CN110148999A - 一种usb和电池双电源供电系统的自适应切换开关 - Google Patents
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Abstract
本发明创造涉及一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关，所述切换开关包括通过电阻分压实时采样USB电压、利用两个非门形成反馈和与非门一起构成稳态电路，所述切换开关利用实时的检测电路，当发现USB电源或外接的适配器无法驱动负载时，检测线路把电源切换回电池，使负载正常工作；当USB电压临时恢复时，通过保持稳态电路继续维持电池供电，确保负载正常工作；本发明具有实时采用USB电压，自动实现USB和电池供电的无缝切换的优点。
Description
技术领域
本发明属于电源切换的技术领域，具体涉及一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关。
背景技术
许多便携式电子产品使用电池供电，同时使用USB或者适配器作为辅助电源，即双电源供电。当不插入USB时，由电池给负载供电；当插入USB时，由USB或适配器供电。如何实现两个电源的平稳无缝切换，既要保证输出电压符合要求，又要兼顾供电电源的效率，目前有以下几种方案。
（1）单纯靠“USB插座”的机械结构进行切换，插入USB插头的同时断开电池供电触点。这种方法存在电压瞬时中断或快速降低，容易影响电子设备（即负载）的正常工作。
（2）在电池支路串联一个二极管，当插入USB的时候，由于USB电压大于电池电压（以3.7V锂电池为例），二极管反偏截止，只有USB电源给负载供电。USB未插入时，电池通过二极管向负载供电。由于二极管存在较大的导通电压，电池供电的损耗大、效率低，还会导致电池电压经过二极管后降低太多无法驱动负载。
（3）采用MOS管作为切换开关，电池正极通过MOS管向负载提供电压，USB接口连接到MOS管的栅极，并通过肖特基二极管（图1）或LDO（图2）向负载提供电压，图中Q为P沟道MOS管。
假设电池为单颗锂电池，电压为3.7V~4.2V，接在MOS管的D级； USB接口接在MOS管的G级；肖特基二极管或LDO的压降约为0.3V；VOUT为输出，接在MOS管的S级，给负载供电。工作原理说明如下：
1）当USB未接入时，MOS管G极通过R1下拉到地，VBAT经过体内二极管到达S级，S级电压约为3~3.5V， Vgs < Vgs(th)，MOS管导通，负载使用电池供电。
2）当USB插入时，USB电源（5.0V）通过D6（肖特基）或U1（LDO）到达S级，S级电压为4.7V，此时Vgs = 0.3V > Vgs(th)，MOS管关断，负载使用USB供电。
该方案利用MOS管的开关特性来实现双电源无缝自动切换，由于MOS管导通电阻非常小，克服了方案（2）二极管存在导通压降的缺点，是业界常用的方案。
上述方案（3）是常用的双电源无缝自动切换方案，但存在以下缺点。
具有USB外设的各类电子产品，其USB的电流驱动能力差异很大。PC的USB可以提供稳定的500mA电流，但有些产品（如部分打印机）的USB只能提供约200mA电流。在手机大量普及的今天，市面上和用户手上拥有大量的采用USB接口的电源适配器（手机充电器），这些充电器提供电流的能力以及电压纹波差异极大，质量良莠不齐。
使用这种电流不足的USB接口进行供电时，如果负载（电子产品）瞬间消耗的电流过大，则USB电压会瞬时下降，可能造成负载死机，或者电池供电和USB供电之间不停切换，甚至烧坏提供USB电源接口的产品。
本发明的目的：
发明一种双电源自适应切换电路，实时采用USB电压，自动实现USB和电池供电的无缝切换，当USB电源提供不了负载索取的电流时，说明此USB电源不适合向该负载（电子产品）供电，此时自动切换到电池供电，并一直维持电池供电状态，避免电池供电和USB供电之间不停切换，确保负载稳定工作。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种双电源自适应切换电路，实时采用USB电压，自动实现USB和电池供电的无缝切换。
本发明的目的是这样实现的：一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关，其特征在于：所述切换开关包括通过电阻分压实时采样USB电压、利用两个非门形成反馈和与非门一起构成稳态电路，所述切换开关利用实时的检测电路，当发现USB电源或外接的适配器无法驱动负载时，检测线路把电源切换回电池，使负载正常工作；当USB电压临时恢复时，通过保持稳态电路继续维持电池供电，确保负载正常工作。
进一步的，当USB和电池同时接入时，U1反相端的电压V-=Vusb*R4/(R3+R4)，设定U1的Vref< V-，U1输出低电平，U2输出高电平，Q3和Q2导通，Q1截止，USB通过Q2给负载供电。
进一步的，当负载开启时或工作过程中瞬间超出USB所提供的电流时，USB电压降低，当V-<Vref时，U1输出高电平，U2输出低电平，Q1导通，Q3和Q2截止，电池通过Q1给负载供电。
进一步的，U2、U3、U4组成稳态电路，当USB电源出现跳变时，固定负载由电池端供电。
进一步的，当负载的供电电源切到电池后，如果USB的电压因负载减少而恢复正常值，U1输出由高电平变为低电平，但是，因U2的输出通过两个非门反馈到U2的另一输入端，将使U2的输出维持低电平，保证负载稳定由电池供电，不会再切换到USB供电。这就避免了电池供电和USB供电之间不停切换的问题，确保负载稳定工作。
本发明的有益效果：本发明通过电阻分压实时采样USB电压，自动实现USB和电池供电的无缝切换；利用两个非门形成反馈，和与非门一起构成稳态电路，一旦出现USB电流达不到负载需求，将输出锁定在低电平，关闭USB供电，维持电池供电，该装置结构简单实用，所需零件少成本低，可靠性高。
