CN114256963A - 一种主备电源切换装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种主备电源切换装置及方法，其中，该装置包括：电压比较模块，切换控制模块，第一可控开关模块，第二可控开关模块和磁滞控制模块，电压比较模块用于对主电源与备用电源的电压进行比较；第一可控开关模块与主电源及负载相连接，第二可控开关模块与备用电源及负载相连接；切换控制模块与电压比较模块连接，切换控制模块用于基于电压比较模块的比较结果控制第一可控开关模块和第二可控开关模块的通断；磁滞控制模块与切换控制模块、电压比较模块相连接，切换控制模块通过磁滞控制模块来对电压比较模块进行磁滞控制。通过本发明，解决了相关技术中存在的主备电源切换方案的成本高的问题，达到了降低成本的效果。

Description

一种主备电源切换装置及方法
技术领域
本发明实施例涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种主备电源切换装置及方法。
背景技术
在很多电子产品、电器产品中都有采用双电源供电，以确保产品能够连续可靠运行，下面以车载设备供电为例，车载设备采用汽车蓄电池供电，供电环境复杂，设备供电电源会出现较大波动，为保证车载设备稳定可靠运行，通常会采用主备双电源方案。在主电源因为供电波动而无法提供可靠供电的情况下，设备自动切换至备用电源供电，这就涉及主备电源切换方案。目前，相关技术中有采用专用的主备电源切换控制芯片或其它芯片来实现主备电源切换的，但是，芯片成本较高，不利于车载供电设备的推广应用。
针对相关技术中存在的主备电源切换方案的成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种主备电源切换装置及方法，以至少解决相关技术中存在的主备电源切换方案的成本高的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种主备电源切换装置，包括：电压比较模块，切换控制模块，第一可控开关模块，第二可控开关模块和磁滞控制模块，其中，所述电压比较模块分别与主电源、备用电源相连接，所述电压比较模块用于对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较；所述第一可控开关模块分别与所述主电源及负载相连接，所述第二可控开关模块分别与所述备用电源及所述负载相连接；所述切换控制模块与所述电压比较模块连接，并与所述第一可控开关模块、所述第二可控开关模块相连接，所述切换控制模块用于基于所述电压比较模块的比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断；所述磁滞控制模块分别与所述切换控制模块、所述电压比较模块相连接，所述切换控制模块通过所述磁滞控制模块来对所述电压比较模块进行磁滞控制。
在一个示例性实施例中，所述电压比较模块的第一输入端被配置为与所述主电源相连接，所述电压比较模块的第二输入端被配置为与所述备用电源相连接；所述第一可控开关模块的第一输入端被配置为与所述主电源相连接，所述第二可控开关模块的第一输入端被配置为与所述备用电源相连接；所述电压比较模块的第一输出端与所述切换控制模块的第一输入端相连接，所述切换控制模块的第一输出端与所述第一可控开关模块的第二输入端相连接，所述切换控制模块的第二输出端与所述第二可控开关模块的第二输入端相连接；所述第一可控开关模块的输出端被配置为与所述负载相连接，所述第二可控开关模块的输出端被配置为与所述负载相连接；所述磁滞控制模块的输入端与所述切换控制模块的第二输出端相连接，且所述磁滞控制模块的第一输出端、第二输出端分别与所述电压比较模块的第三输入端、第四输入端相连接。
在一个示例性实施例中，所述切换控制模块用于在所述电压比较模块的比较结果满足第一目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于导通状态，及控制所述第二可控开关模块处于关断状态；所述切换控制模块用于在所述比较结果满足第二目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于关断状态，及控制所述第二可控开关模块的处于导通状态。
在一个示例性实施例中，包括以下至少之一：所述第一目标条件包括所述主电源的电压值大于所述备用电源的电压值；所述第二目标条件包括所述备用电源的电压值与所述主电源的电压值之差大于预设阈值。
在一个示例性实施例中，所述预设阈值包括：所述磁滞控制模块所提供的磁滞电压。
在一个示例性实施例中，所述电压比较模块包括：三极管对管、第一三极管，其中，所述三极管对管中包括的第一子三极管的发射极与所述主电源相连接，所述三极管对管中包括的第二子三极管的发射极与所述备用电源相连接；所述第一子三极管的集电极通过第一电阻与所述第一三极管的基极相连接，所述第二子三极管的集电极与所述第一三极管的发射极相连接，且所述第二子三极管的集电极通过第一电容与所述第一三极管的基极相连接；所述第一三极管的集电极与所述切换控制模块的第一输入端相连接。
