CN110943530B - 一种应用于多电源供电的电源切换电路 - Google Patents

一种应用于多电源供电的电源切换电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于多电源供电的电源切换电路，包括第一过压保护电路、第一开关电路、第一稳压器、第二过压保护电路、第二开关电路、第二稳压器、电压监测电路、非门、逻辑电路和延迟电路；其特征在于：第一过压保护电路用于对主电源进行过压保护；第二过压保护电路用于对副电源进行过压保护；电压监测电路将第一过压保护电路的输出电压进行电压监测，输出使能信号到第一开关电路、非门、逻辑电路和延迟电路；当电压监测电路监测到第一过压保护电路输出的电压在设定的监测电压值范围内时,电压监测电路输出使能信号使第一开关电路开启，并且所述电压监测电路输出使能信号通过非门进行处理后，使第二开关电路断开；可广泛用于电源管理等领域。

Description

一种应用于多电源供电的电源切换电路
技术领域
本发明涉及电源电路，具体涉及一种应用于多电源供电的电源切换电路。
背景技术
电源切换电路应用于系统存在多组电源给同一电路供电时，当主电源出现故障或者脱离时，需自动切换到备用电源。现有方案多采用电压检测电路监测主电源电压，当电源电压低于电压检测电路设置的门限电压时，切换到备用电源，该方案电源切换过程中会掉电，导致切换过程中系统工作异常。为了保证系统连续工作，这就需要一种切换可靠、切换过程中不掉电的电源切换电路。
目前电源切换电路多采用电压检测电路、开关电路构成，电压输出不连续，切换过程中会掉电，可能导致负载工作异常；电源切换时存在电流跳变现象。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种应用于多电源供电的电源切换电路。
本发明的技术方案是：一种应用于多电源供电的电源切换电路，包括第一过压保护电路、第一开关电路、第一稳压器、第二过压保护电路、第二开关电路、第二稳压器、电压监测电路、非门、逻辑电路和延迟电路；其特征在于：
所述第一过压保护电路用于对主电源进行过压保护；所述第二过压保护电路用于对副电源进行过压保护；
所述电压监测电路将第一过压保护电路的输出电压进行电压监测，输出使能信号到第一开关电路、非门和延迟电路；
延迟电路受所述电压监测电路输出的使能信号的控制，输出控制信号到逻辑电路；
逻辑电路受延迟电路的控制，分别输出互为反向的控制信号到第一稳压器和第二稳压器；
当所述电压监测电路监测到第一过压保护电路输出的电压在设定的监测电压值范围内时，所述电压监测电路输出使能信号使第一开关电路开启，并且所述电压监测电路输出使能信号通过非门进行处理后，使第二开关电路断开；当第一开关电路开启后，主电源通过所述第一过压保护电路和第一开关电路，对所述第一稳压器和第二稳压器供电；同时，逻辑电路控制第一稳压器打开，并控制第二稳压器关断；所述第一稳压器对收到的电压信号进行稳压处理后，为重负载和轻负载供电；
当所述电压监测电路监测到第一过压保护电路输出的电压低于或高于设定的电压值时，所述电压监测电路输出使能信号使第一开关电路断开，并且所述电压监测电路输出使能信号通过非门进行处理后，使第二开关电路开启；当第二开关电路开启后，副电源通过所述第二过压保护电路和第二开关电路对所述第一稳压器和第二稳压器供电；同时，延迟电路受所述电压监测电路输出的使能信号的控制，输出控制信号到逻辑电路，逻辑电路控制第一稳压器关断，并控制第二稳压器打开；第二稳压器对收到的电压信号进行稳压处理后，为轻负载供电。
本发明实现了当主副电源同时供电时，电路选择主电源供电，此时重负载均由主电源供电，副电源完全关断，副电源上无电流；当主电源断电或者低于某个电压值时，电路选择副电源供电，此时重负载关断，副电源只给轻负载供电；本发明保证了主电源和副电源无缝切换，保证在切换过程中对负载的持续供电。
根据本发明所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路的优选方案，当电源从副电源切换至主电源时，所述延迟电路控制第一稳压器延迟一定时间后再为重负载供电。
