CN116316527A - 一种多电源供电电路、电路板、电子设备及其供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于供电电路装置技术领域，具体涉及一种多电源供电电路、电路板、电子设备及其供电方法，多电源供电电路包括网路电源、第一电池、第二电池、开机启动单元、备用启动单元、母线，网路电源与母线连接；开机启动单元与第一电池和第二电池连接；备用启动单元包括第一启动单元和第二启动单元，第一电池的输出端连接第一启动单元，第二电池的输出端连接第二启动单元；第一启动单元连接第二电池，第二启动单元连接第一电池；第一电池无输出时，第一启动单元将低电平输入至第二电池。本发明在第一电池和网路电源均故障情况下，能够顺利启动第二电池供电，并且在运行过程中能够任意切换电池，提高设备使用便利性。
Description
技术领域
本发明属于供电电路装置技术领域，具体涉及一种多电源供电电路、电路板、电子设备及其供电方法。
背景技术
在医疗设备、化工、智慧城市建设等诸多方面，对电力供应的连续性和可靠性要求较高，一旦出现电力供应中断，给企业带来很大的经济损失，给人们的生活带来诸多不变。为了保证电力供应的连续性和可靠性，现有技术中，通常在设备具有网电源供应的情况下，再增加电池供应，并且电池采用主电池和备用电池搭配使用的方案。
设备运行中一般采用网电源，在正常工作中如果网电源断开，系统会优先切换到主电池；如果工作过程中主电池也发生故障或电量用尽才会切换到备用电池，进而可以延长电力供应时长，给维护人员更多的维护时间。但是这种设计没有考虑到开机启动时多电源的状态，如果在不接入网电源的情况下，且设备开机之前主电池已经发生了故障，即使备用电池正常，设备也无法正常开机上电。
发明内容
为了解决现有技术中的电子设备具有多电源供电时，主电池和网电源故障情况下无法正常开机的技术问题，本发明提供一种多电源供电电路、电路板、电子设备及其供电方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种多电源供电电路，包括：网路电源、第一电池、第二电池、开机启动单元、备用启动单元、母线，所述网路电源与母线连接，所述母线连接用电设备；所述开机启动单元均与第一电池和第二电池连接，且第一电池和第二电池均接入母线中；第一电池和第二电池在接入母线之前均串联二极管，网路电源在第一电池、第二电池接入母线的接入点之前串联二极管；所述母线上串联母线开关；
备用启动单元包括第一启动单元和第二启动单元，第一电池的输出端连接第一启动单元，第二电池的输出端连接第二启动单元；第一启动单元的输出端连接第二电池的输出使能控制管脚，第二启动单元的输出端连接第一电池的输出使能控制管脚；第一电池无输出时，第一启动单元将低电平输入至第二电池。
进一步地，第一电池和第二电池的输出使能控制管脚为低电平时，为激活状态，第一电池和第二电池的输出使能控制管脚为高电平时，为非激活状态。
进一步地，第一启动单元包括第一mos管和第二mos管，第一电池的输出端连接第一mos管的栅极，第一mos管的漏极连接第二mos管的栅极，第二mos管的漏极连接第二电池的输出使能控制管脚。
进一步地，第二启动单元包括第三mos管和第四mos管，第二电池的输出端连接第三mos管的栅极，第三mos管的漏极连接第四mos管的栅极，第四mos管的漏极连接第一电池的输出使能控制管脚。
进一步地，所述多电源供电电路还包括电池互斥单元，电池互斥单元用于切换第一电池和第二电池的激活状态。
更进一步地，所述电池互斥单元包括第五mos管、第六mos管和弱下拉电阻，第五mos管的栅极连接控制信号输出端，并且第五mos管与控制信号之间的连接电路上并联弱下拉电阻；第五mos管的漏极并联第二电池的输出使能控制管脚和第六mos管的栅极；第六mos管的漏极并联第一电池的输出使能控制管脚和第五mos管与控制信号之间的连接电路。
进一步地，所述多电源供电电路还包括维持电路，所述维持电路与母线开关的栅极连接；所述维持电路用于开机启动单元断开后维持设备的开机状态；
所述维持电路包括串联的电阻和第七mos管。
进一步地，开机启动单元为单刀三掷单稳态开关。
本发明还提供一种电路板，包括基板和多电源供电电路，其中，所述基板用于承载所述多电源供电电路，所述多电源供电电路为上述的多电源供电电路。
