CN110445242B

CN110445242B - 电源切换电路

Info

Publication number: CN110445242B
Application number: CN201910535924.4A
Authority: CN
Inventors: 汪腾
Original assignee: Queclink Wireless Solutions Hf Co ltd
Current assignee: Queclink Wireless Solutions Hf Co ltd
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2023-11-07
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: CN110445242A

Abstract

本发明实施例涉及电源供电领域，公开了一种电源切换电路。本发明中，电源切换电路包括：第一充放电模块接入外接电源的输入端，第一开关模块与第一充放电模块电性连接。第二开关模块接入外接电源的输入端，连接负载，与第一开关模块电性连接。第三开关模块接入外接电源的输入端。第四开关模块接入备用电源的输入端，连接负载。第二充放电模块与第三开关模块和第四开关模块电性连接。第一充放电模块放电不低于第一预设电压的时长大于第二充电模块充电到达第四预设电压的时长。与现有技术相比，使得外界电源和备用电源可及时切换给负载供电，让设备持续工作，不会有工作漏洞，使用更为安全、稳定。

Description

电源切换电路

技术领域

本发明实施例涉及电源供电领域，特别涉及电源切换电路。

背景技术

目前各种仪器、设备、电子设备等都离不开电源供电，有些设备如视频监控、物联网设备等都是多种电源供电，一般长期供电通过外接电源供电，但在外接电源出现意外时，需要急时切换到备用电源给设备供电，才能让设备维持正常工作。现有的电路中在长期供电的外界电源断电后，备用电源无法及时给设备供电，设备会停止工作一段时间，造成工作漏洞，使得用户缺乏安全感。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种电源切换电路，使得外界电源和备用电源可及时切换给负载供电，让设备持续工作，不会有工作漏洞，使用更为安全、稳定。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电源切换电路，包括：

第一充放电模块，接入外接电源的输入端，用于存储所述外接电源释放的电量；

第一开关模块，与所述第一充放电模块电性连接并接地，用于在所述第一充放电模块充电第一预设电压时被触发；还用于在所述第一充放电模块放电不低于所述第一预设电压时被触发；

第二开关模块，用于接入所述外接电源的输入端，还用于连接负载；且与所述第一开关模块电性连接，用于在所述第一开关模块被触发后，导通所述外接电源和所述负载；所述负载用于在所述第一开关模块被所述第一充放电模块放电触发时，接收所述外接电源释放在电路中的电量；

第三开关模块，用于接入所述外接电源的输入端且接地，还用于在接收到第三预设电压时被触发；

第四开关模块，用于接入备用电源的输入端且接地，还用于连接所述负载；所述第四开关模块用于在所述第三开关模块被触发后，断开所述备用电源和所述负载；还用于在接收到第四预设电压时被触发，导通所述备用电源和所述负载；

第二充放电模块，与所述第三开关模块和所述第四开关模块电性连接，用于存储所述备用电源释放的电量；所述第二充放电模块用于在充电到达第四预设电压时触发所述第四开关模块；

