CN114825578A - 一种电源切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源切换电路，包括：第一开关电路、第二开关电路和开关控制模块；第一开关电路和第二开关电路均包括第一电源选择模块和第二电源选择模块；开关控制模块向第一电源选择模块和第二电源选择模块输出相应的电源选择信号，以控制所在开关电路的通断，使得第一电源和所述第二电源中的其中一个电源与输出节点连接；第一开关电路和第二开关电路均还包括第一分压模块和第二分压模块，第一分压模块和第二分压模块连接于第一电源选择模块和第二电源选择模块之间；第一分压模块和第二分压模块由开关控制模块输出的分压控制信号控制。本发明能有效解决现有技术中电源切换电路在实现过程中因输入电压过高导致开关器件被击穿的问题。

Description

一种电源切换电路

技术领域

本发明涉及电源切换技术领域，尤其涉及一种电源切换电路。

背景技术

电子电路需要电源供电才能工作，部分关键电路使用多于一路的电源来供电，以保证该部分电路的供电不间断。常规工作时由主电源供电，备用电源作为备份平常处于待命状态，一旦主电源主动关闭或被动丢失时，就切换到备用电源，确保关键部分电路仍然正常工作。目前，在主备电源切换电路的实现过程中存在以下问题：输入电压可能高于开关器件耐受电压，导致开关器件损坏。其中，由于输入的两个电源电压可能高于开关器件能承受的源漏电压，比如高阶工艺节点并不能提供全端口耐压超过1.8V的单个器件，造成器件被击穿最终整体电路失效。因此，无法保证电源切换电路的耐压性。

发明内容

本发明实施例提供一种电源切换电路，能有效解决现有技术中电源切换电路在实现过程中因输入电压过高导致开关器件被击穿的问题，保证了电源切换的同时，能够耐受高于集成电路工艺能提供的基本器件的耐压。

本发明一实施例提供一种电源切换电路，包括：第一开关电路、第二开关电路和开关控制模块；

所述第一开关电路连接于第一电源与输出节点之间，所述第二开关电路连接于第二电源与所述输出节点之间；

所述第一开关电路和所述第二开关电路均包括第一电源选择模块和第二电源选择模块；所述开关控制模块向所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块输出相应的电源选择信号，以控制所在开关电路的通断，使得所述第一电源和所述第二电源中的其中一个电源与所述输出节点连接，所述电源选择信号包括第一电源选择信号和第二电源选择信号；

所述第一开关电路和所述第二开关电路均还包括第一分压模块和第二分压模块，所述第一分压模块和所述第二分压模块连接于所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块之间；所述第一分压模块和所述第二分压模块由所述开关控制模块输出的分压控制信号控制，所述分压控制信号包括第一分压控制信号和第二分压控制信号。

在一些实施例中，所述开关控制模块包括第一开关控制模块及第二开关控制模块；

用于所述第一开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由所述第一开关控制模块获得，所述第一开关控制模块由所述第一电源供电；

用于所述第二开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由所述第二开关控制模块获得，所述第二开关控制模块由所述第二电源供电。

在一些实施例中，所述开关控制模块包括第三开关控制模块；

用于所述第一开关电路的第二电源选择模块的第二电源选择信号以及用于所述第二开关电路的第二电源选择模块的第二电源选择信号经由所述第三开关控制模块获得，所述第三开关控制模块由所述输出节点供电。

在一些实施例中，所述第一分压控制信号源自于所述第一开关控制模块以控制所述第一开关电路的第一分压模块，以及源自于所述第二开关控制模块以控制所述第二开关电路的第一分压模块；

所述第二分压控制信号源自于所述第三开关控制模块以控制所述第一开关电路的第二分压模块和所述第二开关电路的第二分压模块。

在一些实施例中，保持用于所述第一分压模块的第一分压控制信号及用于所述第二分压模块的第二分压控制信号，分别与各自对应的开关控制模块的供电电压之间的电压差在大小上达到预设的大电压差阈值，且不超过对应开关模块的击穿电压。

在一些实施例中，所述第一开关电路中的第一电源选择模块的N阱电位与所述第一电源连接，所述第二开关电路中的第一电源选择模块的N阱电位与所述第二电源连接，所述第一开关电路和所述第二开关电路中的第二电源选择模块的N阱电位与所述输出节点连接。

在一些实施例中，所述第一电源选择模块和所述第一分压模块以各自的寄生二极管同向连接的方式串联连接，所述第二电源选择模块和所述第二分压模块以各自的寄生二极管同向连接的方式串联连接，以及所述第一分压模块和所述第二分压模块以各自的寄生二极管反向连接的方式串联连接。

在一些实施例中，所述开关控制模块能够操作，以当控制一开关电路导通时，则控制该开关电路中的第一电源选择模块的第一电源选择信号和第二电源选择模块的第二电源选择信号，分别与其对应的开关控制模块的供电电压之间的电压差在大小上达到预设的导通门限值。

在一些实施例中，所述开关控制模块能够操作，以当控制一开关电路断开时，则控制该开关电路中的第一电源选择模块的第一电源选择信号和第二电源选择模块的第二电源选择信号，分别与其对应的开关控制模块的供电电压保持一致。

在一些实施例中，所述开关控制模块具有用于向相应的电源选择模块输出所述电源选择信号的第一信号输出端，用于向相应的分压模块输出所述分压控制信号的第二信号输出端，用于接地的第三信号输出端，用于接收电源切换信号的第二信号输入端以及用于连接供电电源的第一信号输入端，所述电源切换信号与所述电源选择信号在逻辑上一一对应；

