CN111009955B - 一种带保护的双电源供电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带保护的双电源供电电路，包括第一电源供电电路、第二电源供电电路和比较器电路，所述第二电源供电电路的输入端与第二电压输入端连接，所述第二电源供电电路的输出端与电压输出端连接，所述第一电源供电电路的输入端与第一电压输入端连接，所述第一电源供电电路的输出端经开关管与电压输出端连接，所述比较器电路的第二输入端与第二电压输入端连接，所述比较器电路的第一输入端与第一电压输入端连接，所述比较器电路的输出端与开关管的控制端连接，用于控制开关管的导通或断开。其可靠性高、成本较低，较好地解决了双电源供电问题。

Description

一种带保护的双电源供电电路
技术领域
本发明涉及电源供电领域，具体涉及一种带保护的双电源供电电路。
背景技术
随着电子技术的发展，双电源供电在生产和工业领域中有一定需求，但如何确保双电源二选一或两个电源同时存在的条件下，如何确保供电的可靠输出是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种带保护的双电源供电电路，其可靠性高、成本较低，较好地解决了双电源供电问题。
本发明是这样实现的：本发明公开了一种带保护的双电源供电电路，包括第一电源供电电路、第二电源供电电路和比较器电路，所述第二电源供电电路的输入端与第二电压输入端连接，所述第二电源供电电路的输出端与电压输出端连接，所述第一电源供电电路的输入端与第一电压输入端连接，所述第一电源供电电路的输出端经开关管与电压输出端连接，所述比较器电路的第二输入端与第二电压输入端连接，所述比较器电路的第一输入端与第一电压输入端连接，所述比较器电路的输出端与开关管的控制端连接，用于控制开关管的导通或断开。
进一步地，所述第一电源供电电路包括过压保护电路，所述过压保护电路包括稳压二极管Q4、第三MOSFET管Q3和第二MOSFET管Q2，第三MOSFET管Q3 的源极分别与第一电压输入端、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二MOSFET管Q2的源极连接，第一电阻R1的另一端分别与稳压二极管Q4的阴极、第三MOSFET管Q3的栅极连接，稳压二极管Q4的阳极接地，第二电阻R2 的另一端分别与第三MOSFET管Q3的漏极、第六电阻R6的一端、第二MOSFET 管Q2的栅极连接，第六电阻R6的另一端接地，第二MOSFET管Q2的漏极与开关管Q5的一端连接。
进一步地，所述第一电压输入端连接3.3V电源。
进一步地，所述第一电源供电电路还包括第一极性保护电路，所述第一极性保护电路位于第一电压输入端与过压保护电路的输入端之间；所述第一极性保护电路包括第一MOSFET管Q1，所述第一MOSFET管Q1的漏极与第一电压输入端连接，第一MOSFET管Q1的源极与过压保护电路的输入端连接，所述第一 MOSFET管Q1的栅极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地。
进一步地，所述第一电源供电电路还包括ESD保护二极管D1，所述ESD保护二极管D1的阴极与第一电压输入端连接，所述ESD保护二极管D1的阳极接地。
进一步地，所述第二电源供电电路包括用于将外部2.6V～5.5V电压转换成 3.3V输出的DC-DC电源模块；所述DC-DC电源模块的输入端与第二电压输入端连接，DC-DC电源模块的输出端与电容C371的一端、电感L14的一端连接，电容C371的另一端接地，电感L14的另一端与电压输出端VOUT连接。
进一步地，所述第二电压输入端连接5V电源。
进一步地，所述第二电源供电电路还包括第二极性保护电路，所述第二极性保护电路位于第二电压输入端与DC-DC电源模块的输入端之间；所述第二极性保护电路包括第六MOSFET管Q6，所述第六MOSFET管Q6的漏极与第二电压输入端连接，第六MOSFET管Q6的源极与DC-DC电源模块的输入端连接，所述第六MOSFET管Q6的栅极与电阻R472的一端连接，电阻R472的另一端接地。
