CN112713582A - 双电源供电控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双电源供电控制系统及方法，所述控制系统包括外置电源组件、内置电源组件以及控制组件，所述外置电源组件以及内置电源组件的电源输出端均与负载连接，所述外置电源组件以及内置电源组件的控制端均与所述控制组件建立通讯，所述控制组件用于当所述外置电源组件的第一输出电压大于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述外置电源组件给所述负载供电；当所述外置电源组件的第一输出电压小于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述内置电源组件给所述负载供电，从而有效提高双电源的供电效率和供电稳定性。

Description

双电源供电控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电源控制技术领域，尤其涉及双电源供电控制系统及方法。

背景技术

现有的双电源供电系统，当外置电源接入后，为避免两个电源直接连接的情况出现，一般会采用轮换供电的方式进行供电，然而在轮换供电方案，电源切换过程中，会产生供电死区，即在切换过程中，会产生两个电源都不在位的情况，导致电平跌落，引起故障，此外，现有的双电源供电系统，一般是无外置电源时，使用内置电源供电，当有外置电源时，使用外置电源供电，然而，现有的外置电源并不稳定，当外置电源的工作电压过低时，还使用外置电源供电，会导致供电效率低的问题，并且现有的供电系统，当接入外置电源模块或外置电源时，均通过DC/DC模块转换成所需电平对外供电及对内置电源模块充电，由于DC/DC存在转换效率的问题一般为90％左右，造成10％左右的电能浪费。

因此，现有的双电源供电系统供电效率不高、供电稳定性差已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了双电源供电控制系统及方法，用于解决现有的双电源供电系统供电效率不高、供电稳定性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种双电源供电控制系统，包括外置电源组件、内置电源组件以及控制组件，外置电源组件以及内置电源组件的电源输出端均与负载连接，外置电源组件以及内置电源组件的控制端均与控制组件建立通讯，控制组件用于当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制外置电源组件给负载供电；当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制内置电源组件给负载供电。

优选的，外置电源组件包括外置电源模块以及外控开关，内置电源组件包括内置电源模块以及内控开关；外置电源模块的电源输出端通过外控开关与负载的电源输入端连接；内置电源模块的电源输出端通过内控开关与负载的电源输入端连接，控制组件分别与外控开关的控制端以及内控开关的控制端建立通信；

控制组件用于当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制内控开关断开内置电源模块与负载之间的电路，控制外控开关导通外置电源模块与负载之间的电路，使外置电源模块给负载供电；当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制外控开关断开外置电源模块与负载之间的电路，控制内控开关导通内置电源模块与负载之间的电路，使内置电源模块给负载供电。

优选的，还包括DC/DC转换模块，DC/DC转换模块的输入端与外置电源组件的电源输出端连接，DC/DC转换模块的电源输出端与内置电源模块的电源输出端连接，控制组件用于当外置电源模块的第一输出电压小于内置电源模块的第二输出电压时，控制DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定输出电压，使转化后的第一输出电流与内置电源模块的第一输出电流汇总后输送给负载供电。

优选的，控制组件还用于当第二输出电压低于预设电压值时，控制内控开关断开内置电源模块与负载之间的电路，控制外控开关断开外置电源模块与负载之间的电路，控制DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定充电电压后输送给内置电源模块充电。

优选的，控制组件还与外置电源模块的控制端、内置电源模块的控制端连接，外置电源模块的控制端用于将外置电源模块的第一输出电压发送给控制组件，内置电源模块的控制端用于将内置电源模块的第二输出电压发送给控制组件，控制组件还用于将第一输出电压与第二输出电压进行比较，并根据比较结果控制外控开关、DC/DC转换模块以及内控开关。

优选的，外控开关由串联的双MOS管组成，内控开关为MOS管。

一种双电源供电控制方法，应用于上述的双电源供电控制系统中，包括以下步骤：

获取外置电源模块的第一输出电压，内置电源模块的第二输出电压；

将第一输出电压与第二输出电压进行比较，当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制外置电源组件给负载供电；当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制内置电源组件给负载供电。

优选的，当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制外置电源组件给负载供电，包括以下步骤：

控制内控开关断开内置电源模块与负载之间的电路，控制外控开关导通外置电源模块与负载之间的电路，使外置电源模块给负载供电。

优选的，当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制内置电源组件给负载供电，包括以下步骤：

控制外控开关断开外置电源模块与负载之间的电路，控制内控开关导通内置电源模块与负载之间的电路，控制DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定输出电压，使转化后的第一输出电流与内置电源模块的第一输出电流汇总后输送给负载供电。

