CN105990900A - 备用电源控制电路及使用其的备用电源供应系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种备用电源控制电路及使用其的备用电源供应系统，该备用电源控制电路包括接收第一工作电压的主电源端、接收第二工作电压的备用电源端、将第二工作电压降压做为在降压模块输出端提供的待机电压的降压模块、从第一工作电压与待机电压中选择较高电压值者做为输出的电源选择模块、根据第一工作电压与临界值之间的大小关系而决定所输出的控制信号内容的电压检测模块，以及电性耦接于备用电源端与降压模块输出端之间的开关。其中，开关根据控制信号而被导通或切断，且在开关导通时，电力通过开关所导致的电压降小于通过降压模块所导致的电压降。

Description

备用电源控制电路及使用其的备用电源供应系统

技术领域

本发明涉及一种供应备用电源的技术领域，尤其涉及一种备用电源控制电路及使用其的备用电源供应系统。

背景技术

为了维持机器的持续运转，不致使机器或运转中的程序因为电力不稳定而造成不必要的损坏，备用电源供应系统是最常见的一种保护手段。在使用了备用电源供应(RPS，Redundancy Power Supplying)系统之后，即使电力出现中断的现象，也可以很快的由备用电源供应系统提供备用的电力，让机器或运转中的程序有足够的缓冲时间进行应对处理，减少电力中断所造成的损失。

然而，现有的备用电源供应系统存在许多缺陷。例如：由于通常是以合路二极管(Oring Diode)做为备用电源供应系统的输出级，所以在备用电源的电压高于或者等于主电源的时候，无法优先让主电源供电；另外，有些备用电源供应系统虽然可以让主电源优先供电，但这些备用电源供应系统或者效率低，或者效率虽高但在主电源与备用电源切换时所造成的电源电压波动较大，而且控制机制复杂，有可能造成备用电源供应系统的反应速度过慢而无法达到实时提供备用电力的目的。

发明内容

本发明意欲提供一种备用电源控制电路及使用其的备用电源供应系统，其可解决前述现有技术的缺陷，提供简单而快速的电源切换机制。

本发明的一实施例提供一种备用电源控制电路，其包括主电源端、备用电源端、降压模块、电源选择模块、电压检测模块与开关。主电源端与备用电源端分别接收第一工作电压与第二工作电压；降压模块具有降压模块输入端与降压模块输出端，降压模块输入端电性耦接至备用电源端以接收第二工作电压，且降压模块对第二工作电压进行降压操作以获得待机电压，并从降压模块输出端输出待机电压；电源选择模块电性耦接至主电源端与降压模块输出端以分别接收第一工作电压与待机电压，并选择第一工作电压与待机电压二者中电压值较高者为电源选择模块的输出；电压检测模块电性耦接至主电源端以接收第一工作电压，且根据第一工作电压与临界值之间的大小关系而决定所输出的控制信号的内容；而前述开关则电性耦接于备用电源端与降压模块输出端之间，且开关是否导通是由控制信号的内容而定。其中，于开关导通时，电力通过开关所导致的电压降小于通过降压模块所导致的电压降。

本发明的另一实施例提供一种备用电源供应系统，其包括主电源接入端、备用电源、系统电压供应端以及备用电源控制电路。主电源接入端接收第一工作电压；备用电源提供第二工作电压；系统电压供应端输出系统电压。备用电源控制电路则包括主电源端、备用电源端、降压模块、电源选择模块、电压检测模块与开关。主电源端电性耦接至主电源接入端以接收第一工作电压；备用电源端电性耦接至备用电源以接收第二工作电压；降压模块具有降压模块输入端与降压模块输出端，降压模块输入端电性耦接至备用电源端以接收第二工作电压，且降压模块对第二工作电压进行降压操作以获得待机电压，并从降压模块输出端输出待机电压；电源选择模块电性耦接至主电源端与降压模块输出端以分别接收第一工作电压与待机电压，并选择且提供第一工作电压与待机电压二者中电压值较高者至系统电压供应端以做为该系统电压；电压检测模块电性耦接至主电源端以接收第一工作电压，且根据第一工作电压与临界值之间的大小关系而决定所输出的控制信号的内容；而前述开关则电性耦接于备用电源端与降压模块输出端之间，且开关是否导通是由控制信号的内容而定。其中，于开关导通时，电力通过开关所导致的电压降小于通过降压模块所导致的电压降。

