CN112713642B - 一种电源检测切换控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源检测切换控制电路，包括：电连接于主电源和电压输出端之间的第一电源开关电路，电连接于备份电源和电压输出端之间的第二电源开关电路、用于检测电压输出端电压的电压检测电路，以及根据电压检测电路输出的检测结果电平状态信号向第一电源开关电路和第二电源开关电路发送使能信号的分频电路。其中，分频电路仅在检测结果电平状态信号由低电平变为高电平的上升沿处改变使能信号的电平状态，第二电源开关电路与第一电源开关电路根据使能信号的同一个电平状态执行相反的通断操作。本发明电路结构简单，并在分频电路中利用D触发器的分频特性避免了使能信号始终随检测结果信号的变化而变化导致的电源间频繁切换的问题。

Description

一种电源检测切换控制电路
技术领域
本发明涉及电源控制技术领域，特别涉及一种电源检测切换控制电路。
背景技术
随着汽车自动驾驶技术和辅助驾驶技术的发展，相关汽车电子产品对功能安全的要求也在不断提升。汽车电子产品功能安全的本质是降低产品功能进入危害状态的概率，让危害状态的发生概率低到可以接受的程度。
给汽车电子产品进行供电的电源模块能够正常供电是汽车电子产品可以正常工作以行使其功能的前提，但是，由于外界干扰的影响或者电源模块自身的原因，会导致电源模块不能保持长时间稳定的电源输出，这在电源模块的输出电压的变化中能够得到确认。而针对诸如自动驾驶和辅助驾驶的产品所需的电源模块来说，即使是短时间的电源输出波动，都有可能造成自动驾驶或者辅助驾驶的出错，特别是在汽车高速行驶时，会造成车毁人亡的惨烈后果。因此，如何保证电源模块的长时间稳定输出，便成为所需要解决的至关重要的问题。
为解决这一问题，现有技术主要采用电源模块的冗余备份，当主电源模块出现问题时，切换为备份电源模块供电，待主电源模块恢复正常后，再切换回主电源模块。例如公开号为CN106549487B的中国专利中，公开了一种主备份电源故障检测及自动切换控制电路，其包括模块电源主份与模块电源备份，模块电源主份和模块电源备份并联，在模块电源主份和模块电源备份的输出端均级联一个电路结构完全相同的隔离电路，实现电源两个模块之间并联冗余，通过主备份电源故障检测及自动切换控制电路，实时监控主备份电源的工作状态，实现了故障的自动检测以及电源模块之间的切换。但是，现有技术中仍然存在着缺陷需要解决，例如该专利中，采用隔离电路完全隔离两路电源的输出，在检测到输出异常时会触发电源切换动作，但是这个切换动作会受到电源启动时间的影响，会造成输出中断或者较大压降，并且该专利中的输出以主电源为主，在主电源电压恢复后会优先切换回主电源，但是很多情况下电源模块在轻载时会恢复正常输出，在这种场景下，现有技术会造成持续的主电源和备份电源之间的切换而导致输出不稳定甚至中断。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电源检测切换控制电路，以避免主电源和备份电源之间的频繁切换，提高电源供电的稳定性。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电源检测切换控制电路，所述电源检测切换控制电路电连接于主电源和备份电源的电源输出端，所述电源检测切换控制电路包括：
第一电源开关电路，所述第一电源开关电路电连接于主电源输出端并通过电压输出端电连接至用电负载，所述第一电源开关电路根据其控制端所接收的使能信号的电平状态控制所述主电源输出端和所述电压输出端之间的通断；
第二电源开关电路，所述第二电源开关电路电连接于备份电源输出端并通过所述电压输出端电连接至所述用电负载，所述第二电源开关电路根据其控制端所接收的所述使能信号的电平状态控制所述备份电源输出端和所述电压输出端之间的通断，其中，根据所述使能信号的同一个电平状态，所述第二电源开关电路与所述第一电源开关电路执行相反的通断操作；
电压检测电路，所述电压检测电路电连接于所述电压输出端，以采集所述电压输出端的电压并根据所述电压输出端的电压的大小产生并输出检测结果电平状态信号；以及，
分频电路，所述分频电路电连接于所述第一电源开关电路的控制端、所述第二电源开关电路的控制端和所述电压检测电路之间，以接收所述检测结果电平状态信号并根据所述检测结果电平状态信号的变化产生并发出所述使能信号，其中，所述分频电路仅在所述检测结果电平状态信号由低电平变为高电平的上升沿处改变使能信号的电平状态，而在所述检测结果电平状态信号由高电平变为低电平的下降沿处不改变使能信号的电平状态。
进一步，所述第一电源开关电路包括第一MOS管和第二MOS管；其中，
所述第一MOS管的输入端电连接于所述主电源输出端，所述第一MOS管的输出端电连接于所述第二MOS管的输入端，所述第二MOS管的输出端通过所述电压输出端电连接至所述用电负载，所述第一MOS管的控制端和所述第二MOS管的控制端电连接于所述分频电路以接收所述使能信号，以根据所述使能信号的电平状态接通或者关断。
进一步，所述第二电源开关电路包括第三MOS管、第四MOS管和第一反相器；其中，