优选的：

当第二输出电压低于预设电压值时，控制内控开关断开内置电源模块与负载之间的电路，控制外控开关断开外置电源模块与负载之间的电路，控制DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定充电电压后输送给内置电源模块充电。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明中的双电源供电控制系统及方法，当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制外置电源组件给负载供电；当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制内置电源组件给负载供电，从而有效提高双电源的供电效率和供电稳定性。

2、在优选方案中，当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制外控开关断开外置电源模块与负载之间的电路，控制内控开关导通内置电源模块与负载之间的电路，控制DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定输出电压，使转化后的第一输出电流与内置电源模块的第一输出电流汇总后输送给负载供电，在最大程度的保证供电效率和稳定性的同时，充分利用外置电源组件的电能。

3、在优选方案中，本技术方案将MOS管作为外控开关以及内控开关，当切换至电源模块供电时，MOS管能放电维持负载的工作电压，从而解决现有的双电源供电系统供电不稳定的技术问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例中的双电源供电控制系统的电路简图；

图2是本发明优选实施例中的双电源供电控制系统的电路拓扑图；

图3是本发明优选实施例中双电源供电控制系统的内置电源模块供电模式的有效电路图；

图4是本发明优选实施例中双电源供电控制系统的外置电源模块供电模式的第一状态下的有效电路图；

图5是本发明优选实施例中双电源供电控制系统的外置电源模块供电模式的第二状态下的有效电路图；

图6是本发明优选实施例中双电源供电控制系统的外置电源模块电量低供电模式的第一状态下的有效电路图；

图7是本发明优选实施例中双电源供电控制系统的外置电源模块电量低供电模式的第二状态下的有效电路图；

图8是本发明优选实施例中双电源供电控制系统的外接供电充电模式的第一状态下的有效电路图；

图9是本发明优选实施例中双电源供电控制系统的外接供电充电模式的第二状态下的有效电路图；

图10是本发明优选实施例中双电源供电控制系统的外接供电充电模式的第三状态下的有效电路图；

其中，图中虚线表示无效电路拓扑，实线表示有效电路拓扑。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一：

本实施中公开了一种双电源供电控制系统，包括外置电源组件、内置电源组件以及控制组件，外置电源组件以及内置电源组件的电源输出端均与负载连接，外置电源组件以及内置电源组件的控制端均与控制组件建立通讯，控制组件用于当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制外置电源组件给负载供电；当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制内置电源组件给负载供电。

此外，在本实施例中，还公开了一种双电源供电控制方法，应用于上述双电源供电控制系统中，包括以下步骤：

获取外置电源模块的第一输出电压，内置电源模块的第二输出电压；

将第一输出电压与第二输出电压进行比较，当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制外置电源组件给负载供电；当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制内置电源组件给负载供电。

本发明中的双电源供电控制系统及方法，当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制外置电源组件给负载供电；当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制内置电源组件给负载供电，从而有效提高双电源的供电效率和供电稳定性。

实施例二：

在本实施例中，如图1和图2所示，公开了一种双电源供电控制系统，包括：外置电源组件、内置电源组件DC/DC转换模块以及控制组件，其中，外置电源组件包括外置电源模块以及外控开关，内置电源组件包括内置电源模块以及内控开关；外置电源组件包括外置电源模块以及外控开关，内置电源组件包括内置电源模块以及内控开关；外置电源模块的电源输出端通过外控开关与负载的电源输入端连接；内置电源模块的电源输出端通过内控开关与负载的电源输入端连接，DC/DC转换模块的输入端与外置电源组件的电源输出端连接，DC/DC转换模块的电源输出端与内置电源模块的电源输出端连接，控制组件分别与DC/DC转换模块的控制端、外控开关的控制端、内控开关的控制端、外置电源模块的控制端、内置电源模块的控制端建立通信；

具体的，控制组件为逻辑模块，包括3个信号输出端，分别为CHG引脚、EN1引脚以及EN2引脚，控制组件的CHG引脚与所述DC/DC转换模块的控制端连接，控制组件的EN1引脚与所述外控开关的控制端连接，控制组件的EN2引脚与所述内控开关的控制端连接。外置电源模块的控制端具有2个信号输出端，分别为第一输出电压信号输出端，BAT ID信号输出端，所述第一输出电压信号输出端与所述控制组件的第一信号输入端连接，所述BAT ID信号输出端与所述控制组件的第二信号输入端连接，内置电源模块具有第一输出电压信号输出端，第一输出电压信号输出端与控制组件的第三信号输入端连接。

