CN111327026A - 一种具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，包括第一直流电源、第二直流电源、第一隔离电路、第一MOS电路、电压比较电路和开关控制电路；第一直流电源与第一隔离电路电连接；第一直流电源、第二直流电源还分别与第一MOS电路电连接；第一隔离电路、第一MOS电路分别与电压比较电路电连接，电压比较电路与开关控制电路电连接，电压比较电路根据第一直流电源、第二直流电源的状态向开关控制电路输出电信号，开关控制电路根据接收到的电信号控制整个电路的开闭。本发明可以实现二路直流供电，具有欠压保护、过压保护功能，可以优选其中一路为主要电源，本发明采用纯硬件器件的方法所搭配出的电路具有更高的可靠性。

Description

一种具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路及方法
技术领域
本发明涉及带POE与适配器同时供电的产品，电池供电与适配器同时使用的产品，特别是音视频类产品，尤其涉及一种具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路及方法。
背景技术
目前，有些产品集成了POE（Power Over Ethernet，有源以太网）供电，然后也需要适配器同时供电，就会存在同时二个电源供电的情况。
为了在二个电源中选择一个，现有的一种方式是：在2路直流供电的电路中，用2个二极管直接隔离两个电源，这样就可以实现接2路不同的直流供电电源。但是，这种方式具有如下的不足：2路供电同时接通时，不能任意指定哪一路供电为主要供电，只能是电压高的一路为主要供电。没有欠压保护功能，同样也没有过压保护功能。
另一种方式是：在2路直流供电的电路中，用2个MOS管切换2路直流电源。但是，这种方式具有如下的不足：往往需要增加单片机MCU来控制，这样就需要软件开发，没有纯硬件的可靠性高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路及方法。本发明可以实现二路直流供电，具有欠压保护、过压保护功能，可以优选其中一路为主要电源，本发明采用纯硬件器件的方法所搭配出的电路具有更高的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，包括第一直流电源、第二直流电源、第一隔离电路、第一MOS电路、电压比较电路和开关控制电路；其中，
所述第一直流电源与第一隔离电路电连接，第一隔离电路用于隔离第一直流电源与第二直流电源；
所述第一直流电源、第二直流电源还分别与第一MOS电路电连接，当第一直流电源没有通电的情况下，第一MOS电路打开，第二直流电源进行供电；当第一直流电源通电的情况下，第一MOS电路关闭，第一直流电源进行供电；
所述第一隔离电路、第一MOS电路分别与电压比较电路电连接，所述电压比较电路与开关控制电路电连接，电压比较电路根据第一直流电源、第二直流电源的状态向开关控制电路输出电信号，开关控制电路根据接收到的电信号控制整个电路的开闭。
可选地，所述第一直流电源是适配器电源，所述第二直流电源是POE电源。
可选地，所述第一直流电源、第二直流电源的供电为12V。
可选地，所述开关控制电路包括第二MOS电路，第一三极管和第三三极管。
可选地，所述第一隔离电路是二极管，所述二极管的输入端与第一直流电源的输出端相连，所述二极管的输出端与第二MOS电路和\或电压比较电路电连接。
可选地，所述电压比较电路包括比较器、与比较器电连接的比较器供电电路，所述比较器供电电路输出的电压作为比较器的电源电压及基准电压；第一直流电源、第二直流电源任一路通电后，都是比较器供电电路的输入端，当第一直流电源通电、第二直流电源断开时，第一直流电源为比较器供电电路供电，当第二直流电源通电、第一直流电源断开时，第二直流电源为比较器供电电路供电。
可选地，所述比较器选自LM393、LM293、LM193、LM2903中的任一种或其它相同功能的芯片。
可选地，所述比较器供电电路为DC-DC/LDO。
可选地，所述DC-DC/LDO提供5V的供电电压。
可选地，比较器供电电路提供稳定的供电电压；根据第一直流电源、第二直流电源提供的输入电压，比较器输出脚输出高电平或低电平；比较器输出脚的高低电平作为开关控制电路的控制信号，控制信号管控电路的开关，从而达到欠压保护过压保护。
可选地，所述第一MOS电路是一个MOS管；所述第二MOS电路可以是一个MOS管。
为实现本发明的第二目的，还提供一种欠压保护过压保护的方法，用于上述的所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，包括以下步骤：
