CN110021992A - 一种主备电源切换电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主备电源切换电路及方法，主备电源切换电路包括降压器、分压器、第一PMOS管、具有两相反电平信号输出端的电压检测器、第二PMOS管和第三PMOS管，其中，所述电压检测器的阈值输入端与所述分压器的输出端相连接，其第一输出端与所述第一PMOS管的栅极相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第一PMOS关的导通和截止，其第二输出端与所述第二PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的栅极分别相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第二PMOS管和所述第三PMOS管的导通和截止。本发明采用具有两相反电平信号输出端的电压检测器及PMOS管来实现主备电源的切换；通过负载控制PMOS管的截止来实现对电池保护和电池的防倒灌，达到简化电路结构并提高电路可靠性。

Description

一种主备电源切换电路及方法
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种主备电源切换电路及方法。
背景技术
车载电子产品中，使用的主电源由汽车电瓶提供，使用的备用电源由电池提供，在主电源断电情况下，需要备用电池能够切换使用。
现有技术中，有采用微控制器MCU实现切换，需要MCU检测、内部算法比较、再输出控制，存在切换不够稳定平滑问题。发明名称“一种电源切换控制系统及方法”，申请号CN201310661968.4的中国专利，需要依靠CPU检测外部电源来控制切换，存在切换响应不够及时的问题，当外部电源缺失时，电池会倒灌到外部电源；此外，电池的电压不能高于外部电源电压。
另外有设计在切换到备用电源使用后，对于主电源的防倒灌，采用额外电路实现，使得电路控制复杂。发明名称“一种双电源平稳切换的装置及方法”，申请号CN201010182068的中国专利，为了稳定切换避免继电器通断的间隔，采用二极管续流，构成主、备份电源切换辅助单元，再采用继电器触点切换来短路主、备份电源切换辅助单元。
专利名“一种外部电源和电池供电的电源切换电路”，申请号CN201310286721的中国专利，“当第三降压器为PMOS管时，PMOS管的源端连接外部电源，漏端、栅端和衬底均连接到负载”，由于PMOS内的体二极管，无法避免电池供电时，倒灌到主电源；“所述比较器根据电压基准模块和所述分压器的比较结果输出逻辑信号到所述电平转移模块的输入端”，采用的是单输出控制。同样，发明名称“电源切换电路”，申请号CN201210057087的中国专利，也是采用单输出控制，且电路采用多路电平移位器，控制复杂。
本发明需要解决的问题在于主备电源切换，优化切换控制电路，采用具有双输出的反向控制，备用电源电池保护，电源的防倒灌和平滑电源的切换曲线。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种主备电源切换电路及方法，采用具有两相反电平信号输出端的电压检测器及PMOS管来实现主备电源的切换；通过负载控制PMOS管的截止来实现对电池保护和电池的防倒灌，达到简化电路结构并提高电路可靠性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种主备电源切换电路，包括：降压器、分压器、第一PMOS管、具有两相反电平信号输出端的电压检测器、第二PMOS管和第三PMOS管，其中：
所述降压器的输入端与外部电源相连接，其输出端与所述分压器的输入端和所述第一PMOS管的漏极分别相连接；所述第一PMOS管的源极与负载的电源输入端相连接；所述第二PMOS管的漏极与电池输出端相连接，其源极与所述第三PMOS管的源极相连接；所述第三PMOS管的漏极与负载的电源输入端相连接；所述电压检测器的阈值输入端与所述分压器的输出端相连接，其第一输出端与所述第一PMOS管的栅极相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第一PMOS关的导通和截止，其第二输出端与所述第二PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的栅极分别相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第二PMOS管和所述第三PMOS管的导通和截止。
优选的，所述阈值输入端为一个；当所述阈值输入端的电压大于电压检测器内部基准电压时，所述第一输出端输出低电平控制所述第一PMOS管导通，所述第二输出端输出高电平控制所述第二PMOS管和第三PMOS管截止；当所述阈值输入端的电压小于电压检测器内部基准电压时，所述第一输出端输出高电平控制所述第一PMOS管截止，所述第二输出端输出低电平控制所述第二PMOS管和第三PMOS管导通。