负载包括储能模块以及与储能模块连接的光纤陀螺仪系统，储能模块分别与外控开关以及内控开关连接，外控开关由串联的双MOS管组成，内控开关为MOS管；外置电源模块，可能为连接的外置电源模块，也有可能是外接充电用的供电，外置电源模块会有BAT ID的输出，充电供电无此信号，且充电供电电压高于电池电压，以3.7V锂电池为例，电池最高电压为4.2V，而外置电源模块一般采用5V设计，DC/DC模块用于将第一输出电压转换为内置电源模块所需的充电电压，既需要支持boost模式又需要支持BUCK模式，内置电源模块为系统内置可充电电池，在无外部供电时为系统供电。

外置电源模块的控制端用于将外置电源模块的第一输出电压发送给控制组件，内置电源模块的控制端用于将内置电源模块的第二输出电压发送给控制组件，控制组件还用于将第一输出电压与第二输出电压进行比较：

当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制内控开关断开内置电源模块与负载之间的电路，控制外控开关导通外置电源模块与负载之间的电路，使外置电源模块给负载供电；

当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制外控开关断开外置电源模块与负载之间的电路，控制内控开关导通内置电源模块与负载之间的电路，控制DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定输出电压，使转化后的第一输出电流与内置电源模块的第一输出电流汇总后输送给负载供电。

控制外控开关断开外置电源模块与负载之间的电路，控制内控开关导通内置电源模块与负载之间的电路，控制DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定输出电压，使转化后的第一输出电流与内置电源模块的第一输出电流汇总后输送给负载供电。

本发明中的双电源供电控制系统包括四种工作模式，分别为内置电源模块供电模式，外置电源模块供电模式，外置电源模块电量低供电模式，外接供电充电模式，下面逐一介绍。

内置电源模块供电模式：

当系统只有内置电源模块时，采用内置电源模块对负载供电，如图3所示，此时逻辑模块读取第一输出电压为低电平，控制EN2低电平、EN1高电平，内控开关打开，为负载供电。

外置电源模块供电模式：

当连接外置电源模块，且外置电源模块电压第一输出电压高于内置电源模块的第二输出电压时，采用外置电源模块供电为负载供电。

如图4所示，此时控制逻辑如下：逻辑模块读取第一输出电压与第二输出电压的电平，且可以检测到外置电源模块的BAT ID信号，若第一输出电压高于第二输出电压，则将EN2输出为高电平，此时内控开关断开，但仍可以通过其体二极管对VCC供电，可以避免切换过程的电平跌落问题。

然后如图5所示，控制EN1输出低电平，将外控开关打开完成系统供电从内置电源模块向外置电源模块的切换。

外置电源模块电量低供电模式：

当外置电源模块电量低时，此时第一输出电压低于第二输出电压，由于连接外置电源模块时外控开关打开，VCC电平与第一输出电压相同，因此，此时第二输出电压大于VCC，存在第二输出电压通过内控开关的体二极管向VCC灌电流的情况，由于MOS管体二极管阻抗大，造成系统供电效率低，且内控开关发热问题。因此当外置电源模块电压小于等于内置电源模块电压时，不能再采用外置电源模块供电，需要采用如下方案进行供电。

如图6所示，逻辑模块读取第一输出电压与第二输出电压的电平，当第一输出电压小于等于第二输出电压时，将EN1输出高电平，断开外控开关，由于内控开关的体二极管的存在，系统供电VCC并不会跌落太大。

如图7所示，然后输出CHG EN信号给DC/DC模块，DC/DC模块将第一输出电压转换为第二输出电压所需的充电电压，为内置电源模块充电。然后将EN2拉低，打开内控开关，使用第二输出电压对VCC供电。

外接供电充电模式：

若外部连接的并非备用电池，而是充电电源时，工作流程如下；

逻辑模块检测第一输出电压、BAT ID信号，当读取到第一输出电压为高电平，且BAT ID信号无信息时，认为系统接入了外接供电充电电源。

此时，如图8所示，控制EN1为高电平、EN2也为高电平，使用内控开关的体二极管为VCC供电，这部分设计的目的是避免DC/DC模块工作时电平突变对后面VCC产生较大的波动，通过体二极管来减小电平上升的斜率。

然后，如图9所示，逻辑模块输出CHG EN信号打开DC/DC模块，将第一输出电压的电平转换为第二输出电压对应电池的充电电压，对内置电源模块充电。

如图10所示，转换完成后EN2输出低电平，打开内控开关，将第二输出电压与VCC连接，此时外部充电供电通过第一输出电压、DC/DC模块、第二输出电压与系统供电VCC连接。

综上所述，本发明中的双电源供电控制系统及方法，当外置电源组件的第一输出电压大于内置电源组件的第二输出电压时，控制外置电源组件给负载供电；当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，控制内置电源组件给负载供电，从而有效提高双电源的供电效率和供电稳定性。

