CN110994774A - 电源切换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电源切换电路，包括：电源处理单元，用于接入第一电源，并对第一电源进行处理后输出工作信号；切换开关单元，连接电源处理单元，并用于连接用电设备及第二电源；切换开关单元在切换至第一状态时用于导通电源处理单元与用电设备，切换开关单元在切换至第二状态时用于导通第二电源与用电设备；延迟切换单元，用于在接收到电源处理单元输出的工作信号时，控制切换开关单元切换至第一状态；还用于在电源处理单元停止输出工作信号时，控制切换开关单元切换至第二状态。本发明能够保证电源处理单元能够输出工作信号时才进行电源的切换，避免由于直接在接入第一电源而电源处理单元还完成启动就导通电源处理单元与用电设备造成的电压跌落。
Description
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，特别是涉及一种电源切换电路。
背景技术
对于能够使用切换使用两个电源进行供电的用电设备，通常都会设置电源切换电路，在接入第一电源时，对用电设备的供电电源由第二电源供电切换至由第一电源进行供电；在第一电源断开时，切换至由第二电源进行供电，一般外部电源会通过电源芯片对用电设备进行供电，电源芯片能够实现电源管理、调压等功能。
电源切换电路在接入第一电源时，会直接切换至第一电源通过电源芯片进行供电，但电源芯片完成启动需要一定的时间，电源芯片未完成启动时，无法正常输出用电设备所需的工作电压，直至电源芯片完成启动，在由第二电源切换至第一电源供电时，将会发生电压跌落的现象(如图4所示，VSYS为用电设备的系统电压变化波形)，使得用电设备的用电质量受到短暂影响。
发明内容
基于此，有必要针对电源切换时发生电压跌落现象的问题，提供一种电源切换电路。
一种电源切换电路，包括：
电源处理单元，用于接入第一电源，并对第一电源进行处理后输出工作信号；
切换开关单元，连接电源处理单元，并用于连接用电设备及第二电源；切换开关单元在切换至第一状态时用于导通电源处理单元与用电设备，切换开关单元在切换至第二状态时用于导通第二电源与用电设备；
延迟切换单元，用于在接收到电源处理单元输出的工作信号时，控制切换开关单元切换至第一状态；还用于在电源处理单元停止输出工作信号时，控制切换开关单元切换至第二状态。
在其中一个实施例中，延迟切换单元包括：
工作信号接收电路，用于在接收到电源处理单元输出的工作信号时，输出驱动信号；
切换控制电路，用于在接收到驱动信号及第一电源的电压信号时，输出第一控制信号；还用于在驱动信号或第一电源的电压信号停止时，输出第二控制信号；第一控制信号用于控制切换开关单元切换至第一状态，第二控制信号用于控制切换开关单元切换至第二状态。
在其中一个实施例中，工作信号接收电路包括：NPN三极管Q1、电阻R1及电阻R2；
NPN三极管Q1的基极连接电阻R1的第一端，集电极连接切换控制电路的驱动信号接收端，发射极接地；
电阻R1的第二端连接电源处理单元的电源输出端；
电阻R2的第一端的连接NPN三极管Q1的基极，第二端连接NPN三极管Q1的发射极。
在其中一个实施例中，切换控制电路包括：NPN三极管Q2、电阻R3、电阻R4及电阻R5；
NPN三极管Q2的基极连接NPN三极管Q1的集电极，发射极接地，集电极连接电阻R3的第一端；
电阻R3的第二端用于连接第一电源；
电阻R4的第一端连接电阻R3的第一端，第二端接地；
电阻R5的第一端连接NPN三极管Q2的基极，第二端连接第二电源。
在其中一个实施例中，切换开关单元包括：NMOS管Q3及PMOS管Q4；
NMOS管Q3的源极与电源处理单元的电源输出端连接，漏极用于连接用电设备，栅极与电阻R3的第一端连接；
PMOS管Q4的漏极与第二电源连接，源极用于连接用电设备，栅极与电阻R3的第一端连接。
在其中一个实施例中，延迟切换单元还包括：二极管D1及电容C1；
二极管D1的阴极连接电阻R4的第一端，阳极接地；
电容C1的第一端连接NPN三极管Q2的基极，第二端接地。
在其中一个实施例中，第二电源为蓄电池，电源切换电路还包括：