所述开关控制模块还包括低电平输入模块、第一限压保护模块、第二限压保护模块、高电平输出模块、第一低压稳压模块和第二低压稳压模块；

所述低电平输入模块的控制端与所述第二信号输入端连接，所述低电平输入模块的输出端、所述第一低压稳压模块的第一端分别与所述第三信号输出端连接，所述低电平输入模块的输入端与所述第一限压保护模块的输出端连接；

所述第一低压稳压模块的第二端与所述第一限压保护模块的控制端连接，所述第一低压稳压模块的第三端与所述第一信号输入端连接，所述第一限压保护模块的输入端与所述第二限压保护模块的输出端连接；

所述第二限压保护模块的控制端分别与所述第二低压稳压模块的第二端、所述第二信号输出端连接，所述第二低压稳压模块的第一端与所述第一信号输入端连接，所述第二低压稳压模块的第三端与所述第三信号输出端连接；

所述高电平输出模块的输入端与所述第一信号输入端连接，所述高电平输出模块的输出端分别与所述第一信号输出端、所述第二限压保护模块的输入端连接。

在一些实施例中，所述第一低压稳压模块包括由多个控制器件串联构成的第一控制模块和第一限流电阻；所述第一控制模块的正极输入端与所述第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一信号输入端连接，所述第一低压稳压模块的第二端连接在所述第一控制模块和所述第一限流电阻之间，所述第一控制模块的负极输出端与所述第三信号输出端连接；

所述第二低压稳压模块包括由多个控制器件串联构成的第二控制模块和第二限流电阻；所述第二控制模块的正极输入端与所述第一信号输入端连接，所述第二控制模块的负极输出端与所述第二限流电阻的一端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第三信号输出端连接，所述第二信号输出端连接在所述第二控制模块和所述第二限流电阻之间。

在一些实施例中，所述高电平输出模块为由一对PMOS管组成的锁存器，所述锁存器中PMOS管的源极与所述第一信号输入端连接，所述锁存器中PMOS管的漏极与所述第一信号输出端连接。

在一些实施例中，所述第一限压保护模块包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第二限压保护模块包括第一PMOS管和第二PMOS管；

所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极分别与所述第一低压稳压模块的第二端连接，所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极分别与所述第二信号输出端连接；所述第一NMOS管的漏极与所述第一PMOS的漏极连接，所述第二NMOS管的漏极与所述第二PMOS的漏极连接；所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极分别与所述第一信号输出端连接。

相比于现有技术，本发明实施例公开的一种电源切换电路，包括第一开关电路、第二开关电路和开关控制模块，所述第一开关电路连接于第一电源与输出节点之间，所述第二开关电路连接于第二电源与所述输出节点之间，所述第一开关电路和所述第二开关电路均包括第一电源选择模块和第二电源选择模块，所述开关控制模块向所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块输出相应的电源选择信号，以控制所在开关电路的通断，使得所述第一电源和所述第二电源中的其中一个电源与所述输出节点连接，所述电源选择信号包括第一电源选择信号和第二电源选择信号，所述第一开关电路和所述第二开关电路均还包括第一分压模块和第二分压模块，所述第一分压模块和所述第二分压模块连接于所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块之间；所述第一分压模块和所述第二分压模块由所述开关控制模块输出的分压控制信号控制，所述分压控制信号包括第一分压控制信号和第二分压控制信号，这样通过两路输入电源中的一路电源连接于输出节点，实现第一电源和第二电源之间的切换，同时通过第一分压模块和第二分压模块分担超额输入电压，并通过精确地控制该分压模块各自分担的电压，实现了该电源切换电路具有选择任意输入切换到输出的能力，不会受到输入电压具体大小的影响，能有效解决现有技术中电源切换电路在实现过程中因输入电压过高导致开关器件被击穿的问题，保证了电源切换的同时，能够耐受高于集成电路工艺能提供的基本器件的耐压。

上述实施例通过设置第一开关控制模块和第二开关控制模块，使得用于第一开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由第一电源获得，用于第二开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由第二电源获得，这样电源切换电路能够根据电源电压选择两个独立的电源中的一个电源，保证开关导通。

上述实施例通过设置第三开关模块，用于第一开关电路和第二开关电路的第二电源选择模块的第二电源选择信号由输出节点电压获得，保证隔离的开关电路上的开关模块保持断开，防止从工作电源流出的反向电流，同时输入的多个电源之间在切换全过程中都不会之间导通，或不会出现明显的泄漏电流，实现电源相互隔离。

上述实施例通过第一开关电路的第一分压模块、第一开关电路的第二分压模块、第二开关电路的第一分压模块及第二开关电路的第二分压模块分别跟随第一电源、输出节点、第二电源、输出节点的电压而变化，不受电源选择模块的状态而变化，实现分担支路中的超额电压，保证了各支路既不会超压击穿，也不会导通不畅。

上述实施例通过将第一分压模块和第二分压模块的控制端电压与相应所跟随的电压之间保持相对稳定的负电压差，以使得在支路需要导通时，该分压模块的导通电阻较小，在支路需要断开时，该分压模块分担的电压较大，因此当两个输入电压任意大范围变化时，保证了各支路既不会超压击穿，也不会导通不畅。

