CN112910078A - 一种双直流电源切换电路 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种双直流电源切换电路，该双直流电源切换电路包括：直流稳压电路、第一二极管和第二二极管；直流稳压电路的输入端与提供输入电压的直流输入电源连接，直流稳压电路对输入电压进行稳压变换以持续输出稳定的备用电压；第一二极管的阳极与直流输入电源连接，第二二极管的阳极与直流稳压电路的输出端连接；第一二极管的阴极与第二二极管的阴极并接，作为双直流电源切换电路的输出端；当输入电压正常输入时，输出电压由第一二极管导通输出；当输入电压跌落时，输出电压由第二二极管导通输出。本申请在输入电压跌落后，可自动切换由带有直流稳压电路的备用输出通道来提供输出电压，实现了快速平滑切换，保障了输出电压的持续稳定性。

Description

一种双直流电源切换电路
技术领域
本申请涉及电源技术领域，特别涉及一种双直流电源切换电路。
背景技术
在实际应用中，为保证在输入电压波动或中断的情况下设备能稳定运行(或稳定运行一段时间)，往往需要配置储能与转换装置产生备用电源，以便在输入电压正常的情况下，由输入电压对外供电；在输入电压异常的情况下，由备用电源对外供电。但是，现有技术中的双直流电源切换方案往往无法满足自动快速平滑切换的实际应用需求。
鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。
发明内容
本申请的目的在于提供一种双直流电源切换电路，以便在输入电压跌落后能及时自动地切换输出通路，以便持续输出稳定的直流电压。
为解决上述技术问题，本申请公开了一种双直流电源切换电路，包括：直流稳压电路、第一二极管和第二二极管；
所述直流稳压电路的输入端与用于提供输入电压的直流输入电源连接，所述直流稳压电路用于对所述输入电压进行稳压变换以持续输出稳定的备用电压；
所述第一二极管的阳极与所述直流输入电源连接，所述第二二极管的阳极与所述直流稳压电路的输出端连接；所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极并接，作为所述双直流电源切换电路的输出端；
当所述输入电压正常输入时，所述双直流电源切换电路的输出电压由所述第一二极管导通输出；当所述输入电压跌落时，所述双直流电源切换电路的输出电压由所述第二二极管导通输出。
可选地，所述直流稳压电路包括依次连接的充电管理单元、储能单元、电压变换电路，以及与所述电压变换电路连接的输入检测电路；
与所述直流输入电源连接的所述充电管理单元用于基于所述输入电压对所述储能单元充电；所述电压变换电路用于对所述储能单元的输出电压进行电压变换，并在所述输入检测电路检测到所述输入电压跌落后调整电压变换比例，以持续输出稳定的所述备用电压。
可选地，所述储能单元包括超级电容和/或蓄电池。
可选地，所述电压变换电路包括电感、第一接地MOS管、第三二极管、第二接地电容、电源管理芯片；
所述电感的第一端与所述储能单元连接，所述电感的第二端与所述第一接地MOS管和所述第三二极管的阳极连接；所述电源管理芯片的输出端与所述第一接地MOS管的控制端连接，通过控制所述第一接地MOS管的通断进行升/降压；所述第三二极管的阴极与所述第二接地电容连接，并作为所述电压变换电路的输出端而输出所述备用电压。
可选地，所述电压变换电路还包括分压反馈单元，所述分压反馈单元包括串联的第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻与所述第三二极管的阴极连接，所述第二电阻接地；所述电源管理芯片的反馈端与所述第一电阻和所述第二电阻的公共端连接，用于根据所述备用电压的反馈值控制所述第一接地MOS管的通断进行升/降压。
可选地，所述输入检测电路的输出端与所述第一电阻和所述第二电阻的公共端连接，通过在所述输入电压跌落时改变所述分压反馈单元的分压比例，而使所述电源管理芯片调整对所述第一接地MOS管的通断控制信号，令所述备用电压在所述输入电压跌落前后保持稳定。
可选地，所述输入检测电路包括第三电阻、第四电阻、比较器、驱动单元、第二接地MOS管、第五电阻；
所述第三电阻的第一端与所述直流输入电源连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻连接，所述第四电阻的另一端接地；
所述第三电阻与所述第四电阻的公共端连接至所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端被设置为预设电位，所述比较器的输出端与所述驱动单元连接；所述第二接地MOS管与所述第五电阻串连，所述第五电阻的另一端连接至所述第一电阻与所述第二电阻的公共端；所述驱动单元的输出端连接至所述第二接地MOS管的控制端。
可选地，当所述输入电压正常时，所述比较器的输出令所述驱动单元关断所述第二接地MOS管；当所述输入电压跌落时，所述比较器的输出令所述驱动单元开通所述第二接地MOS管。