在一个示例性实施例中，所述第一子三极管的基极与所述磁滞控制模块的第一输出端相连接，所述第二子三极管的基极与所述磁滞控制模块的第二输出端相连接，并且，所述第一子三极管的基极与所述第二子三极管的基极通过第二电阻连接。
在一个示例性实施例中，所述磁滞控制模块包括MOS管，其中，所述MOS管的源电极和漏电极分别与所述第二电阻的两端相连接。
在一个示例性实施例中，所述切换控制模块包括：第二三极管、第三三极管，其中，所述第二三极管的基极通过第三电阻与所述电压比较模块的第一输出端相连接，所述第二三极管的发射极被配置为接地，所述第二三极管的集电极通过第四电阻与所述第二可控开关模块的第二输入端及所述磁滞控制模块的输入端相连接；所述第三三极管的发射极被配置为与所述负载连接，所述第三三极管的集电极通过第五电阻与所述第一可控开关模块的第二输入端相连接。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种主备电源切换方法，应用于上述任一项所述的装置中，包括：由所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较，以得到比较结果，其中，所述比较结果用于指示所述主电源的电压与所述备用电源的电压之间的数值关系；由所述切换控制模块基于所述比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断。
在一个示例性实施例中，所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较包括：由所述切换控制模块通过所述磁滞控制模块对所述电压比较模块进行磁滞控制，以形成磁滞电压；所述电压比较模块基于所述磁滞电压对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较。
在一个示例性实施例中，由所述切换控制模块基于所述比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断包括：所述切换控制模块在确定所述比较结果满足第一目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于导通状态，以及控制所述第二可控开关模块处于关断状态；所述切换控制模块在确定所述比较结果满足第二目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于关断状态，以及控制所述第二可控开关模块处于导通状态。
在一个示例性实施例中，包括以下至少之一：所述第一目标条件包括所述主电源的电压值大于所述备用电源的电压值；所述第二目标条件包括所述备用电源的电压值与所述主电源的电压值之差大于预设阈值。
在一个示例性实施例中，所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较，以得到比较结果，包括：在所述磁滞电压为零的情况下,所述电压比较模块对所述主电源的电压与所述备用电源的电压进行比较，以得到第一比较结果；在所述磁滞电压为非零的情况下,所述电压比较模块将所述主电源的电压及所述磁滞电压之和与所述备用电源的电压进行比较，以得到第二比较结果。
通过本发明，电压比较模块分别与主电源、备用电源相连接，并对主电源与备用电源的电压进行比较，第一可控开关模块连接于主电源与负载之间，第二可控开关模块连接于备用电源与负载之间，切换控制模块与电压比较模块连接，切换控制模块基于电压比较模块的比较结果控制第一可控开关模块和第二可控开关模块的通断，从而实现由主电源或备用电源给负载供电的目的，避免了相关技术中采用专用控制芯片而导致成本高的问题，因此，解决了相关技术中存在的主备电源切换方案的成本高的问题，达到了降低成本的效果，同时，切换控制模块还通过磁滞控制模块来对电压比较模块进行磁滞控制，达到了防止主电源和备用电源的电压几乎相等的情况下供电状态在主电源、备用电源之间频繁切换的效果。
附图说明
图1是相关技术中主备电源切换方案示例图一；
图2是相关技术中主备电源切换方案示例图二；
图3是相关技术中主备电源切换方案示例图三；
图4是本发明实施例的主备电源切换装置的结构框图；
图5是根据本发明实施例的主备电源切换方案工作状态示意图；
图6是根据本发明具体实施例的主备电源切换电路示例图；
图7是根据本发明具体实施例的电压比较模块电路原理图；
图8是根据本发明具体实施例的主备电源电压关系示意图；
图9是根据本发明实施例的主备电源切换方法的流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在相关技术中，有采用专用主备电源切换控制芯片控制功率晶体管实现主备电源的切换，图1是相关技术中主备电源切换方案示例图一，该方案的主要缺点在于专用主备电源切换控制芯片的成本较高；还有通过采用电源监视芯片来控制功率晶体管实现主备电源的切换，如图2所示，图2是相关技术中主备电源切换方案示例图二，该方案的主要缺点是采用电源监测芯片实现主备电源切换，而电源监视芯片本身需要较为稳定的工作电压，需要额外设计一个电源监视芯片供电方案，导致整个方案较为繁杂；此外，相关技术中还有采用二极管合路实现主备电源自动切换的方案，如图3所示，图3是相关技术中主备电源切换方案示例图三，该方案的主要缺点是二极管有压降，导致该设计无法用在大功率场合，或者对供电路径压降敏感的场合。针对相关技术中存在的上述问题，本发明实施例提出一种简单且成本低廉的方案实现主备电源切换，以下结合附图对本发明实施例进行说明。