优选的，所述阈值输入端包括上行阈值输入端和下行阈值输入端；当所述上行阈值输入端的电压高于电压检测器内部基准电压时，所述第一输出端输出低电平控制所述第一PMOS管导通，所述第二输出端输出高电平控制所述第二PMOS管和第三PMOS管截止；当所述下行阈值输入端的电压低于电压检测器内部基准电压时，所述第一输出端输出高电平控制所述第一PMOS管截止，所述第二输出端输出低电平控制所述第二PMOS管和第三PMOS管导通。
优选的，所述电压检测器还包括电源输入端；电压检测器的电源输入端与负载的电源输入端相连接以获取电压检测器的工作电源。
优选的，还包括第四PMOS管；所述第四PMOS管的源极与所述第三PMOS管的漏极相连接，其漏极与负载的电源输入端相连接；负载的控制输出端与所述第四PMOS管的栅极相连接以根据检测到的电池输出端电压大小控制所述第四PMOS管的导通和截止。
优选的，还包括：充电模块；所述充电模块的输入端与所述降压器输出端相连接，充电模块的输出端与所述电池输出端相连接。
优选的，所述降压器为LDO或开关电源。
一种主备电源切换方法，包括：
当检测到分压器输出端电压高于电压检测器内部基准电压时，电压检测器第一输出端输出低电平控制第一PMOS管导通，电压检测器第二输出端输出高电平控制第二PMOS管和第三PMOS管截止，由外部电源为负载提供电源；当检测到分压器输出端电压低于电压检测器内部基准电压时，电压检测器第一输出端输出高电平控制第一PMOS管截止，电压检测器第二输出端输出低电平控制第二PMOS管和第三PMOS管导通，由电池输出端为负载提供电源。
优选的，分压器输出端电压的范围在电池正常工作范围内。
优选的，当负载检测到电池输出端电压低于电池的正常工作范围时，通过负载的控制输出端输出高电平，控制第四PMOS管截止。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的主备电源切换电路及方法，采用的电压检测器具有相反状态的双输出，同时主电源和备用电源的切换点选择在电池电量充足的电压点，以实现稳定切换；使用第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管作为切换开关，由于PMOS晶体管的导通截止速度快，可以实现稳定切换；利用第一PMOS管内的二极管实现在备用电池供电情况下的电源防倒灌；利用负载实时检测备用电源并通过控制第四PMOS管的截止来实现对电池保护和电池的防倒灌；相对其他电路形态，具有电路简单、可靠、实用的优点。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种主备电源切换电路及方法不局限于实施例。
附图说明
图1为本发明实施例一种主备电源切换电路的结构示意图；
图2为本发明优选实施例一种主备电源切换电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示为本发明实施例一种主备电源切换电路的结构示意图，包括：降压器11、分压器12、第一PMOS管13、具有两相反电平信号输出端的电压检测器14、第二PMOS管17和第三PMOS管18，其中：
所述降压器11的输入端与外部电源(主电源)相连接，其输出端与所述分压器12的输入端和所述第一PMOS管13的漏极D分别相连接；所述第一PMOS管13的源极S与负载20的电源输入端相连接；所述第二PMOS管17的漏极D与电池16输出端(备用电源)相连接，其源极S与所述第三PMOS管18的源极S相连接；所述第三PMOS管18的漏极D与负载20的电源输入端相连接；所述电压检测器14的阈值输入端与所述分压器12的输出端相连接，其第一输出端与所述第一PMOS管13的栅极G相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第一PMOS关的导通和截止，其第二输出端与所述第二PMOS管17的栅极G和所述第三PMOS管18的栅极G分别相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第二PMOS管17和所述第三PMOS管18的导通和截止。
具体的，所述电压检测器14为电压检测芯片，根据电压检测芯片的型号，所述阈值输入端可以只有一个。所述降压器11将外部电源如汽车电瓶10转换为较低的电压V1，所述的分压器12将降压器11的输出电压V1进行分压，得到电压V4，所述电压V4可被电压检测器14的阈值输入端检测到。当阈值输入端的电压大于电压检测芯片内部基准电压V5时，所述第一输出端输出低电平V6控制所述第一PMOS管13导通，所述第二输出端输出高电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18截止；当所述阈值输入端的电压小于电压检测芯片内部基准电压V5时，所述第一输出端输出高电平V6控制所述第一PMOS管13截止，所述第二输出端输出低电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18导通。当所述第一PMOS管13导通，所述第二输出端输出高电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18截止时，电池16的输出被切断，主电源为负载20供电，此时V2＝V1；当所述第一PMOS管13截止，所述第二输出端输出低电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18导通时，由电池16输出电压V3给负载20供电，此时V2＝V3。
