CN108767974B - 一种带电池欠压关断的电源自动切换电路 - Google Patents

一种带电池欠压关断的电源自动切换电路 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子技术领域，一种带电池欠压关断的电源自动切换电路，其特征在于：包括外部电源供电输入端、外电检测输出控制电路、电源供电输入接口、电池低压检测输出控制电路、电池供电通断控制电路、负载输出端，所述外部电源供电输入端与外电检测输出控制电路电性连接，外部电源供电输入端经一肖特基二极管D1后接负载输出，电池供电输入端与分别与电池供电通断控制电路及电池低压检测输出控制电路电性连接，电压低压检测输出控制电路与外电检测输出控制电路分别与电池供电通断控制电路电性连接，电池供电通断控制电路接至负载输出端。本发明提高了电池电能的利用率，降低了电池损耗，延长的电池寿命。电路结构简单，制作成本低。

Description

一种带电池欠压关断的电源自动切换电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种带电池欠压关断的电源自动切换电路。
背景技术
现有工业控制设备等多为单电源供电方式，要么只有外部电源供电，要么只有电池供电，当外部电源断开或电池供电不足时，设备将无法再正常工作；另外电池电量经常性出现过放时，将会严重损害电池的电气性能及循环使用寿命。因此，需要一种有效的手段防止这些问题的产生，传统的解决办法是通过使用两个肖特基二极管进行隔离，这种电路方案虽然电路简单，成本低廉，但是肖特基二极管本身存在电压损耗，导致电池电能利用率不高问题；也有方案采用一个肖特基二极管和一个MOS管进行控制隔离，虽然解决了电池电能利用率低的缺陷，但也产生了另外一个问题，由于MOS管内部都会并联一个二极管，存在外部电源供电时，通过MOS管内部二极管对电池进行反充电，导致电池内部能量瞬间加剧，温度升高，易损坏电池，严重可能导致爆炸；另外这些传统方案都缺少同时做到对电池欠压做断电保护功能。
发明内容
为此，需要提供一种克服现有技术中隔离电路带来的电压损耗、损坏电池、甚至导致爆炸的技术问题的电路，并且同时做到对电池欠压做断电保护功能。
为实现上述目的，本发明提供了一种带电池欠压关断的电源自动切换电路，包括外部电源供电输入端、外电检测输出控制电路、电源供电输入端、电池低压检测输出控制电路、电池供电通断控制电路、负载输出端，所述外部电源供电输入端与外电检测输出控制电路电性连接，外部电源供电输入端经一肖特基二极管D1后接负载输出，电池供电输入端与分别与电池供电通断控制电路及电池低压检测输出控制电路电性连接，电压低压检测输出控制电路与外电检测输出控制电路分别与电池供电通断控制电路电性连接，电池供电通断控制电路接至负载输出端。
进一步的，所述外电检测输出控制电路由电阻R1、电阻R2、电容C1和三极管Q1构成，所述电池低压检测输出控制电路由低压侦测芯片U1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、电容C3、容C4、开关二极管D2、开关二极管D3和三极管Q4构成，所述电池供电通断控制电路由MOS管Q2和MOS管Q3串联而成，外部电源供电输入端VCC_IN接肖特基二极管D1正端和电阻R1的一端，肖特基二极管D1负端和MOS管Q3源极S相连接作为负载输出端VCC_OUT，电阻R1另一端接电阻R2一端、电容C1一端和三极管Q1基极，电阻R2另一端、电容C1另一端和三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极接开关二极管D3负端，电池供电输入端VATT_IN接电阻R3一端、电阻R4一端、电阻R6一端和MOS管Q2源极S，MOS管Q2漏极D接MOS管Q3漏极D，电阻R3另一端接电阻R5一端、电容C2一端和低压监测芯片U1的3脚，电阻R5另一端、电容C2另一端和低压监测芯片U1的2脚接地，低压监测芯片U1的1脚接开关二极管D2负端，开关二极管D2正端与开关二极管D3正端、电阻R6另一端和电阻R7一端相连接，电阻R7另一端接电阻R8一端、电容C4一端和三极管Q4基极，电阻R8另一端、电容C4另一端和三极管Q4发射极接地，三极管Q4集电极接电阻R4另一端、电容C3一端、MOS管Q2栅极G和MOS管Q3栅极G，电容C3另一端接地。
更进一步的，所述肖特基二极管D1型号为支持3A电流的B340A。
更进一步的，所述MOS管型号为P沟道低导通阻抗的AO4485。
更进一步的，所述低压监测芯片U1的型号为开漏输出的R3111N272A。