所述第三MOS管的输入端电连接于所述备份电源输出端，所述第三MOS管的输出端电连接于所述第四MOS管的输入端，所述第四MOS管的输出端通过所述电压输出端电连接至所述用电负载，所述第三MOS管的控制端和所述第四MOS管的控制端电连接于所述第一反相器的输出端，所述第一反相器的输入端电连接于所述分频电路以接收所述使能信号，以使得所述使能信号经过所述第一反相器的反向操作变换为反相使能信号，进而所述第三MOS管和所述第四MOS管根据所述反向使能信号的电平状态接通或者关断。
进一步，所述电压检测电路包括：
低压比较电路，所述低压比较电路电连接于所述电压输出端，用于对所述电压输出端的电压和低压阈值电压进行比较并输出低压比较结果电平状态；
高压比较电路，所述高压比较电路电连接于所述电压输出端，用于对所述电压输出端的电压和高压阈值电压进行比较并输出高压比较结果电平状态；
或门电路，所述或门电路的两个输入端分别电连接于所述低压比较电路和所述高压比较电路，以对所述低压比较结果电平状态和所述高压比较结果电平状态进行或操作以生成所述检测结果电平状态信号。
进一步，所述低压比较电路包括第一集成运放、第一电阻、第二电阻和第三电阻；其中，
所述第一集成运放的负极输入端电连接于所述电压输出端，所述第一集成运放的正极输入端通过所述第一电阻接入Vcc电压，并且所述第一集成运放的正极输入端通过第二电阻接地，所述第一集成运放的输出端通过所述第三电阻电连接于其正极输入端，并且所述第一集成运放的输出端电连接于所述或门电路的两个输入端中的一个输入端。
进一步，所述高压比较电路包括第二集成运放、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第二反相器；其中，
所述第二集成运放的负极输入端电连接于所述电压输出端，所述第二集成运放的正极输入端通过所述第四电阻接入Vcc电压，并且所述第二集成运放的正极输入端通过第五电阻接地，所述第二集成运放的输出端通过所述第六电阻电连接于其正极输入端，并且所述第二集成运放的输出端电连接于所述第二反相器的输入端；
所述第二反相器的输出端电连接于所述或门电路的两个输入端中的另一个输入端。
进一步，所述第一电阻和所述第四电阻的阻值相等，所述第三电阻和所述第六电阻的阻值相等，所述第二电阻的阻值小于所述第五电阻的阻值。
进一步，所述分频电路包括：
D触发器，所述D触发器的CLK端电连接于所述电压检测电路以接收所述检测结果电平状态信号，所述D触发器的Q非端与D端电连接，所述D触发器的Q端电连接于所述第一电源开关电路的控制端和所述第二电源开关电路的控制端。
进一步，所述电源检测切换控制电路还包括：
输出稳定滤波电路，所述输出稳定滤波电路电连接于所述第一电源开关电路、所述第二电源开关电路、所述电压输出端和接地端之间。
进一步，所述输出稳定滤波电路包括电感和电容；其中，
所述第一电源开关电路和所述第二电源开关电路通过所述电感电连接于所述电压输出端；
所述电容电连接于所述电压输出端和接地端之间。
从上述方案可以看出，本发明的电源检测切换控制电路中，在接收到同一个使能信号时，第二电源开关电路与第一电源开关电路执行相反的通断操作，实现了利用同一个使能信号执行两个开关电路的相反的操作，相比于两路使能信号分别控制两个电源开关电路来说，一方面由于只有一个使能信号进而简化了简化操作控制，另一方面只需要设计一个使能信号产生电路而并不需要分别设计两个使能信号的产生电路，进而简化了使能信号产生电路的电路结构，为配合一个使能信号执行两个开关电路的相反的操作，在两个电源开关电路中的器件组成结构基本相同，并且在其中一个电源开关电路中仅额外增加了一个反相器来实现两个开关电路的相反的操作，进而相比于分别设计两种结构的开关电路来说，简化了开关电路的设计方案。
本发明的电源检测切换控制电路中，在电压检测电路部分采用两个电压比较电路来分别设定低压阈值电压和高压阈值电压，进而实现了在当前供电电源出现状况而导致电压输出端的电压波动范围超出低压阈值电压和高压阈值电压之间所限定的正常电压范围后，均能够产生关于电压输出端的电压超范围的检测结果信号，相比于现有技术中仅在电压降低过多而控制电源的切换方案而言，由于增加了高压部分的判断，使得本发明的电源检测切换控制电路能够给后级的用电负载带来高压保护方面的安全防护，避免用电负载由于输入电压过大而产生风险。
本发明的电源检测切换控制电路中，产生并发送使能信号的分频电路由于采用了D触发器的电路结构，从而利用D触发器的分频特性，在电压检测电路所输出的检测结果信号的上升沿触发使能信号的电平变化以切换第一电源开关电路和第二电源开关电路的通断，当切换完成，电压输出端的电压正常后，电压检测电路输出的检测结果信号恢复低电平时，使能信号的电平仍然保持之前的切换状态，从而避免了使能信号始终随检测结果信号的变化而变化导致的电源间频繁切换的问题。并且，采用D触发器的电路结构设计简单，可降低电路硬件成本。
本发明的电源检测切换控制电路中，还利用由电感和电容组成的稳定滤波电路来确保电压的稳定，让输出的电压不会产生过快的变化，避免电源切换过程中电压过快跌落而导致输出电压变化过大或者输出电压中断。
附图说明
图1为本发明实施例的电源检测切换控制电路的示意图；
图2为本发明实施例中的第一电源开关电路的一个具体电路结构示意图；
图3为本发明实施例中的第二电源开关电路的一个具体电路结构示意图；
图4为本发明实施例中的电压检测电路的示意图；
