27与备用电源25连接，备用电源充放电电路26与负载24通过备电回路开关28连接。

比较控制电路27检测备用电源25的电压，当备用电源25的电压大于第一电压阈值时，比较控制电路27控制备电回路开关28导通，当备用电源25的电压小于第二电压阈值时，比较控制电路27控制备电回路开关28断开。

本实施例提供的备用电源切换装置可以应用于使用主电源和备用电源供电的电子设备中。其中，负载24可以为CPU等处理器，而CPU等处理器一般需要稳定地线性电源为其供电，因此，本实施例中的负载24可以为CPU等处理器与线性电源的组合。即主电源23和备用电源25通过线性电源为负载24供电。主电源23可以为电子设备的主电源，例如开关电源，备用电源25为可以进行充放电的电源，例如超级电容。超级电容是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。超级电容是一种常用的备用电源。

本实施例提供的备用电源切换装置与图1所示备电方案不同之处主要在于，本实施例中，主电源23和负载24之间分别通过主供电回路21和备电回路22连接。其中，主供电回路21提供主电源23和负载24的直接连接，也就是说，主供电回路21为主电源23和负载24之间的导线。备电回路22用于主电源23为备用电源25充电，以及备用电源25为负载24供电。

备电回路22包括备用电源25、备用电源充放电电路26、比较控制电路27和备电回路开关28。主电源23通过备用电源充放电电路26与备用电源25连接，主电源23通过备用电源充放电电路26为备用电源25充电，比较控制电路27与备用电源25连接，比较控制电路27与备用电源25连接，比较控制电路27与备电回路开关28连接，比较控制电路27检测备用电源25的电压并控制备电回路开关28的通断，备用电源充放电电路26与负载24通过备电回路开关28连接，备用电源25通过备用电源充放电电路26以及备电回路开关28为负载24供电。

当主电源23正常供电时，主电源23通过主供电回路22为负载24供电，并且主电源23通过备用电源充放电电路26为备用电源25充电。在此过程中，比较控制电路27检测备用电源25的电压，当备用电源25的电压大于第一电压阈值时，比较控制电路27控制备电回路开关28导通，此时备用电源25也可以通过备用电源充放电电路26和控制备电回路开关28为负载24供电。这里的第一电压阈值为备用电源25的饱和电压，当备用电源25的电压大于第一电压阈值时，备用电源25已充满电，此时控制备电回路开关28导通，则当主电源23突然掉电时，则仍有备用电源25为负载24供电，从而负载24的电压不会由于切换而产生跌落，从而实现了备用电源25的热备份。

在备用电源25为负载24供电时，由于电量的损失，备用电源25的电压将不断降低，当比较控制电路27检测到备用电源25的电压小于第二电压阈值时，则比较控制电路27控制备电回路开关28断开，使备用电源25与负载24之间的连接断开。这里的第二电压阈值根据负载24的最小工作电压以及最小备电时间确定，其中，负载24的最小工作电压是负载24维持正常稳定工作所需的最小电压，负载24的最小备电时间是指负载24将运行中的系统关键信息存储完毕所需最小时间。第二电压阈值的设置需要使备用电源25为负载24供电时，负载24的工作电压不小于其最小工作电压，并且备用电源25为负载24的供电时间要能够使负载24将运行中的系统关键信息存储完毕。这样就避免了当备用电源25的电量不足时，为负载24供电的电压过低而导致负载24处于不稳定的工作状态的问题，并且能够使负载24有足够的时间将运行中的系统关键信息存储完毕，避免对系统运行产生过大影响。

本实施例提供的备用电源切换装置，通过设置主供电回路和备电回路，使主电源为负载供电并未备用电源充电，并使用比较控制电路检测备用电源的电压，当备用电源的电压大于第一电压阈值时，控制备电回路开关导通，当备用电源的电压小于第二电压阈值时，控制备电回路开关断开，其中，第一电压阈值为备用电源的饱和电压，第二电压阈值使备用电源为负载供电时，负载的工作电压不小于最小工作电压并且负载的工作时间不小于最小备电时间，使得负载能够始终保持稳定工作并且不会丢失运行中的系统关键信息。