上述实施例通过第一电源选择模块和第一分压模块、第二电源选择模块和第二分压模块以其寄生二极管同向连接的方式串联连接，第一分压模块和第二分压模块以其寄生二极管反向连接的方式串联连接，从而阻止电流的反向流动，实现更自由地选择电源电压，而与一个电源电压是否超过另一个电源电压一个二极管压降或更多无关，保证了开关隔离。其次，如果其中一个电源发生故障，则防止另一个电源将电流输送到故障电源从而可能损坏工作电源。

上述实施例通过在开关电路需要导通时，控制该开关电路上的电源选择模块的控制端电压低于相应供电电压至所需要的导通门限值，使得导通时电源选择模块两端压差接近于零，实现导通彻底，同时降低了器件功耗。

上述实施例通过在开关电路需要断开时，控制该开关电路上的电源选择模块的控制端电压与相应供电电压保持一致，此时受到相邻分压模块的保护，不会超过电源到相邻分压模块的控制端电压之差，从而实现对断开电压进行保护，防止器件被击穿。

上述实施例通过将该低电平的电源切换信号转换到各开关控制模块供电相适配的电平，实现对第一电源选择模块和第二电源选择模块进行所需的电源切换控制。其次，通过应用各低压稳压模块产生具有特定电压差的相对低电平，输出给第一分压模块和第二分压模块的控制端，并通过该电平控制第二限压保护模块，使得电源选择信号相应的最低电压不低于分压控制信号相应的电压，实现分担开关电路中单个器件耐压部分的多余电压。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种电源切换电路的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的电平转换电路的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的开关控制模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种电源切换电路的结构示意图，所述电源切换电路，包括：第一开关电路、第二开关电路和开关控制模块；

所述第一开关电路连接于第一电源与输出节点之间，所述第二开关电路连接于第二电源与所述输出节点之间；

所述第一开关电路和所述第二开关电路均包括第一电源选择模块和第二电源选择模块；所述开关控制模块向所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块输出相应的电源选择信号，以控制所在开关电路的通断，使得所述第一电源和所述第二电源中的其中一个电源与所述输出节点连接，所述电源选择信号包括第一电源选择信号和第二电源选择信号；

所述第一开关电路和所述第二开关电路均还包括第一分压模块和第二分压模块，所述第一分压模块和所述第二分压模块连接于所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块之间；所述第一分压模块和所述第二分压模块由所述开关控制模块输出的分压控制信号控制，所述分压控制信号包括第一分压控制信号和第二分压控制信号。

在本发明中，第一电源选择模块和第二电源选择模块，用于控制所在开关电路的导通或断开，当该开关电路之间出现高于单个模块器件的电压差时，第一分压模块和第二分压模块用于分担超额电压。两个分压模块设置于两个电源选择模块之间，这使得在电源选择模块导通或断开该开关电路后，分压模块分担超额电压。其中，第一电源选择模块、第二电源选择模块、第一分压模块和第二分压模块均为开关管。该开关管优选为PMOS管，这只是示例性器件，该第一电源选择模块、第二电源选择模块、第一分压模块和第二分压模块可以同样包括任何其他合适的开关器件，包括任何其他类型的晶体管。由于常规工艺的NMOS管的控制端(栅极)电压不低于开关端(即源极和漏极)电压，当持平时断开时，需高于一个门限值才能导通，即NMOS管栅极需要工作在高于或等于源、漏端电压。但实际电路中最高电压一般就是输入电源电压，不方便提供更高的电压，除非采用额外的升压电路，因此该开关管通常采用PMOS管作为第一电源选择模块、第二电源选择模块、第一分压模块和第二分压模块，具有较强的实用性，便于操作。

示例性的，请参见图1，本实施例设置有一个第一电源选择模块、一个第二电源选择模块、一个第一分压模块和一个第二分压模块。具体的，A(第一电源)、B(第二电源)两个输入电源到输出节点C之间各有一条支路，在AC支路(第一开关电路)上顺序设置3个节点A1、A2、A3，在BC支路(第二开关电路)上顺序设置B1、B2、B3节点，在AC支路的三个节点之间从A到C依次放置四个开关用于控制通断的开关器件T1(第一电源选择模块)、T2(第一分压模块)、T3(第二分压模块)、T4(第二电源选择模块)，在BC支路的三个节点之间从B到C依次放置四个开关用于控制通断的开关器件T5(第一电源选择模块)、T6(第一分压模块)、T7(第二分压模块)、T8(第二电源选择模块)。当AC支路保持导通时，输出节点C切换到输入电源A的电压，此时BC支路断开。当BC支路保持导通时，输出C切换到输入B的电压，此时AC支路断开。AC、BC支路的八个开关器件采用PMOS管实现，其中T1、T4用于控制AC支路的通断，当AC之间出现高于单个开关管的电压差时开关器件T2、T3用于分担超额电压；开关器件T5、T8用于控制BC支路的通断，当BC之间出现高于单个开关管的电压差时开关器件T6、T7用于分担超额电压。

开关控制模块用于生成控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号、控制第二电源选择模块的第二电源选择信号、控制第一分压模块的第一分压控制信号和第二分压模块的第二分压控制信号。开关控制模块可以为多个生成不同控制信号的控制电路或芯片，也可以为一个能够生成不同控制信号的控制电路。本发明的电源切换电路能够选择两个独立电源中的一个电源，使得向输出节点提供电压。开关控制电路提供用于各电源选择模块的电源选择信号，以及用于各分压模块的分压控制信号。这样各开关电路上的模块的控制端(栅极)分别通过由开关控制电路产生的电源选择信号和分压控制信号来单独控制。