可选地，所述第三电阻与所述第四电阻的公共端连接至所述比较器的负输入端，所述比较器的正输入端被设置为所述预设电位，所述第二接地MOS管为NMOS管；
或者，所述第三电阻与所述第四电阻的公共端连接至所述比较器的正输入端，所述比较器的负输入端被设置为所述预设电位，所述第二接地MOS管为PMOS管。
可选地，所述第五电阻的阻值小于所述第二电阻的阻值。
本申请所提供的双直流电源切换电路所具有的有益效果是：本申请设置有通过两个二极管相耦合的输出通道，在直流输入电源提供的输入电压发生跌落后，可自动切换由带有直流稳压电路的备用输出通道来提供输出电压，实现输入电压与备用电压的快速平滑切换，保障了输出电压的持续稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
图1为本申请实施例公开的一种双直流电源切换电路的结构框图；
图2为本申请实施例公开的一种双直流电源切换电路的电路结构图。
具体实施方式
本申请的核心在于提供一种双直流电源切换电路，以便在输入电压跌落后能及时自动地切换输出通路，以便持续输出稳定的直流电压。
为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本申请实施例公开了一种双直流电源切换电路，包括直流稳压电路、第一二极管D1和第二二极管D2；
直流稳压电路的输入端与用于提供输入电压的直流输入电源连接，直流稳压电路用于对输入电压进行稳压变换以持续输出稳定的备用电压；
第一二极管D1的阳极与直流输入电源连接，第二二极管D2的阳极与直流稳压电路的输出端连接；第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极并接，作为双直流电源切换电路的输出端；
当输入电压正常输入时，双直流电源切换电路的输出电压由第一二极管D1导通输出；当输入电压跌落时，双直流电源切换电路的输出电压由第二二极管D2导通输出。
具体地，本申请中双直流电源切换电路的输出电压(Z点电压，记为Vz)由输入电压(X点电压，记为Vx)和备用电压(Y点电压，记为Vy)通过第一二极管D1和第二二极管D2耦合而成。一般，第一二极管D1和第二二极管D2型号相同，其正向导通压降为VF。
如此，如果Vx高于Vy，则第一二极管D1正向偏置、第二二极管D2反向偏置，此时Vz＝Vx-VF；反之，如果Vy高于Vx，则第一二极管D1反向偏置、第二二极管D2正向偏置，此时Vz＝Vy-VF。
其中，作为一个具体实施例，第一二极管D1和第二二极管D2可选用肖特基二极管，因为肖特基二极管的正向导通压降VF较低，可减小输出级功耗。
由此，当直流输入电源所提供的输入电压Vx在正常范围内时，输入电压直接经第一二极管D1输出，此时的输出电压为Vz＝Vx-VF。而当直流输入电源所提供的输入电压发生跌落时，基于直流稳压电路的稳压保持作用，备用电压Vy保持为原值，而并不随着Vx的跌落而跌落。此时电路工作状态自动发生切换，第一二极管D1关断，备用电压Vy经第二二极管D2输出，此时的输出电压为Vz＝Vy-VF。
可见，本申请实施例所公开的双直流电源切换电路，设置有通过两个二极管相耦合的输出通道，在直流输入电源提供的输入电压发生跌落后，可自动切换由带有直流稳压电路的备用输出通道来提供输出电压，实现输入电压与备用电压的快速平滑切换，保障了输出电压的持续稳定性。
参见图2，图2为本申请实施例提供的一种双直流电源切换电路的电路结构图。作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的双直流电源切换电路在上述内容的基础上，直流稳压电路包括依次连接的充电管理单元、储能单元、电压变换电路，以及与电压变换电路连接的输入检测电路；
与直流输入电源连接的充电管理单元用于基于输入电压对储能单元充电；电压变换电路用于对储能单元的输出电压进行电压变换，并在输入检测电路检测到输入电压跌落后调整电压变换比例，以持续输出稳定的备用电压。
其中，储能单元的类型和容量可根据需求而设定。作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的双直流电源切换电路在上述内容的基础上，储能单元可具体为超级电容和/或蓄电池。
具体地，电压变换电路须具有特定的电压变换比例，方能将储能单元的电压转换为设定的备用电压大小。因此，电压变换电路的种类，包括升压电路和/或降压电路，具体可根据储能单元的电压与所设定的备用电压之间的大小关系来设置。
以图2中所示的升压电路为例，在本实施例中，电压变换电路具体包括电感L、第一接地MOS管Q1、第三二极管D3、第二接地电容C2、电源管理芯片IC1；
