CN105119365A - 一种双路直流电源自动切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双路直流电源自动切换装置，包括电源输入输出接口单元、开关电源上电指示电路、开关电源保护控制单元、备用电池保护切换控制单元和防反向保护单元，所述开关电源保护控制单元用于对所述开关电源提供过压保护、欠压保护和电源通断控制，所述备用电池保护切换控制单元用于对备用电池提供欠压保护及自动切换的电源通断控制，所述防反向保护单元用于对所述开关电源和备用电池提供反向充电保护功能，所述PC电源输出接口的一端与所述防反向保护单元的输出端连接、用于作为PC机电源的输出电源接口。实施本发明的双路直流电源自动切换装置，具有以下有益效果：能避免出现反向充电和电源切换波动问题。

Description

一种双路直流电源自动切换装置

技术领域

本发明涉及电源切换领域，特别涉及一种双路直流电源自动切换装置。

背景技术

当设备有持续供电或禁止意外异常断电需求时，主电源加后备电源的双电源供电设计就是其中一种解决方案，其中涉及双电源自动切换技术。现有的自动切换技术中，有的采用继电器或接触器进行切换，由于其响应时间一般为10-20ms级，适用于某些对电源切换时间要求不高的场合，但对于某些要求很高的供电电源无缝切换情况就完全不适用了。

也存在某些利用MOS管做通断开关用的电源切换实例，由于MOS管导通或关断响应时间一般为ns级，快速响应特性使得其完全满足某些对供电电源无缝切换要求很高的应用需求。但其也存在以下两个缺点：其一，因为MOS管带有寄生反并二极管，无论MOS管用来切断哪一路供电(电池或直流电源)或两路均带有MOS管，关断后都可能通过反并二极管向被切断器件放电，这是不合理的。比如，MOS管切断电池供电，直流电源输出至负载，如果直流电源输出电压高于电池，则将通过MOS管反并二极管向电池充电。其二，一般主电源输入端和电池的输入端都有储能和滤波电容，这会导致主电源掉电延时，也就是后备电池上电的延时，这一衔接的波动处理不好就会使得系统供电异常。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述MOS管电源切换技术中存在反向充电和电源切换波动问题的缺陷，提供一种能避免出现反向充电和电源切换波动问题的双路直流电源自动切换装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双路直流电源自动切换装置，包括电源输入输出接口单元、开关电源上电指示电路、开关电源保护控制单元、备用电池保护切换控制单元和防反向保护单元，所述电源输入输出接口单元包括开关电源输入接口、备用电池输入接口和PC电源输出接口，所述开关电源上电指示电路的一端与所述开关电源输入接口的一端连接、用于以指示灯发光形式提示开关电源上电且电压正常，所述开关电源保护控制单元的一端与所述开关电源上电指示电路的一端连接、用于对所述开关电源提供过压保护、欠压保护和电源通断控制，所述备用电池输入接口的一端、开关电源输入接口的另一端和开关电源保护控制单元的另一端均接地，所述备用电池保护切换控制单元的一端与所述备用电池输入接口的另一端连接、用于对备用电池提供欠压保护及自动切换的电源通断控制，所述备用电池保护切换控制单元的另一端与所述备用电池输入接口的另一端连接，所述防反向保护单元的两个输入端分别与所述开关电源保护控制单元的输出端和备用电池保护切换控制单元输出端连接、用于对所述开关电源和备用电池提供反向充电保护功能，所述PC电源输出接口的一端与所述防反向保护单元的输出端连接、用于作为PC机电源的输出电源接口。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述备用电池保护切换控制单元包括第七稳压管、第八稳压管、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五三极管、第六三极管、第二电容和第四MOS管，所述第七稳压管的一端、第八稳压管的一端、第七电阻的一端和第四MOS管的源极均与所述备用电池输入接口的另一端连接，所述第七稳压管的一端还与所述开关电源输入接口的一端连接，所述第七稳压管的另一端通过所述第八电阻与所述第六三极管的基极连接，所述第六三极管的基极还通过所述第十电阻接地，所述第八稳压管的另一端通过所述第九电阻与所述第六三极管的集电极连接，所述第十一电阻和第二电容并联，并联的一端分别与所述第六三极管的集电极和第五三极管的基极连接，并联的另一端、第六三极管的发射极和第五三极管的发射极均接地，所述第四MOS管的栅极分别与所述第七电阻的另一端和第五三极管的集电极连接，所述第四MOS管的漏极与所述防反向保护单元的一个输入端连接。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述开关电源保护控制单元包括第三稳压管、第四稳压管、第一电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二三极管、第三三极管、第一电容和第一MOS管，所述第三稳压管的一端、第四稳压管的一端、第一电阻的一端和第一MOS管的源极均与所述开关电源上电指示电路的一端连接，所述第三稳压管的另一端通过所述第三电阻与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的基极还通过所述第六电阻接地，所述第四稳压管的另一端通过所述第四电阻分别与所述第二三极管的集电极和第三三极管的基极和连接，所述第五电阻的一端与所述第二三极管的集电极连接，所述第一电容的一端与所述第三三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极、第五电阻的另一端、第一电容的另一端和第三三极管的发射极均接地，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电阻的另一端和第三三极管的集电极连接，所述第一MOS管的漏极与所述防反向保护单元的另一个输入端连接。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述防反向保护单元包括第一二极管和第六二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一MOS管的漏极连接，所述第一二极管的阴极与所述PC电源输出接口的一端连接，所述第六二极管的阳极与所述第四MOS管的漏极连接，所述第六二极管的另一端与所述PC电源输出接口的一端连接。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述开关电源上电指示电路包括第二稳压管、第二电阻和第五LED指示灯，所述第二稳压管的一端与所述开关电源输入接口的一端连接，所述第二稳压管的另一端通过所述第二电阻与所述第五LED指示灯的阳极连接，所述第五LED指示灯的阴极接地。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述第七稳压管的稳压值为11V，所述第八稳压管的稳压值为8.2V。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述第三稳压管的稳压值为20V，所述第四稳压管的稳压值为8.2V。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述第五三极管和第六三极管均为NPN型三极管，所述第四MOS管为P沟道MOS管。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述第二三极管和第三三极管均为NPN型三极管，所述第一MOS管为P沟道MOS管。