图3为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例二的结构示意图，如图3所示，本实施例的备用电源切换装置在图2所示备用电源切换装置的基础上，示出了备用电源充放电电路26的一种具体实现方式。

其中，备用电源充放电电路26包括限流电阻31和第一二极管32。

限流电阻31和第一二极管32并联，第一二极管32的正极与备用电源25连接，第一二极管32的负极与备电回路开关28连接。

设置限流电阻31的作用是使主电源23对备用电源25的充电电流小于备用电源25的最大充电电流阈值。备用电源25在充电的过程中，若充电电流过大，则可能损坏备用电源25，因此，需要限制为备用电源25充电的电流。限流电阻31的阻值大小根据主电源23为备用电源25充电的电流大小确定。

另外，若备电回路开关28导通的情况下，备用电源25通过限流电阻31为负载24供电，则由于限流电阻31的存在，备用电源25的电压到达负载24时，会产生一定的压降，限流电阻31的阻值越高，则压降越高，这样可能会使备用电源25为负载24供电的电压达不到负载24的工作电压，或者使备用电源25为负载24供电的电压很快下降到低于负载24的工作电压。因此可以与限流电阻31并联设置第一二极管32，第一二极管32的作用是使备用电源25为负载24供电时的放电压降小于预设阈值。由于二极管具有正向导通、反向截止的作用，而正向导通时，二极管的压降很小，因此，当设置了第一二极管32之后，备用电源25为负载24供电时的放电压降将原小于通过限流电阻31为负载24供电时的放电压降。

可以理解的是，本实施例提供的备用电源充放电电路27的具体电路只是本发明实施例提供的备用电源切换装置的一种实现方式。虽然本实施例提供的备用电源切换装置中，电源充放电电路26同时包括限流电阻31和第一二极管32，但本发明实施例提供的备用电源切换装置不以此为限，电源充放电电路26还可以仅包括限流电阻31。

图4为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例三的结构示意图，如图4所示，本实施例的备用电源切换装置在图3所示备用电源切换装置的基础上，示出了比较控制电路27的一种具体实现方式。其中，在本实施例中，以备用电源25为超级电容、备电回路开关28为金属氧化物半导体场效应晶体管(positive channel Metal Oxide Semiconductor，MOS)为例进行说明。

其中，比较控制电路27为滞回比较控制电路，比较控制电路27包括比较器41、三极管42和滞回电路43。

比较器41的输入端与备用电源25连接，比较器41的输出端与三极管42的基极连接，三极管42的集电极与备电回路开关28连接，滞回电路43与比较器41的输出端连接。比较器41用于将备用电源25的电压与预设的参考电压进行比较，当备用电源25的电压大于第一电压阈值时，比较器41向三极管42的基极输出高电平，使三极管42工作在饱和区，并使三极管42控制备电回路开关28导通；当备用电源25的电压小于第二电压阈值时，比较器41向三极管42的基极输出低电平，使三极管42工作在截止区，并使三极管42控制备电回路开关28断开。滞回电路43用于当备用电源25的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，保持比较器41的输出电压不变。

本实施例为比较控制电路27的一种具体实现方式，其中比较器41为电压比较器，比较器41与备用电源25连接后，可以比较备用电源25与预设的电压阈值，从而确定比较器41的输出。比较器41和备用电源25的参考电压相同，一般地，比较器41和备用电源25分别有一端接地，也即比较器41和备用电源25的参考电压为零电平。备用电源25的另一端与比较器41的输入端连接。比较器41还需要电源供电，因此比较器41的电源端可以与主供电回路21和备电回路22均连接。比较器41的输出端与三极管42的基极连接，三极管42的集电极与备电回路开关28连接，比较器41根据备用电源25的电压大小控制输出端向三极管42输入高电平或低电平，从而使三极管42控制备电回路开关28的通断。另外，三极管42的发射极接地。

具体地，比较器41将备用电源25的电压与预设的参考电压进行比较，当备用电源25的电压大于第一电压阈值时，比较器41向三极管42的基极输出高电平，使三极管42工作在饱和区。当三极管42工作在饱和区时，集电极的电流较大，能够使备电回路开关28导通。其中，备电回路开关28可以为开关三级管，开关三极管的集电极和发射极分别连接备用电源25和负载24，当输入开关三级管基极的电流足够大，则可以使开关三极管的集电极和发射极导通，从而使备电回路22导通。当备用电源25的电压小于第二电压阈值时，比较器41向三极管42的基极输出低电平，使三极管42工作在截止区，并使三极管42控制备电回路开关28断开。从而实现对备电回路开关28的控制。