在本实施例中提供了一种主备电源切换装置，图4是本发明实施例的主备电源切换装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：电压比较模块402，切换控制模块404，第一可控开关模块406(即图4中的可控开关模块1)，第二可控开关模块408(即图4中的可控开关模块2)和磁滞控制模块410，其中，所述电压比较模块分别与主电源、备用电源相连接，所述电压比较模块用于对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较；所述第一可控开关模块分别与所述主电源及负载相连接，所述第二可控开关模块分别与所述备用电源及所述负载相连接；所述切换控制模块与所述电压比较模块连接，并与所述第一可控开关模块、所述第二可控开关模块相连接，所述切换控制模块用于基于所述电压比较模块的比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断；所述磁滞控制模块分别与所述切换控制模块、所述电压比较模块相连接，所述切换控制模块通过所述磁滞控制模块来对所述电压比较模块进行磁滞控制。
通过上述装置，电压比较模块分别与主电源、备用电源相连接，并对主电源与备用电源的电压进行比较，第一可控开关模块连接于主电源与负载之间，第二可控开关模块连接于备用电源与负载之间，切换控制模块与电压比较模块连接，切换控制模块基于电压比较模块的比较结果控制第一可控开关模块和第二可控开关模块的通断，从而实现由主电源或备用电源给负载供电的目的，避免了相关技术中采用专用控制芯片而导致成本高的问题，因此，解决了相关技术中存在的主备电源切换方案的成本高的问题，达到了降低成本的效果，同时，切换控制模块还通过磁滞控制模块来对电压比较模块进行磁滞控制，达到了防止主电源和备用电源的电压几乎相等的情况下供电状态在主电源、备用电源之间频繁切换的效果。
其中，上述装置可应用于电子产品、电器产品中，例如车载设备，例如利用上述装置对车载电子产品进行双电源供电，但不限于此。下面以上述装置应用于车载设备为例(仅是一种示例性说明，在实际应用中还可以是应用于其他的设备或模块中)进行说明：
在上述实施例中，上述装置中的电压比较模块可分别与车载设备的主电源、备用电源连接，例如，主电源可以是汽车电瓶，备用电源可以是备用电池，或其它备用电源，该电压比较模块用于对主电源与备用电源的电压进行比较，上述装置中的第一可控开关模块分别与主电源及负载相连接，第二可控开关模块分别与备用电源及负载相连接，即第一可控开关模块连接于主电源与负载之间，而第二可控开关模块连接于备用电源与负载之间；上述装置中的切换控制模块与电压比较模块连接，并与第一可控开关模块、第二可控开关模块也相连接，且由切换控制模块根据电压比较模块的比较结果来控制第一可控开关模块和第二可控开关模块的通断，从而控制由主电源或备用电源给负载供电，实现由主电源或备用电源给负载供电的目的，该装置中并未采用专用控制芯片，避免了相关技术中因采用专用控制芯片而导致成本高的问题，因此，解决了相关技术中存在的主备电源切换方案的成本高的问题，达到了降低成本的效果；此外，上述装置中还包括磁滞控制模块，切换控制模块还可通过磁滞控制模块来对电压比较模块进行磁滞控制，达到了防止主电源和备用电源的电压几乎相等的情况下供电状态在主电源、备用电源之间频繁切换的效果。
在上述装置中，电压比较模块用于比较主电源和备用电源的电压，并将比较结果输出至切换控制模块。切换控制模块根据电压比较模块的输出结果控制可控开关模块1和可控开关模块2的导通和关断。同时，切换控制模块通过磁滞控制模块来对电压比较模块进行磁滞控制。
在一个可选的实施例中，所述电压比较模块的第一输入端被配置为与所述主电源相连接，所述电压比较模块的第二输入端被配置为与所述备用电源相连接；所述第一可控开关模块的第一输入端被配置为与所述主电源相连接，所述第二可控开关模块的第一输入端被配置为与所述备用电源相连接；所述电压比较模块的第一输出端与所述切换控制模块的第一输入端相连接，所述切换控制模块的第一输出端与所述第一可控开关模块的第二输入端相连接，所述切换控制模块的第二输出端与所述第二可控开关模块的第二输入端相连接；所述第一可控开关模块的输出端被配置为与所述负载相连接，所述第二可控开关模块的输出端被配置为与所述负载相连接；所述磁滞控制模块的输入端与所述切换控制模块的第二输出端相连接，且所述磁滞控制模块的第一输出端、第二输出端分别与所述电压比较模块的第三输入端、第四输入端相连接。