CN201733131U - 一种多电源供电电压调节器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多电源供电电压调节器，包括由电压检测单元、工作模式选择电路和电压产生电路组成的对至少两路电源进行检测，并根据检测结果发出开启信号和关闭信号的电压调节电路，以及分别设置在至少两路电源输出端并与电压调节电路相连接的电流开关管。电压调节电路根据对至少两路电源的检测结果分别向对应至少两路电源的电流开关管发出开启信号或者关闭信号，以开启其中一路有效电源的供电电路，关闭其他电源或无效电源的供电电路，当输入电源进行转换时，电压调节电路自动实现输入供电的切换。本实用新型电路简单，减小了功耗和制造成本；采用延迟关闭信号方式，防止切换电源输入过程中的掉电现象，实现电源切换的无缝过渡。

Description

一种多电源供电电压调节器

技术领域

本实用新型涉及一种电源供电电压调节装置，特别是指对两路或两路以上供电电源进行择一选择的供电电压调节器。

背景技术

当前许多电子产品(如双界面智能卡等)存在两路或两路以上电源输入，电压调节器在其中的主要作用就是选择有电源的输入供电，输出高精度电压提供给后续电路使用，当两路电源同时存在时，电压调节器选择优先电源供电。在两路电源输入切换时电压调节器需要做到电源供电的迅速切换，并保证输出电压在切换过程中保持稳定。

现有的双电源电压调节器主要采用两种方案：一、两路输入电源先进行电压检测，分别控制每路输入电源对应的开关管，开关管选取合适的电源供电后，通过一个电压调节器输出电压；二、两路输入电源先进行电压检测，输出信号控制每路输入电压对应的电压调节器使能，有输入电压端对应的电压调节器开启，无输入端电压调节器关闭，通过调节器输出高精度电压。

这两种方法都有一定的前瞻性但是仍存在一定问题。方案一中需要两路开关管，同时需要相应的逻辑电路控制开关管，电路结构复杂；方案二中需要两个电压调节器，增加了面积和功耗，另外在输入电源切换时，输出存在掉电情况，不利于实际应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型的多电源供电电压调节器，实现自动检测电源来源并选取有效输入供电，当至少两路输入均有电时可以选择其中一路优先供电，并根据外界电源的转换能够实现供电电源的不掉电的自动切换。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种多电源供电电压调节器，其特征在于：包括对至少两路电源进行检测并根据检测结果发出开启信号和关闭信号的电压调节电路，以及至少两个电流开关管，所述至少两个电流开关管分别设置于至少两路电源输出端并与所述电压调节电路连接；所述至少两个电流开关管的输入端分别与所述电源输出端连接，所述至少两个电流开关管的控制端分别与所述电压调节电路的输出端连接，所述至少两个电流开关管的输出端彼此连接以向用电负载供电；所述电压调节电路根据对至少两路电源的检测结果分别将开启信号和关闭信号发送给设置于至少两路电源输出端的电流开关管，以开启其中一个电流开关管并关闭其他电流开关管。

本实用新型的有益效果是：所述电压调节电路对至少两路电源进行检测，并根据检测结果分别向对应于至少两路电源的至少两个电流开关管发出开启信号或关闭信号，以开启其中一路有效电源的供电电路，关闭其他电源或无效电源的供电电路，当至少两路输入电源均能提供有效输入供电时，电压调节电路自动优先选择其中一路开启供电，关闭其他路电源的供电；当输入电源进行转换时，电压调节电路能够自动实现输入供电的切换；仅采用一套电压调节电路作为逻辑电路控制电流开关管，电路更简单；仅采用一个本实用新型的多电源供电电压调节器即可实现对多路输入电源的控制开关操作，减小了功耗和制造成本。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述电压调节电路还包括至少两个电压检测单元、与所述至少两个电压检测单元连接的工作模式选择电路、以及分别与所述工作模式选择电路和至少两个电流开关管连接的电压产生电路，所述至少两个电压检测单元分别与至少两路电源连接；所述电流开关管的控制端与电压产生电路连接；所述至少两个电压检测单元分别对至少两路输入电源进行检测，并将检测结果发送给工作模式选择电路；所述工作模式选择电路根据接收到的检测结果向电压产生电路发出开启电压信号和关闭电压信号，电压产生电路将所接收到的电压信号进行电压转换，并将信号发送给与其连接的至少两个电流开关管。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过至少两个电压检测单元对至少两路输入电源进行检测实现对输入电源是否可以进行供电的判断；通过工作模式选择电路可以决定供电电源的选择，如当电压检测单元中仅检测到只有一路电源可以供电时，工作模式选择电路则选择该电源供电，当电压检测单元中检测到至少两路电源可以供电时，工作模式选择电路通过逻辑控制选择其中的优先电源供电；通过电压产生电路，对工作模式选择电路的电压信号进行调整，以实现对电流开关管的驱动。