图5为本发明实施例中的电压检测电路的一个具体电路结构示意图；
图6为本发明实施例中的分频电路的一个具体电路结构示意图；
图7为本发明实施例中的输出稳定滤波电路50的一个具体电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的电源检测切换控制电路电连接于主电源100和备份电源200的电源输出端。电源检测切换控制电路主要包括第一电源开关电路10、第二电源开关电路20、电压检测电路30和分频电路40。
其中，第一电源开关电路10电连接于主电源100输出端并通过电压输出端90电连接至用电负载(图中未示出)，第一电源开关电路10还具有连接至分频电路40的控制端，第一电源开关电路10根据其控制端(即第一电源开关电路10的控制端)所接收的使能信号(由分频电路40输出)的电平状态控制主电源100输出端和电压输出端90之间的通断。
第二电源开关电路20电连接于备份电源200输出端并通过电压输出端90电连接至用电负载，第二电源开关电路20还具有连接至分频电路40的控制端，第二电源开关电路20根据其控制端(即第二电源开关电路20的控制端)所接收的使能信号(由分频电路40输出)的电平状态控制备份电源200输出端和电压输出端90之间的通断，其中，在接收到使能信号时，根据使能信号的同一个电平状态，第二电源开关电路20与第一电源开关电路10执行相反的通断操作，即当第一电源开关电路10执行接通时，第二电源开关电路20执行关断，当第一电源开关电路10执行关断时，第二电源开关电路20执行接通，并且第一电源开关电路10和第二电源开关电路20同时执行通断动作。
电压检测电路30电连接于电压输出端90(图1中由电压检测电路30和电压输出端90之间的虚线表示)，以采集电压输出端90的电压并根据电压输出端90的电压的大小产生并输出检测结果电平状态信号给分频电路40。
分频电路40电连接于第一电源开关电路10的控制端、第二电源开关电路20的控制端和电压检测电路30之间(图1中由分频电路40和第一电源开关电路10之间的虚线、分频电路40和第二电源开关电路20之间的虚线、分频电路40和电压检测电路30之间的虚线表示)，分频电路40接收电压检测电路30的检测结果电平状态信号并根据该检测结果电平状态信号的变化产生并发出使能信号，以通过第一电源开关电路10的控制端和第二电源开关电路20的控制端控制第一电源开关电路10和第二电源开关电路20中的一个电源开关电路的接通和另一个电源开关电路的关断，其中，分频电路40仅在检测结果电平状态信号由低电平变为高电平的上升沿处改变使能信号的电平状态，而在检测结果电平状态信号由高电平变为低电平的下降沿处不改变使能信号的电平状态。
在可选实施例中，本发明的电源检测切换控制电路还进一步包括输出稳定滤波电路50，输出稳定滤波电路50电连接于第一电源开关电路10、第二电源开关电路20、电压输出端90和接地端GND之间。
在可选实施例中，电压检测电路30产生并输出的检测结果电平状态信号为高低电平信号，可用1、0表示，其中1表示高电平信号，0表示低电平信号，进而，分频电路40根据检测结果电平状态信号的变化所产生使能信号也为高低电平信号，第一电源开关电路10和第二电源开关电路20根据使能信号的高低电平状态来执行通断操作，这种操作可采用MOS管来执行，整体上，相比于现有技术而言，本发明的电路结构更加简洁，并且能够避免主电源和备份电源之间的频繁切换，具体详见后续说明。
图2示出了本发明实施例的电源检测切换控制电路中的第一电源开关电路10的一个具体电路组成结构。参见图2并结合图1所示，第一电源开关电路10包括第一MOS管Q1和第二MOS管Q2。其中，第一MOS管Q1的输入端电连接于主电源100输出端，第一MOS管Q1的输出端电连接于第二MOS管Q2的输入端，第二MOS管Q2的输出端通过电压输出端90(图2中未示出)电连接至用电负载，第一MOS管Q1的控制端和第二MOS管Q2的控制端电连接于分频电路40以接收分频电路40发送来的使能信号，以使得第一MOS管Q1和第二MOS管Q2根据使能信号的电平状态接通或者关断。
图3示出了本发明实施例的电源检测切换控制电路中的第二电源开关电路20的一个具体电路组成结构。参见图3并结合图1所示，第二电源开关电路20包括第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第一反相器D1。其中，第三MOS管Q3的输入端电连接于备份电源200输出端，第三MOS管Q3的输出端电连接于第四MOS管Q4的输入端，第四MOS管Q4的输出端通过电压输出端90(图2中未示出)电连接至用电负载，第三MOS管Q3的控制端和第四MOS管Q4的控制端电连接于第一反相器D1的输出端，第一反相器D1的输入端电连接于分频电路40以接收分频电路40发送来使能信号，以使得使能信号经过第一反相器D1的反向操作变换为反相使能信号施加给第三MOS管Q3的控制端和第四MOS管Q4的控制端，进而第三MOS管Q3和第四MOS管Q4根据反向使能信号的电平状态接通或者关断。