比较器获取第一直流电源、第二直流电源所提供的供电电压值；
比较供电电压值与电压阈值，根据比较结果，第二MOS电路执行预设的操作，实现欠压保护\过压保护。
可选地，所述比较供电电压值与电压阈值，根据比较结果，第二MOS电路执行预设的操作，实现欠压保护\过压保护，具体包括以下步骤：
欠压保护部分：
供电的电压<第一电压阈值时，比较器输出高电平；比较器输出高电平后，第二MOS电路会关闭实现欠压保护；
供电的电压>第二电压阈值时，比较器反转，比较器输出低电平；比较器输出低电平后，第二MOS电路会导通实现欠压后供电恢复功能；
过压保护部分：
供电的电压>第三电压阈值时，比较器输出高电平；比较器输出高电平后，第二MOS电路会关闭实现过压保护；
供电的电压<第四电压阈值时，比较器反转，比较器输出低电平；比较器输出低电平后，第二MOS电路会导通实现了过压后供电恢复功能。
可选地，所述第一电压阈值小于第二电压阈值，第二电压阈值小于第三电压阈值，第三电压阈值小于第四电压阈值。
可选地，所述第一电压阈值、第二电压阈值小于第一直流电源的额定电压。第三电压阈值、第四电压阈值大于第二直流电源的额定电压。
可选地，所述第一电压阈值取10.1V，所述第二电压阈值取10.3V，所述第三电压阈值取13.8V，所述第四电压阈值取13.6V。
本发明的有益效果是： 一种在2路直流电源供电的情况下，其中一路主供电电路用二级管进行单向导通，另一路供电路用MOS管电路进行切换控制，导通由主供电决定。用DC-DC/LDO电路作为比较器的电源及基准电压，比较器通过检测输入电压的大小，进行比较，可以设定欠压保护各过压保护，然后比较器输出高低电平。如欠压与过压后比较器输出高电平，后级MOS关闭，实现过压欠压保护。如输入电压在正常范围后，比较器反转输出低电平，后级MOS管导通，恢复供电。当产品配置两路供电时，用户选择一路供电后，本发明可以优选选择适配器供电，当适配器供电不可用时，自动采用POE供电，避免了适配器和POE同时供电端的情形。不仅如此，本发明还可以进行欠压保护、过压保护，从而保护后面的供电设备。
附图说明
图1是本发明一实施例的详细的电路结构示意图。
图2是本发明一实施例的电路结构框图1。
图3是本发明一实施例的电路结构框图2。
图4是本发明方法的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1至图3。本发明提供一种具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，包括第一直流电源10、第二直流电源20、第一隔离电路30、第一MOS电路40、电压比较电路50和开关控制电路60；其中，所述第一直流电源与第一隔离电路电连接，第一隔离电路用于隔离第一直流电源与第二直流电源；所述第一直流电源、第二直流电源还分别与第一MOS电路电连接，当第一直流电源没有通电的情况下，第一MOS电路打开，第二直流电源进行供电；当第一直流电源通电的情况下，第一MOS电路关闭，第一直流电源进行供电；所述第一隔离电路、第一MOS电路分别与电压比较电路电连接，所述电压比较电路与开关控制电路电连接，电压比较电路根据第一直流电源、第二直流电源的状态向开关控制电路输出电信号，开关控制电路根据接收到的电信号控制整个电路的开闭。所述开关控制电路具有输出端70，所述输出端与用电设备电连接。
本发明可以作为带电源适配器与POE供电同时二路电源供电，以适配器为主要供电的产品。例如，POE摄像头等产品。
本发明可以作为带电源适配器与电池供电同时二路电源供电，以适配器为主要供电的产品。
可选地，所述第一直流电源是适配器电源11，所述第二直流电源是POE电源21。所述第一直流电源、第二直流电源的供电为12V。所述开关控制电路包括第二MOS电路601，第一三极管和第三三极管。
可选地，所述第一隔离电路是二极管31，所述二极管的输入端与第一直流电源的输出端相连，所述二极管的输出端与第二MOS电路和\或电压比较电路电连接。
可选地，所述电压比较电路包括比较器502、与比较器电连接的比较器供电电路501，所述比较器供电电路输出的电压作为比较器的电源电压及基准电压；第一直流电源、第二直流电源任一路通电后，都是比较器供电电路的输入端，当第一直流电源通电、第二直流电源断开时，第一直流电源为比较器供电电路供电，当第二直流电源通电、第一直流电源断开时，第二直流电源为比较器供电电路供电。
可选地，所述比较器选自LM393、LM293、LM193、LM2903中的任一种或其它相同功能的芯片。所述比较器供电电路为DC-DC/LDO501。所述DC-DC/LDO提供5V的供电电压。