电感L的第一端与储能单元连接，电感L的第二端与第一接地MOS管Q1和第三二极管D3的阳极连接；电源管理芯片IC1的输出端与第一接地MOS管Q1的控制端连接，通过控制第一接地MOS管Q1的通断进行升/降压；第三二极管D3的阴极与第二接地电容C2连接，并作为电压变换电路的输出端而输出备用电压。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的双直流电源切换电路在上述内容的基础上，电压变换电路还包括分压反馈单元，分压反馈单元包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2；
第一电阻R1与第三二极管D3的阴极连接，第二电阻R2接地；电源管理芯片IC1的反馈端与第一电阻R1和第二电阻R2的公共端连接，用于根据备用电压的反馈值控制第一接地MOS管Q1的通断进行升/降压。
容易理解的是，电源管理芯片IC1所控制的第一接地MOS管Q1的通断信号占空比，将直接影响电压变换电路的电压变换比例。为保障电压变换电路实际能够输出符合设定大小的备用电压值，本实施例采用闭环调节：通过第一电阻R1和第二电阻R2对实际输出的备用电压进行采样分压，并反馈至电源管理芯片IC1的反馈端即FB管脚。当实际输出的备用电压大于或小于设定值时，电源管理芯片IC1便调整用于控制第一接地MOS管Q1通断的PWM波信号的脉宽，直至实际输出的备用电压大小为设定值。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的双直流电源切换电路在上述内容的基础上，输入检测电路的输出端与第一电阻R1和第二电阻R2的公共端连接，通过在输入电压跌落时改变分压反馈单元的分压比例，而使电源管理芯片IC1调整对第一接地MOS管Q1的通断控制信号，令备用电压在输入电压跌落前后保持稳定。
具体地，本实施例具体是在输入电压跌落后通过调整分压反馈单元的分压比例，进而令电源管理芯片IC1自动调整电压变换电路的电压变换比例而实现的备用电压的稳压输出。容易理解的是，当输入电压跌落时，若电压变换电路仍以原来的电压变换比例继续对变小后的输入电压进行比例变换，则此时输出的备用电压大小将也出现跌落情况。故此，本申请在输入电压跌落后利用输入检测电路调整电压变换比例，从而可实现备用电压的稳定输出。
以图2为例，作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的双直流电源切换电路在上述内容的基础上，输入检测电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、比较器A、驱动单元、第二接地MOS管Q2、第五电阻R5；
第三电阻R3的第一端与直流输入电源连接，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4连接，第四电阻R4的另一端接地；
第三电阻R3与第四电阻R4的公共端连接至比较器A的第一输入端，比较器A的第二输入端被设置为预设电位，比较器A的输出端与驱动单元连接；第二接地MOS管Q2与第五电阻R5串连，第五电阻R5的另一端连接至第一电阻R1与第二电阻R2的公共端；驱动单元的输出端连接至第二接地MOS管Q2的控制端。
当输入电压正常时，比较器A的输出令驱动单元关断第二接地MOS管Q2；当输入电压跌落时，比较器A的输出令驱动单元开通第二接地MOS管Q2。
其中，具体地，以图2所示为例，第三电阻R3与第四电阻R4的公共端具体连接至比较器A的负输入端，比较器A的正输入端被设置为预设电位Vref，第二接地MOS管Q2为NMOS管。
或者，也可采用另外一种电路连接结构：第三电阻R3与第四电阻R4的公共端连接至比较器A的正输入端，比较器A的负输入端被设置为预设电位Vref，第二接地MOS管Q2为PMOS管。
以图2为例，输入电压经过R3和R4分压后被输入到比较器A负输入端，与Vref进行比较。如此，双直流电源切换电路的工作过程可包括如下三个情况：
a.当输入电压在正常范围内时，负输入端的电位高于Vref，比较器A输出低电平，通过驱动电路，第二接地MOS管Q2处于截止状态，此时R5下端对地高阻态。此时FB管脚处的电压反馈值为：
Figure BDA0002938326260000071
b.当输入电压跌落或中断时，负输入端的电位低于Vref，比较器A输出高电平，通过驱动电路，第二接地MOS管Q2将导通。忽略MOS管的导通电阻，R5可视为与R2并联。此时FB管脚处的电压反馈值为：
Figure BDA0002938326260000072
由于R2与R5的并联电阻值小于R2，因此VFB2<VFB1，由此，电源管理芯片IC1将认为“当前输出的备用电压过小”，并会自动调整PWM波脉宽即占空比，以便通过增大电压变换比例来维持备用电压和FB管脚处的电压的稳定。
c.当输入电压重新恢复正常时，电源的工作过程额重新恢复到情况a。
需要说明的是，若输出电压的目标值为Vz，则输入电压的最小允许值为Vxmin＝Vz+VF。为了在输入电压正常时即Q2截止时，使D1始终导通而D2反向截止，需要设置合理的相关电阻取值。
同时，相关电阻的取值设置还应当考虑到，应当在输入电压跌落至Vxmin以下、Q2导通时，使Vy的电压值依旧取为Vz+VF以便保障输出电压Vz的稳定。