另外，比较控制电路27还可以为滞回比较控制电路，此时比较控制电路27还可以包括滞回电路43，滞回电路43与比较器41的输出端连接，并且滞回电路43的另一端接地。在本实施例中，由第一电阻44和第二电阻45组成滞回电路43。由于主电源23掉电，仅由备用电源25为负载24供电时，备用电源25的电压将不断地下降，若此时比较器41的输出端电压也随之变化，则可能在备用电源25的电压还未下降到第二电压阈值时，比较器41输出的电压已经使三极管42工作在截止区。因此，可以在比较器41的输出端设置滞回电路43，滞回电路43用于当备用电源25的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，保持比较器41的输出电压不变。则可以使比较器41对三极管42的控制更加精确，进而使三极管42对备电回路开关28的控制更加精确。

另外，三极管42工作还需要在集电极连接偏置电阻46。

进一步地，在图4所示实施例中，第一电压阈值和第二电压阈值是要使负载24能够始终正常工作，也就是当备用电源25单独为负载24供电时，能够使负载24的电压始终不小于最小工作电压。并且还需要使备用电源25单独为负载24供电时，供电的时间不小于负载24的最小备电时间。因此，第一电压阈值和第二电压阈值可以根据如下公式确定。

V_th2≥Vcc+V_F

$V_{th2}+V_H\≤V_{th1}>V_{th2}+\frac{IT}{C}$

其中，V_th1为第一电压阈值，V_th2为第二电压阈值，Vcc为负载24的最小工作电压，V_F为第一二极管32的压降，V_H为比较器41的最小滞回区间电压，I为负载24的工作电流，T为负载24的最小备电时间，C为备用电源25的电容量。

由于第二电压阈值是当备用电源25为负载24供电时，切断备电回路22的门限值。因此，第二电压阈值的设置需要使得负载24的工作电压不低于其最小工作电压。从图4中可知，当备用电源25为负载24供电时，需要经过第一二极管32、备电回路开关28的路径。其中第一二极管32存在一定的压降，设第一二极管32的压降为V_F，则第二电压阈值需要满足V_th2≥Vcc+V_F。一般地，在负载24之前还需要设置线性电源，主电源23和备用电源24都通过线性电源为负载24供电，而线性电源存在一定的电压损失。设线性电源的电压损失为V_drop，则第二电压阈值需要满足V_th2≥Vcc+V_drop+V_F。

由于第一电压阈值和第二电压阈值之间的差值就是备用电源25在单独为负载24供电时所产生的压降。因此，第一电压阈值的设置需要同时满足两个条件，第一是能够使备用电源25为负载24供电的时间大于负载24的最小备电时间；第二是要满足比较器41的滞回要求，使得备用电源25的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，比较器41的输出电压不变。这样就需要同时满足和V_th1≥V_th2+V_H两个条件，为满足负载24的最小备电时间的压降值，因此第一电压阈值和第二电压阈值只差需大于同样地，为了满足比较器4的迟滞需求，第一电压阈值和第二电压阈值只差需大于等于V_H。

图5为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例四的结构示意图，如图5所示，本实施例的备用电源切换装置在图4所示备用电源切换装置的基础上，主供电回路21包括第二二极管51，备电回路22包括第三二极管52。

第二二极管51的正极与主电源23连接，第二二极管51的负极与负载24连接；第三二极管52的正极与主电源23连接，第三二极管52的负极与备用电源充放电电路26连接并通过备电回路开关28与负载24连接。

第二二极管51作为主供电回路21的保护二极管，防止负载24的电流反灌到主电源23中。第三二极管52作为备电回路22的保护二极管，防止备用电源25的电流反灌到主电源23中。