根据本发明所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路的优选方案，所述逻辑电路还受手动控制信号的控制；当手动控制信号要求只为轻负载供电时，所述逻辑电路输出控制信号使第一稳压器关断，并控制第二稳压器打开；第二稳压器对收到的电压信号进行稳压处理后，为轻负载供电。
当手动控制信号要求只为轻负载供电时，当所述电压监测电路监测到第一过压保护电路输出的电压在设定的监测电压值范围内时，由主电源为第二稳压器供电，当所述电压监测电路监测到第一过压保护电路输出的电压低于或高于设定的电压值时，由副电源为第二稳压器供电。
根据本发明所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路的优选方案，所述电压监测电路包括电压检测器、第一、第二、第三电阻；所述电压检测器具有迟滞功能；第一、第二、第三电阻串联连接，由第一稳压器提供输入电压；第一电阻与第二电阻的连接节点连接到电压检测器的检测门限电压低端，第二电阻与第三电阻的连接节点连接到电压检测器的检测门限电压高端；电压检测器的基准电压输入端接收基准电压。
根据本发明所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路的优选方案，所述逻辑电路包括与门电路和非门电路；与门电路的其中一个输入端接收延迟电路输出的信号，与门电路的另一个输入端接收手动控制信号；与门电路接收延迟电路输出的信号和手动控制信号，进行与运算后输出到第一稳压器；非门电路将与门电路的输出信号进行非处理，输出到第二稳压器。
本发明所述一种应用于多电源供电的电源切换电路的有益效果是：本发明主副电源切换可靠、调试难度低、一致性好，可实现在主副电源同时供电时，电路选择主电源供电，主电源故障时自动切换到副电源供电，主副电源隔离，切换过程无死区，可以保证对负载的持续供电，可广泛用于电源等领域。
附图说明
图1为本发明所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路的原理框图。
图2为本发明所述的电压监测电路10的电路原理图。
图3为本发明所述的延迟电路7的电路原理图。
图4为本发明所述的第一稳压器9的电路原理图。
图5为本发明所述的第二稳压器8的电路原理图。
图6为本发明所述的逻辑电路6的电路原理图。
具体实施方式
参见图1至图6，一种应用于多电源供电的电源切换电路，包括第一过压保护电路1、第一开关电路3、第一稳压器9、第二过压保护电路2、第二开关电路4、第二稳压器8、电压监测电路10、非门5、逻辑电路6和延迟电路7。
所述第一过压保护电路1用于对主电源进行过压保护；所述第二过压保护电路2用于对副电源进行过压保护。
所述电压监测电路10将第一过压保护电路1的输出电压进行电压监测，输出使能信号到第一开关电路3、非门5和延迟电路7。
延迟电路7受所述电压监测电路10输出的使能信号的控制，输出控制信号到逻辑电路6。
逻辑电路6受延迟电路7的控制，分别输出互为反向的控制信号到第一稳压器9和第二稳压器8。
当所述电压监测电路10监测到第一过压保护电路1输出的电压在设定的监测电压值范围内时，所述电压监测电路10输出使能信号使第一开关电路3开启，并且所述电压监测电路10输出使能信号通过非门5进行处理后，使第二开关电路4断开；当第一开关电路3开启后，主电源通过所述第一过压保护电路1和第一开关电路3，对所述第一稳压器9和第二稳压器8供电；同时，逻辑电路6控制第一稳压器9打开，并控制第二稳压器8关断；所述第一稳压器9对收到的电压信号进行稳压处理后，为重负载和轻负载供电。
当所述电压监测电路10监测到第一过压保护电路1输出的电压低于或高于设定的电压值时，所述电压监测电路10输出使能信号使第一开关电路3断开，并且所述电压监测电路10输出使能信号通过非门5进行处理后，使第二开关电路4开启；当第二开关电路4开启后，副电源通过所述第二过压保护电路2和第二开关电路4对所述第一稳压器9和第二稳压器8供电；同时，延迟电路7受所述电压监测电路10输出的使能信号的控制，输出控制信号到逻辑电路6，逻辑电路6控制第一稳压器9关断，并控制第二稳压器8打开；第二稳压器8对收到的电压信号进行稳压处理后，为轻负载供电。