在本发明所述的双路直流电源自动切换装置中，所述第一二极管和第六二极管均为肖特基二极管。

实施本发明的双路直流电源自动切换装置，具有以下有益效果：由于使用电源输入输出接口单元、开关电源上电指示电路、开关电源保护控制单元、备用电池保护切换控制单元和防反向保护单元，开关电源保护控制单元用于对开关电源提供过压保护、欠压保护和电源通断控制，备用电池保护切换控制单元用于对备用电池提供欠压保护及自动切换的电源通断控制，防反向保护单元用于对开关电源和备用电池提供反向充电保护功能，其能避免出现反向充电和电源切换波动问题。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明双路直流电源自动切换装置一个实施例中的电路原理图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明双路直流电源自动切换装置实施例中，其双路直流电源自动切换装置的电路原理图如图1所示。图1中，开关电源输入接口J1、备用电池输入接口J3和PC电源输出接口J2组成电源输入输出接口单元，该双路直流电源自动切换装置包括电源输入输出接口单元、开关电源上电指示电路01、开关电源保护控制单元02、备用电池保护切换控制单元03和防反向保护单元04，开关电源输入接口J1用于接入主电源即开关电源，备用电池输入接口J3用于接入备用电池电源，PC电源输出接口J2为PC机电源的输出电源接口，其中，开关电源上电指示电路01的一端与开关电源输入接口J1的一端连接、用于以指示灯发光形式提示开关电源上电且电压正常，开关电源保护控制单元02的一端与开关电源上电指示电路01的一端连接、用于对开关电源提供过压保护、欠压保护和电源通断控制，备用电池输入接口J3的一端、开关电源输入接口J1的另一端和开关电源保护控制单元02的另一端均接地，备用电池保护切换控制单元03的一端与备用电池输入接口J3的另一端连接、用于对备用电池提供欠压保护及自动切换的电源通断控制，备用电池保护切换控制单元03的另一端与备用电池输入接口J3的另一端连接，防反向保护单元04的两个输入端分别与开关电源保护控制单元02的输出端和备用电池保护切换控制单元03输出端连接、用于对开关电源和备用电池提供反向充电保护功能，PC电源输出接口J2的一端与防反向保护单元04的输出端连接。这样，就能通过开关电源保护控制单元02实现电源通断控制，通过备用电池保护切换控制单元03实现自动切换的电源通断控制，通过防反向保护单元04实现双路直流电源的反向充电保护功能，所以其能避免出现反向充电和电源切换波动问题。