在本实施例中，电压比较模块的第一输入端、第二输入端分别与主电源、备用电源相连接，以实现对主电源与备用电压的电压进行比较的目的，切换控制模块的第一输入端与电压比较模块的第一输出端，在实际应用中，可基于电压比较模块的第一输出端的输出情况得出电压比较模块的电压比较结果，切换控制模块的第一输出端、第二输出端则分别与第一可控开关模块的第二输入端、第二可控开关模块的第二输入端相连接，从而可以实现由切换控制模块基于电压比较模块的比较结果来控制第一可控开关模块和第二可控开关模块的通断，在实际应用中，通常第一可控开关模块和第二可控开关模块中其中一个是导通的，另一个是关断的，这样即可实现由主电源或备用电源给负载供电的目的；此外，磁滞控制模块的输入端与切换控制模块的第二输出端相连接，而磁滞控制模块的第一输出端、第二输出端分别与电压比较模块的第三输入端、第四输入端相连接，即切换控制模块通过磁滞控制模块来对电压比较模块进行磁滞控制，例如，主电源和备用电源中的其中一个电源的电压超出另一个电源的电压一定数值(如超出0.2V，或0.3V，或其它值)以后再进行电源切换，从而避免了当主电源和备用电源的电压几乎相等的情况下，供电状态在主、备用电源之间频繁切换的问题。
在一个可选的实施例中，所述切换控制模块用于在所述电压比较模块的比较结果满足第一目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于导通状态，及控制所述第二可控开关模块处于关断状态；所述切换控制模块用于在所述比较结果满足第二目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于关断状态，及控制所述第二可控开关模块的处于导通状态。在本实施例中，当电压比较模块的比较结果满足第一目标条件时，第一可控开关模块导通、第二可控开关模块关断，即由主电源给负载供电，当电压比较模块的比较结果满足第二目标条件时，第一可控开关模块关断、第二可控开关模块导通，即由备用电源给负载供电。通过本实施例，实现了由切换控制模块基于电压比较模块的比较结果来控制第一可控开关模块和第二可控开关模块的通断的目的。
在一个可选的实施例中，包括以下至少之一：所述第一目标条件包括所述主电源的电压值大于所述备用电源的电压值；所述第二目标条件包括所述备用电源的电压值与所述主电源的电压值之差大于预设阈值。在本实施例中，例如，第一目标条件为主电源的电压值大于备用电源的电压值，此时，切换控制模块控制第一可控开关模块处于导通状态，及控制第二可控开关模块处于关断状态，即由主电源通过第一可控开关模块给负载供电；例如，第二目标条件为备用电源的电压值与主电源的电压值之差大于预设阈值(如0.2V或0.3V或其它值)，此时，切换控制模块控制第一可控开关模块处于关断状态，及控制第二可控开关模块处于导通状态，即由备用电源通过第一可控开关模块给负载供电；可选地，也可设置为第一目标条件为备用电源的电压大于主电源的电压，而第二目标条件为主电源的电压值与备用电源的电压值之差大于预设阈值。通过本实施例，通过设置主电源和备用电源的电压值满足不同的条件来实现切换主电源或备用电源给负载供电的目的。
在一个可选的实施例中，所述预设阈值包括：所述磁滞控制模块所提供的磁滞电压。在本实施例中，可通过磁滞控制模块提供磁滞电压，磁滞控制模块与电压比较模块相连接，例如，磁滞控制模块与电压比较模块的某个元件或部分电路连接，通过磁滞控制模块可控制该元件或该部分电路处于短路状态，或处于通电状态，当该元件或该部分电路处于通电状态时，该元件或该部分电路在电压比较模块的电路中将产生电压，此时将会形成磁滞电压，当该元件或该部分电路处于短路状态时，该元件或该部分电路在电压比较模块的电路中将不产生电压。通过本实施例，通过磁滞控制模块实现产生磁滞电压的目的，进而避免了当主电源和备用电源的电压几乎相等的情况下，供电状态在主、备用电源之间频繁切换的问题。
在一个可选的实施例中，所述电压比较模块包括：三极管对管、第一三极管，其中，所述三极管对管中包括的第一子三极管的发射极与所述主电源相连接，所述三极管对管中包括的第二子三极管的发射极与所述备用电源相连接；所述第一子三极管的集电极通过第一电阻与所述第一三极管的基极相连接，所述第二子三极管的集电极与所述第一三极管的发射极相连接，且所述第二子三极管的集电极通过第一电容与所述第一三极管的基极相连接；所述第一三极管的集电极与所述切换控制模块的第一输入端相连接。在本实施例中，通过三极管对管(例如双PNP对管)、第一三极管(如PNP三极管)及其它阻容元件构成的电路模块，以实现对主电源电压与备用电源电压进行比较的目的，还可通过第一三极管的集电极得出比较结果，而且切换控制模块也可以基于第一三极管的集电极得出该比较结果，可选地，上述三极管对管也可采用两个独立的PNP三极管，或者采用双NPN对管，在实际应用中，上述第一三极管还可替换为PMOS管。通过本实施例，实现了对主电源和备用电源的电压进行比较的目的，同时还可实现将比较结果传输给切换控制模块的目的。
在一个可选的实施例中，所述第一子三极管的基极与所述磁滞控制模块的第一输出端相连接，所述第二子三极管的基极与所述磁滞控制模块的第二输出端相连接，并且，所述第一子三极管的基极与所述第二子三极管的基极通过第二电阻连接。在本实施例中，在第一子三极管的基极与第二子三极管的基极之间连接第二电阻，以及将磁滞控制模块的第一输出端、第二输出端也连接与上述第一子三极管的基极与第二子三极管的基极之间，即磁滞控制模块的第一输出端、第二输出端与第二电阻的两端连接，通过本实施例，实现了通过磁滞控制模块对电压比较模块进行磁滞控制的目的。
