CN112467862A - 电源切换装置及系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电源切换装置及系统，该电源切换装置包括电源切换电路，该电源切换电路包括：第一三极管、第一开关模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻，第一三极管用于在主电源短路时导通并控制第一开关模块导通，第一开关模块导通时用于控制备用电源向负载供电。采用上述装置，电源切换电路中的第一三极管可以在主电源发生短路的情况下自动导通，并控制第一开关模块导通，从而可以控制备用电源向负载供电。如此，可以在主电源短路时自动切换为备用电源向负载供电，实现主电源和备用电源之间的无缝切换。这样，能够有效保证对负载的不间断供电，从而保证负载能够持续、稳定运行。

Description

电源切换装置及系统

技术领域

本公开涉及电路控制领域，具体地，涉及一种电源切换装置及系统。

背景技术

随着电子技术领域的发展，各种用电设备对于供电系统的稳定性要求越来越高。有些供电系统中只使用单电源对用电设备进行供电，然而使用单电源的供电系统不够稳定，例如当该电源电量不足或出现短路等意外故障时，就无法保证对用电设备的持续供电，从而无法保证用电设备的正常、持续运行。

发明内容

本公开的目的是提供一种电源切换装置及系统，可以在主电源短路时自动切换为备用电源向负载供电。

为了实现上述目的，根据本公开的第一方面，提供一种电源切换装置，所述电源切换装置包括：

电源切换电路，所述电源切换电路包括：第一三极管、第一开关模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述第一三极管用于在主电源短路时导通并控制所述第一开关模块导通，所述第一开关模块导通时用于控制备用电源向负载供电，其中，

所述第一三极管的基极通过所述第一电阻连接于所述主电源的正极，所述第一三极管的基极还通过所述第二电阻连接于所述备用电源的正极，所述第一三极管的发射极连接于所述备用电源的正极，所述第一三极管的集电极通过所述第三电阻连接于所述第一开关模块。

可选地，所述第一开关模块包括第二三极管，所述电源切换电路还包括第四电阻，其中，

所述第二三极管的基极通过所述第三电阻连接于所述第一三极管的集电极，所述第二三极管的基极还通过所述第四电阻连接于所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极连接于所述主电源以及所述备用电源。

可选地，所述电源切换电路还包括稳压管，所述稳压管的阴极通过所述第一电阻连接于所述主电源的正极，所述稳压管的阴极还连接于所述第一三极管的基极，所述稳压管的阳极连接于所述第二三极管的基极。

可选地，所述装置还包括主供电电路，其中，所述主供电电路包括第二开关模块、第三开关模块、第五电阻，所述第二开关模块用于控制所述第三开关模块的导通或关闭，所述第三开关模块导通时用于控制所述主电源向所述负载供电，其中，

所述第二开关模块通过所述第五电阻连接于所述主电源的正极，所述第二开关模块还连接于所述第三开关模块以及所述第二三极管的集电极，所述第三开关模块还连接于所述负载。

可选地，所述第二开关模块包括第一场效应管，所述第三开关模块包括第二场效应管，所述主供电电路还包括第三场效应管、第六电阻和第七电阻，其中，

所述第一场效应管的栅极通过所述第五电阻连接于所述主电源的正极，所述第一场效应管的栅极还连接于所述第二三极管的集电极，所述第一场效应管的栅极还通过所述第七电阻连接于所述第一场效应管的源极，所述第一场效应管的源极接地，所述第一场效应管的漏极连接于所述第二场效应管的栅极以及所述第三场效应管的栅极，所述第二场效应管的源极以及所述第三场效应管的源极通过所述第六电阻连接于所述第一场效应管的漏极，所述第三场效应管的漏极连接于所述主电源的正极，所述第二场效应管的漏极连接于所述负载。