值得一提的是，本实施例中，开关电源输入接口J1、备用电池输入接口J3和PC电源输出接口J2的工作电压均为DC12V(直流12V)～DC12V(直流12V)。当然，在本实施例的一些情况下，上述开关电源输入接口J1、备用电池输入接口J3和PC电源输出接口J2的工作电压也可以根据实际情况进行相应调整。

本实施例中，开关电源上电指示电路01包括第二稳压管D2、第二电阻R2和第五LED指示灯D5，第二稳压管D2的一端与开关电源输入接口J1的一端连接，第二稳压管D2的另一端通过第二电阻R2与第五LED指示灯D5的阳极连接，第五LED指示灯D5的阴极接地。当开关电源上电且电压正常时，第五LED指示灯D5点亮。

本实施例中，备用电池保护切换控制单元03包括第七稳压管D7、第八稳压管D8、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第二电容C2和第四MOS管Q4，第七稳压管D7的一端、第八稳压管D8的一端、第七电阻R7的一端和第四MOS管Q4的源极均与备用电池输入接口J3的另一端连接，第七稳压管D7的一端还与开关电源输入接口J1的一端连接，第七稳压管D7的另一端通过第八电阻R8与第六三极管Q6的基极连接，第六三极管Q6的基极还通过第十电阻R10接地，第八稳压管D8的另一端通过第九电阻R9与第六三极管Q6的集电极连接，第十一电阻R11和第二电容C2并联，并联的一端分别与第六三极管Q6的集电极和第五三极管Q5的基极连接，并联的另一端、第六三极管Q6的发射极和第五三极管Q5的发射极均接地，第四MOS管Q4的栅极分别与第七电阻R7的另一端和第五三极管Q5的集电极连接，第四MOS管Q4的漏极与防反向保护单元04的一个输入端连接。值得一提的是，本实施例中，第五三极管Q5和第六三极管Q6均为NPN型三极管，第四MOS管Q4为P沟道MOS管。第七稳压管D7的稳压值为11V，第八稳压管D8的稳压值为8.2V。当然，在本实施例的一些情况下，上述第七稳压管D7和第八稳压管D8的稳压值也可以根据实际情况进行相应调整。

本实施例中，开关电源保护控制单元02包括第三稳压管D3、第四稳压管D4、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电容C1和第一MOS管Q1，其中，第三稳压管D3的一端、第四稳压管D4的一端、第一电阻R1的一端和第一MOS管Q1的源极均与开关电源上电指示电路01的一端连接，第三稳压管D3的另一端通过第三电阻R3与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的基极还通过第六电阻R6接地，第四稳压管D4的另一端通过第四电阻R4分别与第二三极管Q2的集电极和第三三极管Q3的基极和连接，第五电阻R5的一端与第二三极管Q2的集电极连接，第一电容C1的一端与第三三极管Q3的基极连接，第二三极管Q2的发射极、第五电阻R5的另一端、第一电容C1的另一端和第三三极管Q3的发射极均接地，第一MOS管Q1的栅极分别与第一电阻R1的另一端和第三三极管Q3的集电极连接，第一MOS管Q1的漏极与防反向保护单元02的另一个输入端连接。第二三极管Q2和第三三极管Q3均为NPN型三极管，第一MOS管Q1为P沟道MOS管。值得一提的是，在本实施例中，第三稳压管D3的稳压值为20V，第四稳压管D4的稳压值为8.2V。当然，在本实施例的一些情况下，上述第三稳压管D3和第四稳压管D4的稳压值也可以根据实际情况进行相应调整。