结合图1、图2、图3所示，当接收到使能信号时，由于第二电源开关电路20中的第一反相器D1的存在，使得第二电源开关电路20中的第三MOS管Q3和第四MOS管Q4的通断状态始终与第一电源开关电路10中的第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的通断状态相反，进而实现了通过一个使能信号同时控制电源开关电路的相反的通断操作。
在可选实施例中，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4均为PMOS(Positive channel Metal Oxide Semiconductor，P型金属氧化物半导体)管，第一MOS管Q1的输入端为源极，第一MOS管Q1的输出端为漏极，第二MOS管Q2的输入端为漏极，第二MOS管Q2的输出端为源极，第三MOS管Q3的输入端为源极，第三MOS管Q3的输出端为漏极，第四MOS管Q4的输入端为漏极，第四MOS管Q4的输出端为源极，各个MOS管的控制端均为栅极。第一MOS管Q1和第二MOS管Q2之间漏极对漏极连接以及第三MOS管Q3和第四MOS管Q4之间漏极对漏极连接是因为MOS管中存在一个寄生二极管，使用双MOS管“背靠背”(例如本发明实施例中的漏极对漏极连接)连接可以充分隔离双向电流，实现正反向的完全关断。在优选实施例中，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4的参数相同。在本发明的精神原则下，PMOS管可替换为NMOS(Negative channel Metal Oxide Semiconductor，N型金属氧化物半导体)管，因为NMOS管和PMOS管的性质不尽相同，可根据现有技术在NMOS管的基础上附加相应的功能电路而实现本发明实施例中的各个PMOS管的作用，此处不再赘述。
图4示出了本发明实施例的电源检测切换控制电路中的电压检测电路30的一个具体结构示意图。参见图4并结合图1所示，电压检测电路30包括低压比较电路301、高压比较电路302和或门电路D6。其中，低压比较电路301电连接于电压输出端90，低压比较电路301用于对电压输出端90的电压和低压阈值电压进行比较并输出低压比较结果电平状态。高压比较电路302电连接于电压输出端90，高压比较电路302用于对电压输出端90的电压和高压阈值电压进行比较并输出高压比较结果电平状态。或门电路D6的两个输入端分别电连接于低压比较电路301和高压比较电路302，以对低压比较电路301输出的低压比较结果电平状态和高压比较电路302输出的高压比较结果电平状态进行或操作以生成检测结果电平状态信号。
图5示出了本发明实施例中的电压检测电路30的一个具体电路结构。参见图5、图4并结合图1所示，低压比较电路301包括第一集成运放D3、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。其中，第一集成运放D3的负极输入端电连接于电压输出端90，第一集成运放D3的正极输入端通过第一电阻R1接入Vcc电压，并且第一集成运放D3的正极输入端通过第二电阻R2接地，第一集成运放D3的输出端通过第三电阻R3电连接于其(第一集成运放D3的)正极输入端，并且第一集成运放D3的输出端电连接于或门电路D6的两个输入端中的一个输入端。Vcc电压经由第一电阻R1和第二电阻R2接地，进而在第一电阻R1和第二电阻R2之间产生的电压作为低压阈值电压，可通过对第一电阻R1和/或第二电阻R2的阻值调整而调整低压阈值电压的大小。第一集成运放D3对其正极输入端的电压(低压阈值电压)和负极输入端的电压(电压输出端的电压)进行比较并在其输出端输出低压比较结果电平状态。
继续参见图5、图4并结合图1所示，高压比较电路302包括第二集成运放D4、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第二反相器D5。其中，第二集成运放D4的负极输入端电连接于电压输出端90，第二集成运放D4的正极输入端通过第四电阻R4接入Vcc电压，并且第二集成运放D4的正极输入端通过第五电阻R5接地，第二集成运放D4的输出端通过第六电阻R6电连接于其(第二集成运放D4的)正极输入端，并且第二集成运放D4的输出端电连接于第二反相器D5的输入端。第二反相器D5的输出端电连接于或门电路D6的两个输入端中的另一个输入端。Vcc电压经由第四电阻R4和第五电阻R5接地，进而在第四电阻R4和第五电阻R5之间产生的电压作为高压阈值电压，可通过对第四电阻R4和/或第五电阻R5的阻值调整而调整高压阈值电压的大小。第二集成运放D4对其正极输入端的电压(高压阈值电压)和负极输入端的电压(电压输出端的电压)进行比较并在其输出端输出电平状态，经过第二反相器D5后产生高压比较结果电平状态。
在优选实施例中，第一集成运放D3和第二集成运放D4采用参数、型号相同的集成运放，为了便于调整低压阈值电压和高压阈值电压并保持第一集成运放D3和第二集成运放D4的输入输出参数的相近，保证第一集成运放D3和第二集成运放D4的稳定，第一电阻R1和第四电阻R4的阻值相等，第三电阻R3和第六电阻R6的阻值相等，第二电阻R2的阻值小于第五电阻R5的阻值。另外，由于集成运放工作时需要驱动电源进行驱动，Vcc电压还可同时作为第一集成运放D3和第二集成运放D4的驱动电源而连接至第一集成运放D3和第二集成运放D4的驱动端，第一集成运放D3和第二集成运放D4的接地端接地。在可选实施例中，第一电阻R1和第四电阻R4的阻值为1kΩ，第三电阻R3和第六电阻R6的阻值为100kΩ，第二电阻R2的阻值为1kΩ，第五电阻R5的阻值为1.1kΩ，Vcc电压为5V。