所述第一充放电模块放电不低于所述第一预设电压的时长大于所述第二充电模块充电到达第四预设电压的时长。

本发明实施方式相对于现有技术而言，由于第一充放电模块接入外接电源的输入端，第一开关模块与第一充放电模块电性连接，第一充放电模块充电到第一预设电压时触发第一开关模块。而第二开关模块与第一开关模块电性连接，在第一开关模块被触发后，第二开关模块有电压通过也被触发，导通外接电源和负载，负载正常工作。第三开关模块连接外接电源的输入端，第三开关模块被触发，与第三开关模块电性连接的第四开关模块不被触发，由于第四开关模块连接备用电源和负载，此时备用电源和负载之间不导通，负载由外接电源供电，节省备用电源的电量。在外接电源断电后，由于第一充放电模块与外接电源的输入端相连，且与第一开关模块电性连接，在外接电源供电时，第一充放电模块存储电量，因此在外接电源断电后的一段时间内，第一充放电模块放电，让第一开关模块一直处于触发状态，此时负载可继续接到外接电源释放在电路中的电量，保持工作状态，直至第一充放电模块放电的电压小于第一预设电压，第一开关模块断开。而在外接电源断电时，第三开关模块断开，备用电源向第二充放电模块充电，第二充电模块与第四开关模块电性连接，在第二充电模块充电到达第四预设电压时，将第四开关模块触发，此时备用电源与负载导通，对负载供电。且在外接电源断电时，第一充放电模块放电不低于第一预设电压的时长大于第二充电模块充电到达第四预设电压的时长，从而在外接电源断电后，第四开关模块没有被触发时，第一开关模块仍处于被触发的状态，第二充电模块对负载供电，让负载工作，直至备用电源与负载导通。使得外接电源与备用电源切换过程中，负载持续处于工作状态，不会停止工作，实现外接电源与备用电源的无缝切换，保证电源对负载供电的稳定性。且本电路为纯硬件电路，结构更为简单。

另外，所述第二开关模块包括：

第一开关子模块，用于接入所述外接电源，还用于在接收到第一预设电压时被触发；

第一上拉子模块，与所述第一开关子模块和所述第一开关模块电性连接；

第二开关子模块，用于连接所述负载，与所述第一上拉子模块电性连接。

另外，所述第一充放电模块包括：

第一电容子模块，接入外接电源的输入端，用于存储所述外接电源释放的电量；

第一下拉子模块，与所述第一电容子模块和所述第一开关模块电性连接。

另外，所述第一开关子模块和所述第二开关子模块均为PMOS管；

所述第一开关模块为NMOS管；

所述第一开关子模块的漏极与所述外接电源的输入端相连，所述第一开关子模块的栅极和源极与所述第一上拉子模块电性连接；所述第二开关子模块的漏极与所述负载相连，所述第二开关子模块的栅极和源极与所述第一上拉子模块电性连接；

所述第一开关模块的栅极和源极与所述第一下拉子模块电性连接，且所述第一开关模块的源极接地；所述第一开关模块的漏极与所述第一开关子模块的栅极、所述第二开关子模块的栅极电性连接。

另外，所述第四开关模块包括：

第三开关子模块，用于接入所述备用电源的输入端，还用于连接所述负载；用于在未被触发时，断开所述备用电源和所述负载；还用于在被触发后，导通所述备用电源和所述负载；

第四开关子模块，与所述第三开关子模块和所述第二充放电模块电性连接；用于在所述第三开关模块被触发后，断开所述第三开关子模块；还用于在接收到第四预设电压时被触发，触发所述第三开关子模块；且所述第四开关子模块还用于接地。

另外，所述第三开关子模块包括：

第一开关件，用于接入所述备用电源的输入端；

第一上拉件，与所述第一开关件电性连接；

第二开关件，与所述第一上拉件电性连接，且用于连接所述负载；所述第一开关件和所述第二开关件均用于在所述第四开关子模块被触发时被触发，导通所述备用电源和所述负载；

所述第四开关子模块包括：

第一分压件，与所述第一开关件和所述第二充放电模块电性连接；

第三开关件，与所述第一上拉件、所述第一分压件、所述第二充放电模块电性连接，且接地；所述第三开关件接收到第四预设电压时被触发。

另外，所述第二充放电模块包括：

第二电容子模块，与所述第三开关模块和所述第三开关件电性连接，用于在充电到达第四预设电压时触发所述第三开关件；

第二下拉子模块，与所述第二电容子模块和所述第三开关件电性连接。

另外，所述第一开关件和所述第二开关件均为PMOS管；

所述第三开关件和所述第三开关模块均为NMOS管；

所述第一开关件的漏极与所述备用电源的输入端相连，所述第一开关件的栅极和源极与所述第一上拉件电性连接；所述第二开关件的漏极与所述负载相连，所述第二开关件的栅极和源极与所述第一上拉件电性连接；