本发明实施例提供的一种电源切换电路，包括：第一开关电路、第二开关电路和开关控制模块，所述第一开关电路连接于第一电源与输出节点之间，所述第二开关电路连接于第二电源与所述输出节点之间，所述第一开关电路和所述第二开关电路均包括第一电源选择模块和第二电源选择模块，所述开关控制模块向所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块输出相应的电源选择信号，以控制所在开关电路的通断，使得所述第一电源和所述第二电源中的其中一个电源与所述输出节点连接，所述电源选择信号包括第一电源选择信号和第二电源选择信号，所述第一开关电路和所述第二开关电路均还包括第一分压模块和第二分压模块，所述第一分压模块和所述第二分压模块连接于所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块之间，所述第一分压模块和所述第二分压模块由所述开关控制模块输出的分压控制信号控制，所述分压控制信号包括第一分压控制信号和第二分压控制信号，这样通过两路输入电源中的一路电源连接于输出节点，实现第一电源和第二电源之间的切换，同时通过第一分压模块和第二分压模块分担超额输入电压，并通过精确地控制该分压模块各自分担的电压，实现了该电源切换电路具有选择任意输入切换到输出的能力，不会受到输入电压具体大小的影响，能有效解决现有技术中电源切换电路在实现过程中因输入电压过高导致开关器件被击穿的问题，保证了电源切换的同时，能够耐受高于集成电路工艺能提供的基本器件的耐压。

在一些实施例中，请参见图1，所述开关控制模块包括第一开关控制模块及第二开关控制模块；

用于所述第一开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由所述第一开关控制模块获得，所述第一开关控制模块由所述第一电源供电；

用于所述第二开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由所述第二开关控制模块获得，所述第二开关控制模块由所述第二电源供电。

在本实施例中，第一开关控制模块CON1受控于第一电源A，控制第一开关电路AC的第一电源选择模块T1的通断，第二开关控制模块CON2受控于第二电源B，控制第一开关电路BC的第一电源选择模块T5的通断。因此，通过设置第一开关控制模块和第二开关控制模块，使得用于第一开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由第一电源获得，用于第二开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由第二电源获得，这样电源切换电路能够根据电源电压选择两个独立电源中的一个电源，保证开关导通。

在一些实施例中，请参见图1，所述开关控制模块包括第三开关控制模块；

用于所述第一开关电路的第二电源选择模块的第二电源选择信号以及用于所述第二开关电路的第二电源选择模块的第二电源选择信号经由所述第三开关控制模块获得，所述第三开关控制模块由所述输出节点供电。

在本实施例中，第二电源选择模块的控制端电压(第二电源选择信号)由输出节点获得，而不是由第一电源或第二电源获得。示例性的，在支路AC截止，支路BC导通时，此时节点C的电压为电源B电压，开关器件T4源极连接节点C，确保了电路在从电源B输送功率时开关器件T4保持断开，而不考虑所使用的电源电压。因此，本实施例第一开关控制模块CON3受控于输出节点C，控制第一开关电路AC的第二电源选择模块T4和第二开关电路BC的第二电源选择模块T8的通断，通过设置第三开关模块，用于开关器件T4和T8的第二电源选择信号由输出节点电压获得，保证隔离的开关电路上的电源选择模块保持断开，防止从工作电源流出的反向电流。同时，输入的多个电源之间在切换全过程中都不会之间导通，或不会出现明显的泄漏电流，实现电源相互隔离。

在本发明中，每个开关电路采用至少两个用于控制电路通断的电源选择模块，以防止输入电压与输出电压(此时输出电压为另外一个输入电压)存在较大差异时，若开关器件的栅极电压高到其中较低的输入电压，则另一个输入电压又较高时，开关器件仍然存在源极栅极电压差，开关器件无法彻底关断。

在一些实施例中，请参见图1，所述第一分压控制信号源自于所述第一开关控制模块以控制所述第一开关电路的第一分压模块，以及源自于所述第二开关控制模块以控制所述第二开关电路的第一分压模块；

所述第二分压控制信号源自于所述第三开关控制模块以控制所述第一开关电路的第二分压模块和所述第二开关电路的第二分压模块。

在本实施例中，开关控制模块包括第一开关控制模块、第二开关控制模块和第三开关控制模块。图1中模块CON1由A输入电压供电，对开关器件T1的控制端输出第一电源选择信号，对开关器件T2的控制端输出第一分压控制信号；模块CON2由B输入电压供电，对开关器件T5的控制端输出第一电源选择信号，对开关器件T6的控制端输出第一分压控制信号；模块CON3由输出C端电压供电，对开关器件T4、T8的控制端输出不同的第二电源选择信号，对开关器件T3、T7的控制端输出不同的第二分压控制信号。本实施例通过第一开关电路的第一分压模块、第一开关电路的第二分压模块、第二开关电路的第一分压模块及第二开关电路的第二分压模块分别跟随第一电源、输出节点、第二电源、输出节点的电压而变化，不受电源选择模块的状态而变化，实现分担支路中的超额电压，保证了各支路既不会超压击穿，也不会导通不畅。

在上述实施例的基础上，在一些实施例中，保持用于所述第一分压模块的第一分压控制信号及用于所述第二分压模块的第二分压控制信号，分别与各自对应的开关控制模块的供电电压之间的电压差在大小上达到预设的大电压差阈值，且不超过对应开关模块的击穿电压。