可选地，所述装置还包括第八电阻，所述第八电阻的一端连接于所述第二三极管的集电极，所述第八电阻的另一端连接所述第一场效应管的栅极。

可选地，所述装置还包括备用供电电路，其中，所述备用供电电路包括第四开关模块，所述第四开关模块用于在导通时控制所述备用电源向所述负载供电。

可选地，所述备用供电电路还包括第四场效应管，所述第四开关模块包括第五场效应管，其中，

所述第四场效应管的栅极与所述第五场效应管的栅极连接并连接于所述第二三极管的集电极，所述第四场效应管的源极与所述第五场效应管的源极连接，所述第四场效应管的漏极连接于所述备用电的正极，所述第五场效应管的漏极连接于所述负载。

可选地，所述装置还包括第九电阻，其中，

所述第九电阻的一端连接于所述第四场效应管的源极和所述第五场效应管的源极，所述第九电阻的另一端连接于所述第四场效应管的栅极、所述第五场效应管的栅极以及所述第二三极管的集电极。

根据本公开的第二方面，提供一种电源切换系统，所述电源切换系统包括主电源、备用电源、以及本公开第一方面提供的所述的电源切换装置。

采用上述装置，电源切换电路中的第一三极管可以在主电源发生短路的情况下自动导通，并控制第一开关模块导通，从而可以控制备用电源向负载供电。如此，可以在主电源短路时自动切换为备用电源向负载供电，实现主电源和备用电源之间的无缝切换。这样，能够有效保证对负载的不间断供电，从而保证负载能够持续、稳定运行。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种电源切换装置的电路图；

图2是根据另一示例性实施例示出的一种电源切换装置的电路图；

图3是根据另一示例性实施例示出的一种电源切换装置的电路图；

图4是根据另一示例性实施例示出的一种电源切换装置的电路图。

附图标记说明

1 电源切换装置 2 主电源

11 电源切换电路 12 主供电电路

13 备用供电电路 Q1 第一开关模块

Q2 第二开关模块 Q3 第三开关模块

Q4 第四开关模块 T1 第三场效应管

T2 第二场效应管 T3 第一场效应管

T4 第二三极管 T5 第四场效应管

T6 第五场效应管 T7 第一三极管

R1 第一电阻 R2 第二电阻

R3 第五电阻 R4 第三电阻

R5 第九电阻 R6 第六电阻

R7 第七电阻 R8 第四电阻

R9 第八电阻

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电源切换装置的电路图。如图1所示，该电源切换装置1可以包括电源切换电路11。其中，该电源切换电路11可以包括：第一三极管T7、第一开关模块Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R4。

具体地，第一三极管T7的基极b1通过第一电阻R1连接于主电源2的正极，第一三极管T7的基极b1还通过第二电阻R2连接于备用电源3的正极，第一三极管T7的发射极e1连接于备用电源3的正极，第一三极管T7的集电极c1通过第三电阻R4连接于第一开关模块Q1。其中，第一电阻R1可以为上拉电阻，其阻值例如可以设置为1kΩ。第二电阻R2可以为分压电阻，其阻值例如可以设置为1kΩ。第三电阻R4可以为分压电阻，其阻值例如可以设置为1kΩ。

其中，主电源2和备用电源3的输出电压相等。例如主电源2和备用电源3的输出电压均为5V或均为10V。其中，该第一三极管T7可以为PNP型三极管。根据上述连接方式，在主电源2发生短路时，对于第一三极管T7，其基极b1通过第二电阻R2连接于备用电源3的正极，其发射极e1直接连接于备用电源3的正极，因此，经过第二电阻R2分压后，第一三极管T7的基极b1的电压小于其发射极e1的电压。根据PNP型三极管可以在基极电压小于发射极电压时导通的工作原理，这样，在主电源2发生短路时，第一三极管T7可以导通。

并且，第一开关模块Q1通过第三电阻R4连接于第一三极管T7的集电极c1，第一三极管T7导通后，可以控制第一开关模块Q1导通，从而可以切换为备用电源3向负载4供电，保证对于负载4的持续供电，避免主电源2发生短路后负载4得不到电量供应而无法继续正常运行的问题。其中，负载4例如可以为单片机、传感器等等用电设备。