区别于现有技术，上述技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明中提出一种由肖特基二极管、三极管、MOS管、低压监测芯片及少量阻容件构成的简单有效带电池欠压关断的电源自动切换电路，用于实现设备外部电源和电池供电无缝自动切换且互不干扰，电池欠压自动关断功能。电池供电通断控制电路主要由2个MOS管串联组成，起到导通时，低压差，最大限度利用电池电能，截止时，由于采用两个MOS管串联，使内部各自二极管正极相连，负极外接，彻底关断电池与外部电源连接，起到阻止对电池产生反充电作用。从而大大提高了电池电能的利用率，降低了电池损耗，并且避免了对电池产生的反充电，且能够对电池过放进行精准的保护，极大延长的电池寿命。
2、本发明电路结构简单，制作成本低，特别适合大功率工控设备运用，适用范围广。
附图说明
图1为本发明实施例的电路结构示意图。
图2为本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1和图2所示，本实施例的一种带电池欠压关断的电源自动切换电路，包括外部电源供电输入端、外电检测输出控制电路、电源供电输入端、电池低压检测输出控制电路、电池供电通断控制电路、负载输出端，所述外部电源供电输入端与外电检测输出控制电路电性连接，外部电源供电输入端经一肖特基二极管D1后接负载输出，电池供电输入端与分别与电池供电通断控制电路及电池低压检测输出控制电路电性连接，电压低压检测输出控制电路与外电检测输出控制电路分别与电池供电通断控制电路电性连接，电池供电通断控制电路接至负载输出端。本实施例中，外部电源供电输入端VCC_IN接外部电源；电源供电输入端VATT_IN接电池；外电检测输出控制电路监测外部电源是否有电来控制电池供电通断，外电检测输出控制电路在监测到当外部电源有电时，关断电池供电，若检测到外部电源无电，则外电检测输出控制电路不动作；当只有电池供电时，低压检测输出控制电路监测电池是否欠压，欠压阈值可由分压电阻确定，低压检测输出控制电路监测到电池欠压时，关断电池供电；电池供电通断控制电路主要由2个MOS管串联组成，起到导通时，低压差，最大限度利用电池电能，截止时，由于采用两个MOS管串联，使内部各自二极管正极相连，负极外接，彻底关断电池与外部电源连接，起到阻止对电池产生反充电作用，能够避免电池因反充电而发生的电池损坏甚至爆炸的危险；负载输出接设备。
本实施例中，所述外电检测输出控制电路由电阻R1、电阻R2、电容C1和三极管Q1构成，所述电池低压检测输出控制电路由低压侦测芯片U1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、电容C3、容C4、开关二极管D2、开关二极管D3和三极管Q4构成，所述电池供电通断控制电路由MOS管Q2和MOS管Q3串联而成，外部电源供电输入端VCC_IN接肖特基二极管D1正端和电阻R1的一端，肖特基二极管D1负端和MOS管Q3源极S相连接作为负载输出端VCC_OUT，电阻R1另一端接电阻R2一端、电容C1一端和三极管Q1基极，电阻R2另一端、电容C1另一端和三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极接开关二极管D3负端，电池供电输入端VATT_IN接电阻R3一端、电阻R4一端、电阻R6一端和MOS管Q2源极S，MOS管Q2漏极D接MOS管Q3漏极D，电阻R3另一端接电阻R5一端、电容C2一端和低压监测芯片U1的3脚，电阻R5另一端、电容C2另一端和低压监测芯片U1的2脚接地，低压监测芯片U1的1脚接开关二极管D2负端，开关二极管D2正端与开关二极管D3正端、电阻R6另一端和电阻R7一端相连接，电阻R7另一端接电阻R8一端、电容C4一端和三极管Q4基极，电阻R8另一端、电容C4另一端和三极管Q4发射极接地，三极管Q4集电极接电阻R4另一端、电容C3一端、MOS管Q2栅极G和MOS管Q3栅极G，电容C3另一端接地。
本实施例中，所述肖特基二极管D1型号为支持3A电流的B340A。
本实施例中，所述MOS管型号为P沟道低导通阻抗的AO4485。
本实施例中，所述低压监测芯片U1的型号为开漏输出的R3111N272A。
本实施例的电路原理为：当外部电源输入端VCC_IN供电时，使三极管Q1导通，从而把开关二极管D3负端拉低，通过调节电阻R7和电阻R8分压，使得三极管Q4截止，进而关断MOS管Q2和MOS管Q3，由于2个MOS管内部二极管正端相连，使得电池供电彻底与外部电源断开连接，从而阻止外部电源对电池产生反充电问题。当只有电池输入端VATT_IN供电且无外部电源时，三极管Q1截止，开关二级管D3负端悬空，对三极管Q4控制无影响，进而对MOS管控制无影响；当电池电压大于低压监测芯片U1设定的欠压阈值时，低压监测芯片U1输出开漏，开关二级管D2负端悬空，对三极管Q4控制无影响，进而对MOS管控制无影响；电池电压通过电阻R6、电阻R7和电阻R8分压，使得三极管Q4导通，进而控制MOS管Q2和MOS管Q3导通，从而使设备转为电池供电，由于MOS管导通阻抗低，导通压降小，可大大降低损耗，提高电池电能的利用率，而且，由于肖特基二极管D1的存在，电池供电并不会倒灌到外部电源输入端。另外当电池电压低于设定的欠压阈值时，低压监测芯片U1输出拉低开关二极管D2负端，使得三极管Q4截止，进而关断MOS管Q2和MOS管Q3，由于2个MOS管内部二极管正端相连，使得电池供电彻底断开，从而保护电池过放。