本发明还提供一种电子设备，包括供电模块、执行模块、监测模块和控制模块，所述供电模块为执行模块、监测模块、控制模块供应电力，所述供电模块包括上述的电路板；所述监测模块用于监测电路板中第一电池、第二电池的电量；所述控制模块输出用于切换第一电池和第二电池的控制信号。
本发明还提供一种电子设备供电方法，采用上述的电子设备，包括：接入网路电源，按压开机启动单元不松开，激活第一电池、第二电池；第一电池、第二电池、网路电源三者中电压最高的一路为设备供电，设备上电后产生开机维持信号；
松开开机启动单元后，维持信号维持开机状态。
进一步地，若网路电源故障，第一电池激活并为设备供电，第二电池为非激活状态；
同时监测第一电池和第二电池的电量，根据第一电池的电量结合第一电池的状态切换为第二电池供电。
更进一步地，当第一电池的电量低于第一电池电量阈值或者第一电池为故障状态时，通过控制单元将供电切换为第二电池，第二电池为激活状态并为设备供电，第一电池为非激活状态。
更进一步地，当第二电池的电量低于第二电池电量阈值或者第二电池为故障状态时，通过控制单元将供电切换为第一电池，第一电池为激活状态并为设备供电，第二电池为非激活状态。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的多电源供电电路，包含网路电源、第一电池和第二电池，并在第一电池和第二电池以及网路电源汇入母线之前均串联二极管，则只能选择一种方式为系统供电；同时供电电路还包括备用启动单元，在第一电池和网路电源均故障情况下，能够顺利启动第二电池供电，避免无法开机的情形。
本发明提供的多电源供电电路，在第一电池和第二电池之间连接电池互斥单元，电池互斥单元包括两个互斥的mos管，通过控制信号可以实现两个mos管其中一个为流通状态，另一个为截止状态，进而第一电池和第二电池之间的任意切换，满足不同的使用需求。
附图说明
图1为本发明提供的多电源供电电路原理图中备用启动单元部分和电池互斥单元部分的电路原理图。
图2为本发明提供的多电源供电电路原理图中网路电源与母线连接的电路原理图；其中A端口、B端口、C端口分别与图1中的A端口、B端口、C端口一一对应连通。
图3为本发明提供的电子设备的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图说明对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，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，都属于本发明的保护范围。
实施例一
如图1和图2所示，本实施例提供一种多电源供电电路，包括：网路电源、第一电池、第二电池、开机启动单元、备用启动单元、母线，所述网路电源与母线连接，所述母线连接用电设备；所述开机启动单元均与第一电池和第二电池连接，且第一电池和第二电池均接入母线中；第一电池和第二电池在接入母线之前均串联二极管，网路电源在第一电池、第二电池接入母线的接入点之前串联二极管；所述母线上串联母线开关；
其中，第一电池和第二电池的输出使能控制管脚为低电平时，为激活状态，第一电池和第二电池的输出使能控制管脚为高电平时，为非激活状态。参考图1所示，第一电池P3的输出使能控制管脚为BAT-PRES1，第一电池P3的输出端为Bat1+；第二电池P4的输出使能控制管脚为BAT-PRES2，第二电池P4的输出端为Bat2+。
备用启动单元包括第一启动单元和第二启动单元，第一电池P3的输出端Bat1+连接第一启动单元，第二电池P4的输出端Bat2+连接第二启动单元；第一启动单元的输出端连接第二电池的输出使能控制管脚，第二启动单元的输出端连接第一电池的输出使能控制管脚；第一电池无输出时，第一启动单元将低电平输入至第二电池。
第一启动单元包括第一mos管和第二mos管，第一mos管即图1中的mos_I，第二mos管为图1中的mos_K；第一电池P3的输出端Bat1+串联一个电阻之后连接第一mos管的栅极，第一mos管的漏极连接第二mos管的栅极，同时还连接一个3.3V的电压，第二mos管的漏极连接第二电池的输出使能控制管脚。
第二启动单元包括第三mos管和第四mos管，第三mos管即图1中的mos_G，第四mos管为图1中的mos_H；第二电池P4的输出端Bat1+串联一个电阻之后连接第三mos管的栅极，第三mos管的漏极连接第四mos管的栅极，同时还连接一个3.3V的电压，第四mos管的漏极连接第一电池的输出使能控制管脚。