蓄电池关断控制电路，用于串联于蓄电池与切换开关单元之间，在用电设备关闭时进行关断，以断开蓄电池与切换开关单元的连接。
在其中一个实施例中，蓄电池关断控制电路包括：PMOS管Q5、NPN三极管Q6、电阻R6、电阻R7及电阻R8；
PMOS管Q5的源极连接蓄电池，漏极连接PMOS管Q4的漏极及电阻R5的第二端，栅极连接NPN三极管Q6的集电极；
NPN三极管Q6的基极连接电阻R7的第一端，发射极接地；
电阻R6的第一端连接蓄电池，第二端连接PMOS管Q5的栅极；
电阻R7的第二端用于连接用电设备的电源信号输出端；
电阻R8的第一端连接电阻R7的第一端，第二端接地。
在其中一个实施例中，第二电源为蓄电池，电源切换电路还包括：
电池充电芯片，用于串联于电源处理单元的电源输出端与蓄电池之间，在电源处理单元输出工作信号时，为蓄电池充电。
在其中一个实施例中，电源处理单元为降压电源芯片。
上述电源切换电路，通过延迟切换单元对电源处理单元输出的工作信号进行识别，若电源处理单元输出工作信号，则控制切换开关单元切换至第一状态，以导通电源处理单元与用电设备；若电源处理单元停止输出工作信号，则控制切换开关单元切换至第二状态，以导通第二电源与用电设备，保证电源处理单元能够输出工作信号时才进行电源的切换，避免由于直接在接入第一电源而电源处理单元还未进入工作状态时就导通电源处理单元与用电设备造成的电压跌落。
附图说明
图1为一个实施例中，电源切换电路的框架结构示意图；
图2为另一个实施例中，电源切换电路的框架结构示意图；
图3为一个实施例中，电源切换电路的电路结构示意图；
图4为采用现有电源切换电路时用电设备的系统电压波形图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件，并且在本文中所提到的“连接”均为电连接。
在其中一个实施例中，如图1所示，提供了一种电源切换电路，包括：
电源处理单元，用于接入第一电源，并对第一电源进行处理后输出工作信号；
切换开关单元，连接电源处理单元，并用于连接用电设备及第二电源；切换开关单元在其切换至第一状态时用于导通电源处理单元与用电设备，切换开关单元在切换至其第二状态时用于导通第二电源与用电设备；
延迟切换单元，用于在接收到电源处理单元输出的工作信号时，控制切换开关单元切换至第一状态；还用于在电源处理单元停止输出工作信号时，控制切换开关单元切换至第二状态。
用电设备可以是同时支持内置第二电源供电和第一电源供电的移动设备，例如车载智能终端、笔记本电脑等。
通过电源切换电路，能为用电设备在第一电源供电与第二电源供电之间进行切换。其中，电源处理单元包括电源管理芯片，在一个实施例中，具体的可以是降压电源芯片、AC/DC调制芯片、功率因数控制PFC预调制芯片等，本领域技术人员可以根据需要进行选择；同时，电源处理单元自接入第一电源到其完成启动需要一定时间，只有在电源处理单元完成启动后，才能输出工作信号。
切换开关单元用于为用电设备接通第二电源或电源处理单元中的一个，在接通第二电源时，则断开电源处理单元；在接通电源处理单元时，则断开第二电源。由于电源处理单元从接入第一电源到完成启动需要时间，利用延迟切换单元对电源处理单元的启动状态进行检测，在电源处理单元启动完成后，再控制切换开关单元切换至第一状态，此时电源处理单元已能够输出正常工作电压，则能够防止电源切换的电压跌落问题。
在一个实施例中，第一电源为市电，第二电源为蓄电池。在一个实施例中，第一电源和第二电源均为蓄电池。在一个实施例中，第一电源和第二电源均为市电。
上述电源切换电路，通过延迟切换单元对电源处理单元输出的工作信号进行识别，当接入第一电源，电源处理单元完成启动后输出工作信号，则控制切换开关单元切换至第一状态，以导通电源处理单元与用电设备，此时由第一电源给用电设备进行供电；当第一电源断开，电源处理单元停止输出工作信号，则控制切换开关单元切换至第二状态，以导通第二电源与用电设备，此时由第二电源给用电设备进行供电，如此保证电源处理单元能够输出工作信号时才进行电源供电方式的切换，避免由于直接在接入第一电源而电源处理单元还未进入工作状态时就导通电源处理单元与用电设备造成的电压跌落。
在其中一个实施例中，如图2所示，延迟切换单元包括：