所述第三开关件的栅极与所述第一分压件电性连接，所述第三开关件的栅极和源极与所述第二下拉子模块电性连接，所述第三开关件的漏极与所述第一开关件的栅极、所述第二开关件的栅极电性连接；所述第三开关模块的栅极与所述外接电源相连，所述第三开关模块的漏极与第二电容子模块电性连接，所述第三开关模块的源极接地。

另外，所述电源切换电路还包括与所述第三开关模块的栅极和源极电性连接的电容。从而延缓第三开关模块的开启，对第三开关模块进行保护。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明中第一实施方式的外接电源供电电路模块图；

图2是本发明中第一实施方式的外接电源与备用电源切换的电路模块图；

图3是本发明中第一实施方式的外接电源供电电路图；

图4是本发明中第一实施方式的外接电源与备用电源切换的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种电源切换电路，如图1和图2所示，包括：第一充放电模块、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、第二充放电模块，第一充放电模块接入外接电源的输入端，用于存储外接电源释放的电量。第一开关模块与第一充放电模块电性连接并接地，用于在第一充放电模块充电到第一预设电压时被触发，第一开关模块在第一充放电模块放电不低于第一预设电压时也被触发。第二开关模块用于接入外接电源的输入端，还用于连接负载，且与第一开关模块电性连接，用于在第一开关模块被触发后，导通外接电源和负载。在第一开关模块被第一充放电模块放电触发时，第二开关模块和负载处于导通的状态，负载可接收到外接电源释放在电路中的电量。第三开关模块用于接入外接电源的输入端且接地，还用于在接收到第三预设电压时被触发，该第三预设电压即第三开关模块的开启电压。第四开关模块用于接入备用电源的输入端且接地，还用于连接负载。第四开关模块用于在第三开关模块被触发后，断开备用电源和负载；还用于在接收到第四预设电压时被触发，导通备用电源和负载。第二充放电模块与第三开关模块和第四开关模块电性连接，用于存储备用电源释放的电量。第二充放电模块用于在充电到达第四预设电压时触发第四开关模块，该第四预设电压即第四开关模块的开启电压。第一充放电模块放电不低于第一预设电压的时长大于第二充电模块充电到达第四预设电压的时长。

通过上述内容不难发现，由于第一充放电模块接入外接电源的输入端，第一开关模块与第一充放电模块电性连接，第一充放电模块充电到第一预设电压时触发第一开关模块。而第二开关模块与第一开关模块电性连接，在第一开关模块被触发后，第二开关模块有电压通过也被触发，导通外接电源和负载，负载正常工作。第三开关模块连接外接电源的输入端，第三开关模块被触发，与第三开关模块电性连接的第四开关模块不被触发，由于第四开关模块连接备用电源和负载，此时备用电源和负载之间不导通，负载由外接电源供电，节省备用电源的电量。在外接电源断电后，由于第一充放电模块与外接电源的输入端相连，且与第一开关模块电性连接，在外接电源供电时，第一充放电模块存储电量，因此在外接电源断电后的一段时间内，第一充放电模块放电，让第一开关模块一直处于触发状态，此时负载可继续接到外接电源释放在电路中的电量，保持工作状态，让负载工作，直至第一充放电模块放电的电压小于第一预设电压，第一开关模块断开。而在外接电源断电时，第三开关模块断开，备用电源向第二充放电模块充电，第二充电模块与第四开关模块电性连接，在第二充电模块充电到达第四预设电压时，将第四开关模块触发，此时备用电源与负载导通，对负载供电。且在外接电源断电时，第一充放电模块放电不低于第一预设电压的时长大于第二充电模块充电到达第四预设电压的时长，从而在外接电源断电后，第四开关模块没有被触发时，第一开关模块仍处于被触发的状态，第二充电模块对负载供电，让负载工作，直至备用电源与负载导通。使得外接电源与备用电源切换过程中，负载持续处于工作状态，不会停止工作，实现外接电源与备用电源的无缝切换，保证电源对负载供电的稳定性。且本电路为纯硬件电路，结构更为简单。