在一个可选的实施例中，所述磁滞控制模块包括MOS管，其中，所述MOS管的源电极和漏电极分别与所述第二电阻的两端相连接。在本实施例中，当MOS管处于导通状态时，第二电阻将被短路，而当MOS管处于关断状态时，第二电阻将产生电压，即通过磁滞控制模块自身的通断状态可控制该第二电阻处于短路状态或通电产生电压状态，进而可控制电压比较模块中产生磁滞电压，可选地，上述MOS管可选用PMOS管，或者NMOS管。
在一个可选的实施例中，所述切换控制模块包括：第二三极管、第三三极管，其中，所述第二三极管的基极通过第三电阻与所述电压比较模块的第一输出端相连接，所述第二三极管的发射极被配置为接地，所述第二三极管的集电极通过第四电阻与所述第二可控开关模块的第二输入端及所述磁滞控制模块的输入端相连接；所述第三三极管的发射极被配置为与所述负载连接，所述第三三极管的集电极通过第五电阻与所述第一可控开关模块的第二输入端相连接。在本实施例中，电压比较模块通过内部包括的第二三极管、第三三极管实现对第二可控开关模块、第一可控开关模块进行控制的目的。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。下面结合实施例对本发明进行具体说明：
图5是根据本发明实施例的主备电源切换方案工作状态示意图，如图5所示，在主电源供电时，如果备用电源大于主电源+磁滞电压时，切换至备用电源供电；在备用电源供电时，如果主电源大于备用电源时，切换至主电源供电。磁滞电压作用是防止主电源和备用电源电压几乎相等时，供电状态在主备电源之间频繁切换。
图6是根据本发明具体实施例的主备电源切换电路示例图，如图6所示，功能模块1为电压比较模块，功能模块2为切换控制模块，功能模块3为磁滞控制模块，功能模块4和5为可控开关模块(分别对应于前述第二可控开关模块、第一可控开关模块)。以下是对图6中的主备电源切换电路及原理进行说明：
电压比较模块由双PNP对管Q1(对应于前述三极管对管)、PNP三极管Q3(对应于前述第一三极管)、以及若干阻容构成。其中，R1、C2、R15、C5、C3为非必要组件，Q3可以更换为P沟道MOS管，Q1可以更换为两个独立PNP三极管。
Q1A(对应于前述第二子三极管)和Q1B(对应于前述第一子三极管)特殊的连接方式构成了一种独特的电压比较器，该比较器具有电压迟滞功能。同时，Q1A和Q1B采用对称的连接方式，形成补偿的作用，可以最大限度减少温度变化、Vce、Ic电流变化引起的Vbe变化对电压比较精度的影响。
当备用电源电压<主电源电压-磁滞电压时，Q1B导通，Q1A关断，Q1的3脚为主电源电压，Q1的6脚为0V电压，故Q3不导通，Q3的3脚(对应于前述电压比较模块的第一输出端)为0V电压。
当主电源电压-磁滞电压<备用电源<主电源+磁滞电压时，Q1B导通，Q1A导通，Q1的3脚为主电源电压，Q1的6脚为备用电源电压。如果主电源电压>备用电源电压，Q3不导通，Q3的3脚为0V电压；如果主电源电压<备用电源电压，Q3导通，Q3的3脚为备用电源电压。
当备用电源电压>主电源+磁滞电压时，Q1B不导通，Q1A导通，Q1的3脚为0V电压，Q1的6脚为备用电源电压，Q3导通，Q3的3脚为备用电源电压。
切换控制模块由PNP三极管Q2(对应于前述第三三极管)、NPN三极管Q4(对应于前述第二三极管)以及若干阻容部件构成，其中R5为非必要组件，Q2可以替换成P沟道MOS管，Q4可以替换成N沟通MOS管。
当电压比较模块输出0V电压时，Q4不导通，Q2亦不导通，进而控制功能模块4不导通，功能模块5导通，负载电源由主电源提供；
当电压比较模块输出较高电压时，Q4导通，Q2亦导通，进而控制功能模块4导通，功能模块5不导通，负载电源由备用电源提供；
需要说明的是，切换控制模块具备死区控制功能，即保证功能模块4和功能模块5不会同时导通。
特别地，在切换过程中，功能模块4和功能模块5都处于关断状态的这个死区时间内，由功能模块4和5的二极管或者寄生二极管构成的二极管合路电路保证负载电源的供电不会中断，从而实现无缝隙切换。
本实施例中的功能模块3为磁滞控制模块，实施例中的M2(对应于前述磁滞控制模块中包括的MOS管)只是本方案的实施实例之一，主要原理是用于短接电阻R7(对应于前述第二电阻)，任何其他能实现R7短接功能的实施方式均在本发明的保护范围之内。
本实施例中的功能模块4和5为可控开关模块，实施实例中的M1(对应于前述第二可控开关模块)和M3(对应于前述第一可控开关模块)只是本实施方案的实施实例之一，本方案中的可控开关模块具备基本特征是，具备一个二极管合路结构以及2个可控完全导通路径，在2个可控完全导通路径都关断时，由二极管合路结构为负载电源供电；二极管可以是独立的二极管器件，也可以其他器件寄生的具备二极管功能的结构，如MOS管的体二极管。任何具备如上特征的实施方式均在本专利的保护范围之内。