图6示出了本发明实施例中的分频电路40的一个具体电路结构。参见图6并结合图1所示，在可选实施例中，分频电路40包括D触发器D2，其中，D触发器D2的CLK端电连接于电压检测电路30以接收电压检测电路30输出的检测结果电平状态信号，D触发器D2的Q非端与D端电连接，D触发器D2的Q端电连接于第一电源开关电路10的控制端和第二电源开关电路20的控制端。本发明实施例中，在当前在线供电的电源(主电源或者备份电源)出现状况而导致电源输出端的电压出现电压过高或过低的异常使得第一电源开关电路10和第二电源开关电路20的通断操作而切换在线供电的电源后，分频电路40利用D触发器的原理，即使被切换下线的电源的状况消失，也不会立即切换回在线供电状态，而是维持切换后的电源的在线供电，只是根据电源输出端的电压是否再次出现电压过高或过低的异常来进行再次的电源切换，从而不会出现主电源和备份电源之间的频繁切换，保证了电源供电的稳定性。
图7示出了本发明实施例中的输出稳定滤波电路50的一个具体电路结构。参见图7并结合图1所示，在可选实施例中，输出稳定滤波电路50包括电感L1和电容C1。其中，第一电源开关电路10和第二电源开关电路20是通过电感L1电连接于电压输出端90。电容C2电连接于电压输出端90和接地端之间。
在可选实施例中，电压检测电路30输出的检测结果信号还可同时发送给车载MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)以进一步通过MCU进行告警，以提醒电源的异常。
以下，结合各个附图对本发明实施例的电源检测切换控制电路的一个工作过程实施例进行说明。
在初始状态下，主电源100和备份电源200状况均正常，在此情况下使能信号例如保持高电平状态使得第一电源开关电路10导通，第二电源开关电路20关断，主电源100正常输出，电压输出端90的电压在低压阈值电压和高压阈值电压之间的正常电压范围内，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)高于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端为低电平，使得或门电路D6的一个输入端为低电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)低于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端为高电平，进而经过第二反相器D5的反相而输出低电平，使得或门电路D6的另一个输入端也为低电平，由于或门电路D6的两个输入端均为低电平，使得或门电路D6的输出端为低电平，分频电路40的输入端，即D触发器D2的CLK端保持低电平状态，进而D触发器D2的Q端输出的使能信号保持高电平状态不变。
在上述初始状态持续时，由于主电源100突发状况导致电压输出端90的电压低于低压阈值电压，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)低于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端变为高电平，使得或门电路D6的一个输入端变为高电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)仍然低于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端仍然保持为高电平，进而经过第二反相器D5的反相而保持输出低电平，使得或门电路D6的另一个输入端仍然为低电平，由于或门电路D6的两个输入端中的一个变为高电平，使得或门电路D6的输出端由低电平跳变为高电平，分频电路40中的D触发器D2的CLK端由低电平跳变为高电平，进而D触发器D2的Q端输出的使能信号随之由高电平跳变为低电平，从而第一电源开关电路10关断，第二电源开关电路20导通，供电由主电源100切换为备份电源200，使得电压输出端90的电压恢复至低压阈值电压和高压阈值电压之间的正常电压范围内，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)恢复至高于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端变回低电平，使得或门电路D6的一个输入端变回低电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)仍然低于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端仍然为高电平，进而经过第二反相器D5的反相而仍然输出低电平，使得或门电路D6的另一个输入端仍然为低电平，此时由于或门电路D6的两个输入端均为低电平，使得或门电路D6的输出端变回低电平，分频电路40中的D触发器D2的CLK端由高电平变回低电平，而由于D触发器的性质，使得D触发器D2的CLK端由高电平变回低电平时，D触发器D2的Q端输出的使能信号保持之前的状态(低电平)不变，进而在随后的过程中保持第一电源开关电路10的关断状态和第二电源开关电路20的导通状态，此时一直由备份电源200供电，即使主电源100恢复正常也不会切换回主电源100供电，从而避免了电源间频繁切换的问题。