另外，第二开关模块包括：第一开关子模块、第一上拉子模块和第二开关子模块。第一开关子模块用于接入外接电源，还用于在接收到第一预设电压时被触发。第一上拉子模块与第一开关子模块和第一开关模块电性连接。第二开关子模块用于连接负载，与第一上拉子模块电性连接。

另外，第一充放电模块包括第一电容子模块和第一下拉子模块，第一电容子模块接入外接电源的输入端，用于存储外接电源释放的电量。第一下拉子模块与第一电容子模块和第一开关模块电性连接。

另外，第一开关子模块和第二开关子模块均为PMOS管，第一开关模块为NMOS管。第一开关子模块的漏极与外接电源的输入端相连，第一开关子模块的栅极和源极与第一上拉子模块电性连接；第二开关子模块的漏极与负载相连，第二开关子模块的栅极和源极与第一上拉子模块电性连接。第一开关模块的栅极和源极与第一下拉子模块电性连接，且第一开关模块的源极接地；第一开关模块的漏极与第一开关子模块的栅极、第二开关子模块的栅极电性连接。

具体的说，如图3所示，在本实施方式中，第一开关子模块为PMOS管Q8，PMOS管Q8的栅极为G端、源极为S端、漏极为D端，第二开关子模块为PMOS管Q9，PMOS管Q9的栅极为G端、源极为S端、漏极为D端，第一开关模块为NMOS管Q3，NMOS管Q3的栅极为G端、源极为S端、漏极为D端。外接电源的输入端为EXTBAT、负载接在输出端VOUT、第一上拉子模块为电阻R3、第一下拉子模块为电阻R2、第一电容子模块为电容C1。

如图3所示，在外接电源接入供电时，PMOS管Q8的D端接入外接电源输入端EXTBAT，PMOS管Q8的S端和G端在电阻R3的两端，PMOS管Q9的S端和G端也连接在电阻R3的两端，且PMOS管Q8的S端和PMOS管Q9的S端连接在电阻R3的同一端，PMOS管Q8的G端和PMOS管Q9的G端连接在电阻R3的同一端，PMOS管Q9的D端与输出端VOUT相连接。NMOS管Q3的D端与电阻R3相连，且与PMOS管Q8的G端和PMOS管Q9的G端连接在电阻R3的同一端，NMOS管Q3的S端和G端在电阻R2的两端，NMOS管Q3的S端接地，电容C1与电阻R3并联，NMOS管Q3的G端接入外接电源输入端EXTBAT。当只有EXTBAT电源时，EXTBAT给NMOS管Q3的G极供电，NMOS管Q3的G极和S极之间压差处于正电势，当大于NMOS管Q3的开启电压即第一预设电压，NMOS管Q3被触发处于导通状态，也就是NMOS管Q3的S极和D极处于连通状态，NMOS管Q3的D极的电压等于S极电压0V。EXTBAT加在PMOS管Q8的D极，电源通过Q8管D极和S极之间的体二极管到达S极，由于PMOS管Q8的G极和Q3的D极连在一起，所以电势也为0，PMOS管Q8的S极和G极之间的压差处于正电势，大于PMOS管Q8开启电压，PMOS管Q8被触发处于导通状态。同理，PMOS管Q9的S极和G极之间的压差大于PMOS管Q9的开启电压，PMOS管Q9被触发处于导通状态。综上，PMOS管Q8和PMOS管Q9均处于导通状态，VOUT的电压等于EXTBAT的电压。由于设有PMOS管Q8和PMOS管Q9，PMOS管Q8和PMOS管Q9内有二极管，且通过上述的电路结构，当有输出VOUT的时候，Q8内部体二极管的反向截止，防止了VOUT上的电流串电到EXTBAT上。

另外，第四开关模块包括：第三开关子模块和第四开关子模块。第三开关子模块用于接入备用电源的输入端，还用于连接负载；用于在未被触发时，断开备用电源和负载；还用于在被触发后，导通备用电源和负载。第四开关子模块，与第三开关子模块和第二充放电模块电性连接；用于在第三开关模块被触发后，断开第三开关子模块；还用于在接收到第四预设电压时被触发，触发第三开关子模块；且第四开关子模块还用于接地。

