CN203456941U - 一种带多重保护的高效电池与外电自动切换电路 - Google Patents
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Abstract
一种带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，包括外接直流电源输入电路、外接直流电源开关电路、电池输入电路、电池开关电路和电压检测电路，外接直流电源开关电路与外接直流电源输入电路连接控制其通断，电池开关电路与电池输入电路连接控制其通断，外接直流电源开关电路输出端和电池开关电路输出端连接用来输出电压，电压检测电路检测外接直流电源输入电路的电压控制外接直流电源开关电路和电池开关电路的通断实现外接直流电源和电池供电的自动切换。本实用新型的电池使用率高、外接直流电源和电池供电能够自动切换。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种一次性锂电池和外电同时供电的产品，尤其涉及一种带多重保护的高效电池与外电自动切换电路。
背景技术
目前在低功耗产品中，多数采用一次性锂电池供电。为了减少功耗这些产品大多数处于休眠状态，在一定时间才间隔工作一下，因此实时性比较差；一些场合对实时性要求比较高，因此只能通过引入外部直流电来解决这一问题。为了使产品的的兼容性比较好，就必须使电池和外部直流电能够自动切换，以满足客户的需求，然而现有的技术，基本采用肖特基二极管做隔离，并没有达到真正的切换，电池使用率低，不能完全隔离，且有一定的漏电流。（2）
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电池使用率高、外接直流电源和电池供电能够自动切换的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路。
本实用新型是这样实现的：一种带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，包括外接直流电源输入电路、外接直流电源开关电路、电池输入电路、电池开关电路和电压检测电路，外接直流电源开关电路与外接直流电源输入电路连接控制其通断，电池开关电路与电池输入电路连接控制其通断，外接直流电源开关电路输出端和电池开关电路输出端连接用来输出电压，电压检测电路检测外接直流电源输入电路的电压控制外接直流电源开关电路和电池开关电路的通断实现外接直流电源和电池供电的自动切换。
进一步优化方案为：所述外接直流电源开关电路的后级连接有提高电源兼容性的稳压滤波电路，稳压滤波电路的输出端串接一个肖特基二极管D2，为外接直流电源稳压输出与电池供电隔离第三重保护。
进一步优化方案为：所述外接直流电源输入电路包括依次串联连接的外接直流电输入口JP1、肖特基二极管D1和无极性电容C1，无极性电容C1为外接直流电源输入的一次滤波电容。所述外接直流电源输入电路的外接直流电输入口 JP1和肖特基二极管D1之间还串接有自恢复保险丝F1，无极性电容C1并联连接有为外接直流电的ESD保护的双向ESD器件DT1，外接直流电源输入电路经自恢复保险丝F1和肖特基二极管D1后输入电源VDC；无极性电容C1一端接地，另一端接输入电源VDC连接到外接直流电源开关电路和电压检测电路，当某个电源短路或者过载时，F1自动断开，实现对电路保护。
进一步优化方案为：所述电池输入电路包括串联连接的电池输入口JP2和无极性电容C4，无极性电容C4为电池输入的一次滤波电容。所述电池输入电路的电池输入口JP2和无极性电容C4之间还串接有自恢复保险丝F2，无极性电容C4并联连接有为电池输入ESD保护的双向ESD器件DT2。自恢复保险丝F1、F2为自恢复保险丝是外接直流电源和电池供电的过载和短路保护。
进一步优化方案为：所述外接直流电源开关电路由电阻R3、电阻R4、PMOS管Q1和带内置偏置电阻三极管Q2组成，PMOS管Q1的源极连接到外接直流电源输入电路的输出端和电阻R3的一端，PMOS管Q1的栅极连接到电阻R3的另一端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接到带内置偏置电阻三极管Q2的集电极，带内置偏置电阻三极管Q2的基极连接到电压检测电路的输出端，带内置偏置电阻三极管Q2的发射极接地，当输入直流电压高于电压检测电路门槛电压时，PMOS管Q1、带内置偏置电阻三极管Q2导通，直流输入电压供给后级稳压滤波电路。
进一步优化方案为：所述电池开关电路由PMOS管Q3、PMOS管Q4、电阻R5和电阻R6组成，PMOS管Q3的栅极连接到带内置偏置电阻三极管Q2的基极、电压检测电路的输出端及电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，PMOS管Q3的漏极与电池输入电路的输出端连接；PMOS管Q4的漏极与PMOS管Q3的源极连接，PMOS管Q4的栅极连接到PMOS管Q1的漏极和电阻R6的一端，电阻R6的一端连接到电阻R5的接地端和双向ESD器件DT3的一端，PMOS管Q4的源极与双向ESD器件DT3的另一端连接输出电源VCC。电池开关电路配合外接直流电源开关电路，实现两个电路自动切换。