在一个特定的实施例中，前述的电压检测模块更电性耦接至备用电源端，且电压检测模块包括第一～第六电阻以及第一与第二晶体管。其中，每一电阻分别具有第一端与第二端，而每一晶体管则分别包括控制端、第一通路端与第二通路端。第一电阻的第一端电性耦接至主电源端；第二电阻的第一端电性耦接至第一电阻的第二端，其第二端接地；第三电阻的第一端电性耦接至备用电源端；第四电阻的第一端电性耦接至第三电阻的第二端，其第二端接地；第五电阻的第一端电性耦接至备用电源端，其第二端提供控制信号至开关；第一晶体管的控制端电性耦接至第一电阻的第二端，其第一通路端电性耦接至第三电阻的第二端，其第二通路端接地；第二晶体管的控制端电性耦接至第三电阻的第二端，其第一通路端电性耦接至第五电阻的第二端；第六电阻的第一端电性耦接至第二晶体管的第二通路端，其第二端接地。

本发明利用电压检测模块根据主电源的电压(第一工作电压)与临界值之间的大小关系而决定所输出的控制信号的内容，并借着控制信号来控制开关是否导通而决定提供至电源选择模块的备用电源的电压的高低，因此可以快速的在主电源与备用电源之间进行切换。此外，降压电路的存在也使得在主电源的电压等于或略小于备用电源的电压的时候，仍能保证由主电源进行供电。因此，本发明可以解决现有技术的缺陷，提供简单而快速的电源切换机制。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的备用电源控制电路的电路方块图。

图2为根据本发明第二实施例的备用电源控制电路的电路图。

图3为根据本发明第三实施例的备用电源供应系统的电路方块图。

附图标记说明：

10、20、320：备用电源控制电路

30：备用电源供应系统

100、200：主电源端

110、210：备用电源端

120、220：降压模块

121：降压模块输入端

122：降压模块输出端

130、230：电源选择模块

140、240：电压检测模块

150、250：开关

221、231、233：阳极

222、232、234：阴极

261～272：端点

280、290：控制端

281、282、291、292：通路端

300：主电源接入端

310：备用电源

330：系统电压供应端

CTL：控制信号

D1～D3：二极管

R₁～R₆：电阻

T₁、T₂：晶体管

V₁、V₂：工作电压

V_R：待机电压

V_S：系统电压

具体实施方式

请参照图1，其为根据本发明第一实施例的备用电源控制电路的电路方块图。如图1所示，备用电源控制电路10包括了主电源端100、备用电源端110、降压模块120、电源选择模块130、电压检测模块140与开关150。主电源端100用以接收工作电压V₁，备用电源端110则用以接收工作电压V₂。降压模块120具有降压模块输入端121与降压模块输出端122，降压模块输入端121电性耦接至备用电源端110以接收工作电压V₂，且降压模块120对工作电压V₂进行降压操作以获得待机电压V_R，并将待机电压V_R从降压模块输出端122输出。电源选择模块130电性耦接至主电源端100与降压模块输出端122以分别接收工作电压V₁与待机电压V_R，并选择工作电压V₁与待机电压V_R二者中电压值较高者为电源选择模块130的输出。电压检测模块140电性耦接至主电源端100以接收工作电压V₁，且根据工作电压V₁与某一个临界值之间的大小关系而决定所输出的控制信号CTL的内容。开关150电性耦接于备用电源端110与降压模块输出端122之间，且开关150是否导通是由控制信号CTL的内容而定。其中，于开关150导通时，电力在通过开关150时所导致的电压降的幅度，小于电力在通过降压模块150时所导致的电压降的幅度。

前述在电压检测模块140中所采用的临界值可以是事先设定好的一个数值，也可以是随外界环境而改变的数值。但无论临界值的决定方式为何，都不会影响本公开的实质技术精神。

请参照图2，其为根据本发明第二实施例的备用电源控制电路的电路图。如图所示，备用电源控制电路包括了主电源端200、备用电源端210、降压模块220、电源选择模块230、电压检测模块240与开关250。各组成部分之间的电性耦接关系与操作原理和图1所示者大致相同，但在本第二实施例中，电压检测模块240除了电性耦接至主电源端200以接收工作电压V₁之外，还同时电性耦接至备用电源端210以接收工作电压V₂。以下将详细介绍各电子元件的连接关系与操作方式。