此外，所述电压检测芯片也可以是可调整迟滞的低功耗电池检测芯片时，即所述阈值输入端包括上行阈值输入端和下行阈值输入端。所述降压器11将外部电源如汽车电瓶10转换为较低的电压V1，所述的分压器12将降压器11的输出电压V1进行分压，得到电压V4，所述电压V4可被电压检测器14的阈值输入端检测到。当所述上行阈值输入端的电压大于电压检测芯片内部基准电压V5时，所述第一输出端输出低电平V6控制所述第一PMOS管13导通，所述第二输出端输出高电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18截止；当所述下行阈值输入端的电压小于电压检测芯片内部基准电压V5时，所述第一输出端输出高电平V6控制所述第一PMOS管13截止，所述第二输出端输出低电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18导通。当所述第一PMOS管13导通，所述第二输出端输出高电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18截止时，电池16的输出被切断，主电源为负载20供电，此时V2＝V1；当所述第一PMOS管13截止，所述第二输出端输出低电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18导通时，由电池16输出电压V3给负载20供电，此时V2＝V3。
进一步的，所设定的电压V4为电池16电量充足的电压点范围内，这样V2在V1和V3之间可以实现平滑切换。
进一步的，备用电源通道的所述第二PMOS管17和第三PMOS管18采用背靠背的PMOS，防止电池16无法彻底关断。此外，主电源通道采用的第一PMOS管13内部体二极管方向是从V1到V2，因此关断第一PMOS管13后，可以防止V2倒灌到V1。
进一步的，所述电压检测器14还包括电源输入端；电压检测器14的电源输入端与负载20的电源输入端相连接以获取电压检测器14的工作电源，即V2可以直接用来给电压检测器14供电。
进一步的，所述主备电源切换电路还包括第四PMOS管19；所述第四PMOS管19的源极S与所述第三PMOS管18的漏极D相连接，其漏极D与负载20的电源输入端相连接；负载20的控制输出端与所述第四PMOS管19的栅极G相连接以根据检测到的电池16输出端电压大小控制所述第四PMOS管19的导通和截止。所述的第二PMOS管17、第三PMOS管18和第四PMOS管19共同控制电池16输出通或断。
具体的，负载20控制所述第四PMOS管19的截止与导通。负载20通过一连接到电池16输出电压V3的通道检测V3的大小，并通过V3的范围来决定是否导通或关断所述第四PMOS管19。当V3超出电池16的正常工作范围时，通过控制输出端发出控制信号控制第四PMOS管19截止，该控制功能可由负载20中的MCU微控制单元实现。第四PMOS管19截止后，在没有主电源有效的情况下，备用电源也不会给负载20供电，以此保护电池16不被过度放电，有利于车载电池16的使用。
进一步的，所述主备电源切换电路还包括充电模块15；所述充电模块15的输入端与所述降压器11输出端相连接，充电模块15的输出端与所述电池16输入端相连接，从而为电池16充电。所用电池16的输出电压V3可以高于V1，也可以低于V1。
进一步的，所述降压器11为LDO或开关电源。
实施例2
如图2所示为本发明优选实施例一种主备电源切换电路的结构示意图，本实施例中采用的电压检测器14是可调整迟滞的低功耗电池检测芯片，包括下行阈值输入端FTH、上行阈值输入端RTH、第一输出端LBO(高有效电压检测输出端)、第二输出端(高有效电压检测输出端)、电源输入端VCC及接地端GND。所述下行阈值输入端FTH通过第一电阻连接到所述分压器12的输出端，所述上行阈值输入端RTH和所述下行阈值输入端FTH之间串接有第三电阻，且所述上行阈值输入端RTH通过串接的第一电阻R1和第三电阻R3连接到所述分压器12的输出端，所述上行阈值输入端RTH通过第二电阻R2接地，所述第一输出端LBO与所述第一PMOS管13的栅极相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第一PMOS关的导通和截止，所述第二输出端与所述第二PMOS管17的栅极和所述第三PMOS管18的栅极分别相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第二PMOS管17和所述第三PMOS管18的导通和截止，电源输入端VCC与负载20的电源输入端电压V2相连接。当所述上行阈值输入端的电压大于电压检测芯片内部基准电压或当所述下行阈值输入端的电压小于电压检测芯片内部基准电压时，所述第一输出端LBO和所述第二输出端同时翻转，避免控制第一MOS管和控制第二、第三MOS管有时差。