进一步地，所述比较器电路包括运放U42A，运放U42A的正向输入端与第二电压输入端、电阻R468的一端连接，电阻R468的另一端接地，所述运放U42A 的负向输入端与第一电压输入端、电阻R469的一端连接，电阻R469的另一端接地，所述运放U42A的输出端与开关管Q5的控制端连接。
进一步地，所述开关管采用第五MOSFET管Q5，第五MOSFET管Q5的栅极与比较器电路的输出端连接，第五MOSFET管Q5的源极与第一电源供电电路的输出端连接，第五MOSFET管Q5的漏极分别与电容C2的一端、电感L8的一端连接，电容C2的另一端接地，电感L8的另一端与电压输出端VOUT连接。
本发明的有益效果为：由于本发明的带保护的双电源供电电路，包括第一电源供电电路、第二电源供电电路和比较器电路，所述第二电源供电电路的输入端与第二电压输入端连接，所述第二电源供电电路的输出端与电压输出端连接，所述第一电源供电电路的输入端与第一电压输入端连接，所述第一电源供电电路的输出端经开关管与电压输出端连接，所述比较器电路的第二输入端与第二电压输入端连接，所述比较器电路的第一输入端与第一电压输入端连接，所述比较器电路的输出端与开关管的控制端连接，用于控制开关管的导通或断开。本发明利用了MOS管、稳压管和比较器功能，较好地实现了极性保护、过压保护、双电源可靠供电的功能。
本发明的大功率MOSFET Q1起极性保护功能，即当外界正负电源接反时， Q1会保护电路免遭损害。D1为ESD保护二极管，起保护电路免遭ESD破坏作用。 Q4为稳压二极管，Q3为MOSFET，Q2为大功率MOSFET，连同电阻网络R2和R6 一起构成了过压保护电路。
附图说明
图1为本发明的带保护的双电源供电电路的原理框图；
图2为本发明的带保护的双电源供电电路的第一电源供电电路的电路图；
图3为本发明的带保护的双电源供电电路的第二电源供电电路的电路图；
图4为本发明的带保护的双电源供电电路的比较器电路及电压输出电路图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1至图4，本实施例公开了一种带保护的双电源供电电路，包括第一电源供电电路、第二电源供电电路和比较器电路，所述第二电源供电电路的输入端与第二电压输入端连接，所述第二电源供电电路的输出端与电压输出端连接，所述第一电源供电电路的输入端与第一电压输入端连接，所述第一电源供电电路的输出端经开关管与电压输出端连接，所述比较器电路的第二输入端与第二电压输入端连接，所述比较器电路的第一输入端与第一电压输入端连接，所述比较器电路的输出端与开关管的控制端连接，用于控制开关管的导通或断开。
所述第一电压输入端连接3.3V电源。
所述第二电压输入端连接5V电源。当然，本发明不仅仅限于3.3V电源与 5V电源，可以根据实际需要选择。第一电压输入端、第二电压输入端还可以连接其他电源。
进一步地，所述第一电源供电电路包括过压保护电路，所述过压保护电路包括稳压二极管Q4、第三MOSFET管Q3和第二MOSFET管Q2，第三MOSFET管Q3 的源极分别与第一电压输入端、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二MOSFET管Q2的源极连接，第一电阻R1的另一端分别与稳压二极管Q4的阴极、第五电阻R5的一端连接，稳压二极管Q4的阳极接地，第五电阻R5的另一端与第三MOSFET管Q3的栅极连接，第二电阻R2的另一端分别与第三MOSFET 管Q3的漏极、第六电阻R6的一端、第二MOSFET管Q2的栅极连接，第六电阻 R6的另一端接地，第二MOSFET管Q2的漏极与开关管Q5的一端连接。第一电阻 R1的两端并联有电容C1。
本发明可以进行过压保护的阈值微调，原理如下：
假设稳压管Q4的典型稳压工作电压为Vz，雪崩击穿下限电流为Iz(min)，上限电流为Iz(max)，设置的保护下限为Up(min)，保护上限为Up(max)，那么与Q4串联的电阻取值为：
Figure BDA0002290163110000051