可选地，比较器供电电路提供稳定的供电电压；根据第一直流电源、第二直流电源提供的输入电压，比较器输出脚输出高电平或低电平；比较器输出脚的高低电平作为开关控制电路的控制信号，控制信号管控电路的开关，从而达到欠压保护过压保护。
可选地，所述第一MOS电路是一个MOS管；所述第二MOS电路可以是一个MOS管。
请参阅图4。为实现本发明的第二目的，还提供一种欠压保护过压保护的方法，用于上述的所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，包括以下步骤：
S10、比较器获取第一直流电源、第二直流电源所提供的供电电压值；
S20、比较供电电压值与电压阈值，根据比较结果，第二MOS电路执行预设的操作，实现欠压保护\过压保护。
可选地，所述比较供电电压值与电压阈值，根据比较结果，第二MOS电路执行预设的操作，实现欠压保护\过压保护，具体包括以下步骤：
欠压保护部分：
供电的电压<第一电压阈值时，比较器输出高电平；比较器输出高电平后，第二MOS电路会关闭实现欠压保护；
供电的电压>第二电压阈值时，比较器反转，比较器输出低电平；比较器输出低电平后，第二MOS电路会导通实现欠压后供电恢复功能；
过压保护部分：
供电的电压>第三电压阈值时，比较器输出高电平；比较器输出高电平后，第二MOS电路会关闭实现过压保护；
供电的电压<第四电压阈值时，比较器反转，比较器输出低电平；比较器输出低电平后，第二MOS电路会导通实现了过压后供电恢复功能。
可选地，所述第一电压阈值小于第二电压阈值，第二电压阈值小于第三电压阈值，第三电压阈值小于第四电压阈值。
可选地，所述第一电压阈值、第二电压阈值小于第一直流电源的额定电压。第三电压阈值、第四电压阈值大于第二直流电源的额定电压。
可选地，所述第一电压阈值取10.1V，所述第二电压阈值取10.3V，所述第三电压阈值取13.8V，所述第四电压阈值取13.6V。
还需指出：当第一直流电源、第二直流电源的输出电压或额定电压取12V以外的电压值时，第一电压阈值、第二电压阈值、第三电压阈值、第四电压阈值也需要进行相应的更改。
实施例2
本发明的电路可以实现：在2路直流电源供电的情况下，对2路供电进行欠压保护，同时对2路供电进行过压保护，当2路供电同时供电时，本发明的电路还可以指定其中一路供电为优先电源；具体的：
所述适配器供电端隔离电路，用1个二极管元件实现POE与适配器的电压隔离。
所述另一路供电如POE端用第一MOS管电路实现供电的控制，当适配器没有通电的情况下，第一MOS管打开使用POE的供电；当适配器通电的情况下，第一MOS管关闭，POE的供电就断开，从而就只有适配器能提供电压供电。
所述用一路较宽输入电压的DC-DC/LDO作为比较器的供电电源及基准电压，如POE的供电为12V和适配器的供电为12V,这二路供电一起任意一路通电后，都是DC-DC/LDO的输入端，当适配器的12V通电，POE的12V断开时，适配器的12V为DC-DC/LDO供电，DC-DC/LDO输出的电压作为比较器的电源电压及基准电压；当POE的12V通电，适配器的12V断开时，POE的12V为DC-DC/LDO供电，DC-DC/LDO输出的电压作为比较器的电源电压及基准电压。
所述比较器是本发明的主要器件，典型的器件如可以选择如LM393,LM293,LM193,LM2903或其它相同功能的芯片器件。比较器的供电是使用DC-DC/LDO提供。DC-DC/LDO提供稳定的如5V供电，以比较器的“+”“-”作为对比，根据输入电压的变化，使得比较器的输出脚输出高电平，或低电平。比较器输出脚 的高低电平作为下一级MOS管控制电路的控制信号，控制信号管控电路的开关，从而达到欠压保护过压保护。
所述用一个MOS管，二个三极管组成一个开关控制电路。比较器的输出管脚为高电平时，MOS管的控制脚为高电平，MOS管就关闭，就可以用于关闭整个电路的供电，比较器的输出管脚为低电平时，MOS管的控制脚为低电平，MOS管就打开，就可以用于开启整个电路的供电，从而实现了整个电路的总开关控制。
所述适配器供电端隔离电路，用1个二极管元件实现POE与适配器的电压隔离方法的具体实现步骤如下：
101、适配器电源接通12V供电；
102、12V供电通过二极管单向导通给主线路IN12V；
103、当POE电源也通电时由于第一MOS电路Q1是关闭的最终只有适配器电源的电为供电源；
104、从而实现了只要用适配器电源通电时，以适配器电源为优先。
所述的另一路供电源如POE端用MOS管电路实现供电的控制，当适配器没有通电的情况下，MOS管打开使用POE的供电，当适配器通电的情况下MOS管电路把MOS管关闭，POE的供电就断开，从而就只有适配器能提供电压供电方法的具体实现步骤如下：