需要说明的是，在图2或图3所示实施例中，也可以如图5所示设置在主供电回路21上设置第二二极管51，并且在备电回路22上设置第三二极管52。

由于在电子设备中，需要采用备电技术的单板上一般都是设置处理器以及存储器的单板，因此，本发明上述各实施例提供的备用电源切换控制装置供电的负载24可以为CPU。而由于CPU的运行需要稳定地、低噪声的电源供电，因此可以在CPU之前设置线性电源，线性电源将主电源23或备用电源25的供电电压转换为稳定地、低噪声的电源为CPU供电。

图6为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例五的结构示意图，本实施例为图5所示实施例的另一种实施场景。

在图5所示实施例的基础上，负载24具体为CPU 61，同时，在CPU 61之前，还包括线性电源62。主供电回路21和备电回路22都通过线性电源62与CPU 61连接。

同时，由于比较器41需要电源供电，为了使比较器41稳定工作，可以将线性电源62与比较器41的电源端连接。

进一步地，若本实施例提供的备用电源切换控制装置供电的负载为CPU，由于CPU内部有模拟数字转换(Analog Digita Converter，ADC)模块，同时CPU内部可以完成逻辑比较的功能，因此，可以使用CPU来完成比较器41的功能。图7为本发明实施例提供的备用电源切换控制装置实施例六的结构示意图，在本实施例中，使用CPU 61完成比较器41的功能。

在本实施例中，CPU 61的输入/输出(Input/Output，I/O)接口与备用电源25以及三极管42的基极连接。CPU 61内部的ADC模块将备用电源25的模拟电压转换为数字电压信号，然后输送至CPU 61内部的逻辑比较器中，CPU 61中预设有第一电压阈值和第二电压阈值，CPU 61内部的逻辑比较器将数字电压信号与第一电压阈值和第二电压阈值进行比较，并将比较得出的结果输出至三极管42的基极。CPU 61内部的逻辑比较器的工作原理与图4所示实施例中的比较器41相同，此处不再赘述。

进一步地，上述各实施例中，备电回路开关28为金属氧化物半导体场效应晶体管(positive channel Metal Oxide Semiconductor，MOS)。

图8为本发明实施例提供的备用电源切换控制方法实施例一的流程图，本实施例提供的备用电源切换控制方法应用于使用主电源和备用电源为负载供电的电子设备中，其中，主电源与负载始终连接，主电源为备用电源充电。

本实施例方法包括：

步骤S801，检测备用电源的电压。

步骤S802，当备用电源的电压大于第一电压阈值时，控制备用电源与负载之间的备电回路开关导通，使备用电源与负载连接。

步骤S803，当用电源的电压小于第二电压阈值时，控制备用电源与负载之间的备电回路开关断开，使备用电源与所述负载断开；其中，第一电压阈值为备用电源的饱和电压，第二电压阈值使备用电源为负载供电时，负载的工作电压不小于最小工作电压并且负载的工作时间不小于最小备电时间。

本实施例提供的备用电源切换控制方法用于实现图2所示备用电源切换控制装置的处理，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

进一步地，图8所示实施例中，备用电源为超级电容。

进一步地，图8所示实施例中，主电源通过限流电阻为备用电源充电，限流电阻用于使主电源对备用电源的充电电流小于备用电源的最大充电电流阈值。

进一步地，图8所示实施例中，备用电源通过第一二极管与负载连接，第一二极管的正极与备用电源连接，第一二极管的负极与备电回路开关连接，第一二极管用于使备用电源为负载供电时的放电压降小于预设阈值。

图9为本发明实施例提供的备用电源切换控制方法实施例二的流程图，在图8所示实施例的基础上，本实施例提供的方法具体包括：

步骤S901，通过比较器检测备用电源的电压。

步骤S902，将备用电源的电压与比较器预设的参考电压进行比较。

步骤S903，当备用电源的电压大于第一电压阈值时，比较器向三极管的基极输出高电平，使三极管工作在饱和区，并使三极管控制备电回路开关导通，使备用电源与所述负载连接。

步骤S904，当备用电源的电压小于第二电压阈值时，比较器向三极管的基极输出低电平，使三极管工作在截止区，并使三极管控制备电回路开关断开，使备用电源与所述负载断开；其中，当备用电源的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，保持比较器的输出电压不变。

本实施例提供的备用电源切换控制方法用于实现图4所示备用电源切换控制装置的处理，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