采用上述装置，电源切换电路中的第一三极管可以在主电源发生短路的情况下自动导通，并控制第一开关模块导通，从而可以控制备用电源向负载供电。如此，可以在主电源短路时自动切换为备用电源向负载供电，实现主电源和备用电源之间的无缝切换。这样，能够有效保证对负载的不间断供电，从而保证负载能够持续、稳定运行。

图2是根据另一示例性实施例示出的一种电源切换装置的电路图。如图2所示，可选地，第一开关模块Q1可以包括第二三极管T4。其中，电源切换电路11还可以包括第四电阻R8。

具体地，第二三极管T4的基极b2通过第三电阻R4连接于第一三极管T7的集电极c1，第二三极管T4的基极b2还通过第四电阻R8连接于第二三极管T4的发射极e2，第二三极管T4的发射极e2接地，第二三极管T4的集电极c2连接于主电源2以及备用电源3。其中，第四电阻R8可以为分压电阻。由于三极管有一定的耐压值，因此设置第四电阻R8主要为了保护第二三极管T4，其阻值例如可以设置为10kΩ。

其中，在主电源2短路的情况下第一三极管T7可以导通的工作原理已在上文说明，此处不再赘述。该第二三极管T4可以为NPN型三极管。第一三极管T7导通后，使得第二三极管T4的基极b2为高电压，第二三极管T4的发射极e2接地为低电压。因此，根据NPN型三极管在基极电压大于发射极电压时导通的工作原理，此时第二三极管T4可以导通。第二三极管T4导通之后可以控制备用电源3向负载4供电，从而实现主电源2短路的情况下自动切换为备用电源3向负载4供电，保证对负载4供电的不间断性。

如图1所示，该电源切换装置1还可以包括备用供电电路13。其中，备用供电电路13可以包括第四开关模块Q4，该第四开关模块Q4用于在导通时控制备用电源3向负载4供电。

具体地，电源切换电路11中第一开关模块Q1导通时可以控制该第四开关模块Q4导通，从而使得备用电源3向负载4供电。

如图2所示，可选地，第四开关模块Q4可以包括第五场效应管T6。其中，备用供电电路13还可包括第四场效应管T5。

具体地，第四场效应管T5的栅极g4与第五场效应管T6的栅极g5连接并连接于第二三极管T4的集电极c2，第四场效应管T5的源极s4与第五场效应管T6的源极s5连接，第四场效应管T5的漏极d4连接于备用电源3的正极，第五场效应管T6的漏极d5连接于负载4。

其中，第四场效应管T5和第五场效应管T6均可以为P沟道型MOS管。在主电源2短路时，第二三极管T4可以导通的工作原理已在上文详细阐述。根据上述连接方式，在第二三极管T4导通后，第五场效应管T6的栅极g5相当于接地为低电压。并且，第四场效应管T5可以通过其中的寄生二极管导通，由于第四场效应管T5的源极s4与第五场效应管T6的源极s5连接，所以第五场效应管T6的源极s5为高电压。这样，对于第五场效应管T6，其栅极g5电压小于其源极s5的电压，根据P沟道型MOS管栅极电压小于源极电压时可以导通的工作原理，此时第五场效应管T6导通。由此，第四场效应管T5及第五场效应管T6均导通后，备用电源3可以向负载4供电，从而保证对负载的持续供电。同时，采用MOS管进行电路控制，可有效降低电路中电压损耗，提高电路的稳定性。

可选地，如图4所示，该电源切换装置1还可以包括第九电阻R5，其中，第九电阻R5的一端连接于第四场效应管T5的源极s4和第五场效应管T6的源极s5，第九电阻R5的另一端连接于第四场效应管T5的栅极g4、第五场效应管T6的栅极g5以及第二三极管T4的集电极c2。