进一步优化方案为：所述电压检测电路由电压监测芯片U1、电阻R1和电阻R2串接组成，电阻R1的一端连接输入电源VDC，电阻R1的另一端连接电压监测芯片U1的输入端，电压监测芯片U1的输出端连接到带内置偏置电阻三极管Q2的基极、PMOS管Q3的栅极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接到外接直流电源输入电路的输出端，电压监测芯片U1的公共端接地，当外接直流电高于电压检测电路（5）门槛电压时，输出为VDC，从而断开PMOS管Q3，导通PMOS 管Q1和带内置偏置电阻三极管Q2。
进一步优化方案为：所述稳压滤波电路由极性电容E1、极性电容E2、无极性电容C2、无极性电容C3和宽电压输入的LDO芯片U2组成；极性电容E1和无极性电容C2并联后连接到宽电压输入的LDO芯片U2的输入端和PMOS管Q1的漏极，极性电容E2和无极性电容C3并联后连接到宽电压输入的LDO芯片U2的输出端，宽电压输入的LDO芯片U2的输出端连接肖特基二极管D2的阳极，肖特基二极管D2的阴极连接输出电源VCC，宽电压输入的LDO芯片U2的公共端接地；U2采用宽电压输入的LDO芯片，从而大大提高电源兼容性。
本实用新型带多重保护的高效电池与外电自动切换电路有如下优点：1.提升了电池使用率，在电流输出1A的负载情况下输入输出压差小于10mV,采用肖特基二极管的压差在200～400mV，电池使用效率相比提高了95%以上。2.实现外接直流电源和电池供电自动切换的三重保护。3.另外具有短路保护、ESD静电保护、极性保护和外电低压保护的功能。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型带多重保护的高效电池与外电自动切换电路的整体结构框图。
图2是本实用新型带多重保护的高效电池与外电自动切换电路的电路图。
图中符号说明：1、外接直流电源输入电路，2、外接直流电源开关电路，3、电池输入电路，4、电池开关电路，5、电压检测电路，6、稳压滤波电路。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。
请参阅图1所示，是本实用新型实施例一所述的一种带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，包括外接直流电源输入电路1、外接直流电源开关电路2、电池输入电路3、电池开关电路4和电压检测电路5，外接直流电源开关电路2与外接直流电源输入电路1连接控制其通断，电池开关电路4与电池输入电路3连接控制其通断，外接直流电源开关电路2输出端和电池开关电路4输出端连接用来输出电压，电压检测电路5检测外接直流电源输入电路1的电压控制外接直流电源开关电路2和电池开关电路4的通断实现外接直流电源和电池供电 的自动切换。
请参阅图2所示，所述外接直流电源输入电路1包括依次串联连接的外接直流电输入口JP1、自恢复保险丝F1、肖特基二极管D1、无极性电容C1，以及与无极性电容C1并联的双向ESD器件DT1，双向ESD器件DT1为外接直流电的ESD（静电释放）保护，外接直流电源输入电路1经自恢复保险丝F1和肖特基二极管D1后输入电源VDC；无极性电容C1一端接地，另一端接输入电源VDC连接到外接直流电源开关电路2和电压检测电路5，当某个电源短路或者过载时，F1自动断开，实现对电路保护。所述外接直流电源开关电路2由电阻R3、电阻R4、PMOS管Q1和带内置偏置电阻三极管Q2组成，PMOS管Q1的源极连接到外接直流电源输入电路1的输出端和电阻R3的一端，PMOS管Q1的栅极连接到电阻R3的另一端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接到带内置偏置电阻三极管Q2的集电极，带内置偏置电阻三极管Q2的基极连接到电压检测电路5的输出端，带内置偏置电阻三极管Q2的发射极接地，当输入直流电压高于电压检测电路5门槛电压时，PMOS管Q1、带内置偏置电阻三极管Q2导通，直流输入电压供给后级稳压滤波电路6。所述电池输入电路3包括串联连接的电池输入口JP2、自恢复保险丝F2和无极性电容C4，以及与无极性电容C4并联的电池输入ESD保护的双向ESD器件DT2，电池输入口JP2经自恢复保险丝F2后输入电源VBAT。所述电池开关电路4由PMOS管Q3、PMOS管Q4、电阻R5和电阻R6组成，PMOS管Q3的栅极连接到带内置偏置电阻三极管Q2的基极、电压检测电路5的输出端及电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，PMOS管Q3的漏极与电池输入电路3的输出端连接；PMOS管Q4的漏极与PMOS管Q3的源极连接，PMOS管Q4的栅极连接到PMOS管Q1的漏极和电阻R6的一端，电阻R6的一端连接到电阻R5的接地端和双向ESD器件DT3的一端，PMOS管Q4的源极与双向ESD器件DT3的另一端连接输出电源VCC。