进一步地，图9所示实施例中， $V_{th2}\≥Vcc+V_F{V}_{th2}+V_H\≤V_{th1}>V_{th2}+\frac{IT}{C},$ 其中，V_th1为第一电压阈值，V_th2为第二电压阈值，Vcc为负载的最小工作电压，V_F为第一二极管的压降，V_H为比较器的最小滞回区间电压，I为负载的工作电流，T为负载的最小备电时间，C为备用电源的电容量。

进一步地，图9所示实施例中，负载为CPU，比较器为CPU内部的逻辑比较器。

进一步地，图8或图9所示实施例中，备电回路开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。

进一步地，图8或图9所示实施例中，本发明实施例提供的备用电源切换控制方法还包括：主电源通过第二二极管与负载连接，主电源通过第三二极管与备电回路开关连接；第二二极管的正极与主电源连接，第二二极管的负极与负载连接；第三二极管的正极与主电源连接，第三二极管的负极与备用电源充放电电路连接并通过备电回路开关与负载连接；第二二极管和第三二极管用于防止备用电源的电流输入主电源。

进一步地，图8或图9所示实施例中，负载为CPU，主电源和备用电源通过线性电源与CPU连接。

另外，本发明实施例还提供一种电子设备，其包括主电源和负载，以及备用电源切换控制装置，主电源通过备用电源切换控制装置为负载供电。

其中备用电源切换控制装置可以为图2至图6中任一实施例所示的备用电源切换控制装置。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (21)

1.一种备用电源切换控制装置，其特征在于，包括：主供电回路和备电回路；

主电源与负载通过所述主供电回路和所述备电回路分别连接；

所述备电回路包括备用电源、备用电源充放电电路、比较控制电路和备电回路开关；

所述主电源通过所述备用电源充放电电路为所述备用电源充电，所述比较控制电路与所述备用电源连接，所述备用电源充放电电路与所述负载通过所述备电回路开关连接；

所述比较控制电路检测所述备用电源的电压，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，所述比较控制电路控制所述备电回路开关导通，当所述备用电源的电压小于第二电压阈值时，所述比较控制电路控制所述备电回路开关断开；

其中，所述第一电压阈值为所述备用电源的饱和电压，所述第二电压阈值使所述备用电源为所述负载供电时，所述负载的工作电压不小于最小工作电压并且所述负载的工作时间不小于最小备电时间。

2.根据权利要求1所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，所述备用电源为超级电容。

3.根据权利要求1或2所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，所述备用电源充放电电路包括限流电阻，所述限流电阻用于使所述主电源对所述备用电源的充电电流小于所述备用电源的最大充电电流阈值。

4.根据权利要求3所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，所述备用电源充放电电路还包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述备用电源连接，所述第一二极管的负极与所述备电回路开关连接，所述第一二极管用于使所述备用电源为所述负载供电时的放电压降小于预设阈值。

5.根据权利要求4所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，所述比较控制电路为滞回比较控制电路，所述滞回比较控制电路包括比较器、三极管和滞回电路；

所述比较器与所述备用电源连接，所述比较器的输出端与所述三极管的基极连接，所述三极管的集电极与所述备电回路开关连接，所述滞回电路与所述比较器的输出端连接；

所述比较器用于将所述备用电源的电压与预设的参考电压进行比较，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，所述比较器向所述三极管的基极输出高电平，使所述三极管工作在饱和区，并使所述三极管控制所述备电回路开关导通；当所述备用电源的电压小于第二电压阈值时，所述比较器向所述三极管的基极输出低电平，使所述三极管工作在截止区，并使所述三极管控制所述备电回路开关断开；

所述滞回电路用于当所述备用电源的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，保持所述比较器的输出电压不变。

6.根据权利要求5所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，

V_th2≥Vcc+V_F

$V_{th2}+V_H\≤V_{th1}>V_{th2}+\frac{IT}{C}$

其中，V_th1为所述第一电压阈值，V_th2为所述第二电压阈值，Vcc为所述负载的最小工作电压，V_F为所述第一二极管的压降，V_H为所述比较器的最小滞回区间电压，I为所述负载的工作电流，T为所述负载的最小备电时间，C为所述备用电源的电容量。

7.根据权利要求5或6所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，所述负载为中央处理单元CPU，所述比较器为所述CPU内部的逻辑比较器。