在上述实施例中，电压比较模块是本电源切换方案得以实现的基础，电压比较模块采用独创的电路构造，仅采用3个晶体管即实现了精准的电压比较功能，同时还具备磁滞功能，是本方案的核心。下面结合图7进一步对电压比较模块的电路原理进行详细说明，图7是根据本发明具体实施例的电压比较模块电路原理图。
电压比较模块最小要素构成如图7所示，包含PNP三极管Q1A、PNP三极管Q1B、电阻R3、R14、R7、R6、R9，，此外M2为磁滞控制组件(对应于前述磁滞控制模块)。
V1、V2和C为该电路的输入端口，A和B为该电路的输出端口。
A和B输出状态与Q1A和Q1B的导通状态相关，真值表如下面表1所示。
表1
Q1A导通状态 Q1B导通状态 A点电平状态 B点电平状态
状态1 关断 关断 0V 0V
状态2 导通 关断 V1 0V
状态3 导通 导通 V1 V2
状态4 关断 导通 0V V2
本实施例中，为取得A点和B点最大电平变化，故采用状态2和状态4作为本比较电路的两种状态。
接下来将详细分析Q1A和Q1B导通状态与V1和V2的关系。
由于Q1A和Q1B采用对管，故Q1A和Q1B的Vbe基本相同。
Q1A的导通条件为：V1-VD(D点的电压)＞Vbe；Q1A的关断条件为：V1-VD<Vbe。
Q1B的导通条件为：V2-VE(E点的电压)>Vbe；Q1B的关断条件为：V1-VE<Vbe。
当C点电压为较高电压M2不导通时。
当电路处于状态2时，Q1A导通，Q1B关断，则：
Figure BDA0003418320680000141
由此可以推算出：
Figure BDA0003418320680000142
由上述公式可以看出，当处于状态2时，V1需要比V2大
Figure BDA0003418320680000143
当电路处于状态4时，Q1B导通，Q1A关断，则：
Figure BDA0003418320680000151
由此可以推算出：
Figure BDA0003418320680000152
由上述公式可以看出，当处于状态4时，V2需要比V1大
Figure BDA0003418320680000155
当C点电压为较低电压M2导通时，R7被M2短接，故等效阻值为0欧姆。
当电路处于状态2时，Q1A导通，Q1B关断，根据前述公式(1)得出：
V1>V2，公式(3)；
当电路处于状态4时，Q1B导通，Q1A关断，根据前述公式(2)得出：
V2>V1，公式(4)。
由于A、B点电压通过Q3的比较输出(Q3的3脚)，所以考虑Q3输出状态，真值表如下面表2所示：
表2
Figure BDA0003418320680000154
由于M2导通和关断受Q3输出控制，因此考虑M2导通状态的真值表如下面表3所示：
表3
Figure BDA0003418320680000161
由于Q1A和Q1B的导通状态受V1(备用电源)和V2(主电源)电压大小控制，现在考虑从状态4到状态2以及状态2到状态4切换，V1(备用电源)和V2(主电源)电压关系如图8所示，图8是根据本发明具体实施例的主备电源电压关系示意图。
假设t0时刻
Figure BDA0003418320680000162
则比较电路处于状态4，此时Q3关断，Q3的3脚输出为0V，M2处于关断状态。
假设t0-t1时刻，V2电压开始下降，在t1时刻
Figure BDA0003418320680000163
则比较电路进入状态3。此时V2>V1-Vbe，Q3关断，Q3的3脚输出为0V，M2处于关断状态。
t1-t2时刻，V2持续下降，在t2时刻
Figure BDA0003418320680000164
(需要通过合理取电阻值保证V2>V1-Vbe)则比较电路进入状态2，Q3导通，Q3的3脚输出为V1，M2进入导通状态。一旦M2导通，则比较电路保持在状态2的条件变为V2<V1，由于此时
Figure BDA0003418320680000171
因此V2<V1这个条件更加可以满足。
假设t2-t3时刻，V2开始上升，当V2>V1时，比较电路进入状态4，Q3关断，Q3的3脚输出为0V，M2开始关断。一旦M2关断，则比较电路可能进入状态3，但此时V2肯定是大于V1-Vbe的，因此Q3还是关断，Q3的3脚输出状态不变，保持为0V。
由此也可以看出，比较电路的磁滞电压为：
Figure BDA0003418320680000172
由于Vbe相比于V1较小，因此该磁滞电压受Vbe影响很小，也就是说该磁滞电压受温度影响很小。同时，也可以看出，通过调整R7和R14的比值，就可以调整磁滞电压大小。
需要说明的是，在上述实施例中，采用简单的分离器件即可完成精准的电压比较功能，成本低廉；主备电源切换方案本身无需额外稳定的供电电压，整个方案实施简单；而且，只有短暂的死区时间内采用二极管合路方式为负载供电，除此之外均为低阻抗路径为负载供电，可以适用与大电流以及对供电压降敏感的场合；通过本发明实施例，采用两个对称PNP三极管构成电压比较结构，具备温度、电压、电流补偿以及电压磁滞功能；而且本实施例的方案具备死区时间控制的切换控制电路结构，可用于防止主备电源之间发生倒灌现象；同时，可控开关模块具备二极管合路结构，在切换死区时间内用二极管合路结构为负载提供电源，从而保证给负载的供电不会中断。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