进一步地，所述多电源供电电路还包括电池互斥单元，电池互斥单元用于切换第一电池和第二电池的激活状态。
具体地，所述电池互斥单元包括第五mos管、第六mos管和弱下拉电阻，参考图1所示，第五mos管为图1中的mos_L，第六mos管为图1中的mos_J，弱下拉电阻为电阻R1。
第五mos管的栅极连接控制信号输出端即SELECT信号，并且第五mos管与控制信号之间的连接电路上并联弱下拉电阻，弱下拉电阻R1另一端接地；第五mos管的漏极并联第二电池的输出使能控制管脚和第六mos管的栅极；第六mos管的漏极并联第一电池的输出使能控制管脚和第五mos管与控制信号之间的连接电路。同时，第五mos管的漏极和第六mos管的漏极均连接一个3.3V的电压。
所述多电源供电电路还包括维持电路，所述维持电路与母线开关的栅极连接；母线开关即图2中的mos_C，mos_C为PMOS管；所述维持电路用于开机启动单元断开后维持设备的开机状态；所述维持电路包括串联的电阻和第七mos管mos_E。第七mos管的漏极串联一个电阻之后与母线开关的栅极连接。
优选地，开机启动单元为单刀三掷单稳态开关K1，单刀三掷单稳态开关K1另一端接地。
本实施例提供的多电源供电电路能够适用于以下三种开机情况：
第一种情况：第一电池、第二电池、网路电源均正常情况下的开机启动。
按下开机启动单元K1且不松开，K1将低电平分别给到第一电池P3的输出使能控制管脚BAT-PRES1、第二电池P4的输出使能控制管脚BAT-PRES2以及mos_E的漏极，因此，第一电池和第二电池有输出电压，即Bat1+和Bat2+有输出，而母线开关mos_C因为mos_E的漏极为低电平而使mos_C的Vgs电压达到开启电压而打开。又因为第一电池接入母线之前串联稳压二极管D1，第二电池接入母线之前串联稳压二极管D2，网路电源接入母线之前串联稳压二极管D3，电路中预先设定网路电源电压高于第一电池和第二电池的输出电压，第一电池P3、第二电池P4、网路电源P2中网路电源电压最高，因此，网路电源P2可以输出至mos_C抵达VDD_SYS，VDD_SYS得电后，设备上电成功，进而系统产生开机维持信号MCU_ON_OFF。
松开开机启动单元K1后，维持信号MCU_ON_OFF可以维持开机状态。
如果在运行过程中网路电源P2发生故障，故障形式为断开；此时，控制信号无电压输入，相当于断开，那么由于弱下拉电阻R1的弱下拉作用，mos_L的栅极和mos_J的漏极为低电平，那么mos_L的漏极和mos_J的栅极为高电平，则mos_L为截止状态，mos_J为导通状态；第一电池的输出使能控制管脚为低电平，第二电池的输出使能控制管脚为高电平，因此，第一电池激活，第二电池非激活，第一电池为系统供电，系统达到稳定。
如果此时需要切换第一电池和第二电池，控制信号输出端SELECT输入高电平，由于电阻R1为弱下拉电阻，控制信号输入的高电平能够克服弱下拉作用，而使得mos_L的栅极和mos_J的漏极为高电平，那么mos_L的漏极和mos_J的栅极为低电平，则mos_L为导通状态，mos_J为截止状态；第一电池的输出使能控制管脚为高电平，第二电池的输出使能控制管脚为低电平，因此，第一电池切换为非激活，第二电池切换为激活，第二电池为系统供电，系统达到稳定实现电池的切换。
第二种情况：第一电池正常、第二电池正常、网路电源故障情况下的开机启动。
按下开机启动单元K1且不松开，K1将低电平分别给到第一电池P3的输出使能控制管脚BAT-PRES1、第二电池P4的输出使能控制管脚BAT-PRES2以及mos_E的漏极，因此，第一电池和第二电池有输出电压，即Bat1+和Bat2+有输出，而母线开关mos_C因为mos_E的漏极为低电平而使mos_C的Vgs电压达到开启电压而打开。由于网路电源P2发生故障，P2无电压输出；又因为第一电池接入母线之前串联稳压二极管D1，第二电池接入母线之前串联稳压二极管D2，电路中预先设定第一电池的输出电压高于第二电池的输出电压，第一电池P3、第二电池P4中电压最高的第一电池P3可以输出至mos_C抵达VDD_SYS，VDD_SYS得电后，设备上电成功，进而系统产生开机维持信号MCU_ON_OFF。
松开开机启动单元K1后，维持信号MCU_ON_OFF可以维持开机状态。