作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的双直流电源切换电路在上述内容的基础上，第五电阻R5的阻值小于第二电阻R2的阻值。
具体地，由于并联后的等效电阻值小于并联结构中任意电阻的实际阻值，因此，本申请实施例中，可具体选择一个阻值小于第二电阻R2的电阻作为第五电阻R5。
本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双直流电源切换电路，其特征在于，包括：直流稳压电路、第一二极管和第二二极管；
所述直流稳压电路的输入端与用于提供输入电压的直流输入电源连接，所述直流稳压电路用于对所述输入电压进行稳压变换以持续输出稳定的备用电压；
所述第一二极管的阳极与所述直流输入电源连接，所述第二二极管的阳极与所述直流稳压电路的输出端连接；所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极并接，作为所述双直流电源切换电路的输出端；
当所述输入电压正常输入时，所述双直流电源切换电路的输出电压由所述第一二极管导通输出；当所述输入电压跌落时，所述双直流电源切换电路的输出电压由所述第二二极管导通输出。
2.根据权利要求1所述的双直流电源切换电路，其特征在于，所述直流稳压电路包括依次连接的充电管理单元、储能单元、电压变换电路，以及与所述电压变换电路连接的输入检测电路；
与所述直流输入电源连接的所述充电管理单元用于基于所述输入电压对所述储能单元充电；所述电压变换电路用于对所述储能单元的输出电压进行电压变换，并在所述输入检测电路检测到所述输入电压跌落后调整电压变换比例，以持续输出稳定的所述备用电压。
3.根据权利要求2所述的双直流电源切换电路，其特征在于，所述储能单元包括超级电容和/或蓄电池。
4.根据权利要求2所述的双直流电源切换电路，其特征在于，所述电压变换电路包括电感、第一接地MOS管、第三二极管、第二接地电容、电源管理芯片；
所述电感的第一端与所述储能单元连接，所述电感的第二端与所述第一接地MOS管和所述第三二极管的阳极连接；所述电源管理芯片的输出端与所述第一接地MOS管的控制端连接，通过控制所述第一接地MOS管的通断进行升/降压；所述第三二极管的阴极与所述第二接地电容连接，并作为所述电压变换电路的输出端而输出所述备用电压。
5.根据权利要求4所述的双直流电源切换电路，其特征在于，所述电压变换电路还包括分压反馈单元，所述分压反馈单元包括串联的第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻与所述第三二极管的阴极连接，所述第二电阻接地；所述电源管理芯片的反馈端与所述第一电阻和所述第二电阻的公共端连接，用于根据所述备用电压的反馈值控制所述第一接地MOS管的通断进行升/降压。
6.根据权利要求5所述的双直流电源切换电路，其特征在于，所述输入检测电路的输出端与所述第一电阻和所述第二电阻的公共端连接，通过在所述输入电压跌落时改变所述分压反馈单元的分压比例，而使所述电源管理芯片调整对所述第一接地MOS管的通断控制信号，令所述备用电压在所述输入电压跌落前后保持稳定。
7.根据权利要求6所述的双直流电源切换电路，其特征在于，所述输入检测电路包括第三电阻、第四电阻、比较器、驱动单元、第二接地MOS管、第五电阻；
所述第三电阻的第一端与所述直流输入电源连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻连接，所述第四电阻的另一端接地；
所述第三电阻与所述第四电阻的公共端连接至所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端被设置为预设电位，所述比较器的输出端与所述驱动单元连接；所述第二接地MOS管与所述第五电阻串连，所述第五电阻的另一端连接至所述第一电阻与所述第二电阻的公共端；所述驱动单元的输出端连接至所述第二接地MOS管的控制端。
8.根据权利要求7所述的双直流电源切换电路，其特征在于，当所述输入电压正常时，所述比较器的输出令所述驱动单元关断所述第二接地MOS管；当所述输入电压跌落时，所述比较器的输出令所述驱动单元开通所述第二接地MOS管。
9.根据权利要求8所述的双直流电源切换电路，其特征在于，
所述第三电阻与所述第四电阻的公共端连接至所述比较器的负输入端，所述比较器的正输入端被设置为所述预设电位，所述第二接地MOS管为NMOS管；
或者，所述第三电阻与所述第四电阻的公共端连接至所述比较器的正输入端，所述比较器的负输入端被设置为所述预设电位，所述第二接地MOS管为PMOS管。
10.根据权利要求7至9任一项所述的双直流电源切换电路，其特征在于，所述第五电阻的阻值小于所述第二电阻的阻值。
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