在本实施例中还提供了一种主备电源切换方法，应用于前述任一项所述的装置中，图9是根据本发明实施例的主备电源切换方法的流程图，如图9所示，该方法包括以下步骤：
步骤902，由所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较，以得到比较结果，其中，所述比较结果用于指示所述主电源的电压与所述备用电源的电压之间的数值关系；
步骤904，由所述切换控制模块基于所述比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断。
在一个可选的实施例中，所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较包括：由所述切换控制模块通过所述磁滞控制模块对所述电压比较模块进行磁滞控制，以形成磁滞电压；所述电压比较模块基于所述磁滞电压对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较。
在一个可选的实施例中，由所述切换控制模块基于所述比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断包括：所述切换控制模块在确定所述比较结果满足第一目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于导通状态，以及控制所述第二可控开关模块处于关断状态；所述切换控制模块在确定所述比较结果满足第二目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于关断状态，以及控制所述第二可控开关模块处于导通状态。
在一个可选的实施例中，包括以下至少之一：所述第一目标条件包括所述主电源的电压值大于所述备用电源的电压值；所述第二目标条件包括所述备用电源的电压值与所述主电源的电压值之差大于预设阈值。
在一个可选的实施例中，所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较，以得到比较结果，包括：在所述磁滞电压为零的情况下,所述电压比较模块对所述主电源的电压与所述备用电源的电压进行比较，以得到第一比较结果；在所述磁滞电压为非零的情况下,所述电压比较模块将所述主电源的电压及所述磁滞电压之和与所述备用电源的电压进行比较，以得到第二比较结果。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在一个示例性实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在一个示例性实施例中，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及示例性实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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 (14)

1.一种主备电源切换装置，其特征在于，包括：
电压比较模块，切换控制模块，第一可控开关模块，第二可控开关模块和磁滞控制模块，其中，
所述电压比较模块分别与主电源、备用电源相连接，所述电压比较模块用于对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较；
所述第一可控开关模块分别与所述主电源及负载相连接，所述第二可控开关模块分别与所述备用电源及所述负载相连接；
所述切换控制模块与所述电压比较模块连接，并与所述第一可控开关模块、所述第二可控开关模块相连接，所述切换控制模块用于基于所述电压比较模块的比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断；
所述磁滞控制模块分别与所述切换控制模块、所述电压比较模块相连接，所述切换控制模块通过所述磁滞控制模块来对所述电压比较模块进行磁滞控制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述电压比较模块的第一输入端被配置为与所述主电源相连接，所述电压比较模块的第二输入端被配置为与所述备用电源相连接；
所述第一可控开关模块的第一输入端被配置为与所述主电源相连接，所述第二可控开关模块的第一输入端被配置为与所述备用电源相连接；
所述电压比较模块的第一输出端与所述切换控制模块的第一输入端相连接，所述切换控制模块的第一输出端与所述第一可控开关模块的第二输入端相连接，所述切换控制模块的第二输出端与所述第二可控开关模块的第二输入端相连接；
所述第一可控开关模块的输出端被配置为与所述负载相连接，所述第二可控开关模块的输出端被配置为与所述负载相连接；