此时，控制信号无电压输入，相当于断开，那么由于弱下拉电阻R1的弱下拉作用，mos_L的栅极和mos_J的漏极为低电平，那么mos_L的漏极和mos_J的栅极为高电平，则mos_L为截止状态，mos_J为导通状态；第一电池的输出使能控制管脚为低电平，第二电池的输出使能控制管脚为高电平，因此，第一电池激活，第二电池非激活，第一电池为系统供电，系统达到稳定；也就是说在网路电源故障情况下，默认第一电池优先供电。
如果运行过程中第一电池P3发生故障，故障形式为断开或电量过低，则第一电池无输出，即端口Bat1+无电压输出，则mos_I因栅极失电而截止，进而导致mos_K的栅极得电而导通，从而使BAT-PRES2被拉到低电平，第二电池P4被激活；端口Bat2+有输出电压，使得mos_G的栅极得电则mos_G导通，进而使得mos_H的栅极被mos_G拉到低电平而截止，最终第二电池被激活后为系统供电。
第三种情况：第一电池故障、第二电池正常、网路电源故障情况下的开机启动。
按下开机启动单元K1且不松开，K1将低电平分别给到第一电池P3的输出使能控制管脚BAT-PRES1、第二电池P4的输出使能控制管脚BAT-PRES2以及mos_E的漏极，因此，第二电池有输出电压，即Bat2+有输出，而母线开关mos_C因为mos_E的漏极为低电平而使mos_C的Vgs电压达到开启电压而打开。又因为第一电池和网路电源均故障，第二电池P4可以输出至mos_C抵达VDD_SYS，VDD_SYS得电后，设备上电成功，进而系统产生开机维持信号MCU_ON_OFF。
松开开机启动单元K1后，维持信号MCU_ON_OFF可以维持开机状态。
由于第一电池P3故障，Bat1+无输出，则mos_I因栅极失电而截止，进而导致mos_K的栅极得电而导通，从而使BAT-PRES2被拉到低电平，第二电池P4被激活；端口Bat2+有输出电压，使得mos_G的栅极得电则mos_G导通，进而使得mos_H的栅极被mos_G拉到低电平而截止，最终第二电池被激活后为系统供电。
本实施例不仅能够实现多种电源均正常或者仅网路电源故障情况下的正常开机启动，还能够在第一电池即主电池和网路电源均故障情况下正常开机启动。同时在运行过程中还能够实现第一电池和第二电池的任意切换，满足不同的使用需求。
实施例二
本实施例提供一种电路板，包括基板和多电源供电电路，其中，所述基板用于承载所述多电源供电电路，所述多电源供电电路为实施例一提供的多电源供电电路。
实施例三
本实施例提供一种电子设备，如图3所示，包括供电模块、执行模块、监测模块和控制模块，所述供电模块为执行模块、监测模块、控制模块供应电力，所述供电模块包括实施例二提供的电路板；所述监测模块用于监测电路板中第一电池、第二电池的电量；所述控制模块输出用于切换第一电池和第二电池的控制信号；同时控制模块还用于控制执行模块的执行动作。
实施例四
本实施例提供一种电子设备供电方法，采用实施例三提供的电子设备，包括：接入网路电源，按压开机启动单元不松开，激活第一电池、第二电池；第一电池、第二电池、网路电源三者中电压最高的一路为设备供电，设备上电后产生开机维持信号；
松开开机启动单元后，维持信号维持开机状态。
若网路电源故障，第一电池激活并为设备供电，第二电池为非激活状态；
同时监测第一电池和第二电池的电量，根据第一电池的电量结合第一电池的状态切换为第二电池供电。
当第一电池的电量低于第一电池电量阈值或者第一电池为故障状态时，通过控制单元将供电切换为第二电池，第二电池为激活状态并为设备供电，第一电池为非激活状态。
当第二电池的电量低于第二电池电量阈值或者第二电池为故障状态时，通过控制单元将供电切换为第一电池，第一电池为激活状态并为设备供电，第二电池为非激活状态。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (14)
1.一种多电源供电电路，其特征在于，包括：网路电源、第一电池、第二电池、开机启动单元、备用启动单元、母线，所述网路电源与母线连接，所述母线连接用电设备；所述开机启动单元均与第一电池和第二电池连接，且第一电池和第二电池均接入母线中；第一电池和第二电池在接入母线之前均串联二极管，网路电源在第一电池、第二电池接入母线的接入点之前串联二极管；所述母线上串联母线开关；