该第九电阻R5可以为分压电阻，其阻值例如可以设置为10kΩ。通过设置该第九电阻R5，可以对第四场效应管T5和第五场效应管T6起到保护作用，防止第四场效应管T5和第五场效应管T6受到异常电流的冲击而损坏。

图3是根据另一示例性实施例示出的一种电源切换装置的电路图。如图3所示，可选地，该电源切换装置1还可以包括主供电电路12。其中，该主供电电路12可以包括第二开关模块Q2、第三开关模块Q3、第五电阻R3。

具体地，第二开关模块Q2通过第五电阻R3连接于主电源2的正极，第二开关模块Q2还连接于第三开关模块Q3以及第二三极管T4的集电极c2，第三开关模块Q3还连接于负载4。其中，第二开关模块Q2用于控制第三开关模块Q3的导通或关闭，第三开关模块Q3导通时用于控制主电源2向负载4供电。第五电阻R3为电路中起保护作用的分压电阻，其阻值例如可以设置为1kΩ。

图4是根据另一示例性实施例示出的一种电源切换装置的电路图。如图4所示，第二开关模块Q2可以包括第一场效应管T3，第三开关模块Q3可以包括第二场效应管T2。其中，主供电电路12还可以包括第三场效应管T1、第六电阻R6和第七电阻R7。

具体地，第一场效应管T3的栅极g1通过第五电阻R3连接于主电源2的正极，第一场效应管T3的栅极g1还连接于第二三极管T4的集电极c2，第一场效应管T3的栅极g1还通过第七电阻R7连接于第一场效应管T3的源极s1，第一场效应管T3的源极s1接地，第一场效应管T3的漏极d1连接于第二场效应管T2的栅极g2以及第三场效应管T1的栅极g3，第二场效应管T2的源极s2以及第三场效应管T1的源极s3通过第六电阻R6连接于第一场效应管T3的漏极d1，第三场效应管T1的漏极d3连接于主电源2的正极，第二场效应管T2的漏极d2连接于负载4。其中，第六电阻R6可以为分压电阻，其阻值例如可以设置为10kΩ，其可以对第二场效应管T2和第三场效应管T1起到保护作用。第七电阻R7可以为分压电阻，其阻值例如可以设置为10kΩ，其可以对第一场效应管T3起到保护作用。

其中，第一场效应管T3可以为N沟道型MOS管，第二场效应管T2以及第三场效应管T1均可以为P沟道型MOS管。根据上述连接方式，由于第一场效应管T3的栅极g1通过第五电阻R3连接到主电源2的正极，因此，在主电源2正常工作时，第一场效应管T3的栅极g1为高电压，其源极s1接地为低电压。根据N沟道型MOS管栅极电压大于源极电压时导通的工作原理，在主电源2正常工作时第一场效应管T3可以导通。在第一场效应管T3导通后，第二场效应管T2的栅极g2相当于接地为低电压。并且，第三场效应管T1可以通过其中的寄生二极管导通，由于第二场效应管T2的源极s2与第三场效应管T1的源极s3连接，所以第二场效应管T2的源极s2为高电压。根据P沟道型MOS管在源极电压大于栅极电压时可以导通的工作原理，此时第二场效应管T2导通。由此，第三场效应管T1和第二场效应管T2导通后可以使得主电源2向负载4供电。

并且，对于电源切换电路11中的第一三极管T7，其基极b1通过第一电阻R1连接于主电源2的正极，其发射极e1连接于备用电源3的正极。由于第一电阻R1可以为上拉电阻，不会起到分压的作用，并且主电源2和备用电源3在正常工作时输出的电压相等。因此对于第一三极管T7，其基极b1的电压等于其发射极e1的电压。由此，在主电源2正常工作时，可以使得第一三极管T7处于截止状态，此时第二三极管T4以及第五场效应管T6也同时处于截止状态。这样，可以防止备用电源3向负载4供电，保证在主电源2正常工作时只由主电源2向负载4供电，防止主电源2和备用电源3同时供电导致负载4电压过高而容易损坏的问题。