需要说明的是，本实施例中第一分压模块和第二分压模块的控制端电压与相应所跟随的电压之间保持相对稳定的负电压差，该电压差的绝对值可以尽量大、但不超过单管击穿电压的极限值。可选的，本实施例中各分压模块的控制端电压不一定固定不变，只要能保护各电源选择模块不击穿即可，本发明不对此作出限定。示例性的，当支路AC导通时，开关器件T1、T4同时导通，此时开关器件T2、T3的控制端电压固定比其跟随电压低一电压阈值，开关器件T2、T3导通，且其导通电阻很小。当支路AC断开，且节点A电压大于节点C电压(此时为节点B电压)时，若不设置开关器件T2、T3，则开关器件T1、T4易被击穿。具体的，开关器件T1断开，若节点A1的电压过低，则开关器件T1可能因耐压过高而被击穿。因此，通过控制开关器件T2的控制端电压，使得节点A1电压不低于开关器件T2的控制端电压，开关器件T2的导通电阻变大，处于高阻的半导通状态，上述设定的电压差决定了分担的电压值。因此，开关器件T2保护了开关器件T1不被击穿，分担了超额电压。

优选的，若输入电压若大范围变化，比如0V-3.3V连续变化，用于高压情形下用于分担电压的防击穿功能，在低输入电压情形下有可能变成导通不彻底的障碍，反之若为保证低输入时有较低导通电阻可能造成高输入时不能很好分担高压，则可采用本实施例中第一分压模块和第二分压模块的控制端电压与相应所跟随的电压之间保持相对稳定的负电压差的方式来解决。因此，本实施例适用于输入电压大范围变化的情形，保证开关通断正确的同时，能够耐受高于集成电路工艺能提供的基本器件的耐压，其通过采用多个低压开关器件串联来共同分担可能出现的高电压，关键是实现了串联开关的控制端的合理控制。

因此，本实施例通过将第一分压模块和第二分压模块的控制端电压与相应所跟随的电压之间保持相对稳定的负电压差，以使得在支路需要导通时，该分压模块的导通电阻较小，在支路需要断开时，该分压模块分担的电压较大，实现了导通时电阻小，断开时泄漏小的特性，因此当两个输入电压任意大范围变化时，保证了各支路既不会超压击穿，也不会导通不畅。

在本发明中，若输入电压为2倍PMOS管耐压，此时各支路上设置一个第一电源选择模块、一个第二电源选择模块、一个第一分压模块和一个第二分压模块。若输入电压超过2倍PMOS管耐压，则需要增加更多级用于电源选择的PMOS对(由第一电源选择模块和第二电源选择模块构成)和用于分压的PMOS对(由第一分压模块和第二分压模块构成)。其中，请参见图1，若需要增加更多级模块，则在开关器件T2、T3(或开关器件T6、T7)之间串联该用于电源选择的PMOS对和用于分压的PMOS对。可选的，若某个输入电压不会超高，则可能选择减少该支路的第一分压模块和第二分压模块。

在一些实施例中，所述第一开关电路中的第一电源选择模块的N阱电位与所述第一电源连接，所述第二开关电路中的第一电源选择模块的N阱电位与所述第二电源连接，所述第一开关电路和所述第二开关电路中的第二电源选择模块的N阱电位与所述输出节点连接。

具体的，请参见图1，开关器件T1的N阱电位接A输入电压，开关器件T4的N阱电位接节点输出节点C电压；T5的N阱电位接B输入电压，T8的N阱电位接输出点C电压。这样，通过控制开关器件T1、T4、T5、T8的栅极电压，根据该开关器件的栅源电压来控制其导通电阻，以实现该开关器件开断的控制。

在一些实施例中，所述第一电源选择模块和所述第一分压模块以各自的寄生二极管同向连接的方式串联连接，所述第二电源选择模块和所述第二分压模块以各自的寄生二极管同向连接的方式串联连接，以及所述第一分压模块和所述第二分压模块以各自的寄生二极管反向连接的方式串联连接。

具体的，请参见图1，T2的N阱电位接节点A1电压，T3的N阱电位接节点A3电压；T6的N阱电位接节点B1电压，T7的N阱电位接节点B3。因此，本实施例通过第一电源选择模块和第一分压模块、第二电源选择模块和第二分压模块以其寄生二极管同向连接的方式串联连接，第一分压模块和第二分压模块以其寄生二极管反向连接的方式串联连接，从而阻止电流的反向流动，实现更自由地选择电源电压，而与一个电源电压是否超过另一个电源电压一个二极管压降或更多无关，保证了开关隔离。其次，如果其中一个电源发生故障，则防止另一个电源将电流输送到故障电源从而可能损坏工作电源。

在上述实施例的基础上，在一些实施例中，所述开关控制模块能够操作，以当控制一开关电路导通时，则控制该开关电路中的第一电源选择模块的第一电源选择信号和第二电源选择模块的第二电源选择信号，分别与其对应的开关控制模块的供电电压之间的电压差在大小上达到预设的导通门限值。

示例性的，请参见图1，开关器件T1、T4、T5、T8控制端电压由各控制模块产生，依据所需的电源切换状态而变化。当AC需要导通时，由于开关器件T1源极与节点A连接，此时控制开关器件T1栅极电压低于相应节点A电压，至所需要的门限值(不超过栅极击穿电压)，则开关器件T1导通，且开关器件T1源漏两端压差接近于零，导通电阻较小。同时，控制开关器件T4栅极电压低于相应节点C电压，使得AC导通。同理的，当BC需要导通时，由于开关器件T5源极与节点B连接，此时控制开关器件T5栅极电压低于相应节点B电压，至所需要的门限值(不超过栅极击穿电压)，则开关器件T5导通，且开关器件T5源漏两端压差接近于零，导通电阻较小。同时，控制开关器件T8栅极电压低于相应节点C电压，使得BC导通。