备用启动单元包括第一启动单元和第二启动单元，第一电池的输出端连接第一启动单元，第二电池的输出端连接第二启动单元；第一启动单元的输出端连接第二电池的输出使能控制管脚，第二启动单元的输出端连接第一电池的输出使能控制管脚；第一电池无输出时，第一启动单元将低电平输入至第二电池。
2.根据权利要求1所述的多电源供电电路，其特征在于，第一电池和第二电池的输出使能控制管脚为低电平时，为激活状态，第一电池和第二电池的输出使能控制管脚为高电平时，为非激活状态。
3.根据权利要求1所述的多电源供电电路，其特征在于，第一启动单元包括第一mos管和第二mos管，第一电池的输出端连接第一mos管的栅极，第一mos管的漏极连接第二mos管的栅极，第二mos管的漏极连接第二电池的输出使能控制管脚。
4.根据权利要求3所述的多电源供电电路，其特征在于，第二启动单元包括第三mos管和第四mos管，第二电池的输出端连接第三mos管的栅极，第三mos管的漏极连接第四mos管的栅极，第四mos管的漏极连接第一电池的输出使能控制管脚。
5.根据权利要求1所述的多电源供电电路，其特征在于，所述多电源供电电路还包括电池互斥单元，电池互斥单元用于切换第一电池和第二电池的激活状态。
6.根据权利要求5所述的多电源供电电路，其特征在于，所述电池互斥单元包括第五mos管、第六mos管和弱下拉电阻，第五mos管的栅极连接控制信号输出端，并且第五mos管与控制信号之间的连接电路上并联弱下拉电阻；第五mos管的漏极并联第二电池的输出使能控制管脚和第六mos管的栅极；第六mos管的漏极并联第一电池的输出使能控制管脚和第五mos管与控制信号之间的连接电路。
7.根据权利要求1所述的多电源供电电路，其特征在于，所述多电源供电电路还包括维持电路，所述维持电路与母线开关的栅极连接；所述维持电路用于开机启动单元断开后维持设备的开机状态；
所述维持电路包括串联的电阻和第七mos管。
8.根据权利要求1所述的多电源供电电路，其特征在于，开机启动单元为单刀三掷单稳态开关。
9.一种电路板，包括基板和多电源供电电路，其中，所述基板用于承载所述多电源供电电路，其特征在于，所述多电源供电电路为权利要求1-8任一项所述的多电源供电电路。
10.一种电子设备，包括供电模块、执行模块、监测模块和控制模块，所述供电模块为执行模块、监测模块、控制模块供应电力，其特征在于，所述供电模块包括权利要求9所述的电路板；所述监测模块用于监测电路板中第一电池、第二电池的电量；所述控制模块输出用于切换第一电池和第二电池的控制信号。
11.一种电子设备供电方法，应用于权利要求10所述的电子设备，包括：接入网路电源，按压开机启动单元不松开，激活第一电池、第二电池；第一电池、第二电池、网路电源三者中电压最高的一路为设备供电，设备上电后产生开机维持信号；
松开开机启动单元后，维持信号维持开机状态。
12.根据权利要求11所述的电子设备供电方法，其特征在于，若网路电源故障，第一电池激活并为设备供电，第二电池为非激活状态；
同时监测第一电池和第二电池的电量，根据第一电池的电量结合第一电池的状态切换为第二电池供电。
13.根据权利要求12所述的电子设备供电方法，其特征在于，当第一电池的电量低于第一电池电量阈值或者第一电池为故障状态时，通过控制单元将供电切换为第二电池，第二电池为激活状态并为设备供电，第一电池为非激活状态。
14.根据权利要求12所述的电子设备供电方法，其特征在于，当第二电池的电量低于第二电池电量阈值或者第二电池为故障状态时，通过控制单元将供电切换为第一电池，第一电池为激活状态并为设备供电，第二电池为非激活状态。
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| CN101447691A (zh) * | 2007-11-27 | 2009-06-03 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 一种外置电源和电池的切换电路及其控制方法 |
| CN207994719U (zh) * | 2018-03-29 | 2018-10-19 | 河北先进数通信息技术有限公司 | 一种ups管理系统 |
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2023
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