CN202134953U - 电源切换电路 - Google Patents

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詹昶
赵琮
蒋大龙
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Shenzhen Renergy Technology Co.,Ltd.
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SHENZHEN RENERGY TECHNOLOGY CO LTD
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Abstract

本实用新型提出一种电源切换电路,包括:4个晶体管(P1、P2、P3和P4),晶体管(P1)的源极和衬底均连接到主电源输入端、漏极连接晶体管(P2)的漏极,晶体管(P2)的源极和衬底与晶体管(P4)的源极和衬底相连且连接电压输出端,晶体管(P3)的源极和衬底均连接备用电池输入端、漏极接晶体管(P4)的漏极;用于控制在主电源第一次上电之前将主电源切换至电压输出端、在主电源第一次上电之后根据主电源与备用电池之间的电压大小关系选择将其中之一换至电压输出端的电压控制器(U1),其4个输出端分别连接所述晶体管(P1、P2、P3和P4)的栅极。本实用新型具有结构简单,能有效保护备用电池以延长使用寿命的优点。

Description

电源切换电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种切换电路,尤其是涉及一种具有保护备用电池的主备电源切换电路。
背景技术
[0002] 双电源系统广泛存在于电子设备的应用领域中,大部分双电源系统都由一个直流的主电源和一个备用电池电源组成。在主电源掉电后,电子设备在备用电池电源供电下仍然能够工作,或者至少其部分重要功能能够继续工作。
[0003] 现有的电源切换电路的主要功能均为实现在主电源和备用电池电源之间的实时切换。当没有主电源的时候就使用电池作为电源,反之当主电源有电时就使用主电源供电。
[0004] 现有的电源切换电路的缺点在于没有电池节电功能,在电池安装到电子系统后, 只要没有主电源,那么电池立即开始为负载设备供电。然而电池的电量是非常有限的,如果负载设备的功耗较大而在主电源上电之前又存在相当长的一段时间,那么电池的使用寿命势必会受到严重的影响。
[0005] 例如一些智能电子产品在生产时需要安装上电池,而这些产品在实际工作中是依靠交流-直流转换电路将220V的市电转换为对电子系统供电的直流主电源。那么在生产完成后,如果该产品没有电池节电功能,则极有可能在产品的库存期间就已经消耗了相当一部分电池的电量,从而缩短了在销售之后电池的使用寿命。
实用新型内容
[0006] 为了解决现有的电源切换电路不具备用电池节电保护功能,本实用新型提出一种全新的电源切换电路来保护备用电池以延长备用电池的使用寿命。
[0007] 为解决上述问题,本实用新型采用了如下技术方案来实现:一种电源切换电路,该电路包括:主电源输入端、备用电池输入端和电压输出端;4个晶体管PI、P2、P3和P4,其中,所述晶体管Pl的源极和衬底均连接到所述主电源输入端、漏极连接所述晶体管P2的漏极,所述晶体管P2的源极和衬底与所述晶体管P4的源极和衬底相连且连接所述电压输出端,所述晶体管P3的源极和衬底均连接所述备用电池输入端、漏极接所述晶体管P4的漏极;用于控制在主电源第一次上电之前将所述主电源输入端的电压切换至所述电压输出端、且在主电源第一次上电之后根据所述主电源输入端的输入电压与所述备用电池输入端的输入电压之间的电压大小关系选择将其中之一输入电压切换至所述电压输出端的电压控制器Ul,所述电压控制器Ul的2个输入端分别连接所述主电源输入端和所述备用电池输入端,4个输出端分别连接4个所述晶体管(P1、P2、P3和P4)的栅极。
[0008] 优选的,所述电压控制器Ul包括:正输入端连接主电源、负输入端连接备用电池的迟滞比较器Ull ;用于将电压域为主电源电压的电平信号转化成电压域为输出电压的反相逻辑信号的电平转换反相器U12,所述电平转换反相器U12连接在所述迟滞比较器Ull的输出端;分别连接在所述电平转换反相器U12的输出端与4个晶体管P1、P2、P3和P4的栅极之间的4个逻辑控制单元CL1、CL2、CL3和CL4。