201、POE电源通电且适配器电源不通电时第一MOS电路Q1导通；
202、POE电源12V供电通过第一MOS电路Q1成为主线供电IN12V；
203、这时如果POE电源再通电，则第一MOS电路Q1会关闭,则还是改变为适配器电源供电；
204、当适配器电源不接电时，就会使用POE电源所提供的电源。
所述用一路较宽输入电压的DC-DC/LDO作为比较器的供电电源及基准电压，如POE的供电为12V和适配器的供电为12V，这二路供电一起任意一路通电后，都是DC-DC/LDO的输入端，当适配器的12V通电，POE的12V断开时，适配器的12V为DC-DC/LDO供电，DC-DC/LDO输出的电压作为比较器的电源电压及基准电压；当POE的12V通电，适配器的12V断开时，POE的12V为DC-DC/LDO供电，DC-DC/LDO输出的电压作为比较器的电源电压及基准电压方法的具体实现步骤如下：
301、适配器电源或者POE电源只要有1路导通后IN12V就有电压；
302、IN12V为LDO如 U1提供电源；
303、U1上电后则输出稳定的+5V电压；
304、+5V电压作为比较器的电源电压及基准电压；
所述比较器是本发明电路的主要器件，可以选择如LM393,LM293,LM193,LM2903或其它相同功能的芯片等器件。比较器的供电是使用DC-DC/LDO提供。DC-DC/LDO提供稳定的如5V供电，以比较器的“+”“-”作为对比，根据输入电压的变化，使得比较器的输出脚输出高电平，或低电平。比较器输出脚的高低电平作为下一级MOS管控制电路的控制信号，控制信号管控电路的开关，从而达到欠压保护过压保护方法的具体实现步骤如下：
欠压保护部分；
402、供电的电压<10.1V时，比较器输出高电平；
403、比较器输出高电平后，第二MOS电路Q2会关闭实现欠压保护；
404、供电的电压>10.3V时，比较器反转，比较器输出低电平；
405、比较器输出低电平后，第二MOS电路Q2会导通实现欠压后供电恢复功能；
过压保护部分；
406、供电的电压>13.8V时，比较器输出高电平；
407、比较器输出高电平后，第二MOS电路Q2会关闭实现过压保护；
408、供电的电压<13.6V时，比较器反转，比较器输出低电平；
409、比较器输出低电平后，第二MOS电路Q2会导通实现了过压后供电恢复功能；
410、供电的电压<13.6V时，比较器反转，比较器输出低电平；
所述开关控制电路包括第二MOS电路和二个三极管。比较器的输出管脚为高电平时，第二MOS电路的控制脚为高电平，第二MOS电路就关闭，就可以用于关闭整个电路的供电，比较器的输出管脚为低电平时，第二MOS电路的控制脚为低电平，第二MOS电路就打开，就可以用于开启整个电路的供电，从而实现了整个电路的总开关控制的具体实现步骤如下：
401、供电出现欠压或者过压后比较器都输出高电平；
402、比较器输出高电平后，三极管Q4导通，三极管Q3第1PIN为低电平；
403、三极管Q3第1PIN为低电平后，三极管Q3关闭；
404、三极管Q3关闭后，由于电阻R3是上拉电阻，所以第二MOS电路Q2的第4PIN,及G极为高电平；
405、第二MOS电路Q2的G极为高电平后关闭；则实现了整个供电关闭的状态。即欠压或者过压保护。
401、供电出现欠压或者过压后恢复后比较器都输出低电平；
402、比较器输出低电平后，三极管Q4关闭，三极管Q3第1PIN为高电平；
403、三极管Q3第1PIN为高电平后，三极管Q3导通；
404、三极管Q3导通后，把R3是上拉电阻拉底，所以第二MOS电路Q2的第4PIN,及G极为低电平；
405、第二MOS电路Q2的G极为低电平后第二MOS电路Q2导通，则实现了整个供电恢复供电的状态。
对本发明中所涉及的名词以及图1中所涉及的一些符号，还需指出：
POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。 POE也被称为基于局域网的供电系统(POL, Power over LAN )或有源以太网( Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。
MOS管，是MOSFET的缩写。MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。
电源适配器又叫外置电源，是小型便携式电子设备及电子电器的供电电压变换设备。
DC-DC，即 DC-DC converter。
LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器。LM393 是双电压比较器集成电路。LDO可以采用TPS7B6950，封装尺寸可以是SOT-23-5（图1所示）。
S8050是一款小功率NPN型硅管，集电极-基极（Vcbo）电压最大可为40V，集电极电流为（Ic）0.5A。S8050是电路硬件设计最常用半导体三极管型号之一。
图1中的BZT52C12是一种稳压二极管。GND是电线接地端的简写。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，包括第一直流电源、第二直流电源、第一隔离电路、第一MOS电路、电压比较电路和开关控制电路；其中，
所述第一直流电源与第一隔离电路电连接，第一隔离电路用于隔离第一直流电源与第二直流电源；
所述第一直流电源、第二直流电源还分别与第一MOS电路电连接，当第一直流电源没有通电的情况下，第一MOS电路打开，第二直流电源进行供电；当第一直流电源通电的情况下，第一MOS电路关闭，第一直流电源进行供电；
所述第一隔离电路、第一MOS电路分别与电压比较电路电连接，所述电压比较电路与开关控制电路电连接，电压比较电路根据第一直流电源、第二直流电源的状态向开关控制电路输出电信号，开关控制电路根据接收到的电信号控制整个电路的开闭。
2.根据权利要求1所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，所述第一直流电源是适配器电源，所述第二直流电源是POE电源。
3.根据权利要求2所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，所述开关控制电路包括第二MOS电路，第一三极管和第三三极管。
4.根据权利要求3所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，所述第一隔离电路是二极管，所述二极管的输入端与第一直流电源的输出端相连，所述二极管的输出端与第二MOS电路和\或电压比较电路电连接。
5.根据权利要求1所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，所述电压比较电路包括比较器、与比较器电连接的比较器供电电路，所述比较器供电电路输出的电压作为比较器的电源电压及基准电压；第一直流电源、第二直流电源任一路通电后，都是比较器供电电路的输入端，当第一直流电源通电、第二直流电源断开时，第一直流电源为比较器供电电路供电，当第二直流电源通电、第一直流电源断开时，第二直流电源为比较器供电电路供电。
6.根据权利要求5所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，所述比较器选自LM393、LM293、LM193、LM2903或其它相同功能的芯片中的任一种。
7.根据权利要求5所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，所述比较器供电电路为DC-DC/LDO。
8.根据权利要求1所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，比较器供电电路提供稳定的供电电压；根据第一直流电源、第二直流电源提供的输入电压，比较器输出脚输出高电平或低电平；比较器输出脚的高低电平作为开关控制电路的控制信号，控制信号管控电路的开关，从而达到欠压保护过压保护。
9.一种欠压保护过压保护的方法，用于如权利要求1至8任一项所述的具有过压欠压保护功能的二路直流供电电路，其特征在于，包括以下步骤：
比较器获取第一直流电源、第二直流电源所提供的供电电压值；
比较供电电压值与电压阈值，根据比较结果，第二MOS电路执行预设的操作，实现欠压保护\过压保护。
10.根据权利要求9所述的欠压保护过压保护的方法，其特征在于，所述比较供电电压值与电压阈值，根据比较结果，第二MOS电路执行预设的操作，实现欠压保护\过压保护，具体包括以下步骤：
欠压保护部分：
供电的电压<第一电压阈值时，比较器输出高电平；比较器输出高电平后，第二MOS电路会关闭实现欠压保护；
供电的电压>第二电压阈值时，比较器反转，比较器输出低电平；比较器输出低电平后，第二MOS电路会导通实现欠压后供电恢复功能；
过压保护部分：
供电的电压>第三电压阈值时，比较器输出高电平；比较器输出高电平后，第二MOS电路会关闭实现过压保护；
供电的电压<第四电压阈值时，比较器反转，比较器输出低电平；比较器输出低电平后，第二MOS电路会导通实现了过压后供电恢复功能。
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