在本实施例中，主电源端200用以接收工作电压V₁，而备用电源端210则用以接收工作电压V₂。降压模块220在本实施例中是以一个二极管(Diode)D1来实现，其中，二极管D1的阳极221电性耦接至降压模块220以接收工作电压V₂，其阴极222的电位则是第一实施例中所述的待机电压V_R。电源选择模块230包括两个二极管D2与D3，二极管D2的阳极231电性耦接至主电源端200以接收工作电压V₁，二极管D3的阳极233电性耦接至二极管D1的阴极222(相当于第一实施例中的降压模块输出端122)以接收二极管D1阴极222上存在的电压，而两个二极管D2与D3的阴极232与234则电性耦接在一起。因此，在二极管D2与D3本身所造成的压降相同的前提下，当二极管D2阳极231的电压高于二极管D3阳极233的电压的时候，电源选择模块230就会以二极管D2阴极232的电压做为系统电压V_S；相对的，当二极管D2阳极231的电压低于二极管D3阳极233的电压的时候，电源选择模块230就会以二极管D3阴极234的电压做为系统电压V_S。于是，电源选择模块230就可以从工作电压V₁与待机电压V_R之间选择电压值较大者做为其输出的系统电压V_S。

需说明的是，虽然在前述说明中是以二极管为例，但降压模块220与电源选择模块230并非只能以二极管为实体。事实上，降压模块220与电源选择模块230可以是其他任意适合的二极管、单方向流通电流的元件，或者是其他适合的电路元件。例如，在设计降压模块220时，若仅考量单一条件：「让工作电压V₂在经过降压模块220而到达电源选择模块230时所产生的电压降，大于让工作电压V₁到达电源选择模块230时所产生的电压降」，则可以简单利用电阻元件或者线路本身的阻抗来实现这个设计目的。同样的，电源选择模块230也同样可以利用电阻元件或者线路本身的阻抗来实现。

请再参照图2，本实施例中的电压检测模块240包括了电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅与R₆，以及晶体管T₁与T₂。其中，电阻R₁的端点261电性耦接至主电源端200，其端点262、电阻R₂的端点263以及晶体管T₁的控制端280电性耦接在一起。电阻R₃的端点265与电阻R₅的端点269一并电性耦接到备用电源端210。电阻R₃的端点266、电阻R₄的端点267、晶体管T₁的通路端281以及晶体管T₂的控制端290电性耦接在一起。电阻R₅的端点270电性耦接至晶体管T₂的通路端291。晶体管T₂的通路端292电性耦接至电阻R₆的端点271。电阻R₂的端点264、电阻R₄的端点268、电阻R₆的端点272以及晶体管T₁的通路端282一并接地。

通过上述电压检测模块240中的电子元件的连接设置，工作电压V₁在被电阻R₁与R₂分压之后的结果，会通过晶体管T₁的控制端280而影响晶体管T₁的导通程度，并由此搭配工作电压V₂以及电阻R₃与R₄的设计而影响晶体管T₂控制端290的电压。晶体管T₂控制端290的电压会影响晶体管T₂的导通程度。最后，晶体管T₂的导通程度与工作电压V₂以及电阻R₅与R₆的设计就影响由电阻R₅的端点270的电压值所组成的控制信号CTL的内容。

在一个特定的实施例中，电阻R₁与R₄的电阻值为10000欧姆，电阻R₂与R₃的电阻值为1000欧姆，电阻R₅的电阻值为1800欧姆，而电阻R₆的电阻值则为3600欧姆。这些设计值仅为提供一个可行的实例，具体的设计值当可视设计的电路本身的特性而加以调整。

在第二实施例中，控制信号CTL的内容是由工作电压V₁、工作电压V₂，以及电压检测模块240中的电子元件的规格所共同决定。换句话说，电压检测模块240中所采用的临界值将随着不同的工作电压V₂以及电压检测模块240中的电子元件的规格而改变。若固定工作电压V₂与电子元件的规格，则可得到一个固定的、用来与工作电压V₁相比较的临界值，使得一旦工作电压V₁低于此临界值，则控制信号CTL会使开关250导通，一旦工作电压V₂高于此临界值，则控制信号CTL会使开关250断开。

在图2中，开关250是以切换式开关为例，其两端分别电性耦接至备用电源端210、二极管D1的阴极222以及二极管D3的阳极233。开关250可以使用其他类型的开关来代替，但应以能于开关250导通时，使电力通过开关250所导致的电压降，小于使电力通过降压模块220所导致的电压降为原则。