在上述初始状态持续时，由于主电源100突发状况导致电压输出端90的电压高于高压阈值电压，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)仍然高于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端仍然保持低电平，使得或门电路D6的一个输入端保持低电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)变为高于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端变为低电平，进而经过第二反相器D5的反相而变为输出高电平，使得或门电路D6的另一个输入端变为高电平，由于或门电路D6的两个输入端中的一个变为高电平，使得或门电路D6的输出端由低电平跳变为高电平，分频电路40中的D触发器D2的CLK端由低电平跳变为高电平，进而D触发器D2的Q端输出的使能信号随之由高电平跳变为低电平，从而第一电源开关电路10关断，第二电源开关电路20导通，供电由主电源100切换为备份电源200，使得电压输出端90的电压恢复至低压阈值电压和高压阈值电压之间的正常电压范围内，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)仍然高于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端保持低电平，使得或门电路D6的一个输入端保持低电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)恢复至低于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端恢复为高电平，进而经过第二反相器D5的反相而输出低电平，使得或门电路D6的另一个输入端变回低电平，此时由于或门电路D6的两个输入端均为低电平，使得或门电路D6的输出端变回低电平，分频电路40中的D触发器D2的CLK端由高电平变回低电平，而由于D触发器的性质，使得D触发器D2的CLK端由高电平变回低电平时，D触发器D2的Q端输出的使能信号保持之前的状态(低电平)不变，进而在随后的过程中保持第一电源开关电路10的关断状态和第二电源开关电路20的导通状态，此时一直由备份电源200供电，即使主电源100恢复正常也不会切换回主电源100供电，从而避免了电源间频繁切换的问题。
假设在切换到备份电源200供电后，主电源100恢复正常状态，在此后的过程中，由于备份电源200突发状况导致电压输出端90的电压低于低压阈值电压，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)低于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端变为高电平，使得或门电路D6的一个输入端变为高电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)仍然低于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端仍然保持为高电平，进而经过第二反相器D5的反相而保持输出低电平，使得或门电路D6的另一个输入端仍然为低电平，由于或门电路D6的两个输入端中的一个变为高电平，使得或门电路D6的输出端由低电平跳变为高电平，分频电路40中的D触发器D2的CLK端由低电平跳变为高电平，进而D触发器D2的Q端输出的使能信号随之由低电平跳变为高电平，从而第一电源开关电路10导通，第二电源开关电路20关断，供电由备份电源200切换为主电源100，使得电压输出端90的电压恢复至低压阈值电压和高压阈值电压之间的正常电压范围内，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)恢复至高于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端变回低电平，使得或门电路D6的一个输入端变回低电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)仍然低于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端仍然为高电平，进而经过第二反相器D5的反相而仍然输出低电平，使得或门电路D6的另一个输入端仍然为低电平，此时由于或门电路D6的两个输入端均为低电平，使得或门电路D6的输出端变回低电平，分频电路40中的D触发器D2的CLK端由高电平变回低电平，而由于D触发器的性质，使得D触发器D2的CLK端由高电平变回低电平时，D触发器D2的Q端输出的使能信号保持之前的状态(高电平)不变，进而在随后的过程中保持第一电源开关电路10的导通状态和第二电源开关电路20的关断状态，此时一直由主电源100供电，即使备份电源200恢复正常也不会切换到备份电源200供电，从而避免了电源间频繁切换的问题。