进一步，所述工作模式选择电路在发出开启电压信号后经过一定时间的延迟再发出关闭电压信号。

采用上述进一步方案的有益效果是，工作模式选择电路在发出开启电压信号后经过一定时间的延迟后发出关闭电压信号，使得经电压产生电路转换后的关闭电压信号与开启电压信号之间同样存在一定时间的延迟，从而在开启某一电流开关管之后再经过一定时间延迟后关闭其他电流开关管，进而防止了切换电源输入过程中的掉电现象，实现了电源切换的无缝过渡。

所述一定时间，是指能够保证切换过程中避免掉电所允许的最小时间，该时间段非常短暂，在该时间段内存在至少两个电流开关管同时连通的中间状态，该状态的存在保证了电源输入不会中断，从而保证用电负载的正常工作。本实用新型中的延迟时间范围可以在1～8us之间，优选在5us左右。

进一步，所述电流开关管的输出端通过分压电阻与电压产生电路连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，经过分压电阻分压之后的采样反馈给电压产生电路，使电压产生电路将采样与参考电压相比较以控制对电流开关管发送的电压信号的电压值的精度，从而控制电流开关管输出端所输出电压的精度。

进一步，还包括启动电路，所述启动电路的输入端与至少两路电源电连接并与电流开关管的输出端电连接，所述启动电路的输出端分别给电压调节电路中的电压检测单元、工作模式选择电路和电压产生电路供电。

采用上述进一步方案的有益效果是，所述至少两路电源通过启动电路对电压调节电路中的电压检测单元、工作模式选择电路和电压产生电路提供初始工作电压，当多电源供电电压调节器启动后，电流开关管输出电压信号传送给启动电路以关闭启动电路，从而实现了对多电源供电电压调节器的启动。

进一步，所述电压产生电路优选为电荷泵，但并不仅限于电荷泵，该电压产生电路可以为升压电路，也可以为降压电路。

进一步，所述电流开关管为NMOS晶体管，所述电流开关管的控制端为NMOS晶体管的栅极，所述电流开关管的输入端为NMOS晶体管的漏极，所述电流开关管的输出端为NMOS晶体管的源极。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用NMOS晶体管作为电流开关管，电源的变化不会影响到输出，提高了电源抑制能力，同时NMOS晶体管的电流能力强，与PMOS晶体管相比更节省芯片面积。

附图说明

图1A为本实用新型多电源供电电压调节器实施方式一的电路示意图；

图1B为本实用新型多电源供电电压调节器实施方式一中的启动电路示意图；

图2A为本实用新型多电源供电电压调节器实施方式二的电路示意图；

图2B为本实用新型多电源供电电压调节器实施方式二中的启动电路示意图；

图3A为本实用新型多电源供电电压调节器实施方式三的电路示意图；

图3B为本实用新型多电源供电电压调节器实施方式三中的启动电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施方式一

如图1A和图1B所示，本实用新型的多电源供电电压调节器实施方式一为双电源供电电压调节器，该双电源供电电压调节器为两路电源——第一电源Source1和第二电源Source2的输入进行控制，本实施方式的双电源供电电压调节器包括，与第一电源Source1和第二电源Source2分别对应连接的第一电压检测单元VDS1和第二电压检测单元VDS2，分别与第一电压检测单元VDS1和第二电压检测单元VDS2连接的工作模式选择电路SD，与工作模式选择电路SD连接的电压产生电路VG，与电压产生电路VG电连接并分别设置于上述第一电源Source1和第二电源Source2输出端的第一电流开关管和第二电流开关管，第一电流开关管和第二电流开关管的控制端分别与电压产生电路VG连接，第一电流开关管和第二电流开关管的输入端分别与第一电源Source1和第二电源Source2连接，第一电流开关管和第二电流开关管的输出端彼此电连接以向用电负载供电。其中，第一电压检测单元VDS1、第二电压检测单元VDS2、工作模式选择电路SD和电压产生电路VG共同组成了电压调节电路，该电压调节电路可实现对第一电源Source1和第二电源Source2进行检测并根据检测结果分别向第一电流开关管和第二电流开关管发出开启信号或者关闭信号的功能；第一电流开关管和第二电流开关管均采用NMOS晶体管，第一电流开关管和第二电流开关管分别对应第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2，NMOS晶体管的漏极对应于电流开关管的输入端，NMOS晶体管的源极对应于电流开关管的输出端，NMOS晶体管的栅极对应于电流开关管的控制端，采用NMOS晶体管作为电流开关管，使得电源的变化不会影响到输出，提高了电源抑制能力，同时NMOS晶体管的电流能力强，与PMOS晶体管相比也更节省芯片面积。