因此，本实施例通过在开关电路需要导通时，控制该开关电路上的电源选择模块的控制端电压低于相应供电电压至所需要的导通门限值，使得导通时电源选择模块两端压差接近于零，实现导通彻底，同时降低了器件功耗。

在上述实施例的基础上，在一些实施例中，所述开关控制模块能够操作，以当控制一开关电路断开时，则控制该开关电路中的第一电源选择模块的第一电源选择信号和第二电源选择模块的第二电源选择信号，分别与其对应的开关控制模块的供电电压保持一致。

示例性的，请参见图1，当AC需要断开时，由于开关器件T1源极与节点A连接，此时控制开关器件T1栅极电压与相应节点A电压保持一致，则开关器件T1截止，控制开关器件T4栅极电压与相应节点C电压保持一致，则开关器件T4截止，T1两端电压受到相邻的开关器件T2保护，不会超过电源到临近T2栅极电压之差，从而对断开电压进行了保护，防止击穿，使得AC断开。

因此，本实施例通过在开关电路需要断开时，控制该开关电路上的电源选择模块的控制端电压与相应供电电压保持一致，此时受到相邻分压模块的保护，不会超过电源到相邻分压模块的控制端电压之差，从而实现对断开电压进行保护，防止器件被击穿。

在一些实施例中，参见图2，是本发明一实施例提供的电平转换电路的结构示意图，开关控制模块完成控制逻辑由输入信号(电源切换信号，一般为低电平)到目标电平信号(电源选择信号)的转换，实现上述转换可在开关控制模块中设置电平转换电路。

具体的，所述开关控制模块具有用于向相应的电源选择模块输出所述电源选择信号的第一信号输出端，用于向相应的分压模块输出所述分压控制信号的第二信号输出端，用于接地的第三信号输出端，用于接收电源切换信号的第二信号输入端以及用于连接供电电源的第一信号输入端，所述电源切换信号与所述电源选择信号在逻辑上一一对应；

所述开关控制模块还包括低电平输入模块、第一限压保护模块、第二限压保护模块、高电平输出模块、第一低压稳压模块和第二低压稳压模块；

所述低电平输入模块的控制端与所述第二信号输入端连接，所述低电平输入模块的输出端、所述第一低压稳压模块的第一端分别与所述第三信号输出端连接，所述低电平输入模块的输入端与所述第一限压保护模块的输出端连接；

所述第一低压稳压模块的第二端与所述第一限压保护模块的控制端连接，所述第一低压稳压模块的第三端与所述第一信号输入端连接，所述第一限压保护模块的输入端与所述第二限压保护模块的输出端连接；

所述第二限压保护模块的控制端分别与所述第二低压稳压模块的第二端、所述第二信号输出端连接，所述第二低压稳压模块的第一端与所述第一信号输入端连接，所述第二低压稳压模块的第三端与所述第三信号输出端连接；

所述高电平输出模块的输入端与所述第一信号输入端连接，所述高电平输出模块的输出端分别与所述第一信号输出端、所述第二限压保护模块的输入端连接。

示例性的，如图1中开关控制模块CON1、CON2、CON3包括上述电平转换电路。具体的，在该电平转换电路中，接收低电平的电源切换信号，对该电源切换信号进行电平转换，以生成与开关控制模块供电相适配的高电平信号，即前述中的电源选择信号。其中，低电平范围如0～0.9V，高电平范围如1.5～3.3V。此外，通过应用降压电路(连接模块)产生具有特定电压差的相对低电平(分压控制信号)。更具体的，请参见图2，第一低压稳压模块稳定产生相对VSS正向的Vrefn电压(即信号REF_n)，该信号被运用到隔离MOS管(即第一限压保护模块)的控制端；第二低压稳压模块稳定产生相对VDD负向的-Vrefp电压(即信号REF_p，分压控制信号)，该信号被运用到隔离MOS管(即第二限压保护模块)的控制端，以使得上述隔离MOS管能将从VDD到VSS的各种电路分隔为上下两部分，分别实现限压保护。同时，向第一分压模块和第二分压模块的控制端传输信号REF_p，以分担开关电路中超过单个器件耐压部分的多余电压。其中，通过设置第二限压保护模块，限制了电源选择信号SEL_h、SEL_hb的最低电压，且电源选择信号的最低电压不低于分压控制信号的电压，实现了耐高压。其次，低电平输入模块接收低电平的电源切换信号SEL、SEL_b，将该电源切换信号转换到各开关控制模块供电相适配的电平，对开关器件T1、T4、T5、T8进行所需的电源切换控制，以从高电平输出模块输出电源选择信号SEL_h、SEL_hb。其中，电源切换信号为开关控制模块经逻辑控制后获得的控制信号，需经该电平转换电路生成适用于开关电路上各模块的电平的控制信号。电源切换信号与电源选择信号相对应，逻辑上相一致，而电源切换信号为低电平信号，电源选择信号为相应的高电平信号。