另一种情况，假设在切换到备份电源200供电后，主电源100恢复正常状态，在此后的过程中，由于备份电源200突发状况导致电压输出端90的电压高于高压阈值电压，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)仍然高于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端仍然保持低电平，使得或门电路D6的一个输入端保持低电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)变为高于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端变为低电平，进而经过第二反相器D5的反相而变为输出高电平，使得或门电路D6的另一个输入端变为高电平，由于或门电路D6的两个输入端中的一个变为高电平，使得或门电路D6的输出端由低电平跳变为高电平，分频电路40中的D触发器D2的CLK端由低电平跳变为高电平，进而D触发器D2的Q端输出的使能信号随之由低电平跳变为高电平，从而第一电源开关电路10导通，第二电源开关电路20关断，供电由备份电源200切换为主电源100，使得电压输出端90的电压恢复至低压阈值电压和高压阈值电压之间的正常电压范围内，此时，低压比较电路301中的第一集成运放D3因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)仍然高于正极输入端的电压(低压阈值电压)，使得其输出端保持低电平，使得或门电路D6的一个输入端保持低电平，高压比较电路302中的第二集成运放D4因为其负极输入端的电压(电压输出端90的电压)恢复至低于正极输入端的电压(高压阈值电压)，使得其输出端恢复为高电平，进而经过第二反相器D5的反相而输出低电平，使得或门电路D6的另一个输入端变回低电平，此时由于或门电路D6的两个输入端均为低电平，使得或门电路D6的输出端变回低电平，分频电路40中的D触发器D2的CLK端由高电平变回低电平，而由于D触发器的性质，使得D触发器D2的CLK端由高电平变回低电平时，D触发器D2的Q端输出的使能信号保持之前的状态(高电平)不变，进而在随后的过程中保持第一电源开关电路10的导通状态和第二电源开关电路20的关断状态，此时一直由主电源100供电，即使备份电源200恢复正常也不会切换到备份电源200供电，从而避免了电源间频繁切换的问题。
本发明实施例的电源检测切换控制电路中，在接收到同一个使能信号时，第二电源开关电路与第一电源开关电路执行相反的通断操作，实现了利用同一个使能信号执行两个开关电路的相反的操作，相比于两路使能信号分别控制两个电源开关电路来说，一方面由于只有一个使能信号进而简化了简化操作控制，另一方面只需要设计一个使能信号产生电路而并不需要分别设计两个使能信号的产生电路，进而简化了使能信号产生电路的电路结构，为配合一个使能信号执行两个开关电路的相反的操作，在两个电源开关电路中的器件组成结构基本相同，并且在其中一个电源开关电路中仅额外增加了一个反相器来实现两个开关电路的相反的操作，进而相比于分别设计两种结构的开关电路来说，简化了开关电路的设计方案。
本发明实施例的电源检测切换控制电路中，在电压检测电路部分采用两个电压比较电路来分别设定低压阈值电压和高压阈值电压，进而实现了在当前供电电源出现状况而导致电压输出端的电压波动范围超出低压阈值电压和高压阈值电压之间所限定的正常电压范围后，均能够产生关于电压输出端的电压超范围的检测结果信号，相比于现有技术中仅在电压降低过多而控制电源的切换方案而言，由于增加了高压部分的判断，使得本发明实施例的电源检测切换控制电路能够给后级的用电负载带来高压保护方面的安全防护，避免用电负载由于输入电压过大而产生风险。
最重要的，本发明实施例的电源检测切换控制电路中，产生并发送使能信号的分频电路由于采用了D触发器的电路结构，从而利用D触发器的分频特性，在电压检测电路所输出的检测结果信号的上升沿触发使能信号的电平变化以切换第一电源开关电路和第二电源开关电路的通断，当切换完成，电压输出端的电压正常后，电压检测电路输出的检测结果信号恢复低电平时，使能信号的电平仍然保持之前的切换状态，从而避免了使能信号始终随检测结果信号的变化而变化导致的电源间频繁切换的问题。并且，采用D触发器的电路结构设计简单，可降低电路硬件成本。
本发明实施例的电源检测切换控制电路中，还利用由电感和电容组成的稳定滤波电路来确保电压的稳定，让输出的电压不会产生过快的变化，避免电源切换过程中电压过快跌落而导致输出电压变化过大或者输出电压中断。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种电源检测切换控制电路，所述电源检测切换控制电路电连接于主电源和备份电源的电源输出端，其特征在于，所述电源检测切换控制电路包括：