可选地，如图4所示，电源切换电路11还可以包括稳压管D1。具体地，该稳压管D1的阴极通过第一电阻R1连接于主电源2的正极，其阴极还连接于第一三极管T7的基极，稳压管D1的阳极连接于第二三极管T4的基极b2。

其中，稳压管D1的击穿电压可以根据主电源2和备用电源3在正常工作时的输出电压设置。示例地，若主电源2和备用电源3的输出电压均为5V，则该稳压管D1的击穿电压例如可以设置为5.6V。

具体地，如果主电源2中的分压电路损坏时，其输出的电压可能会大于其正常工作时输出的电压。通过预先设置稳压管D1的击穿电压，其可以在主电源2中分压电路损坏时导通，从而使得第二三极管T4的基极b2的电压大于其发射极e2的电压，因此第二三极管T4导通，并使得备用供电电路13中第五场效应管T6导通，从而切换到备用电源3向负载供电。如此，可以保证主电源2中分压电路损坏时可以无缝切换到备用电源3向负载4供电，保证负载4可以持续、稳定工作。

这样，该电源切换装置1不但可以在主电源2短路时切换为备用电源3向负载4供电，还可以在主电源2中分压电路损坏时自动切换为备用电源3向负载4供电，进一步有效保证了对负载4供电的稳定性和持续性。

可选地，如图4所示，该电源切换装置1还可以包括第八电阻R9，该第八电阻R9的一端连接于第二三极管T4的集电极c2，其另一端连接第一场效应管T3的栅极g1。

具体地，该第八电阻R9可以设置为零欧姆电阻，这样，可以使得在主电源2中分压电路损坏的情况下，第二三极管T4的集电极c2的电压与第一场效应管T3的栅极g1的电压为等势电压。由于主电源2中分压电路损坏时稳压管D1可以导通从而使得第二三极管T4导通，因此第一场效应管T3的栅极g1为低电压，第一场效应管T3处于截止状态，此时第二场效应管T2同为截止状态，主电源2不能向负载4供电。如此，可以保证只由备用电源3向负载4供电，防止主电源2中分压电路损坏时其输出电压过大而影响负载4正常工作。

本公开还提供一种电源切换系统，该电源切换系统可以包括主电源2、备用电源3以及上述任一实施方式提供的电源切换装置11。

采用该电源切换系统，可以实现在主电源发生短路或损坏时自动切换为备用电源向用电设备供电，从而保证用电设备的持续、稳定运行。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电源切换装置，其特征在于，所述电源切换装置(1)包括：

电源切换电路(11)，所述电源切换电路(11)包括：第一三极管(T7)、第一开关模块(Q1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R4)，所述第一三极管(T7)用于在主电源(2)短路时导通并控制所述第一开关模块(Q1)导通，所述第一开关模块(Q1)导通时用于控制备用电源(3)向负载(4)供电，其中，

所述第一三极管(T7)的基极(b1)通过所述第一电阻(R1)连接于所述主电源(2)的正极，所述第一三极管(T7)的基极(b1)还通过所述第二电阻(R2)连接于所述备用电源(3)的正极，所述第一三极管(T7)的发射极(e1)连接于所述备用电源(3)的正极，所述第一三极管(T7)的集电极(c1)通过所述第三电阻(R4)连接于所述第一开关模块(Q1)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一开关模块(Q1)包括第二三极管(T4)，所述电源切换电路(11)还包括第四电阻(R8)，其中，