工作信号接收电路，用于在接收到电源处理单元输出的工作信号时，输出驱动信号；
切换控制电路，用于在接收到驱动信号及第一电源的电压信号时，输出第一控制信号；还用于在驱动信号或第一电源的电压信号停止时，输出第二控制信号；第一控制信号用于控制切换开关单元切换至第一状态，第二控制信号用于控制切换开关单元切换至第二状态。
工作信号接收电路在未接收到电源处理单元输出的工作信号时，则不输出驱动信号，即电源处理单元停止输出工作信号，则工作信号接收电路也停止输出驱动信号。
通过工作信号接收电路接收工作信号以识别电源处理单元是否完成启动，在接收到工作信号时，输出驱动信号至切换控制电路，切换控制电路在接收到驱动信号，并且接收到接入的第一电源的电压信号时，输出第一控制信号；在切换开关单元处于第一状态下时，若驱动信号或第一电源的电压信号消失，则切换控制电路输出第二控制信号，控制切换开关由第一状态切换至第二状态。
在其中一个实施例中，如图3所示，工作信号接收电路包括：NPN三极管Q1、电阻R1及电阻R2；
NPN三极管Q1的基极连接电阻R1的第一端，集电极连接切换控制电路的驱动信号接收端，发射极接地；
电阻R1的第二端连接电源处理单元的电源输出端；
电阻R2的第一端的连接NPN三极管Q1的基极，第二端连接NPN三极管Q1的发射极。
根据NPN三极管高电平导通的特性，刚接入第一电源时，电源处理单元仍在启动阶段，其输出电压还处于低电平，NPN三极管Q1的基极将会处于低电平，此时NPN三极管Q1仍处于关断状态，未输出驱动信号至切换控制电路。当电源处理单元启动后，输出工作电压，经电阻R1和电阻R2分压后，拉高NPN三极管Q1基极电平，NPN三极管Q1将会导通，输出驱动信号至切换控制电路。
在一个实施例中，工作信号接收电路还可以采用继电器，通过电源处理单元的输出电压进行驱动，输出工作电压时，继电器动作，输出驱动信号至切换控制电路。
在其中一个实施例中，如图3所示，切换控制电路包括：NPN三极管Q2、电阻R3、电阻R4及电阻R5；
NPN三极管Q2的基极连接NPN三极管Q1的集电极，发射极接地，集电极连接电阻R3的第一端；
电阻R3的第二端用于连接第一电源；
电阻R4的第一端连接电阻R3的第一端，第二端接地；
电阻R5的第一端连接NPN三极管Q2的基极，第二端连接第二电源。
当接入第一电源且电源处理单元启动完成，NPN三极管Q1接收到电源处理单元输出的工作信号，此时NPN三极管Q1导通并输出驱动信号，即NPN三极管Q2的基极电平被拉低，NPN三极管Q2关断，此时，第一电源的电压经过电阻R3和电阻R4分压后，输出高电平作为第一控制信号至切换开关单元。当断开第一电源，电源处理单元停止输出工作信号，NPN三极管Q1处于关断状态，即停止输出驱动信号时，NPN三极管Q2的基极电平经过电阻R5被第二电源电压拉高，此时NPN三极管Q2导通，此时电阻R3和电阻R4分压后输出低电平作为第二控制信号至切换开关单元。
在一个实施例中，可以将NPN三极管Q2替换为NMOS管，将NMOS管的栅极连接NPN三极管Q1的集电极，源极接地，漏极连接电阻R3的第一端。
在其中一个实施例中，如图3所示，切换开关单元包括：NMOS管Q3及PMOS管Q4；
NMOS管Q3的源极与电源处理单元的电源输出端连接，漏极用于连接用电设备，栅极与电阻R3的第一端连接；
PMOS管Q4的漏极与第二电源连接，源极用于连接用电设备，栅极与电阻R3的第一端连接。
当NPN三极管Q2关断，且电阻R3接入第一电源，经电阻R3和电阻R4分压后，NMOS管Q3的栅极和PMOS管Q4的栅极均接入高电平，根据NMOS管高电平导通，PMOS管低电平导通的特性，此时NMOS管Q3导通，将电源处理单元与用电设备导通，并且此时PMOS管Q4关断，断开第二电源与用电设备，即此时，切换开关单元接收第一控制信号，切换为第一状态。当第一电源断开，并与电阻R3断开，或是NPN三极管Q2导通，都将为NMOS管Q3的栅极和PMOS管Q4的栅极接入低电平，此时，NMOS管Q3断开，将电源处理单元与用电设备断开，而PMOS管Q4将导通，将第二电源与用电设备导通，即此时开关单元接收第二控制信号，切换为于第二状态。将两个MOS管共用一组分压电阻，即电阻R3和电阻R4，还能够有效降低功耗。