附图说明
图1为USB通过肖特基二极管向负载供电的示意图。
图2 为USB通过LDO向负载供电的示意图。
图3是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1-3所示，一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关，所述切换开关包括通过电阻分压实时采样USB电压、利用两个非门形成反馈和与非门一起构成稳态电路，所述切换开关利用实时的检测电路，当发现USB电源或外接的适配器无法驱动负载时，检测线路把电源切换回电池，使负载正常工作；当USB电压临时恢复时，通过保持稳态电路继续维持电池供电，确保负载正常工作。
本实施例中利用实时的检测电路，当发现USB电源或外接的适配器无法驱动负载时，检测线路把电源切换回电池，使负载正常工作；当USB电压临时恢复时，通过保持稳态电路继续维持电池供电，确保负载正常工作。
实施例2
进一步的，当USB和电池同时接入时，U1反相端的电压V-=Vusb*R4/(R3+R4)，设定U1的Vref< V-，U1输出低电平，U2输出高电平，Q3和Q2导通，Q1截止，USB通过Q2给负载供电；进一步的，当负载开启时或工作过程中瞬间超出USB所提供的电流时，USB电压降低，当V-<Vref时，U1输出高电平，U2输出低电平，Q1导通，Q3和Q2截止，电池通过Q1给负载供电；进一步的，U2、U3、U4组成稳态电路，当USB电源出现跳变时，固定负载由电池端供电；进一步的，当负载的供电电源切到电池后，如果USB的电压因负载减少而恢复正常值，U1输出由高电平变为低电平，但是，因U2的输出通过两个非门反馈到U2的另一输入端，将使U2的输出维持低电平，保证负载稳定由电池供电，不会再切换到USB供电。这就避免了电池供电和USB供电之间不停切换的问题，确保负载稳定工作。
通过电阻分压实时采样USB电压，自动实现USB和电池供电的无缝切换；利用两个非门形成反馈，和与非门一起构成稳态电路，一旦出现USB电流达不到负载需求，将输出锁定在低电平，关闭USB供电，维持电池供电。该装置结构简单实用，所需零件少成本低，可靠性高。
具体实施方式是对本发明的进一步说明而非限制，对本领域普通技术人员来说在不脱离本发明实质内容的情况下对结构做进一步变换，而所有这些变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关，其特征在于：所述切换开关包括通过电阻分压实时采样USB电压、利用两个非门形成反馈和与非门一起构成稳态电路，所述切换开关利用实时的检测电路，当发现USB电源或外接的适配器无法驱动负载时，检测线路把电源切换回电池，使负载正常工作；当USB电压临时恢复时，通过保持稳态电路继续维持电池供电，确保负载正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关，其特征在于：当USB和电池同时接入时，U1反相端的电压V-=Vusb*R4/(R3+R4)，设定U1的Vref< V-，U1输出低电平，U2输出高电平，Q3和Q2导通，Q1截止，USB通过Q2给负载供电。
3.根据权利要求1所述的一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关，其特征在于：当负载开启时或工作过程中瞬间超出USB所提供的电流时，USB电压降低，当V-<Vref时，U1输出高电平，U2输出低电平，Q1导通，Q3和Q2截止，电池通过Q1给负载供电。
4.根据权利要求1所述的一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关，其特征在于：U2、U3、U4组成稳态电路，当USB电源出现跳变时，固定负载由电池端供电。
5.根据权利要求1所述的一种USB和电池双电源供电系统的自适应切换开关，其特征在于：当负载的供电电源切到电池后，如果USB的电压因负载减少而恢复正常值，U1输出由高电平变为低电平，但是，因U2的输出通过两个非门反馈到U2的另一输入端，将使U2的输出维持低电平，保证负载稳定由电池供电，不会再切换到USB供电，这就避免了电池供电和USB供电之间不停切换的问题，确保负载稳定工作。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114583824A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-06-03 | 北京紫光青藤微系统有限公司 | 电源开关选择电路 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0049235A1 (fr) * | 1980-09-25 | 1982-04-07 | CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES ET ELECTRONIQUES en abrégé, C.E.T. Société Anonyme | Procédé de détection de perturbations d'une tension électrique alternative provoquant la commutation de l'utilisation vers une autre source de courant |
| CN104184308A (zh) * | 2013-05-21 | 2014-12-03 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体集成电路及其动作方法 |
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