进一步的，第三开关子模块包括：第一开关件、第一上拉件和第二开关件。第一开关件用于接入备用电源的输入端，第一上拉件与第一开关件电性连接，第二开关件与第一上拉件电性连接，且用于连接负载。第一开关件和第二开关件均用于在第四开关子模块被触发时被触发，导通备用电源和负载。第四开关子模块包括：第一分压件和第三开关件，第一分压件与第一开关件和第二充放电模块电性连接。第三开关件，与第一上拉件、第一分压件、第二充放电模块电性连接，且接地；第三开关件接收到第四预设电压时被触发。

进一步的，第二充放电模块包括：第二电容子模块和第二下拉子模块，第二电容子模块与第三开关模块和第三开关件电性连接，用于在充电到达第四预设电压时触发第三开关件。第二下拉子模块与第二电容子模块和第三开关件电性连接。

优选的，如图4所示，第一开关件和第二开关件均为PMOS管，第三开关件和第三开关模块均为NMOS管。第一开关件的漏极与备用电源的输入端相连，第一开关件的栅极和源极与第一上拉件电性连接；第二开关件的漏极与负载相连，第二开关件的栅极和源极与第一上拉件电性连接。第三开关件的栅极与第一分压件电性连接，第三开关件的栅极和源极与第二下拉子模块电性连接，第三开关件的漏极与第一开关件的栅极、第二开关件的栅极电性连接；第三开关模块的栅极与外接电源相连，第三开关模块的漏极与第二电容子模块电性连接，第三开关模块的源极接地。

最后，电源切换电路还包括与第三开关模块的栅极和源极电性连接的电容。

在本实施方式中，如图4所示，第一开关件为PMOS管Q1，PMOS管Q1的栅极为G端、源极为S端、漏极为D端，第二开关件为PMOS管Q2，PMOS管Q2的栅极为G端、源极为S端、漏极为D端，第三开关件为NMOS管Q6，NMOS管Q6的栅极为G端、源极为S端、漏极为D端，第三开关模块为NMOS管Q7，NMOS管Q7的栅极为G端、源极为S端、漏极为D端。备用电源的输入端为BAT、负载接在输出端VOUT、第一上拉件为电阻R8、第一分压件为电阻R7、第二电容子模块为电容C2、第二下拉子模块为电阻R6、电容C3。并且，由于设置了电容C3，延缓了NMOS管Q7的开启，进而对NMOS管Q7进行保护。

具体的说，如图4所示，NMOS管Q7的G端接入外接电源输入端EXTBAT，NMOS管Q7的S端和G端在电容C3的两端，且NMOS管Q7的S端接地，NMOS管Q7的D端与电容C2相连，电容C2与电阻R6并联，NMOS管Q6的G端和S端连接在电阻R6的两端，NMOS管Q6的S端接地，NMOS管Q6的D端与电阻R8相连，电阻R7与NMOS管Q6的G端和PMOS管Q1的S端相连，PMOS管Q1的G端和S端连接在电阻R8的两端，PMOS管Q2的G端和S端也连接在电阻R8的两端，PMOS管Q1的D端与备用电源BAT相连，PMOS管Q2的D端接入VOUT。由于设有PMOS管Q1和PMOS管Q2，PMOS管Q1和PMOS管Q2内均有二极管，且通过上述的电路结构，当有输出VOUT的时候，利用PMOS管Q1内部体二极管的反向截止特性，防止了VOUT上的电流串电到BAT和EXTBAT上。