对于第二电源接入端的极性，根据用电设备接入切换开关单元的极性确定，在一个实施例中，NMOS管Q3的漏极用于连接用电设备的负极，并且PMOS管Q4的源极用于连接用电设备的负极，则PMOS管Q4的漏极连接第二电源的负极。在一个实施例中，NMOS管Q3的漏极用于连接用电设备的正极，并且PMOS管Q4的源极用于连接用电设备的正极，则PMOS管Q4的漏极连接第二电源的正极。其中，第二电源的极性指的是外部极性。
在其中一个实施例中，NMOS管Q3可以替换为NPN三极管，NPN三极管的基极与电阻R3的第一端连接，集电极连接电源处理单元的电源输出端，发射极连接用电设备。在其中一个实施例中，PMOS管Q4可以替换为PNP三极管，PNP三极管的基极与电阻R3的第一端连接，发射极连接第二电源，集电极连接用电设备。
在其中一个实施例中，如图3所示，延迟切换单元还包括：二极管D1及电容C1；
二极管D1的阴极连接电阻R4的第一端，阳极接地；
电容C1的第一端连接NPN三极管Q2的基极，第二端接地。
MOS管的栅极若没有保护，当第一电源接入产生较大的瞬态电压冲击时，MOS管Q3、Q4的VGS压差很容易超过其最大耐受电压，存在被击穿的风险。二极管D1用于保护NMOS管Q3和PMOS管Q4，防止过高的瞬态电压击穿NMOS管Q3和PMOS管Q4。电容C1为滤波电容，用于滤波缓冲，避免NPN三极管Q2误导通。
在其中一个实施例中，第二电源为蓄电池，如图3所示，电源切换电路还包括：
蓄电池关断控制电路，用于串联于蓄电池与切换开关单元之间，在用电设备关闭时进行关断，以断开蓄电池与切换开关单元之间的连接。
由于PMOS管Q4的寄生二极管的存在，当用电设备不工作时，始终会有较大的电流从寄生二极管中流过，导致蓄电池的静态漏电流较大，长期存储时电池电量容易耗尽。利用蓄电池关断控制电路，在用电设备关闭时，断开蓄电池与切换开关单元的连接，能够降低蓄电池的静态漏电流，提高电池长期存储的性能。
在其中一个实施例中，蓄电池关断控制电路包括：PMOS管Q5、NPN三极管Q6、电阻R6、电阻R7及电阻R8；
PMOS管Q5的源极连接蓄电池，漏极连接PMOS管Q4的漏极及电阻R5的第二端，栅极连接NPN三极管Q6的集电极；
NPN三极管Q6的基极连接电阻R7的第一端，发射极接地；
电阻R6的第一端连接蓄电池，第二端连接PMOS管Q5的栅极；
电阻R7的第二端用于连接用电设备的电源信号输出端；
电阻R8的第一端连接电阻R7的第一端，第二端接地。
当用电设备的关闭时，用电设备的电源信号输出端处于低电平状态，此时NPN三极管Q6关断，PMOS管Q5的栅极电平被电阻R6拉高，PMOS管Q5关断，此时彻底切断蓄电池的放电回路，则不会产生静态漏电流。当用电设备工作时，用电设备的电源信号输出端处于高电平状态，此时经电阻R7和电阻R8分压后拉高NPN三极管Q6的基极电平，NPN三极管Q6导通，PMOS管Q5的栅极电平被拉低，PMOS管Q5导通，蓄电池与PMOS管Q4接通，蓄电池处于就绪状态，只要PMOS管Q4导通，且接入用电设备，蓄电池则将为用电设备供电。
在其中一个实施例中，第二电源为蓄电池，电源切换电路还包括：
电池充电芯片，用于串联于电源处理单元的电源输出端与蓄电池之间，在电源处理单元输出工作信号时，为蓄电池充电。
电池充电芯片在电源处理单元输出工作信号时，利用电源处理单元输出的工作电压为蓄电池进行充电。
在其中一个实施例中，电源处理单元为降压电源芯片。
由于第一电源的电压一般要高于用电设备的电压需求，利用降压电源芯片对第一电源进行处理后，获得满足用电设备需要的工作电压。对于降压电源芯片的型号选择，本领域技术人员可以根据用电设备的工作电压需要与外部电源的输出电压进行确定，例如，若第一电源输出为12V，用电设备的工作电压需要为5V，可以采用LM7805芯片；若第一电源输出为7.2V，用电设备的工作电压需要为5V,可以采用LM2940芯片。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电源切换电路，其特征在于，包括：
电源处理单元，用于接入第一电源，并对所述第一电源进行处理后输出工作信号；