通过上述描述可以得知，在阶段1，工作电压V₁等于甚至略小于工作电压V₂的时候，因为降压电路使待机电压V_R小于工作电压V₁的关系，所以可以保持以工作电压V₁为系统电压V_S的供应源。而在阶段2，当工作电压V₁持续下降到低于待机电压V_R之后，电源选择模块就会改采待机电压V_R为系统电压V_S的供应源。最后，在阶段3，当工作电压V₁低于临界值之后，控制信号CTL将使开关250导通，此时的待机电压V_R将因为工作电压V₂通过开关250而有所提升，且电源选择模块就会使用被提升后的待机电压V_R为系统电压V_S的供应源。反过来，当工作电压V₁回升时，也可以很容易的将系统电压V_S的供应源转成工作电压V₁。

通过设计不同的电阻值配对，也可能使工作电压V₁在下降到临界值的时候还大于待机电压V_R但略小于工作电压V₂，此时因为开关250已经导通，所以电源选择模块将直接采用被提升后的待机电压V_R做为系统电压V_S的供应源。于是，备用电源控制电路将可以从前述的阶段1直接切换到阶段3，而省略中间阶段2的运作。

接下来请参照图3，其为根据本发明第三实施例的备用电源供应系统的电路方块图。如图所示，备用电源供应系统30包括了主电源接入端300、备用电源310、备用电源控制电路320以及系统电压供应端330。主电源接入端300从外界接收工作电压V₁以使工作电压V₁能被传递至备用电源控制电路320，备用电源310则提供工作电压V₂至备用电源控制电路320。系统电压供应端电性耦接至备用电源控制电路320，以对外输出由备用电源控制电路320所提供的系统电压V_S。备用电源控制电路320可以是前述第一或第二实施例所公开的电路，也可以是其他根据本公开描述进行修改而得、具有同样技术精神的电路。

综上所述，本发明以电压检测模块根据主电源的电压(第一工作电压)与临界值之间的大小关系，决定所输出的控制信号的内容，并借着控制信号来控制开关是否导通而决定提供至电源选择模块的备用电源的电压的高低，因此可以快速的在主电源与备用电源之间进行切换。此外，降压电路的存在使得在主电源的电压等于或略小于备用电源的电压的时候，仍能保证由主电源进行供电。因此，本发明可以解决现有技术的缺陷，提供简单而快速的电源切换机制。

Claims (8)

1.一种备用电源控制电路，包括：

一主电源端，接收一第一工作电压；

一备用电源端，接收一第二工作电压；

一降压模块，具有一降压模块输入端与一降压模块输出端，该降压模块输入端电性耦接至该备用电源端以接收该第二工作电压，且该降压模块对该第二工作电压进行一降压操作以获得一待机电压，并从该降压模块输出端输出该待机电压；

一电源选择模块，电性耦接至该主电源端与该降压模块输出端以分别接收该第一工作电压与该待机电压，并选择该第一工作电压与该待机电压二者中电压值较高者为该电源选择模块的输出；

一电压检测模块，电性耦接至该主电源端以接收该第一工作电压，并根据该第一工作电压与一临界值之间的大小关系而决定所输出的一控制信号的内容；以及

一开关，电性耦接于该备用电源端与该降压模块输出端之间，且该开关是否导通是由该控制信号的内容而定，

其中，于该开关导通时，电力通过该开关所导致的电压降小于通过该降压模块所导致的电压降。

2.如权利要求1所述的备用电源控制电路，其中该电源选择模块包括：

一第一二极管；以及

一第二二极管，

其中，该第一二极管的阳极电性耦接至该主电源端，该第二二极管的阳极电性耦接至该降压模块输出端，该第一二极管与该第二二极管的阴极电性耦接在一起以提供该电源选择模块的输出。