在外接电源和备用电源都接入供电时，如图4所示，EXTBAT给NMOS管Q7的G极供电，NMOS管Q7的G极和S极之间压差处于正电势，大于Q7的开启电压即第三预设电压，NMOS管Q7被触发处于导通状态，即NMOS管Q7的D极电压等于S极的电压0V。NMOS管Q7的D极给NMOS管Q6的G极供电NMOS管，Q6的G极和S极之间压差为0，小于Q6的开启电压即第四预设电压，Q6处于关闭状态。PMOS管Q1和PMOS管Q2的S极与G极之间电压近似等于0电势，小于开启电压，PMOS管Q1和PMOS管Q2均处于关闭状态，即VOUT与BAT是断开状态，此时，VOUT的电压等于外电EXTBAT的电压。从而节省了备用电源的电量。

如图4所示，在外接电源断电只有备用电源BAT时，BAT通过PMOS管Q1管的D极和S极之间的体二极管到达S极，S极的电压通过R7和R6电阻分压后给NMOS管Q6的G极供电，NMOS管Q6的G极和S极之间压差处于正电势，大于NMOS管Q6的开启电压Vth2，NMOS管Q6被触发处于导通状态，也就是NMOS管Q6的S极和D极处于连通状态，D极的电压等于S极电压0V；PMOS管Q1的S极和D极之间压差就呈正电势，大于PMOS管Q1的开启电压，PMOS管Q1被触发处于导通状态；同理，PMOS管Q2的S极和G极之间压差大于PMOS管Q2的开启电压，PMOS管Q2被触发处于导通状态。综上，PMOS管Q1和PMOS管Q2均处于导通状态，VOUT的电压等于BAT的电压。此时备用电源给负载供电。

更值得一提的是，如图3和图4所示，电路的充放电是和RC乘积有关系。在EXTBAT断电前提下，假设NMOS管Q3的G极放电时间为T1，即G极电压从EXTBAT降到第一预设电压大小所需要的时间。假设NMOS管Q7的G极放电时间为T2，即G极电压从EXTBAT降到第三预设电压大小所需要的时间。假设NMOS管Q6的G极上电时间为T3，即G极电压升高到第四预设电压的时间，当T1的时间比T3的时间大时，即可满足电源的无缝切换。也就是说，在外接电源断电后，NMOS管Q6不能马上导通让备用电源供电，由电容C1放电导通NMOS管Q3，负载接收外接电源释放在电路中的电路，电容C1放电不低于第一预设电压的时长大于外接电源断电到NMOS管Q6被导通的时长，从而使得负载不会断电，一直处于工作中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种电源切换电路，其特征在于，包括：

第四开关模块，用于接入备用电源的输入端且接地，还用于连接所述负载；所述第四开关模块用于在所述第三开关模块被触发后，断开所述备用电源和所述负载；所述第四开关模块还用于在接收到第四预设电压时被触发，导通所述备用电源和所述负载；

所述第一充放电模块放电不低于所述第一预设电压的时长大于所述第二充放电模块充电到达第四预设电压的时长；

其中，所述第一充放电模块包括：

第一下拉子模块，与所述第一电容子模块和所述第一开关模块电性连接；

所述第四开关模块包括：

第四开关子模块，与所述第三开关子模块和所述第二充放电模块电性连接；用于在所述第三开关模块被触发后，断开所述第三开关子模块；还用于在接收到第四预设电压时被触发，触发所述第三开关子模块；且所述第四开关子模块还用于接地；

所述第三开关子模块包括：

第一开关件，用于接入所述备用电源的输入端；

第一上拉件，与所述第一开关件电性连接；

所述第四开关子模块包括：

第三开关件，与所述第一上拉件、所述第一分压件、所述第二充放电模块电性连接，且接地；所述第三开关件接收到第四预设电压时被触发；

所述第二充放电模块包括：

第二下拉子模块，与所述第二电容子模块和所述第三开关件电性连接；

所述第一开关件和所述第二开关件均为PMOS管；

所述第三开关件和所述第三开关模块均为NMOS管；

2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述第二开关模块包括：

3.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述第一开关子模块和所述第二开关子模块均为PMOS管；

所述第一开关模块为NMOS管；

4.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述电源切换电路还包括与所述第三开关模块的栅极和源极电性连接的电容。