在具体实施例中，当电源从副电源切换至主电源时，所述延迟电路7控制第一稳压器9延迟一定时间后再为重负载供电。
所述逻辑电路6还受手动控制信号的控制；当手动控制信号要求只为轻负载供电时，所述逻辑电路6输出控制信号使第一稳压器9关断，并控制第二稳压器8打开；第二稳压器8对收到的电压信号进行稳压处理后，为轻负载供电。
当手动控制信号要求只为轻负载供电时，当所述电压监测电路10监测到第一过压保护电路1输出的电压在设定的监测电压值范围内时，由主电源为第二稳压器8供电，当所述电压监测电路10监测到第一过压保护电路1输出的电压低于或高于设定的电压值时，由副电源为第二稳压器8供电。
参见图2，所述电压监测电路10包括电压检测器IC5、第一、第二、第三电阻；所述电压检测器IC5具有迟滞功能；第一、第二、第三电阻串联连接，第一电阻由R24、R25串联构成，第二电阻由R22、R23串联构成，第三电阻由R21、R20串联构成，由第一稳压器9提供输入电压；第一电阻与第二电阻的连接节点连接到电压检测器IC5的检测门限电压低端LBL，第二电阻与第三电阻的连接节点连接到电压检测器IC5的检测门限电压高端LBH；电压检测器IC5的基准电压输入端BATT接收基准电压。
本实施方案中，电压监测器选用型号具有迟滞功能，迟滞区间宽度可以通过外部分压电阻设置，通过设置适当的迟滞区间可以有效避免因电源电压抖动引起EN电平跳变，只要监测的迟滞电压区间宽度大于负载上电时电源线的电压降就不会出现EN电平跳变现象，从而就不会导致主副电源切换时电流跳变现象。电压检测器IC5选用max6778；VCC-ZHU连接第一过压保护电路1的输出；EN为使能输出。
在具体实施例中，为了防止主副电源切换过程中出现电压倒灌现象，方案中开关具有反向保护功能，反向保护电压75mV，第二开关电路4设置为开关开启延时，通过配置开关延时时间，可以避免主副电源同时开启的情况。
参见图3，当EN为1时，EN-zai通过R39、C38构成的延迟电路后置高，延迟时间由电阻和电容值决定。保证了当电源从副电源切换至主电源时，所述延迟电路7控制第一稳压器9延迟一定时间后再为重负载供电。当EN为0时，EN-zai端电压通过二极管D3瞬间拉低。保证了电源从主电源切换至副电源时，第一稳压器9输出瞬间为0。
参见图4，第一稳压器9的稳压芯片IC9选用MAX1818EUT,IC9的
Figure BDA0002319097680000071
端连接逻辑电路6的输出CTRL。VIN端连接第一开关电路3和第二开关电路4的输出，VOUT2为重负载和轻负载供电。
参见图5，第二稳压器8的稳压芯片IC4也选用MAX1818EUT,IC4的
Figure BDA0002319097680000072
端连接逻辑电路6的输出CTRL1。VIN端连接第一开关电路3和第二开关电路4的输出，VOUT1为轻负载供电。
参见图6，所述逻辑电路6包括与门电路IC45和非门电路IC47；与门电路IC45的其中一个输入端接收延迟电路7输出的信号，与门电路IC45的另一个输入端接收手动控制信号；与门电路IC45接收延迟电路7输出的信号和手动控制信号MODE，进行与运算后输出到第一稳压器9；非门电路IC47将与门电路IC45的输出信号进行非处理，输出到第二稳压器8。
所述逻辑电路6的信号定义如下：
Figure BDA0002319097680000073
为了验证本发明，使用电子负载模拟电路负载，重负载设置为500mA，轻负载设置为200mA，主电源设置为5V，副电源设置为5.3V，对本发明进行测试，当主电源从5V降至4.65V时，主电源关断，电路切换到副电源供电，当主电源从小于4.65V上升至4.81V时，主电源开启，副电源关断，电路切换到主电源供电。在主副电源切换过程中不存在电流跳变现象，并且重负载只在主电源工作期间才被供电，即重负载是在主电源开启后再工作的。副电源工作期间不对重负载供电。并且，当副电源关断后，电路切换到主电源供电，待主电源开启一段时间后，重负载才被供电，即重负载开启，实现了延时供电。当使能信号EN关断后，主电源和重负载电压几乎同时关断，待副电源开关开启后，电路由副电源供电。