本实施方式的双电源供电电压调节器还包括有一个启动电路Start_up，其输入端与第一电源Source1和第二电源Source2连接并与电流开关管的输出端即NMOS晶体管的源极连接，启动电路Start_up的输出端分别与电压调节电路中的第一电压检测单元VDS1、第二电压检测单元VDS2、工作模式选择电路SD和电压产生电路VG连接，以提供初始工作电压。

第一电压检测单元VDS1和第二电压检测单元VDS2的作用是分别对第一电源Source1和第二电源Source2进行检测，并把检测结果以“0”或“1”的信号形式发送给工作模式选择电路SD；工作模式选择电路SD的作用是根据从第一电压检测单元VDS1和第二电压检测单元VDS2接收的“0”或“1”的检测结果向电压产生电路VG发送开启电压信号并经过延迟后发送关闭电压信号；电压产生电路VG的作用是将从工作模式选择电路SD接收到开启电压信号和关闭电压信号进行电压调整操作，并将调整后的信号分别发送给第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2；第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2的作用是根据接受到的信号开启或者关闭所在第一电源Source1或第二电源Source2输入电路的通路。第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2的源极通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2组成的分压电路，与电压产生电路VG电连接，从而可以使电压产生电路VG将采样与参考电压相比较以控制对第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2发送的电压信号的电压值的精度，从而控制第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2源极所输出电压的精度。

本实施方式双电源供电电压调节器的电路工作过程如下(假设Source1供电优先)：

首先第一电源Source1和第二电源Source2经过包含有简单电压调节器的启动电路Start_up产生一路初始输出电压VCC，初始输出电压VCC给第一电压检测单元VDS1、第二电压检测单元VDS2、工作模式选择电路SD和电压产生电路VG供电。第一电压检测单元VDS1和第二电压检测单元VDS2分别检测第一电源Source1和第二电源Source2是否有电，并输出检测结果信号AdS1Vd和AdS2Vd，工作模式选择电路SD通过接收到的检测结果信号AdS1Vd和AdS2Vd判断工作模式，并输出信号S1_sel和S2_sel，电压产生电路VG输出的电压值大约为VDD+Vgs，S1_sel和S2_sel经过电平转移，高电平即为电压产生电路VG输出的电压VDD+Vgs，输出信号C1和C2分别控制第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2的开启。NMOS晶体管输出电压为VDD，经过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压采样反馈给电压产生电路VG，电压产生电路VG通过与参考电压Vref比较限制电压产生电路VG的输出电压值，从而控制输出电压VDD的精度。当VDD稳定后，输入到启动电路Start_up中关闭启动电路。

当第一电源Source1有电而第二电源Source2无电时，第一电压检测单元VDS1输出的信号AdS1Vd为“1”，第二电压检测单元VDS2输出的信号AdS2Vd为“0”，工作模式选择电路SD输出的信号S1_sel为高，信号S2_sel为低，电压产生电路VG输出电压为VDD+Vgs，信号S1_sel和信号S2_sel经过电压产生电路VG输出分别对应信号C1和信号C2，信号C1输出电压为VDD+Vgs，信号C2输出电压为0，第一NMOS晶体管M1开启，第二NMOS晶体管M2关闭，电路由第一电源Source1供电。