如果想微调减小Up，可以适当减小R1电阻；如果想微调增大Up，可以适当增大R1电阻；在调试中，逐步加大外部电压，直到Q2的输出电压由变为0，代表输出过压保护，这时候外部电压值就是过压保护的阈值。
保护电压不能超过上限值，超过上限值会烧坏稳压二极管，进而会烧坏后面电路，保护电路的上限值为：
Up(max)＝IZ(max)R1+VZ。
进一步地，所述第一电源供电电路还包括第一极性保护电路，所述第一极性保护电路位于第一电压输入端与过压保护电路的输入端之间；所述第一极性保护电路包括第一MOSFET管Q1，所述第一MOSFET管Q1的漏极与第一电压输入端连接，第一MOSFET管Q1的源极与过压保护电路的输入端连接，所述第一 MOSFET管Q1的栅极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地。
进一步地，所述第一电源供电电路还包括ESD保护二极管D1，所述ESD保护二极管D1的阴极与第一电压输入端连接，所述ESD保护二极管D1的阳极接地。
进一步地，所述第二电源供电电路包括用于将外部2.6V～5.5V电压转换成 3.3V输出的DC-DC电源模块；所述DC-DC电源模块的输入端与第二电压输入端连接，DC-DC电源模块的输出端与电容C371的一端、电感L14的一端连接，电容C371的另一端接地，电感L14的另一端与电压输出端VOUT连接。
进一步地，电压输出端VOUT与电容C373的一端连接，电容C373的另一端接地。
进一步地，所述第二电源供电电路还包括第二极性保护电路，所述第二极性保护电路位于第二电压输入端与DC-DC电源模块的输入端之间；所述第二极性保护电路包括第六MOSFET管Q6，所述第六MOSFET管Q6的漏极与第二电压输入端连接，第六MOSFET管Q6的源极与DC-DC电源模块的输入端连接，所述第六MOSFET管Q6的栅极与电阻R472的一端连接，电阻R472的另一端接地。
进一步地，所述比较器电路包括运放U42A，运放U42A的正向输入端与电阻 R467的一端、电阻R468的一端连接，电阻R467的另一端与第二电压输入端连接，电阻R468的另一端接地，所述运放U42A的负向输入端与电阻R470的一端、电阻R469的一端连接，电阻R470的另一端与第一电压输入端连接，电阻R469 的另一端接地，所述运放U42A的输出端经电阻R471与开关管Q5的栅极连接。
进一步地，所述开关管采用第五MOSFET管Q5，第五MOSFET管Q5的栅极与比较器电路的输出端连接，第五MOSFET管Q5的源极与第一电源供电电路的输出端连接，第五MOSFET管Q5的漏极分别与电容C2的一端、电感L8的一端连接，电容C2的另一端接地，电感L8的另一端与电压输出端VOUT连接。
本电路是采用比较器实现了3.3V和5V的供电选择，如果3.3V和5V同时供电，则选择5V作为电压选择；如果只有3.3V，则3.3V为供电电压。
如图2所示，大功率MOSFET Q1起极性保护功能，即当外界正负电源接反时，Q1会保护电路免遭损害。D1为ESD保护二极管，起保护电路免遭ESD破坏作用。Q4为稳压二极管，Q3为MOSFET，Q2为大功率MOSFET，连同电阻网络R2 和R6一起构成了过压保护电路。当外部电压小于稳压管典型工作电压时，稳压管不工作，Q3的Pin1和Pin2压差很小，Q3的D极和S极电阻较大，使得R2 和R6正常分压，Q2的G极和S极压差较大引起Q2的S极和D极电阻较小，使3.3V支路电压从Q2的漏极D正常输出；当外部电压较大并使稳压管Q4正常工作时，由于Q4稳压管作用，与其串接的R1电阻上将分压较大，导致Q3的Pin1 和Pin2压差较大，Q3的D极和S极电阻较小使得Q3正常工作，R2的两端电压因Q3导通使得一个小电阻(Q3的漏极D和源极S之间电阻)与R2100K并联，使得R2端电压变得很小导致Q2的G极和S极压差较小从而Q2关断，Q2的漏极D 关断没有电压输出，这就是过压保护机制。
如图3所示，大功率MOSFET Q6起极性保护功能，即当外界正负电源接反时，Q6会保护电路免遭损害。U40为RENESAS DC-DC芯片ISL8205M，能将外部2.6V～5.5V电压转换成3.3V输出。该芯片的VOUT与FB间的100K电阻在芯片内部，所以只需要选择合适FB到地电阻，就可以实现DC-DC的输出。输出与输入电压关系为：