[0009] 其中,所述逻辑控制单元CLl以主电源的输出电压为工作电源,所述逻辑控制单元CL3以备用电池的输出电压为工作电源,所述逻辑控制单元CL2和所述逻辑控制单元CL4 均以所述电压输出端的输出电压为工作电源;所述迟滞比较器Ull以主电源的输出电压为工作电源;所述电平转换反相器U12以所述电压输出端的输出电压为工作电源。
[0010] 另外,4个所述晶体管P1、P2、P3和P4均为PMOS晶体管。
[0011] 本实用新型提出的电源切换电路实现了电源切换电路的电池节电功能:主电源第一次上电之前,在备用电池上电后不会立即将负载设备的供电电源切换为电池电源,而是仍然保持在主电源上,负载设备仍处于无电源的不工作状态,从而不会消耗电池的电量;必须等到主电源第一次上电之后,该电源切换电路再根据主电源电压与备用电池电压之间的大小关系来控制对负载设备供电的电源切换。这样,在生产和存储过程中,负载设备都不会消耗电池电量,直到主电源电压第一次上电之后,因此能够有效的延长系统备用电池的使用寿命。
附图说明
[0012] 图1是本实用新型提出的电源切换电路的电路示意图;
[0013] 图2是图1中电压控制器一个实施例的电路示意图。
具体实施方式
[0014] 如图1所示,本实用新型的具有电池节电功能的电源切换电路由一个电压控制器 Ul、4个用作电源开关的PMOS晶体管P1、P2、P3和P4组成。其中,电压控制器Ul的两个输入端其中之一接主电源(主电源的电压表示为Vdd),另一个输入端接备用电池(备用电池的电压表示为Vbat);四个输出端(其输出电压信号分别表示为Vgl、Vg2、Vg3和Vg4)分别连接4个晶体管P1、P2、P3和P4的栅极。另外,晶体管Pl的源极和衬底均连接到主电源电压Vdd,漏极接晶体管P2的漏极;晶体管P2的源极和衬底与晶体管P4的源极和衬底相连并接到输出电源Vdda ;晶体管P3的源极和衬底均连接到电池电压Vbat,漏极接晶体管P4 的漏极。
[0015] 本实用新型的具有电池节电功能的电源切换电路的工作原理如下:
[0016] 电压控制器Ul在备用电池电压Vbat上电而主电源电压Vdd没有上电的情况下处于备用电池节电状态,此时的四个输出电压中Vg3为高电平使晶体管P3关断,另外三个输出电压Vgl、Vg2和Vg4为低电平。由于此时电源电压Vdd为0,因此输出电源Vdda没有电压输出,Vdda所接的负载设备不消耗电流。
[0017] 主电源电压Vdd第一次上电之后,电压控制器Ul即脱离电池节电状态,然后电压控制器Ul将根据主电源电压Vdd与电池电压Vbat的大小关系来控制输出电源Vdda在主电源电压Vdd和电池电压Vbat之间切换。如果Vdd> Vbat,则电压控制器Ul的输出电压 Vgl和Vg2为低电平而Vg3和Vg4为高电平,晶体管Pl和P2导通将主电源电压Vdd与输出电源Vdda连通,而晶体管P3和P4关断;如果Vdd < Vbat,则电压控制器Ul的输出电压Vgl 和Vg2为高电平而输出电压Vg3和Vg4为低电平,晶体管P3和P4导通将电池电压Vbat与输出电源Vdda连通,而晶体管Pl和P2关断。为了避免在Vdd ^ Vbat时出现Vdda不停的在Vdd和Vbat之间进行切换,可以设置一定的迟滞电压来杜绝这个模糊的电压判定区间。 例如当Vdda在与Vbat连接的时候,Vdd必须达到Vdd > Vbat+100mV电压控制器Ul才会将Vdda切换为Vdd,反之亦然。
[0018] 从上面的电源切换过程可知,一旦电压控制器Ul脱离电池节电状态后,只要电池电压Vbat始终存在,负载设备将持续工作;只有当电池电压Vbat和主电源电压Vdd均完全掉电后,并且又是Vbat先上电的情况下,电压控制器Ul才会重新进入电池节电状态。
[0019] 结合图2所示,给出了本实用新型的具有电池节电功能的电源切换电路的一个具体实施例。在该实施例中,电压控制器Ul包括:迟滞比较器Ull ;电平转换反相器U12 ;4个逻辑控制单元CL1、CL2、CL3和CL4。其中,迟滞比较器Ull的正输入端连接主电源,负输入端连接备用电池,而输出端连接电平转换反相器U12 ;4个逻辑控制单元CLl、CL2、CL3和 CL4分别连接在电平转换反相器U12的输出端与4个晶体管PI、P2、P3和P4的栅极之间。 另外,为了避免在主电源电压Vdd和电池电压Vbat之间产生通路,所有的晶体管的衬底二极管都必须反偏,所以晶体管Pl的源极和衬底接主电源电压Vdd,晶体管P3的源极和衬底接备用电池电压Vbat,晶体管P2和P4的源极和衬底接输出电压Vdda。