因此，基于图2中电平转换模块的结构，参见图3，是本发明一实施例提供的开关控制模块的结构示意图，图3(a)为第一开关控制模块CON1，向第一开关电路的第一电源选择模块输出第一电源选择信号SEL_h，以及向第一开关电路的第一分压模块输出第一分压控制信号REF_p。图3(b)为第三开关控制模块CON3，向第一开关电路的第二电源选择模块输出第二电源选择信号SEL_h，向第二开关电路的第二电源选择模块输出第二电源选择信号SEL_hb，向第一开关电路的第二分压模块输出第二分压控制信号REF_p以及向第二开关电路的第二分压模块输出第二分压控制信号REF_p。图3(c)为第二开关控制模块CON2，向第二开关电路的第一电源选择模块输出第一电源选择信号SEL_hb，以及向第二开关电路的第一分压模块输出第一分压控制信号REF_p。

在上述实施例的基础上，在一些实施例中，请参见图2，所述第一低压稳压模块包括由多个控制器件串联构成的第一控制模块和第一限流电阻；所述第一控制模块的正极输入端与所述第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一信号输入端连接，所述第一低压稳压模块的第二端连接在所述第一控制模块和所述第一限流电阻之间，所述第一控制模块的负极输出端与所述第三信号输出端连接；

所述第二低压稳压模块包括由多个控制器件串联构成的第二控制模块和第二限流电阻；所述第二控制模块的正极输入端与所述第一信号输入端连接，所述第二控制模块的负极输出端与所述第二限流电阻的一端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第三信号输出端连接，所述第二信号输出端连接在所述第二控制模块和所述第二限流电阻之间。

在一些实施例中，所述高电平输出模块为由一对PMOS管组成的锁存器，所述锁存器中PMOS管的源极与所述第一信号输入端连接，所述锁存器中PMOS管的漏极与所述第一信号输出端连接。

在本实施例中，高电平输出模块为一对PMOS管(T9、T10)组成的锁存器由前述电压供电(可能是高压)，锁存器PMOS管的漏极输出一对差分信号(SEL_h、SEL_hb)，其中高电平高达电源电压，低电平受限于中间偏置电压。

在一些实施例中，所述第一限压保护模块包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第二限压保护模块包括第一PMOS管和第二PMOS管；

所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极分别与所述第一低压稳压模块的第二端连接，所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极分别与所述第二信号输出端连接；所述第一NMOS管的漏极与所述第一PMOS的漏极连接，所述第二NMOS管的漏极与所述第二PMOS的漏极连接；所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极分别与所述第一信号输出端连接。

具体的，请参见图2，各开关控制模块的供电电源VDD，地电源VSS。低电平输入模块包括控制器件T15和T16，第一限压保护模块包括第一NMOS管T13和第二NMOS管T14，第二限压保护模块包括第一PMOS管T11和第二PMOS管T12，第一低压稳压模块包括多个二极管D1串联而成的第一控制模块和第一限流电阻R1，第二低压稳压模块包括多个二极管D2串联而成的第二控制模块和第二限流电阻R2。控制器件T15、T16的栅极输入电源切换信号，T15、T16的源极接地，T15的漏极分别与T13的源极连接，T16的漏极分别与T14的源极连接，T13的漏极与T11的漏极连接，T14的漏极与T12的漏极连接。T13、T14的栅极连接在第一控制模块和第一限流电阻R1之间，使得信号REF_n及其控制的T13、T14通过分担部分多余电压后，可以保护T15、T16处于0～Vrefn的工作电压范围内。T11、T12的栅极连接在第二控制模块和第二限流电阻R2之间，使得信号REF_p及其控制的T11、T12通过分担部分多余电压后，可以保护T9、T10处于Vrefp～VDD的工作电压范围内。此外，即使VDD-VSS大于T9～T16的工作电压，只要小于两倍工作电压，则T9～T16全部都可以保证安全运行。

需要说明的是，第一低压稳压模块和第二低压稳压模块中的二极管数量由开关器件T1～T8的耐压值决定，即选择尽量多的这一串二极管，并且串联电压不超过耐压值，实现降压，限流电阻R1提供工作电流。为了实现REF_p电压，可以选择多种方式实现，比如使用MOS管代替二极管，使用MOS管代替电阻等，本发明不对此作限定。

因此，本发明实施例通过将该低电平的电源切换信号转换到各开关控制模块供电相适配的电平，实现对第一电源选择模块和第二电源选择模块进行所需的电源切换控制。其次，通过应用各低压稳压模块产生具有特定电压差的相对低电平，输出给第一分压模块和第二分压模块的控制端，并通过该电平控制第二限压保护模块，使得电源选择信号相应的最低电压不低于分压控制信号相应的电压，实现分担开关电路中单个器件耐压部分的多余电压。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种电源切换电路，其特征在于，包括：第一开关电路、第二开关电路和开关控制模块；

所述第一开关电路连接于第一电源与输出节点之间，所述第二开关电路连接于第二电源与所述输出节点之间；

所述第一开关电路和所述第二开关电路均包括第一电源选择模块和第二电源选择模块；所述开关控制模块向所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块输出相应的电源选择信号，以控制所在开关电路的通断，使得所述第一电源和所述第二电源中的其中一个电源与所述输出节点连接，所述电源选择信号包括第一电源选择信号和第二电源选择信号；

所述第一开关电路和所述第二开关电路均还包括第一分压模块和第二分压模块，所述第一分压模块和所述第二分压模块连接于所述第一电源选择模块和所述第二电源选择模块之间；所述第一分压模块和所述第二分压模块由所述开关控制模块输出的分压控制信号控制，所述分压控制信号包括第一分压控制信号和第二分压控制信号。