所述电压检测电路5由电压监测芯片U1、电阻R1和电阻R2组成，电阻R1的一端连接输入电源VDC，电阻R1的另一端连接电压监测芯片U1的输入端，电压监测芯片U1的输出端连接到带内置偏置电阻三极管Q2的基极、PMOS管Q3的栅极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接到外接直流电源输入电路1的输出端，电压监测芯片U1的公共端接地，当外接直流电高于电压检测电路5门槛电压时，输出为VDC，从而断开PMOS管Q3，导通PMOS管Q1和带内置偏置电阻三极管Q2，直流输入电压供给后级稳压滤波电路6。所述稳压滤波电路6由极性电容E1、极性电容E2、无极性电容C2、无极性电容 C3和宽电压输入的LDO芯片U2组成，极性电容E1和无极性电容C2并联后连接到宽电压输入的LDO芯片U2的输入端和PMOS管Q1的漏极，极性电容E2和无极性电容C3并联后连接到宽电压输入的LDO芯片U2的输出端，宽电压输入的LDO芯片U2的输出端连接肖特基二极管D2的阳极，肖特基二极管D2的阴极连接输出电源VCC，宽电压输入的LDO芯片U2的公共端接地。稳压滤波电路6的输出端串接的肖特基二极管D2，作为PMOS管Q3、Q4失效的第三重保护。
本实用新型实施例二：电池开关电路4仅由PMOS管Q3和电阻R5组成，PMOS管Q3和电阻R5串接通过电压检测电路5与外接直流电源输入电路1的输出端连接，这时如果外接直流电源接入，且输入电压高于电压检测芯片U1的门槛电压，U1输出为高，PMOS管Q3的Vg电压等于VDC，从而使Vgs大于0V，这时Q3截止电池输入被断开；与此同时由于U1输出为高，带内置偏置电阻三极管Q2导通，PMOS管Q1的Vg电位被拉低，Vgs小于0V，Q1导通外接电源正常输出；稳压滤波电路6的输出端串接的肖特基二极管D2与本实施例组合，作为本实施例的双重保护。
本实用新型一种带多重保护的高效电池与外电自动切换电路的工作原理为：（1）首先通过F1，F2自恢复保险丝实现电池输入和外接电源短路保护：当某个电源短路或者过载时，F1或F2自动断开，实现对电路的保护；（2）通过双向ESD器件DT1、DT2、DT3实现电源电路的ESD防静电保护；（3）极性保护：外接电源极性接反时，由于肖特基二极管D1的隔离使Q2截止、Q1关断，电源无输出，从而保护后级电路；当电池极性相反接入时，由于+VBAT电压为负，即PMOS管Q3的Vgs为+VBAT,所以Q3截止关断，从而保护了后级电路；（4）具有三重保护的自动切换：当设备由电池从电池输入口JP2接入，PMOS管Q3、Q4的Vgs电位小于0V，所以PMOS管Q3、Q4导通，设备由电池输入供电。这时如果外接直流电源接入，且输入电压高于电压检测芯片U1的门槛电压，U1输出为高，PMOS管Q3的Vg电压等于VDC，从而使Vgs大于0V，这时Q3截止电池输入被断开；与此同时由于U1输出为高，带内置偏置电阻三极管Q2导通，PMOS管Q1的Vg电位被拉低，Vgs小于0V，Q1导通外接电源正常输出；此时同理Q1输出VDC电压，PMOS管Q4的Vg电压等于VDC，从而使Vgs大于0V，这时Q4截止电池输入的第二重保护启动，从而使电池输入完全被切断。由于外接直流电不用考虑使用率，所以在外接直流电输出串一个肖特基二极管D2，作为PMOS管Q3、Q4失效的第三重保护。当外接直流电移除后，VDC等于0V,PMOS管Q2、Q1截止， 从而使外接直流电输入断开，与此同时PMOS管Q3、Q4导通恢复电池供电，由于PMOS管的开关时间是NS级的所以外接直流电和电池供电实现快速切换。
以上所述仅为本实用新型最佳实施方式，凡与本实用新型的结构相似、原理相同的任何修改或等同替换，均在本实用新型专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：包括外接直流电源输入电路（1）、外接直流电源开关电路（2）、电池输入电路（3）、电池开关电路（4）和电压检测电路（5），外接直流电源开关电路（2）与外接直流电源输入电路（1）连接控制其通断，电池开关电路（4）与电池输入电路（3）连接控制其通断，外接直流电源开关电路（2）输出端和电池开关电路（4）输出端连接用来输出电压，电压检测电路（5）检测外接直流电源输入电路（1）的电压控制外接直流电源开关电路（2）和电池开关电路（4）的通断实现外接直流电源和电池供电的自动切换。
2.根据权利要求1所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述外接直流电源开关电路（2）的后级连接有提高电源兼容性的稳压滤波电路（6），稳压滤波电路（6）的输出端连接一个肖特基二极管D2。
3.根据权利要求1或2所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述外接直流电源输入电路（1）包括依次串联连接的外接直流电输入口JP1、肖特基二极管D1和无极性电容C1，无极性电容C1为外接直流电源输入的一次滤波电容。
4.根据权利要求3所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述外接直流电源输入电路（1）的外接直流电输入口JP1和肖特基二极管D1之间还串接有自恢复保险丝F1，无极性电容C1并联连接有为外接直流电的ESD保护的双向ESD器件DT1，外接直流电源输入电路（1）经自恢复保险丝F1和肖特基二极管D1后输入电源VDC；无极性电容C1一端接地，另一端接输入电源VDC连接到外接直流电源开关电路（2）和电压检测电路（5），当某个电源短路或者过载时，F1自动断开，实现对电路保护。