因此，通过上述验证表明，本发明主副电源切换可靠、调试难度低、一致性好，可实现在主副电源同时供电时，电路选择主电源供电，主电源故障时自动切换到副电源供电，主副电源隔离，切换过程无死区，可以保证对负载的持续供电。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种应用于多电源供电的电源切换电路，包括第一过压保护电路(1)、第一开关电路(3)、第一稳压器(9)、第二过压保护电路(2)、第二开关电路(4)、第二稳压器(8)、电压监测电路(10)、非门(5)、逻辑电路(6)和延迟电路(7)；其特征在于：
所述第一过压保护电路(1)用于对主电源进行过压保护；所述第二过压保护电路(2)用于对副电源进行过压保护；
所述电压监测电路(10)将第一过压保护电路(1)的输出电压进行电压监测，输出使能信号到第一开关电路(3)、非门(5)和延迟电路(7)；
延迟电路(7)受所述电压监测电路(10)输出的使能信号的控制，输出控制信号到逻辑电路(6)；
逻辑电路(6)受延迟电路(7)的控制，分别输出互为反向的控制信号到第一稳压器(9)和第二稳压器(8)；
当所述电压监测电路(10)监测到第一过压保护电路(1)输出的电压在设定的监测电压值范围内时，所述电压监测电路(10)输出使能信号使第一开关电路(3)开启，并且所述电压监测电路(10)输出使能信号通过非门(5)进行处理后，使第二开关电路(4)断开；当第一开关电路(3)开启后，主电源通过所述第一过压保护电路(1)和第一开关电路(3)，对所述第一稳压器(9)和第二稳压器(8)供电；同时，逻辑电路(6)控制第一稳压器(9)打开，并控制第二稳压器(8)关断；所述第一稳压器(9)对收到的电压信号进行稳压处理后，为重负载和轻负载供电；
当所述电压监测电路(10)监测到第一过压保护电路(1)输出的电压低于或高于设定的电压值时，所述电压监测电路(10)输出使能信号使第一开关电路(3)断开，并且所述电压监测电路(10)输出使能信号通过非门(5)进行处理后，使第二开关电路(4)开启；当第二开关电路(4)开启后，副电源通过所述第二过压保护电路(2)和第二开关电路(4)对所述第一稳压器(9)和第二稳压器(8)供电；同时，延迟电路(7)受所述电压监测电路(10)输出的使能信号的控制，输出控制信号到逻辑电路(6)，逻辑电路(6)控制第一稳压器(9)关断，并控制第二稳压器(8)打开；第二稳压器(8)对收到的电压信号进行稳压处理后，为轻负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路，其特征在于：当电源从副电源切换至主电源时，所述延迟电路(7)控制第一稳压器(9)延迟一定时间后再为重负载供电。
3.根据权利要求1所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路，其特征在于：所述逻辑电路(6)还受手动控制信号的控制；当手动控制信号要求只为轻负载供电时，所述逻辑电路(6)输出控制信号使第一稳压器(9)关断，并控制第二稳压器(8)打开；第二稳压器(8)对收到的电压信号进行稳压处理后，为轻负载供电。
4.根据权利要求1所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路，其特征在于：所述电压监测电路(10)包括电压检测器(IC5)、第一、第二、第三电阻；第一、第二、第三电阻串联连接，由第一稳压器(9)提供输入电压；第一电阻与第二电阻的连接节点连接到电压检测器(IC5)的检测门限电压低端(LBL)，第二电阻与第三电阻的连接节点连接到电压检测器(IC5)的检测门限电压高端(LBH)；电压检测器(IC5)的基准电压输入端(BATT)接收基准电压。
5.根据权利要求1所述的一种应用于多电源供电的电源切换电路，其特征在于：所述逻辑电路(6)包括与门电路(IC45)和非门电路(IC47)；与门电路(IC45)的其中一个输入端接收延迟电路(7)输出的信号，与门电路(IC45)的另一个输入端接收手动控制信号；与门电路(IC45)接收延迟电路(7)输出的信号和手动控制信号，进行与运算后输出到第一稳压器(9)；非门电路(IC47)将与门电路(IC45)的输出信号进行非处理，输出到第二稳压器(8)。
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