[0020] 要确保在电源电压切换的过程中,晶体管能够完全关断,晶体管的栅极电压必须至少与其源极的电压相等。所以逻辑控制单元CLl以主电源电压Vdd为电源,逻辑控制单元CL3以备用电池电压Vbat为电源,逻辑控制单元CL2和CL4以输出电压Vdda为电源;迟滞比较器Ul 1以主电源电压Vdd为电源;电平转换反相器U12以Vdda为电源,用于将电压域为主电源电压Vdd的电平信号Vo转化成电压域为输出电压Vdda的反相逻辑信号Vc。
[0021] 在主电源电压Vdd和备用电池电压Vbat都有电压时,设迟滞比较器Ull的迟滞电压为Vos,其输出电压Vo在Vdd > Vbat+Vos的情况下为高电平,在Vdd < Vbat-Vos的情况下为低电平。由于相应的分别要将Vdd和Vbat连接到Vdda,因此逻辑控制单元CLl和 CL2的输出电压Vgl和Vg2的逻辑与Vo相反,而逻辑控制单元CL3和CL4的输出电压Vg3 和Vg4的逻辑与Vo相同。
[0022] 迟滞比较器Ul 1工作在主电源电压Vdd下,所以当只有备用电池上电而主电源没有第一次上电时,迟滞比较器Ull将处于不工作的状态输出电压Vo为O。此时由于输出电压Vdda还没有任何电压,电平转换反相器U12的输出电压Vc也为0,因此Vg3为高电平使晶体管P3关断,但是Vg4仍为低电平,因为逻辑控制单元CL4也是以输出电压Vdda为电源的。此时电压控制器Ul处于备用电池节电状态。一旦主电源第一次上电后,输出电压Vdda 即会等于主电源电压Vdd或者备用电池电压Vbat,此后如果主电源掉电了,Vo的O电压将导致Vc的高电平,从将备用电池的电压Vbat切换至输出电压Vdda,电压控制器Ul不会再进入电池节电状态。
[0023] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,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、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种电源切换电路,其特征在于,该电路包括:主电源输入端、备用电池输入端和电压输出端;4个晶体管(P1、P2、P3和P4),其中,所述晶体管(Pl)的源极和衬底均连接到所述主电源输入端、漏极连接所述晶体管(P2)的漏极,所述晶体管(P2)的源极和衬底与所述晶体管 (P4)的源极和衬底相连且连接所述电压输出端,所述晶体管(P3)的源极和衬底均连接所述备用电池输入端、漏极接所述晶体管(P4)的漏极;用于控制在主电源第一次上电之前将所述主电源输入端的电压切换至所述电压输出端、且在主电源第一次上电之后根据所述主电源输入端的输入电压与所述备用电池输入端的输入电压之间的电压大小关系选择将其中之一输入电压切换至所述电压输出端的电压控制器(Ul),所述电压控制器(Ul)的2个输入端分别连接所述主电源输入端和所述备用电池输入端,4个输出端分别连接4个所述晶体管(P1、P2、P3和P4)的栅极。
2.根据权利要求1所述电源切换电路,其特征在于,所述电压控制器(Ul)包括:正输入端连接主电源、负输入端连接备用电池的迟滞比较器(Ul 1);用于将电压域为主电源电压的电平信号转化成电压域为输出电压的反相逻辑信号的电平转换反相器(U12),所述电平转换反相器(U12)连接在所述迟滞比较器(Ull)的输出端;分别连接在所述电平转换反相器(U12)的输出端与4个晶体管(P1、P2、P3和P4)的栅极之间的4个逻辑控制单元(CL1、CL2、CL3和CL4)。
3.根据权利要求2所述电源切换电路,其特征在于,所述逻辑控制单元(CLl)以主电源的输出电压为工作电源,所述逻辑控制单元(CL3)以备用电池的输出电压为工作电源,所述逻辑控制单元(CL2)和所述逻辑控制单元(CL4)均以所述电压输出端的输出电压为工作电源。
4.根据权利要求2所述电源切换电路,其特征在于,所述迟滞比较器(Ull)以主电源的输出电压为工作电源。
5.根据权利要求2所述电源切换电路,其特征在于,所述电平转换反相器(U12)以所述电压输出端的输出电压为工作电源。
6.根据权利要求1-5任何一项所述电源切换电路,其特征在于,4个所述晶体管(P1、 P2、P3和P4)均为PMOS晶体管。
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