Figure BDA0002290163110000071
其中Vref为0.6V，Rset为22K，所以Vout为3.3V；L14及电容网络起输出滤波作用。
如图3所示，U42的正负极输入端均为20K电阻网络分压，外部供电有三种情况：
当只有外部VCC_3V3供电时，因为没有VCC_5V，所以U42的Pin3正向输入端为R46820K电阻到地，而Pin2负向输入端由于VCC_3V3经过R470和R469 分压后约为1.65V，所以U42的Pin1为比较器低电平输出，导致Q5的栅极G和源极S存在大电压，Q5导通，有从源极S到漏极D的正常输出。而源极是VCC_3V3 支路的电源输出，所以整个电路有为VCC_3V3支路电源输出。
当只有外部VCC_5V供电时，因为没有VCC_3V3，所以U42的Pin3正向输入端为VCC_5V经R46820K和R46720K电阻分压，Pin3正向输入端电压约为2.5V，而Pin2负向输入端由于没有VCC_3V3，所以只有R469电阻到地，所以U42的 Pin1为比较器高电平输出，导致Q5的栅极G和源极S没有电压，Q5截止，电压不能完成从源极S到漏极D正常输出。而VCC_5V支路的DC-DC是正常工作的，所以整个电路的VOUT输出由VCC_5V支路提供。
当外部VCC_3V3和VCC_5V同时供电时，同理分析，U42的负向输入端Pin2 电压约为1.65V，U42的正向输入端Pin3约为2.5V，所以U42的Pin1为比较器高电平输出，导致Q5截止，电压不能完成从源极S到漏极D正常输出。而VCC_5V 支路的DC-DC是正常工作的，所以整个电路的VOUT却可以由VCC_5V支路提供。也就是说，VCC_3V3和VCC_5V同时供电，系统会选择VCC_5V作为支路提供VOUT 输出。
最后应说明的是：以上所述的本发明采样大功率MOSFET/稳压管/比较器/DC-DC芯片/电阻型号选取，以及3.3V和5V电压，并不用以限制本发明，凡在本发明原理基础上所作的等同替代或变换等，例如选择其它厂商相似大功率 MOSFET/稳压管/比较器/DC-DC芯片/电阻型号设计原理一样的电路，选择不是 3.3V和5V供电而是其它电压种类但与本发明原理一样的电路，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带保护的双电源供电电路，其特征在于：包括第一电源供电电路、第二电源供电电路和比较器电路，所述第二电源供电电路的输入端与第二电压输入端连接，所述第二电源供电电路的输出端与电压输出端连接，所述第一电源供电电路的输入端与第一电压输入端连接，所述第一电源供电电路的输出端经开关管与电压输出端连接，所述比较器电路的第二输入端与第二电压输入端连接，所述比较器电路的第一输入端与第一电压输入端连接，所述比较器电路的输出端与开关管的控制端连接，用于控制开关管的导通或断开；
所述第一电源供电电路包括过压保护电路，所述过压保护电路包括稳压二极管Q4、第三MOSFET管Q3和第二MOSFET管Q2，第三MOSFET管Q3的源极分别与第一电压输入端、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第二MOSFET管Q2的源极连接，第一电阻R1的另一端分别与稳压二极管Q4的阴极、第三MOSFET管Q3的栅极连接，稳压二极管Q4的阳极接地，第二电阻R2的另一端分别与第三MOSFET管Q3的漏极、第六电阻R6的一端、第二MOSFET管Q2的栅极连接，第六电阻R6的另一端接地，第二MOSFET管Q2的漏极与开关管Q5的一端连接；
假设稳压二极管Q4的典型稳压工作电压为Vz，雪崩击穿下限电流为Iz(min)，上限电流为Iz(max)，设置的保护下限为Up(min)，保护上限为Up(max)，那么与稳压二极管Q4串联的电阻取值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
；