8.根据权利要求1～7任一项所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，所述备电回路开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。

9.根据权利要求1～8任一项所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，所述主供电回路包括第二二极管，所述备电回路包括第三二极管；

所述第二二极管的正极与所述主电源连接，所述第二二极管的负极与所述负载连接；所述第三二极管的正极与所述主电源连接，所述第三二极管的负极与所述备用电源充放电电路连接并通过所述备电回路开关与所述负载连接。

10.根据权利要求1～9任一项所述的备用电源切换控制装置，其特征在于，所述负载为CPU，所述主电源和所述备用电源通过线性电源与所述CPU连接。

11.一种备用电源切换控制方法，应用于使用主电源和备用电源为负载供电的电子设备中，其中，所述主电源与所述负载始终连接，所述主电源为所述备用电源充电，其特征在于，所述方法包括：

检测所述备用电源的电压，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，控制所述备用电源与所述负载之间的备电回路开关导通，使所述备用电源与所述负载连接，当所述用电源的电压小于第二电压阈值时，控制所述备用电源与所述负载之间的备电回路开关断开，使所述备用电源与所述负载断开；

其中，所述第一电压阈值为所述备用电源的饱和电压，所述第二电压阈值使所述备用电源为所述负载供电时，所述负载的工作电压不小于最小工作电压并且所述负载的工作时间不小于最小备电时间。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述备用电源为超级电容。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述主电源通过限流电阻为所述备用电源充电，所述限流电阻用于使所述主电源对所述备用电源的充电电流小于所述备用电源的最大充电电流阈值。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述备用电源通过第一二极管与所述负载连接，所述第一二极管的正极与所述备用电源连接，所述第一二极管的负极与所述备电回路开关连接，所述第一二极管用于使所述备用电源为所述负载供电时的放电压降小于预设阈值。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述检测所述备用电源的电压，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，控制所述备用电源与所述负载之间的备电回路开关导通，使所述备用电源与所述负载连接，当所述用电源的电压小于第二电压阈值时，控制所述备用电源与所述负载之间的备电回路开关断开，使所述备用电源与所述负载断开，包括：

通过比较器检测所述备用电源的电压，将所述备用电源的电压与所述比较器预设的参考电压进行比较，当所述备用电源的电压大于第一电压阈值时，所述比较器向三极管的基极输出高电平，使所述三极管工作在饱和区，并使所述三极管控制所述备电回路开关导通，使所述备用电源与所述负载连接，当所述备用电源的电压小于第二电压阈值时，所述比较器向三极管的基极输出低电平，使所述三极管工作在截止区，并使所述三极管控制所述备电回路开关断开，使所述备用电源与所述负载断开；

其中，当所述备用电源的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，保持所述比较器的输出电压不变。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，

V_th2≥Vcc+V_F

$V_{th2}+V_H\≤V_{th1}>V_{th2}+\frac{IT}{C}$

其中，V_th1为所述第一电压阈值，V_th2为所述第二电压阈值，Vcc为所述负载的最小工作电压，V_F为所述第一二极管的压降，V_H为所述比较器的最小滞回区间电压，I为所述负载的工作电流，T为所述负载的最小备电时间，C为所述备用电源的电容量。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述负载为中央处理单元CPU，所述比较器为所述CPU内部的逻辑比较器。

18.根据权利要求11～17任一项所述的方法，其特征在于，所述备电回路开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。

19.根据权利要求11～18任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述主电源通过第二二极管与所述负载连接，所述主电源通过第三二极管与所述备电回路开关连接；

所述第二二极管的正极与所述主电源连接，所述第二二极管的负极与所述负载连接；所述第三二极管的正极与所述主电源连接，所述第三二极管的负极与所述备用电源充放电电路连接并通过所述备电回路开关与所述负载连接；

所述第二二极管和所述第三二极管用于防止所述备用电源的电流输入所述主电源。

20.根据权利要求11～19任一项所述的方法，其特征在于，所述负载为CPU，所述主电源和所述备用电源通过线性电源与所述CPU连接。

21.一种电子设备，包括主电源和负载，其特征在于，还包括如权利要求1～10任一项所述的备用电源切换控制装置；

所述主电源通过所述备用电源切换控制装置为所述负载供电。