本实施例中，防反向保护单元04包括第一二极管D1和第六二极管D6，第一二极管D1的阳极与第一MOS管Q1的漏极连接，第一二极管D1的阴极与PC电源输出接口J2的一端连接，第六二极管D6的阳极与第四MOS管Q4的漏极连接，第六二极管D6的另一端与PC电源输出接口J2的一端连接。值得一提的是，本实施例中，第一二极管D1和第六二极管D6均为肖特基二极管。

具体来讲，本实施例中，当开关电源上电时，电压标称值为DC12V，当EXT_12V_A处的电压大于8.2V时，第二稳压管D2导通，经第二电阻R2点亮LED指示灯D5，表示主电源即开关电源正常上电。当EXT_12V_A处的电压标称值为DC12V，当电压在过欠压保护电压范围内时即大于8.2V而小于20V时，第三稳压管D3截止，第二三极管Q2截止，同时，第四稳压管D4、第三三极管Q3导通和第一MOS管Q1均导通，这样开关电源经第一二极管D1向PC机(图中未示出)正常供电。而当EXT_12V_A处的电压大于20V时，第三稳压管D3导通，第二三极管Q2导通，第三三极管Q3截止，第一MOS管Q1截止，实现过压保护。当EXT_12V_A处的电压小于8.2V时，第四稳压管D4截止，第三三极管Q3截止，第一MOS管Q1截止，实现欠压保护。当开关电源上电正常供电时，EXT_12V_A处的电压为DC12V，第七稳压管D7导通，第三三极管Q6导通，第五三极管Q5截止，第四MOS管Q4截止，这样备用电池电源被切断；当开关电源突然断电时，由于开关电源输入输出端有储能和滤波电容，这会导致开关电源掉电延时，即EXT_12V_A处的电压缓慢下降(电压下降斜率由负载大小决定，负载大则电压下降较快，反之，电压下降较慢)，由于有第七稳压管D7，使得当EXT_12V_A处的电压下降到DC11V时，第七稳压管D7即截止，第六三极管Q6截止，后备电池电压EXT_12V_B正常时大于8.2V，使得稳第八稳压管D8导通，第五三极管Q5导通，第四MOS管Q4导通，这样备用电池电源经第六二极管D6向PC机正常供电。当EXT_12V_B处的电压小于8.2V时，第八稳压管D8截止，第五三极管Q5截止，第四MOS管Q4截止，实现欠压保护。

当开关电源由断电状态恢复供电时，工作情况如下：当EXT_12V_A处的电压标称值为DC12V，当电压在过欠压保护电压范围内时即大于8.2V而小于20V时，第三稳压管D3截止，第二三极管Q2截止，同时，第四稳压管D4、第三三极管Q3导通和第一MOS管Q1均导通，这样开关电源经第一二极管D1向PC机(图中未示出)正常供电。当开关电源上电正常供电时，EXT_12V_A处的电压为DC12V，第七稳压管D7导通，第三三极管Q6导通，第五三极管Q5截止，第四MOS管Q4截止，这样备用电池电源被切断。