当第一电源Source1无电而第二电源Source2有电时，第一电压检测单元VDS1输出的信号AdS1Vd为“0”，第二电压检测单元VDS2输出的信号AdS2Vd为“1”，工作模式选择电路SD输出的信号S1_sel为低，信号S2_sel为高，电压产生电路VG输出电压为VDD+Vgs，信号S1_sel和信号S2_sel经过电压产生电路VG输出分别对应信号C1和信号C2，信号C1输出电压为0，信号C2输出电压为VDD+Vgs，第一NMOS晶体管M1关闭，第二NMOS晶体管M2开启，电路由第二电源Source2供电。

当第一电源Source1和第二电源Source2均有电时，第一电压检测单元VDS1输出的信号AdS1Vd为“1”，第二电压检测单元VDS2输出的信号AdS2Vd也为“1”，工作模式选择电路SD通过逻辑控制，输出信号S1_sel为高，信号S2_sel为低，电压产生电路VG输出电压为VDD+Vgs，信号S1_sel和信号S2_sel经过电压产生电路VG输出分别对应信号C1和信号C2，信号C1输出电压为VDD+Vgs，信号C2输出电压为0，第一NMOS晶体管M1开启，第二NMOS晶体管M2关闭，电路由第一电源Source1供电。

另外，当第一电源Source1有电而第二电源Source2无电切换到第一电源Source1无电而第二电源Source2有电时，第一电压检测单元VDS1输出的信号AdS1Vd马上由“1”切换为“0”，第二电压检测单元VDS2输出的信号AdS2Vd由“0”切换为“1”，工作模式选择电路SD通过逻辑控制将信号S2_sel由0切换为1，经过一定时间延迟后将信号S1_sel由1切换为0，切换过程中电压产生电路VG输出电压保持不变，切换瞬间第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2同时开启，防止切换过程中掉电。切换完成后由第二电源Source2供电，电路正常工作。

当第一电源Source1无电而第二电源Source2有电切换到第一电源Source1有电而第二电源Source2无电时，第一电压检测单元VDS1输出的信号AdS1Vd马上由“0”切换为“1”，第二电压检测单元VDS2输出的信号AdS2Vd由“1”切换为“0”，工作模式选择电路SD通过逻辑控制将信号S1_sel由0切换为1，经过一定时间延迟后将信号S2_sel由1切换为0，切换过程中电压产生电路VG输出电压保持不变，切换瞬间第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2同时开启，防止切换过程中掉电。切换完成后由第一电源Source1供电，电路正常工作。

实施方式二

如图2A和图2B所示，本实用新型的多电源供电电压调节器实施方式二为三电源供电电压调节器，该三电源供电电压调节器为三路电源——第一电源Source1、第二电源Source2和第三电源Source3的输入进行控制，本实施方式的三电源供电电压调节器在实施方式一的基础上，对应第三电源Source3增加了第三电压检测单元VDS3并与工作模式选择电路SD电连接，对应第三电源Source3增加了作为第三电流开关管的第三NMOS晶体管M3，从而实现对第三电源Source3的输入进行控制。第一电压检测单元VDS1、第二电压检测单元VDS2、第三电压检测单元VDS3、作模式选择电路SD和电压产生电路VG共同组成了电压调节电路。第一电源Source1、第二电源Source2和第三电源Source3同时接入启动电路Start_up的输入端，启动电路Start_up的输出端分别与电压调节电路中的第一电压检测单元VDS1、第二电压检测单元VDS2、第三电压检测单元VDS3、工作模式选择电路SD和电压产生电路VG电连接，以提供初始工作电流。第一NMOS晶体管M1、第二NMOS晶体管M2和第三NMOS晶体管M3的源极输出的电压VDD接入到启动电路Start_up，以控制启动电路Start_up的关闭。

其工作过程与实施方式一的工作过程相同，在三个供电电源之间进行切换时，工作模式选择电路SD将发出的信号由1切换为0同样经过一定时间延迟后进行，切换过程中电压产生电路VG的输出电压保持不变，从而防止切换过程中掉电。