具体的，所述降压器11将外部电源如汽车电瓶10转换为较低的电压V1，所述的分压器12将降压器11的输出电压V1进行分压，得到电压V4，所述电压V4可被电压检测器14的阈值输入端检测到。当所述上行阈值输入端的电压大于电压检测芯片内部基准电压V5时，所述第一输出端输出低电平V6控制所述第一PMOS管13导通，所述第二输出端输出高电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18截止；当所述下行阈值输入端的电压小于电压检测芯片内部基准电压V5时，所述第一输出端输出高电平V6控制所述第一PMOS管13截止，所述第二输出端输出低电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18导通。当所述第一PMOS管13导通，所述第二输出端输出高电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18截止时，电池16的输出被切断，主电源为负载20供电，此时V2＝V1；当所述第一PMOS管13截止，所述第二输出端输出低电平V7控制所述第二PMOS管17和第三PMOS管18导通时，由电池16输出电压V3给负载20供电，此时V2＝V3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)

1.一种主备电源切换电路，其特征在于，包括：降压器、分压器、第一PMOS管、具有两相反电平信号输出端的电压检测器、第二PMOS管和第三PMOS管，其中：
所述降压器的输入端与外部电源相连接，其输出端与所述分压器的输入端和所述第一PMOS管的漏极分别相连接；所述第一PMOS管的源极与负载的电源输入端相连接；所述第二PMOS管的漏极与电池输出端相连接，其源极与所述第三PMOS管的源极相连接；所述第三PMOS管的漏极与负载的电源输入端相连接；所述电压检测器的阈值输入端与所述分压器的输出端相连接，其第一输出端与所述第一PMOS管的栅极相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第一PMOS关的导通和截止，其第二输出端与所述第二PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的栅极分别相连接以根据所述阈值输入端的输入值控制所述第二PMOS管和所述第三PMOS管的导通和截止。
2.根据权利要求1所述的主备电源切换电路，其特征在于，所述阈值输入端为一个；当所述阈值输入端的电压大于电压检测器内部基准电压时，所述第一输出端输出低电平控制所述第一PMOS管导通，所述第二输出端输出高电平控制所述第二PMOS管和第三PMOS管截止；当所述阈值输入端的电压小于电压检测器内部基准电压时，所述第一输出端输出高电平控制所述第一PMOS管截止，所述第二输出端输出低电平控制所述第二PMOS管和第三PMOS管导通。
3.根据权利要求1所述的主备电源切换电路，其特征在于，所述阈值输入端包括上行阈值输入端和下行阈值输入端；当所述上行阈值输入端的电压高于电压检测器内部基准电压时，所述第一输出端输出低电平控制所述第一PMOS管导通，所述第二输出端输出高电平控制所述第二PMOS管和第三PMOS管截止；当所述下行阈值输入端的电压低于电压检测器内部基准电压时，所述第一输出端输出高电平控制所述第一PMOS管截止，所述第二输出端输出低电平控制所述第二PMOS管和第三PMOS管导通。
4.根据权利要求1所述的主备电源切换电路，其特征在于，所述电压检测器还包括电源输入端；电压检测器的电源输入端与负载的电源输入端相连接以获取电压检测器的工作电源。
5.根据权利要求1所述的主备电源切换电路，其特征在于，还包括第四PMOS管；所述第四PMOS管的源极与所述第三PMOS管的漏极相连接，其漏极与负载的电源输入端相连接；负载的控制输出端与所述第四PMOS管的栅极相连接以根据检测到的电池输出端电压大小控制所述第四PMOS管的导通和截止。
6.根据权利要求1所述的主备电源切换电路，其特征在于，还包括：充电模块；所述充电模块的输入端与所述降压器输出端相连接，充电模块的输出端与所述电池输入端相连接。
7.根据权利要求1所述的主备电源切换电路，其特征在于，所述降压器11为LDO或开关电源。
8.一种主备电源切换方法，其特征在于，包括：
当检测到分压器输出端电压高于电压检测器内部基准电压时，电压检测器第一输出端输出低电平控制第一PMOS管导通，电压检测器第二输出端输出高电平控制第二PMOS管和第三PMOS管截止，由外部电源为负载提供电源；当检测到分压器输出端电压低于电压检测器内部基准电压时，电压检测器第一输出端输出高电平控制第一PMOS管截止，电压检测器第二输出端输出低电平控制第二PMOS管和第三PMOS管导通，由电池输出端为负载提供电源。
9.根据权利要求8所述的主备电源切换方法，其特征在于，分压器输出端电压的范围在电池正常工作范围内。
10.根据权利要求8所述的主备电源切换方法，其特征在于，当负载检测到电池输出端电压低于电池的正常工作范围时，通过负载的控制输出端输出高电平，控制第四PMOS管截止。
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