不论是开关电源还是后备电池哪路供电，都经过第一二极管D1或第六二极管D6，实现电源防反向充电保护作用。

总之，在本实施例中，该双路直流电源自动切换装置实现了双路直流电源的自动切换功能，实现对PC机的电源无缝切换供电，使得PC机工作正常，PC机未发生掉电重启现象，完全满足电源无缝切换的功能需求，而且提供了过欠压和防反向充电的保护功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双路直流电源自动切换装置，其特征在于，包括电源输入输出接口单元、开关电源上电指示电路、开关电源保护控制单元、备用电池保护切换控制单元和防反向保护单元，所述电源输入输出接口单元包括开关电源输入接口、备用电池输入接口和PC电源输出接口，所述开关电源上电指示电路的一端与所述开关电源输入接口的一端连接、用于以指示灯发光形式提示开关电源上电且电压正常，所述开关电源保护控制单元的一端与所述开关电源上电指示电路的一端连接、用于对所述开关电源提供过压保护、欠压保护和电源通断控制，所述备用电池输入接口的一端、开关电源输入接口的另一端和开关电源保护控制单元的另一端均接地，所述备用电池保护切换控制单元的一端与所述备用电池输入接口的另一端连接、用于对备用电池提供欠压保护及自动切换的电源通断控制，所述备用电池保护切换控制单元的另一端与所述备用电池输入接口的另一端连接，所述防反向保护单元的两个输入端分别与所述开关电源保护控制单元的输出端和备用电池保护切换控制单元输出端连接、用于对所述开关电源和备用电池提供反向充电保护功能，所述PC电源输出接口的一端与所述防反向保护单元的输出端连接、用于作为PC机电源的输出电源接口。

2.根据权利要求1所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述备用电池保护切换控制单元包括第七稳压管、第八稳压管、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五三极管、第六三极管、第二电容和第四MOS管，所述第七稳压管的一端、第八稳压管的一端、第七电阻的一端和第四MOS管的源极均与所述备用电池输入接口的另一端连接，所述第七稳压管的一端还与所述开关电源输入接口的一端连接，所述第七稳压管的另一端通过所述第八电阻与所述第六三极管的基极连接，所述第六三极管的基极还通过所述第十电阻接地，所述第八稳压管的另一端通过所述第九电阻与所述第六三极管的集电极连接，所述第十一电阻和第二电容并联，并联的一端分别与所述第六三极管的集电极和第五三极管的基极连接，并联的另一端、第六三极管的发射极和第五三极管的发射极均接地，所述第四MOS管的栅极分别与所述第七电阻的另一端和第五三极管的集电极连接，所述第四MOS管的漏极与所述防反向保护单元的一个输入端连接。

3.根据权利要求2所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述开关电源保护控制单元包括第三稳压管、第四稳压管、第一电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二三极管、第三三极管、第一电容和第一MOS管，所述第三稳压管的一端、第四稳压管的一端、第一电阻的一端和第一MOS管的源极均与所述开关电源上电指示电路的一端连接，所述第三稳压管的另一端通过所述第三电阻与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的基极还通过所述第六电阻接地，所述第四稳压管的另一端通过所述第四电阻分别与所述第二三极管的集电极和第三三极管的基极和连接，所述第五电阻的一端与所述第二三极管的集电极连接，所述第一电容的一端与所述第三三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极、第五电阻的另一端、第一电容的另一端和第三三极管的发射极均接地，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电阻的另一端和第三三极管的集电极连接，所述第一MOS管的漏极与所述防反向保护单元的另一个输入端连接。

4.根据权利要求3所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述防反向保护单元包括第一二极管和第六二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一MOS管的漏极连接，所述第一二极管的阴极与所述PC电源输出接口的一端连接，所述第六二极管的阳极与所述第四MOS管的漏极连接，所述第六二极管的另一端与所述PC电源输出接口的一端连接。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述开关电源上电指示电路包括第二稳压管、第二电阻和第五LED指示灯，所述第二稳压管的一端与所述开关电源输入接口的一端连接，所述第二稳压管的另一端通过所述第二电阻与所述第五LED指示灯的阳极连接，所述第五LED指示灯的阴极接地。

6.根据权利要求2所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述第七稳压管的稳压值为11V，所述第八稳压管的稳压值为8.2V。

7.根据权利要求3所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述第三稳压管的稳压值为20V，所述第四稳压管的稳压值为8.2V。

8.根据权利要求2所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述第五三极管和第六三极管均为NPN型三极管，所述第四MOS管为P沟道MOS管。

9.根据权利要求3所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述第二三极管和第三三极管均为NPN型三极管，所述第一MOS管为P沟道MOS管。

10.根据权利要求4所述的双路直流电源自动切换装置，其特征在于，所述第一二极管和第六二极管均为肖特基二极管。