所述磁滞控制模块的输入端与所述切换控制模块的第二输出端相连接，且所述磁滞控制模块的第一输出端、第二输出端分别与所述电压比较模块的第三输入端、第四输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述切换控制模块用于在所述电压比较模块的比较结果满足第一目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于导通状态，及控制所述第二可控开关模块处于关断状态；
所述切换控制模块用于在所述比较结果满足第二目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于关断状态，及控制所述第二可控开关模块的处于导通状态。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，包括以下至少之一：
所述第一目标条件包括所述主电源的电压值大于所述备用电源的电压值；
所述第二目标条件包括所述备用电源的电压值与所述主电源的电压值之差大于预设阈值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述预设阈值包括：
所述磁滞控制模块所提供的磁滞电压。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电压比较模块包括：三极管对管、第一三极管，其中，
所述三极管对管中包括的第一子三极管的发射极与所述主电源相连接，所述三极管对管中包括的第二子三极管的发射极与所述备用电源相连接；
所述第一子三极管的集电极通过第一电阻与所述第一三极管的基极相连接，所述第二子三极管的集电极与所述第一三极管的发射极相连接，且所述第二子三极管的集电极通过第一电容与所述第一三极管的基极相连接；
所述第一三极管的集电极与所述切换控制模块的第一输入端相连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第一子三极管的基极与所述磁滞控制模块的第一输出端相连接，所述第二子三极管的基极与所述磁滞控制模块的第二输出端相连接，并且，所述第一子三极管的基极与所述第二子三极管的基极通过第二电阻连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述磁滞控制模块包括MOS管，其中，所述MOS管的源电极和漏电极分别与所述第二电阻的两端相连接。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述切换控制模块包括：第二三极管、第三三极管，其中，
所述第二三极管的基极通过第三电阻与所述电压比较模块的第一输出端相连接，所述第二三极管的发射极被配置为接地，所述第二三极管的集电极通过第四电阻与所述第二可控开关模块的第二输入端及所述磁滞控制模块的输入端相连接；
所述第三三极管的发射极被配置为与所述负载连接，所述第三三极管的集电极通过第五电阻与所述第一可控开关模块的第二输入端相连接。
10.一种主备电源切换方法，其特征在于，应用于权利要求1至9中任一项所述的装置中，包括：
由所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较，以得到比较结果，其中，所述比较结果用于指示所述主电源的电压与所述备用电源的电压之间的数值关系；
由所述切换控制模块基于所述比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较包括：
由所述切换控制模块通过所述磁滞控制模块对所述电压比较模块进行磁滞控制，以形成磁滞电压；
所述电压比较模块基于所述磁滞电压对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，由所述切换控制模块基于所述比较结果控制所述第一可控开关模块和所述第二可控开关模块的通断包括：
所述切换控制模块在确定所述比较结果满足第一目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于导通状态，以及控制所述第二可控开关模块处于关断状态；
所述切换控制模块在确定所述比较结果满足第二目标条件的情况下，控制所述第一可控开关模块处于关断状态，以及控制所述第二可控开关模块处于导通状态。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，包括以下至少之一：
所述第一目标条件包括所述主电源的电压值大于所述备用电源的电压值；
所述第二目标条件包括所述备用电源的电压值与所述主电源的电压值之差大于预设阈值。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电压比较模块对所述主电源与所述备用电源的电压进行比较，以得到比较结果，包括：
在所述磁滞电压为零的情况下,所述电压比较模块对所述主电源的电压与所述备用电源的电压进行比较，以得到第一比较结果；
在所述磁滞电压为非零的情况下,所述电压比较模块将所述主电源的电压及所述磁滞电压之和与所述备用电源的电压进行比较，以得到第二比较结果。
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