切换开关单元，连接所述电源处理单元，并用于连接所述用电设备及第二电源；所述切换开关单元在其切换至第一状态时用于导通所述电源处理单元与所述用电设备，所述切换开关单元在其切换至第二状态时用于导通所述第二电源与所述用电设备；
延迟切换单元，用于在接收到所述电源处理单元输出的所述工作信号时，控制所述切换开关单元切换至所述第一状态；还用于在所述电源处理单元停止输出所述工作信号时，控制所述切换开关单元切换至所述第二状态。
2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述延迟切换单元包括：
工作信号接收电路，用于在接收到所述电源处理单元输出的工作信号时，输出驱动信号；
切换控制电路，用于在接收到所述驱动信号及所述第一电源的电压信号时，输出第一控制信号；还用于在所述驱动信号或所述第一电源的电压信号停止时，输出第二控制信号；所述第一控制信号用于控制所述切换开关单元切换至所述第一状态，所述第二控制信号用于控制所述切换开关单元切换至所述第二状态。
3.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述工作信号接收电路包括：NPN三极管Q1、电阻R1及电阻R2；
所述NPN三极管Q1的基极连接所述电阻R1的第一端，集电极连接所述切换控制电路的驱动信号接收端，发射极接地；
所述电阻R1的第二端连接所述电源处理单元的电源输出端；
所述电阻R2的第一端的连接所述NPN三极管Q1的基极，第二端连接所述NPN三极管Q1的发射极。
4.根据权利要求3所述的电源切换电路，其特征在于，所述切换控制电路包括：NPN三极管Q2、电阻R3、电阻R4及电阻R5；
所述NPN三极管Q2的基极连接所述NPN三极管Q1的集电极，发射极接地，集电极连接所述电阻R3的第一端；
所述电阻R3的第二端用于连接所述第一电源；
所述电阻R4的第一端连接所述电阻R3的第一端，第二端接地；
所述电阻R5的第一端连接所述NPN三极管Q2的基极，第二端连接所述第二电源。
5.根据权利要求4所述的电源切换电路，其特征在于，所述切换开关单元包括：NMOS管Q3及PMOS管Q4；
所述NMOS管Q3的源极与所述电源处理单元的电源输出端连接，漏极用于连接所述用电设备，栅极与所述电阻R3的第一端连接；
所述PMOS管Q4的漏极与所述第二电源连接，源极用于连接所述用电设备，栅极与所述电阻R3的第一端连接。
6.根据权利要求5所述的电源切换电路，其特征在于，所述延迟切换单元还包括：二极管D1及电容C1；
所述二极管D1的阴极连接所述电阻R4的第一端，阳极接地；
所述电容C1的第一端连接所述NPN三极管Q2的基极，第二端接地。
7.根据权利要求5所述的电源切换电路，其特征在于，所述第二电源为蓄电池，所述电源切换电路还包括：
蓄电池关断控制单元，用于串联于所述蓄电池与所述切换开关单元之间，在检测到所述用电设备关闭时进行关断，以断开所述蓄电池与所述切换开关单元的连接。
8.根据权利要求7所述的电源切换电路，其特征在于，所述蓄电池关断控制单元包括：PMOS管Q5、NPN三极管Q6、电阻R6、电阻R7及电阻R8；
所述PMOS管Q5的源极连接所述蓄电池，漏极连接所述PMOS管Q4的漏极及电阻R5的第二端，栅极连接所述NPN三极管Q6的集电极；
所述NPN三极管Q6的基极连接所述电阻R7的第一端，发射极接地；
所述电阻R6的第一端连接所述蓄电池，第二端连接所述PMOS管Q5的栅极；
所述电阻R7的第二端用于连接所述用电设备的电源信号输出端；
所述电阻R8的第一端连接所述电阻R7的第一端，第二端接地。
9.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述第二电源为蓄电池，所述电源切换电路还包括：
电池充电芯片，用于串联于所述电源处理单元的电源输出端与所述蓄电池之间，在所述电源处理单元输出所述工作信号时，为所述蓄电池充电。
10.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述电源处理单元为降压电源芯片。
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