所述第二三极管(T4)的基极(b2)通过所述第三电阻(R4)连接于所述第一三极管(T7)的集电极(c1)，所述第二三极管(T4)的基极(b2)还通过所述第四电阻(R8)连接于所述第二三极管(T4)的发射极(e2)，所述第二三极管(T4)的发射极(e2)接地，所述第二三极管(T4)的集电极(c2)连接于所述主电源(2)以及所述备用电源(3)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源切换电路(11)还包括稳压管(D1)，所述稳压管(D1)的阴极通过所述第一电阻(R1)连接于所述主电源(2)的正极，所述稳压管(D1)的阴极还连接于所述第一三极管(T7)的基极，所述稳压管(D1)的阳极连接于所述第二三极管(T4)的基极(b2)。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置(1)还包括主供电电路(12)，其中，所述主供电电路(12)包括第二开关模块(Q2)、第三开关模块(Q3)、第五电阻(R3)，所述第二开关模块(Q2)用于控制所述第三开关模块(Q3)的导通或关闭，所述第三开关模块(Q3)导通时用于控制所述主电源(2)向所述负载(4)供电，其中，

所述第二开关模块(Q2)通过所述第五电阻(R3)连接于所述主电源(2)的正极，所述第二开关模块(Q2)还连接于所述第三开关模块(Q3)以及所述第二三极管(T4)的集电极(c2)，所述第三开关模块(Q3)还连接于所述负载(4)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二开关模块(Q2)包括第一场效应管(T3)，所述第三开关模块(Q3)包括第二场效应管(T2)，所述主供电电路(12)还包括第三场效应管(T1)、第六电阻(R6)和第七电阻(R7)，其中，

所述第一场效应管(T3)的栅极(g1)通过所述第五电阻(R3)连接于所述主电源(2)的正极，所述第一场效应管(T3)的栅极(g1)还连接于所述第二三极管(T4)的集电极(c2)，所述第一场效应管(T3)的栅极(g1)还通过所述第七电阻(R7)连接于所述第一场效应管(T3)的源极(s1)，所述第一场效应管(T3)的源极(s1)接地，所述第一场效应管(T3)的漏极(d1)连接于所述第二场效应管(T2)的栅极(g2)以及所述第三场效应管(T1)的栅极(g3)，所述第二场效应管(T2)的源极(s2)以及所述第三场效应管(T1)的源极(s3)通过所述第六电阻(R6)连接于所述第一场效应管(T3)的漏极(d1)，所述第三场效应管(T1)的漏极(d3)连接于所述主电源(2)的正极，所述第二场效应管(T2)的漏极(d2)连接于所述负载(4)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置(1)还包括第八电阻(R9)，所述第八电阻(R9)的一端连接于所述第二三极管(T4)的集电极(c2)，所述第八电阻(R9)的另一端连接所述第一场效应管(T3)的栅极(g1)。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置(1)还包括备用供电电路(13)，其中，所述备用供电电路(13)包括第四开关模块(Q4)，所述第四开关模块(Q4)用于在导通时控制所述备用电源(3)向所述负载(4)供电。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述备用供电电路(13)还包括第四场效应管(T5)，所述第四开关模块(Q4)包括第五场效应管(T6)，其中，

所述第四场效应管(T5)的栅极(g4)与所述第五场效应管(T6)的栅极(g5)连接并连接于所述第二三极管(T4)的集电极(c2)，所述第四场效应管(T5)的源极(s4)与所述第五场效应管(T6)的源极(s5)连接，所述第四场效应管(T5)的漏极(d4)连接于所述备用电源(3)的正极，所述第五场效应管(T6)的漏极(d5)连接于所述负载(4)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置(1)还包括第九电阻(R5)，其中，

所述第九电阻(R5)的一端连接于所述第四场效应管(T5)的源极(s4)和所述第五场效应管(T6)的源极(s5)，所述第九电阻(R5)的另一端连接于所述第四场效应管(T5)的栅极(g4)、所述第五场效应管(T6)的栅极(g5)以及所述第二三极管(T4)的集电极(c2)。

10.一种电源切换系统，其特征在于，所述电源切换系统包括主电源(2)、备用电源(3)以及权利要求1-9中任一项所述的电源切换装置(1)。

Images