如果想微调减小Up，减小R1电阻；如果想微调增大Up，增大R1电阻；在调试中，逐步加大外部电压，直到第二MOSFET管Q2的输出电压由变为0，代表输出过压保护，这时候外部电压值就是过压保护的阈值；
保护电路的上限值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
；
所述第一电源供电电路还包括第一极性保护电路，所述第一极性保护电路位于第一电压输入端与过压保护电路的输入端之间；所述第一极性保护电路包括第一MOSFET 管Q1，所述第一MOSFET 管Q1的漏极与第一电压输入端连接，第一MOSFET 管Q1的源极与过压保护电路的输入端连接，所述第一MOSFET 管Q1的栅极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地；
所述第二电源供电电路还包括第二极性保护电路，所述第二极性保护电路位于第二电压输入端与DC-DC电源模块的输入端之间；所述第二极性保护电路包括第六MOSFET 管Q6，所述第六MOSFET 管Q6的漏极与第二电压输入端连接，第六MOSFET 管Q6的源极与DC-DC电源模块的输入端连接，所述第六MOSFET 管Q6的栅极与电阻R472的一端连接，电阻R472的另一端接地；
所述比较器电路包括运放U42A，运放U42A的正向输入端与电阻R467的一端、电阻R468的一端连接，电阻R467的另一端与第二电压输入端连接，电阻R468的另一端接地，所述运放U42A的负向输入端与电阻R470的一端、电阻R469的一端连接，电阻R470的另一端与第一电压输入端连接，电阻R469的另一端接地，所述运放U42A的输出端经电阻R471与开关管Q5的栅极连接；所述开关管采用第五MOSFET管Q5，第五MOSFET管Q5的栅极与比较器电路的输出端连接，第五MOSFET管Q5的源极与第一电源供电电路的输出端连接，第五MOSFET管Q5的漏极分别与电容C2的一端、电感L8的一端连接，电容C2的另一端接地，电感L8的另一端与电压输出端VOUT连接；
当只有外部第一电源供电时，因为没有第二电源，所以U42的Pin3正向输入端为电阻到地，而Pin2负向输入端由于第一电源经过电阻R470和电阻R469分压后，U42的Pin1为比较器低电平输出，导致Q5的栅极G和源极S存在大电压，Q5导通，有从源极S到漏极D的正常输出，而源极是第一电源供电电路的电源输出，所以整个电路有第一电源供电电路输出；
当只有外部第二电源供电时，因为没有第一电源，所以U42的Pin3正向输入端为第二电源经电阻R470和电阻R469分压，而Pin2负向输入端由于没有第一电源，所以U42的Pin1为比较器高电平输出，导致Q5的栅极G和源极S没有电压，Q5截止，电压不能完成从源极S到漏极D正常输出，而第二电源供电电路的DC-DC是正常工作的，所以整个电路的VOUT输出由第二电源供电电路提供；
当外部第一电源和第二电源同时供电时，U42的Pin1为比较器高电平输出，导致Q5截止，电压不能完成从源极S到漏极D正常输出，而第二电源供电电路的DC-DC是正常工作的，所以整个电路的VOUT由第二电源供电电路提供，第一电源和第二电源同时供电，系统会选择第二电源作为支路提供VOUT输出。
2.根据权利要求1所述的带保护的双电源供电电路，其特征在于：所述第一电压输入端连接3.3V电源。
3.根据权利要求1所述的带保护的双电源供电电路，其特征在于：所述第一电源供电电路还包括ESD保护二极管D1，所述ESD保护二极管D1的阴极与第一电压输入端连接，所述ESD保护二极管D1的阳极接地。
4.根据权利要求1所述的带保护的双电源供电电路，其特征在于：所述第二电源供电电路包括用于将外部2.6V~5.5V电压转换成3.3V输出的DC-DC电源模块；所述DC-DC电源模块的输入端与第二电压输入端连接，DC-DC电源模块的输出端与电容C371的一端、电感L14的一端连接，电容C371的另一端接地，电感L14的另一端与电压输出端VOUT连接。
5.根据权利要求1或4所述的带保护的双电源供电电路，其特征在于：所述第二电压输入端连接5V电源。
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