实施方式三

如图3A和图3B所示，本实用新型的多电源供电电压调节器实施方式三为双界面智能卡供电电压调节器，该三为双界面智能卡供电电压调节器在实施方式一的基础上在电压产生电路VG的输出端连接了四个作为电流开关管的NMOS晶体管，其中，第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2的漏极分别与第一电源Source1连接，第一NMOS晶体管M1和第二NMOS晶体管M2的栅极分别与电压产生电路VG的信号C1输出端电连接，第三NMOS晶体管M3和第四NMOS晶体管M4的漏极分别与第二电源Source2连接，第三NMOS晶体管M3和第四NMOS晶体管M4的栅极分别与电压产生电路VG的信号C2输出端电连接，第一NMOS晶体管M1和第三NMOS晶体管M3的源极彼此电连接并向用电负载输出出电压VDD2，第二NMOS晶体管M2和第四NMOS晶体管M4的源极彼此电连接并向用电负载输出电压VDD1，第二NMOS晶体管M2和第四NMOS晶体管M4的源极通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2组成的分压电路，与电压产生电路VG电连接，从而控制电压产生电路VG的发出的信号C1和信号C2电压值的精度，从而各NMOS晶体管源极所输出电压的精度。第二NMOS晶体管M2和第四NMOS晶体管M4的源极输出的电压VDD1接入到启动电路Start_up，以控制启动电路Start_up的关闭。

实施方式三的双界面智能卡供电电压调节器是本实用新型在双界面智能卡中的一种变更应用，智能卡中有接触和非接触两种工作模式分别对应第一电源Source1和第二电源Source2，选择有输入的电源供电，产生两路互不干扰电压VDD1和电压VDD2。

本实用新型通过修改每路电源并联电流开关管个数可以根据需要输出多路互不干扰的电压；本实用新型中电压产生电路VG可以通过如电荷泵等多种升压方法实现，也可以采用降压电路实现，至于升压电路和降压电路之间的选择，需要根据具体的情况来确定。

本实用新型的所有实施方式中延迟的时间长度，是保证切换过程中避免掉电所允许的最小时间长度，该时间长度非常短暂，在该时间段内存在至少两个电流开关管同时连通的中间状态，该状态的存在保证了电源输入不会中断，从而保证用电负载的正常工作。本实用新型所有实施方式中的延迟时间长度范围可以在1～8us之间，优选在5us左右。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多电源供电电压调节器，其特征在于：包括对至少两路电源进行检测并根据检测结果发出开启信号和关闭信号的电压调节电路，以及至少两个电流开关管，所述至少两个电流开关管分别设置于至少两路电源输出端并与所述电压调节电路连接；所述至少两个电流开关管的输入端分别与所述电源输出端连接，所述至少两个电流开关管的控制端分别与所述电压调节电路的输出端连接，所述至少两个电流开关管的输出端彼此连接以向用电负载供电；所述电压调节电路根据对至少两路电源的检测结果分别将开启信号和关闭信号发送给设置于至少两路电源输出端的电流开关管，以开启其中一个电流开关管并关闭其他电流开关管。

2.根据权利要求1所述的多电源供电电压调节器，其特征在于：所述电压调节电路还包括至少两个电压检测单元、与所述至少两个电压检测单元连接的工作模式选择电路、以及分别与所述工作模式选择电路和至少两个电流开关管连接的电压产生电路，所述至少两个电压检测单元分别与至少两路电源连接；所述电流开关管的控制端与电压产生电路连接；所述至少两个电压检测单元分别对至少两路输入电源进行检测，并将检测结果发送给工作模式选择电路；所述工作模式选择电路根据接收到的检测结果向电压产生电路发出开启电压信号和关闭电压信号，电压产生电路将所接收到的电压信号进行电压转换，并将信号发送给与其连接的至少两个电流开关管。

3.根据权利要求2所述的多电源供电电压调节器，其特征在于：所述工作模式选择电路在发出开启电压信号后经过一定时间的延迟再发出关闭电压信号。

4.根据权利要求2所述的多电源供电电压调节器，其特征在于：所述电流开关管的输出端通过分压电阻与电压产生电路连接。

5.根据权利要求2所述的多电源供电电压调节器，其特征在于：还包括启动电路，所述启动电路的输入端与至少两路电源电连接并与电流开关管的输出端电连接，所述启动电路的输出端分别给电压调节电路中的电压检测单元、工作模式选择电路和电压产生电路供电。

6.根据权利要求2所述的多电源供电电压调节器，其特征在于：所述电压产生电路为电荷泵。

7.根据权利要求1至5任一项所述的多电源供电电压调节器，其特征在于：所述电流开关管为NMOS晶体管，所述电流开关管的控制端为NMOS晶体管的栅极，所述电流开关管的输入端为NMOS晶体管的漏极，所述电流开关管的输出端为NMOS晶体管的源极。

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