本实施例的电池欠压阈值设定，通过配置电阻R3和电阻R5的阻值进行调节，低压监测芯片U1的3脚电压阈值为2.7V。当电阻R5上的分压大于2.7V时，低压监测芯片U1的1脚输出开漏；当电阻R5上的分压小于2.7V时，低压监测芯片U1的1脚输出拉低。另外电阻R6、电阻R7和电阻R8选择要能使开关二极管D2负端和开关二极管D3负端都悬空时，电池供电，三极管Q4正常导通；开关二极管D2负端或开关二极管D3负端其中之一拉低时，三极管Q4正常截止。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带电池欠压关断的电源自动切换电路，其特征在于：包括外部电源供电输入端、外电检测输出控制电路、电源供电输入接口、电池低压检测输出控制电路、电池供电通断控制电路、负载输出端，所述外部电源供电输入端与外电检测输出控制电路电性连接，外部电源供电输入端经一肖特基二极管D1后接负载输出，电池供电输入端与分别与电池供电通断控制电路及电池低压检测输出控制电路电性连接，电压低压检测输出控制电路与外电检测输出控制电路分别与电池供电通断控制电路电性连接，电池供电通断控制电路接至负载输出端；
所述外电检测输出控制电路由电阻R1、电阻R2、电容C1和三极管Q1构成，所述电池低压检测输出控制电路由低压侦测芯片U1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、电容C3、容C4、开关二极管D2、开关二极管D3和三极管Q4构成，所述电池供电通断控制电路由MOS管Q2和MOS管Q3串联而成，外部电源供电输入端VCC_IN接肖特基二极管D1正端和电阻R1的一端，肖特基二极管D1负端和MOS管Q3源极S相连接作为负载输出端VCC_OUT，电阻R1另一端接电阻R2一端、电容C1一端和三极管Q1基极，电阻R2另一端、电容C1另一端和三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极接开关二极管D3负端，电池供电输入端VATT_IN接电阻R3一端、电阻R4一端、电阻R6一端和MOS管Q2源极S，MOS管Q2漏极D接MOS管Q3漏极D，电阻R3另一端接电阻R5一端、电容C2一端和低压监测芯片U1的3脚，电阻R5另一端、电容C2另一端和低压监测芯片U1的2脚接地，低压监测芯片U1的1脚接开关二极管D2负端，开关二极管D2正端与开关二极管D3正端、电阻R6另一端和电阻R7一端相连接，电阻R7另一端接电阻R8一端、电容C4一端和三极管Q4基极，电阻R8另一端、电容C4另一端和三极管Q4发射极接地，三极管Q4集电极接电阻R4另一端、电容C3一端、MOS管Q2栅极G和MOS管Q3栅极G，电容C3另一端接地;
当外部电源输入端VCC_IN供电时，使三极管Q1导通，从而把开关二极管D3负端拉低，通过调节电阻R7和电阻R8分压，使得三极管Q4截止，进而关断MOS管Q2和MOS管Q3，由于2个MOS管内部二极管正端相连，使得电池供电彻底与外部电源断开连接，从而阻止外部电源对电池产生反充电问题,当只有电池输入端VATT_IN供电且无外部电源时，三极管Q1截止，开关二级管D3负端悬空，对三极管Q4控制无影响，进而对MOS管控制无影响；当电池电压大于低压监测芯片U1设定的欠压阈值时，低压监测芯片U1输出开漏，开关二级管D2负端悬空，对三极管Q4控制无影响，进而对MOS管控制无影响；电池电压通过电阻R6、电阻R7和电阻R8分压，使得三极管Q4导通，进而控制MOS管Q2和MOS管Q3导通，从而使设备转为电池供电，由于MOS管导通阻抗低，导通压降小，可大大降低损耗，提高电池电能的利用率，而且，由于肖特基二极管D1的存在，电池供电并不会倒灌到外部电源输入端,另外当电池电压低于设定的欠压阈值时，低压监测芯片U1输出拉低开关二极管D2负端，使得三极管Q4截止，进而关断MOS管Q2和MOS管Q3，由于2个MOS管内部二极管正端相连，使得电池供电彻底断开，从而保护电池过放。
2.根据权利要求1所述的一种带电池欠压关断的电源自动切换电路，其特征在于：所述肖特基二极管D1型号为支持3A电流的B340A。
3.根据权利要求1所述的一种带电池欠压关断的电源自动切换电路，其特征在于：所述MOS管型号为P沟道低导通阻抗的AO4485。
4.根据权利要求1所述的一种带电池欠压关断的电源自动切换电路，其特征在于：所述低压监测芯片U1的型号为开漏输出的R3111N272A。
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