第一电源开关电路，所述第一电源开关电路电连接于主电源输出端并通过电压输出端电连接至用电负载，所述第一电源开关电路根据其控制端所接收的使能信号的电平状态控制所述主电源输出端和所述电压输出端之间的通断；
第二电源开关电路，所述第二电源开关电路电连接于备份电源输出端并通过所述电压输出端电连接至所述用电负载，所述第二电源开关电路根据其控制端所接收的所述使能信号的电平状态控制所述备份电源输出端和所述电压输出端之间的通断，其中，根据所述使能信号的同一个电平状态，所述第二电源开关电路与所述第一电源开关电路执行相反的通断操作；
电压检测电路，所述电压检测电路电连接于所述电压输出端，以采集所述电压输出端的电压并根据所述电压输出端的电压的大小产生并输出检测结果电平状态信号；以及，
分频电路，所述分频电路电连接于所述第一电源开关电路的控制端、所述第二电源开关电路的控制端和所述电压检测电路之间，以接收所述检测结果电平状态信号并根据所述检测结果电平状态信号的变化产生并发出所述使能信号，其中，所述分频电路仅在所述检测结果电平状态信号由低电平变为高电平的上升沿处改变使能信号的电平状态，而在所述检测结果电平状态信号由高电平变为低电平的下降沿处不改变使能信号的电平状态；
其中，所述电压检测电路包括：
低压比较电路，所述低压比较电路电连接于所述电压输出端，用于对所述电压输出端的电压和低压阈值电压进行比较并输出低压比较结果电平状态；
高压比较电路，所述高压比较电路电连接于所述电压输出端，用于对所述电压输出端的电压和高压阈值电压进行比较并输出高压比较结果电平状态；
或门电路，所述或门电路的两个输入端分别电连接于所述低压比较电路和所述高压比较电路，以对所述低压比较结果电平状态和所述高压比较结果电平状态进行或操作以生成所述检测结果电平状态信号；
其中，所述低压比较电路包括第一集成运放、第一电阻、第二电阻和第三电阻；其中，
所述第一集成运放的负极输入端电连接于所述电压输出端，所述第一集成运放的正极输入端通过所述第一电阻接入Vcc电压，并且所述第一集成运放的正极输入端通过第二电阻接地，所述第一集成运放的输出端通过所述第三电阻电连接于其正极输入端，并且所述第一集成运放的输出端电连接于所述或门电路的两个输入端中的一个输入端；
其中，所述高压比较电路包括第二集成运放、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第二反相器；其中，
所述第二集成运放的负极输入端电连接于所述电压输出端，所述第二集成运放的正极输入端通过所述第四电阻接入Vcc电压，并且所述第二集成运放的正极输入端通过第五电阻接地，所述第二集成运放的输出端通过所述第六电阻电连接于其正极输入端，并且所述第二集成运放的输出端电连接于所述第二反相器的输入端；
所述第二反相器的输出端电连接于所述或门电路的两个输入端中的另一个输入端；
其中，所述第一电阻和所述第四电阻的阻值相等，所述第三电阻和所述第六电阻的阻值相等，所述第二电阻的阻值小于所述第五电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的电源检测切换控制电路，其特征在于：
所述第一电源开关电路包括第一MOS管和第二MOS管；其中，
所述第一MOS管的输入端电连接于所述主电源输出端，所述第一MOS管的输出端电连接于所述第二MOS管的输入端，所述第二MOS管的输出端通过所述电压输出端电连接至所述用电负载，所述第一MOS管的控制端和所述第二MOS管的控制端电连接于所述分频电路以接收所述使能信号，以根据所述使能信号的电平状态接通或者关断。
3.根据权利要求1所述的电源检测切换控制电路，其特征在于：
所述第二电源开关电路包括第三MOS管、第四MOS管和第一反相器；其中，
所述第三MOS管的输入端电连接于所述备份电源输出端，所述第三MOS管的输出端电连接于所述第四MOS管的输入端，所述第四MOS管的输出端通过所述电压输出端电连接至所述用电负载，所述第三MOS管的控制端和所述第四MOS管的控制端电连接于所述第一反相器的输出端，所述第一反相器的输入端电连接于所述分频电路以接收所述使能信号，以使得所述使能信号经过所述第一反相器的反向操作变换为反相使能信号，进而所述第三MOS管和所述第四MOS管根据所述反向使能信号的电平状态接通或者关断。
4.根据权利要求1所述的电源检测切换控制电路，其特征在于，所述分频电路包括：
D触发器，所述D触发器的CLK端电连接于所述电压检测电路以接收所述检测结果电平状态信号，所述D触发器的Q非端与D端电连接，所述D触发器的Q端电连接于所述第一电源开关电路的控制端和所述第二电源开关电路的控制端。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电源检测切换控制电路，其特征在于，所述电源检测切换控制电路还包括：
输出稳定滤波电路，所述输出稳定滤波电路电连接于所述第一电源开关电路、所述第二电源开关电路、所述电压输出端和接地端之间。
6.根据权利要求5所述的电源检测切换控制电路，其特征在于：
所述输出稳定滤波电路包括电感和电容；其中，
所述第一电源开关电路和所述第二电源开关电路通过所述电感电连接于所述电压输出端；
所述电容电连接于所述电压输出端和接地端之间。
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