5.根据权利要求1所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述电池输入电路（3）包括串联连接的电池输入口JP2和无极性电容C4，无极性电容C4为电池输入的一次滤波电容。
6.根据权利要求5所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述电池输入电路（3）的电池输入口JP2和无极性电容C4之间还串接有自恢复保险丝F2，无极性电容C4并联连接有为电池输入ESD保护的双向ESD器件DT2。
7.根据权利要求2所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述外接直流电源开关电路（2）由电阻R3、电阻R4、PMOS管Q1和带内置偏置电阻三极管Q2组成，PMOS管Q1的源极连接到外接直流电源输入电路（1）的输出端和电阻R3的一端，PMOS管Q1的栅极连接到电阻R3的另一端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接到带内置偏置电阻三极管Q2的集电极，带内置偏置电阻三极管Q2的基极连接到电压检测电路（5）的输出端，带内置偏置电阻三极管Q2的发射极接地，当输入直流电压高于电压检测电路（5）门槛电压时，PMOS管Q1、带内置偏置电阻三极管Q2导通，直流输入电压供给后级稳压滤波电路（6）。
8.根据权利要求7所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述电池开关电路（4）由PMOS管Q3、PMOS管Q4、电阻R5和电阻R6组成，PMOS管Q3的栅极连接到带内置偏置电阻三极管Q2的基极、电压检测电路（5）的输出端及电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，PMOS管Q3的漏极与电池输入电路（3）的输出端连接；PMOS管Q4的漏极与PMOS管Q3的源极连接，PMOS管Q4的栅极连接到PMOS管Q1的漏极和电阻R6的一端，电阻R6的一端连接到电阻R5的接地端和双向ESD器件DT3的一端，PMOS管Q4的源极与双向ESD器件DT3的另一端连接输出电源VCC。
9.根据权利要求1所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述电压检测电路（5）由电压监测芯片U1、电阻R1和电阻R2串接组成，电阻R1的一端连接输入电源VDC，电阻R1的另一端连接电压监测芯片U1的输入端，电压监测芯片U1的输出端连接到带内置偏置电阻三极管Q2的基极、PMOS管Q3的栅极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接到外接直流电源输入电路（1）的输出端，电压监测芯片U1的公共端接地，当外接直流电高于电压检测电路（5）门槛电压时，输出为VDC，从而断开PMOS管Q3，导通PMOS管Q1和带内置偏置电阻三极管Q2。
10.根据权利要求2所述的带多重保护的高效电池与外电自动切换电路，其特征在于：所述稳压滤波电路（6）由极性电容E1、极性电容E2、无极性电容C2、无极性电容C3和宽电压输入的LDO芯片U2组成；极性电容E1和无极性电容C2并联后连接到宽电压输入的LDO芯片U2的输入端和PMOS管Q1的漏极，极性电容E2和无极性电容C3并联后连接到宽电压输入的LDO芯片U2的输出端，宽电压输入的LDO芯片U2的输出端连接肖特基二极管D2的阳极，肖特基二极管D2的阴极连接输出电源VCC，宽电压输入的LDO芯片U2的公共端接地。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 350009 Fujian District, Taijiang, No., No. 68 Road, Huaxing Plaza, building 3, No. five, No. 23 Patentee after: ZHIHENG TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 350009 Fujian District, Taijiang, No., No. 68 Road, Huaxing Plaza, building 3, No. five, No. 23 Patentee before: Fujian Zhiheng Electronic New Technology Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140226 |
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| CX01 | Expiry of patent term |