2.如权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关控制模块包括第一开关控制模块及第二开关控制模块；

用于所述第一开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由所述第一开关控制模块获得，所述第一开关控制模块由所述第一电源供电；

用于所述第二开关电路的第一电源选择模块的第一电源选择信号经由所述第二开关控制模块获得，所述第二开关控制模块由所述第二电源供电。

3.如权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关控制模块包括第三开关控制模块；

用于所述第一开关电路的第二电源选择模块的第二电源选择信号以及用于所述第二开关电路的第二电源选择模块的第二电源选择信号经由所述第三开关控制模块获得，所述第三开关控制模块由所述输出节点供电。

4.如权利要求3所述的电源切换电路，其特征在于，所述第一分压控制信号源自于所述第一开关控制模块以控制所述第一开关电路的第一分压模块，以及源自于所述第二开关控制模块以控制所述第二开关电路的第一分压模块；

所述第二分压控制信号源自于所述第三开关控制模块以控制所述第一开关电路的第二分压模块和所述第二开关电路的第二分压模块。

5.如权利要求4所述的电源切换电路，其特征在于，保持用于所述第一分压模块的第一分压控制信号及用于所述第二分压模块的第二分压控制信号，分别与各自对应的开关控制模块的供电电压之间的电压差在大小上达到预设的大电压差阈值，且不超过对应开关模块的击穿电压。

6.如权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述第一开关电路中的第一电源选择模块的N阱电位与所述第一电源连接，所述第二开关电路中的第一电源选择模块的N阱电位与所述第二电源连接，所述第一开关电路和所述第二开关电路中的第二电源选择模块的N阱电位与所述输出节点连接。

7.如权利要求6所述的电源切换电路，其特征在于，所述第一电源选择模块和所述第一分压模块以各自的寄生二极管同向连接的方式串联连接，所述第二电源选择模块和所述第二分压模块以各自的寄生二极管同向连接的方式串联连接，以及所述第一分压模块和所述第二分压模块以各自的寄生二极管反向连接的方式串联连接。

8.如权利要求6所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关控制模块能够操作，以当控制一开关电路导通时，则控制该开关电路中的第一电源选择模块的第一电源选择信号和第二电源选择模块的第二电源选择信号，分别与其对应的开关控制模块的供电电压之间的电压差在大小上达到预设的导通门限值。

9.如权利要求6所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关控制模块能够操作，以当控制一开关电路断开时，则控制该开关电路中的第一电源选择模块的第一电源选择信号和第二电源选择模块的第二电源选择信号，分别与其对应的开关控制模块的供电电压保持一致。

10.如权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关控制模块具有用于向相应的电源选择模块输出所述电源选择信号的第一信号输出端，用于向相应的分压模块输出所述分压控制信号的第二信号输出端，用于接地的第三信号输出端，用于接收电源切换信号的第二信号输入端以及用于连接供电电源的第一信号输入端，所述电源切换信号与所述电源选择信号在逻辑上一一对应；

所述开关控制模块还包括低电平输入模块、第一限压保护模块、第二限压保护模块、高电平输出模块、第一低压稳压模块和第二低压稳压模块；

所述低电平输入模块的控制端与所述第二信号输入端连接，所述低电平输入模块的输出端、所述第一低压稳压模块的第一端分别与所述第三信号输出端连接，所述低电平输入模块的输入端与所述第一限压保护模块的输出端连接；

所述第一低压稳压模块的第二端与所述第一限压保护模块的控制端连接，所述第一低压稳压模块的第三端与所述第一信号输入端连接，所述第一限压保护模块的输入端与所述第二限压保护模块的输出端连接；

所述第二限压保护模块的控制端分别与所述第二低压稳压模块的第二端、所述第二信号输出端连接，所述第二低压稳压模块的第一端与所述第一信号输入端连接，所述第二低压稳压模块的第三端与所述第三信号输出端连接；

所述高电平输出模块的输入端与所述第一信号输入端连接，所述高电平输出模块的输出端分别与所述第一信号输出端、所述第二限压保护模块的输入端连接。

11.如权利要求10所述的电源切换电路，其特征在于，所述第一低压稳压模块包括由多个控制器件串联构成的第一控制模块和第一限流电阻；所述第一控制模块的正极输入端与所述第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一信号输入端连接，所述第一低压稳压模块的第二端连接在所述第一控制模块和所述第一限流电阻之间，所述第一控制模块的负极输出端与所述第三信号输出端连接；

所述第二低压稳压模块包括由多个控制器件串联构成的第二控制模块和第二限流电阻；所述第二控制模块的正极输入端与所述第一信号输入端连接，所述第二控制模块的负极输出端与所述第二限流电阻的一端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第三信号输出端连接，所述第二信号输出端连接在所述第二控制模块和所述第二限流电阻之间。

12.如权利要求10所述的电源切换电路，其特征在于，所述高电平输出模块为由一对PMOS管组成的锁存器，所述锁存器中PMOS管的源极与所述第一信号输入端连接，所述锁存器中PMOS管的漏极与所述第一信号输出端连接。

13.如权利要求10所述的电源切换电路，其特征在于，所述第一限压保护模块包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第二限压保护模块包括第一PMOS管和第二PMOS管；

所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极分别与所述第一低压稳压模块的第二端连接，所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极分别与所述第二信号输出端连接；所述第一NMOS管的漏极与所述第一PMOS的漏极连接，所述第二NMOS管的漏极与所述第二PMOS的漏极连接；所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极分别与所述第一信号输出端连接。

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