在优选方案中，当外置电源组件的第一输出电压小于内置电源组件的第二输出电压时，在控制内置电源组件给负载供电的同时，还控制外置电源模块给内置电源模块充电，在最大程度的保证供电效率和稳定性的同时，充分利用外置电源组件的电能。

在优选方案中，本技术方案将MOS管作为外控开关以及内控开关，当切换至电源模块供电时，MOS管能放电维持负载的工作电压，从而解决现有的双电源供电系统供电不稳定的技术问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双电源供电控制系统，其特征在于，包括外置电源组件、内置电源组件以及控制组件，所述外置电源组件以及内置电源组件的电源输出端均与负载连接，所述外置电源组件以及内置电源组件的控制端均与所述控制组件建立通讯，所述控制组件用于当所述外置电源组件的第一输出电压大于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述外置电源组件给所述负载供电；当所述外置电源组件的第一输出电压小于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述内置电源组件给所述负载供电。

2.根据权利要求1所述的双电源供电控制系统，其特征在于，所述外置电源组件包括外置电源模块以及外控开关，所述内置电源组件包括内置电源模块以及内控开关；所述外置电源模块的电源输出端通过外控开关与所述负载的电源输入端连接；所述内置电源模块的电源输出端通过内控开关与所述负载的电源输入端连接，所述控制组件分别与外控开关的控制端以及内控开关的控制端建立通信；

所述控制组件用于当所述外置电源组件的第一输出电压大于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述内控开关断开所述内置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述外控开关导通所述外置电源模块与所述负载之间的电路，使所述外置电源模块给所述负载供电；当所述外置电源组件的第一输出电压小于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述外控开关断开所述外置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述内控开关导通所述内置电源模块与所述负载之间的电路，使所述内置电源模块给所述负载供电。

3.根据权利要求2所述的双电源供电控制系统，其特征在于，还包括DC/DC转换模块，所述DC/DC转换模块的输入端与所述外置电源组件的电源输出端连接，所述DC/DC转换模块的电源输出端与所述内置电源模块的电源输出端连接，所述控制组件用于当所述外置电源模块的第一输出电压小于所述内置电源模块的第二输出电压时，控制所述DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定输出电压，使转化后的第一输出电流与内置电源模块的第一输出电流汇总后输送给所述负载供电。

4.根据权利要求3所述的双电源供电控制系统，其特征在于，所述控制组件还用于当所述第二输出电压低于预设电压值时，控制所述内控开关断开所述内置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述外控开关断开所述外置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定充电电压后输送给所述内置电源模块充电。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的双电源供电控制系统，其特征在于，所述控制组件还与所述外置电源模块的控制端、内置电源模块的控制端连接，所述外置电源模块的控制端用于将所述外置电源模块的第一输出电压发送给所述控制组件，所述内置电源模块的控制端用于将所述内置电源模块的第二输出电压发送给所述控制组件，所述控制组件还用于将所述第一输出电压与所述第二输出电压进行比较，并根据比较结果控制所述外控开关、DC/DC转换模块以及内控开关。

6.根据权利要求2-4任意一项所述的双电源供电控制系统，其特征在于，所述外控开关由串联的双MOS管组成，所述内控开关为MOS管。

7.一种双电源供电控制方法，应用于权利要求1-6中任意一项所述的双电源供电控制系统中，其特征在于，包括以下步骤：

获取外置电源模块的第一输出电压，内置电源模块的第二输出电压；

将所述第一输出电压与所述第二输出电压进行比较，当所述外置电源组件的第一输出电压大于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述外置电源组件给所述负载供电；当所述外置电源组件的第一输出电压小于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述内置电源组件给所述负载供电。

8.根据权利要求7所述的双电源供电控制方法，其特征在于，当所述外置电源组件的第一输出电压大于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述外置电源组件给所述负载供电，包括以下步骤：

控制所述内控开关断开所述内置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述外控开关导通所述外置电源模块与所述负载之间的电路，使所述外置电源模块给所述负载供电。

9.根据权利要求8所述的双电源供电控制方法，其特征在于，当所述外置电源组件的第一输出电压小于所述内置电源组件的第二输出电压时，控制所述内置电源组件给所述负载供电，包括以下步骤：

控制所述外控开关断开所述外置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述内控开关导通所述内置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定输出电压，使转化后的第一输出电流与内置电源模块的第一输出电流汇总后输送给所述负载供电。

10.根据权利要求9所述的双电源供电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当所述第二输出电压低于预设电压值时，控制所述内控开关断开所述内置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述外控开关断开所述外置电源模块与所述负载之间的电路，控制所述DC/DC转换模块将外置电源模块输送来的第一输出电流的电压转化为内置电源模块的额定充电电压后输送给所述内置电源模块充电。

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