3.如权利要求1所述的备用电源控制电路，其中该电压检测模块更电性耦接至该备用电源端，且该电压检测模块包括：

一第一电阻，具有第一端与第二端，该第一电阻的第一端电性耦接至该主电源端；

一第二电阻，具有第一端与第二端，该第二电阻的第一端电性耦接至该第一电阻的第二端，该第二电阻的第二端接地；

一第三电阻，具有第一端与第二端，该第三电阻的第一端电性耦接至该备用电源端；

一第四电阻，具有第一端与第二端，该第四电阻的第一端电性耦接至该第三电阻的第二端，该第四电阻的第二端接地；

一第五电阻，具有第一端与第二端，该第五电阻的第一端电性耦接至该备用电源端，该第五电阻的第二端提供该控制信号至该开关；

一第一晶体管，具有控制端、第一通路端与第二通路端，该第一晶体管的控制端电性耦接至该第一电阻的第二端，该第一晶体管的第一通路端电性耦接至该第三电阻的第二端，该第一晶体管的第二通路端接地；

一第二晶体管，具有控制端、第一通路端与第二通路端，该第二晶体管的控制端电性耦接至该第三电阻的第二端，该第二晶体管的第一通路端电性耦接至该第五电阻的第二端；以及

一第六电阻，具有第一端与第二端，该第六电阻的第一端电性耦接至该第二晶体管的第二通路端，该第六电阻的第二端接地。

4.如权利要求1所述的备用电源控制电路，其中该降压模块包括：

一二极管，该二极管的阳极做为该降压模块输入端，该二极管的阴极做为该降压模块输出端。

5.一种备用电源供应系统，包括：

一主电源接入端，接收一第一工作电压；

一备用电源，提供一第二工作电压；

一系统电压供应端，输出一系统电压；以及

一备用电源控制电路，包括：

一主电源端，电性耦接至该主电源接入端以接收该第一工作电压；

一备用电源端，电性耦接至该备用电源以接收该第二工作电压；

一降压模块，具有一降压模块输入端与一降压模块输出端，该降压模块输入端电性耦接至该备用电源端以接收该第二工作电压，该降压模块对该第二工作电压进行一降压操作以获得一待机电压，并从该降压模块输出端输出该待机电压；

一电源选择模块，电性耦接至该主电源端与该降压模块输出端以分别接收该第一工作电压与该待机电压，并选择且提供该第一工作电压与该待机电压二者中电压值较高者至该系统电压供应端以做为该系统电压；

一电压检测模块，电性耦接至该主电源端以接收该第一工作电压，且根据该第一工作电压与一临界值之间的大小关系而决定所输出的一控制信号的内容；以及

一开关，电性耦接于该备用电源端与该降压模块输出端之间，该开关是否导通是由该控制信号的内容而定，

其中，于该开关导通时，电力通过该开关所导致的电压降小于通过该降压模块所导致的电压降。

6.如权利要求5所述的备用电源供应系统，其中该电源选择模块包括：

一第一二极管；以及

一第二二极管，

其中，该第一二极管的阳极电性耦接至该主电源端，该第二二极管的阳极电性耦接至该降压模块输出端，该第一二极管与该第二二极管的阴极电性耦接在一起以提供该电源选择模块的输出。

7.如权利要求5所述的备用电源供应系统，其中该电压检测模块更电性耦接至该备用电源端，且该电压检测模块包括：

一第一电阻，具有第一端与第二端，该第一电阻的第一端电性耦接至该主电源端；

一第二电阻，具有第一端与第二端，该第二电阻的第一端电性耦接至该第一电阻的第二端，该第二电阻的第二端接地；

一第三电阻，具有第一端与第二端，该第三电阻的第一端电性耦接至该备用电源端；

一第四电阻，具有第一端与第二端，该第四电阻的第一端电性耦接至该第三电阻的第二端，该第四电阻的第二端接地；

一第五电阻，具有第一端与第二端，该第五电阻的第一端电性耦接至该备用电源端，该第五电阻的第二端提供该控制信号至该开关；

一第一晶体管，具有控制端、第一通路端与第二通路端，该第一晶体管的控制端电性耦接至该第一电阻的第二端，该第一晶体管的第一通路端电性耦接至该第三电阻的第二端，该第一晶体管的第二通路端接地；

一第二晶体管，具有控制端、第一通路端与第二通路端，该第二晶体管的控制端电性耦接至该第三电阻的第二端，该第二晶体管的第一通路端电性耦接至该第五电阻的第二端；以及

一第六电阻，具有第一端与第二端，该第六电阻的第一端电性耦接至该第二晶体管的第二通路端，该第六电阻的第二端接地。

8.如权利要求5所述的备用电源供应系统，其中该降压模块包括：

一二极管，该二极管的阳极做为该降压模块输入端，该二极管的阴极做为该降压模块输出端。