CN205355935U - 一种双电源自动切换供电及防止电源反接的电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其用于由单节内置锂电池供电的设备，包含：二极管，其正极端连接外部直流电源，通过二极管的单向导通特性实现外部直流电源对设备供电；PMOS晶体管，其漏极端连接设备内置的锂电池，栅极端连接外部直流电源，并通过电阻接地，通过反接的PMOS晶体管的寄生二极管特性实现锂电池对设备供电。本实用新型能有效降低锂电池的电源压降，减少其功率损耗，消除对设备正常工作的影响；同时还具有防止电源反接的功能，保护电路安全。

Description

一种双电源自动切换供电及防止电源反接的电路
技术领域
本实用新型涉及一种电池供电设备中的双电源供电电路，具体是指一种双电源自动切换供电，并且能防止电源反接、保护电路安全的电路，尤其适用于低压直流电池供电设备。
背景技术
在有电池供电的设备中，常常希望该设备可以同时支持内置电池供电和外部输入的直流电源供电这两种方式。这样，在外部有直流电源输入时，设备将由该直流电源供电工作；只有在没有外部直流电源输入时，设备才切换为使用内置电池供电工作。
现有技术中，常见的双电源切换的方式有以下两种：
第一种方式是通过拨动开关手动切换，虽然电路安全可靠，但需要人工操作。
第二种方式是内置电池和外部直流电源分别通过二极管并联，以实现双电源之间的自动切换。但是此方式存在一个缺点，由于二极管具有0.5V左右的压降，需要消耗一些能量，因此也降低了最终提供给设备的电源电压，从而有可能会影响到设备的正常工作。
以单节锂电池供电设备为例，设备中的芯片一般要求在3.3V及以下的电压下工作，由于内置锂电池的电压最高为4.2V，最低为3.3V（当剩余电量在5%左右时），而外部输入的直流电源一般为5V电压。因此，这两路电源都需要通过DC-DC（直流-直流）转换器或LDO（LowDropoutRegulator，低压差线性稳压器）进行降压，以满足芯片所要求的工作电压。
因此，如果按照现有技术中的第二种方式，将内置锂电池和外部直流电源分别通过二极管并联，以实现双电源的自动切换的话，由于二极管的压降为0.5V，将会导致内置锂电池最后提供给芯片的电源电压可能会低于芯片所要求的正常工作电压，并且由于0.5V的压降都是消耗在二极管上的，其对内置锂电池的电量会产生额外的损耗，从而影响到设备内置锂电池供电时的续航时间。
而对于5V直流输入电源来说，是可以通过二极管接入设备的，因为直流电源的电压会稳定在5V，经过二极管的0.5V的压降后也会有4.5V的电源电压提供至芯片，使其在正常工作电压下工作。另外，直流电源的电量损耗是不会影响到设备续航时间的，因为直流电源工作时，设备是不消耗内置锂电池电量的。
有鉴于此，本发明针对内置锂电池和外部直流电源的特性进行研究，在解决了双电源自动切换电路中对内置锂电池的压降问题后，提出一种新型的双电源自动切换供电电路，并且同时具有防止电源反接的作用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，有效降低锂电池的电源压降，减少其功率损耗，消除对设备正常工作的影响；同时还具有防止电源反接的功能，保护电路安全。
为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：一种双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其用于由单节内置锂电池供电的设备，包含：二极管，其正极端连接外部直流电源，通过二极管的单向导通特性实现外部直流电源对设备供电；PMOS晶体管，其漏极端连接设备内置的锂电池，栅极端连接外部直流电源，并通过电阻接地，通过反接的PMOS晶体管的寄生二极管特性实现锂电池对设备供电。
所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，还包含降压单元，其输入端分别与所述的二极管的负极端以及PMOS晶体管的源极端连接，其输出端连接需供电的设备，将由外部直流电源或锂电池提供的输出电压进行降压后对设备供电。
所述的降压单元采用DC-DC转换器或低压差线性稳压器。
所述的外部直流电源的输出电压为5V。
所述的电阻的阻值为1MΩ。
当采用外部直流电源对设备供电时，二极管导通，PMOS晶体管关断，其通过二极管后输出的电压为外部直流电源电压减去二极管的压降电压。
当采用锂电池对设备供电时，二极管截止，PMOS晶体管导通，其通过PMOS晶体管后输出的电压为锂电池自身输出电压。
综上所述，本实用新型所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，在由内置锂电池对设备供电时，能够降低其电源压降，减少对锂电池的功率损耗，保证其对设备的供电电压以消除对设备正常工作的影响，并且提高其供电时的续航时间；同时还具有防止电源反接的功能，保护电路安全，不对设备造成影响和损伤。
附图说明
图1为本实用新型中的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合图1，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，为本发明所提供的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其用于由单节内置锂电池供电的设备，包含：二极管D1，其正极端连接外部直流电源VCC_DC，利用二极管D1的单向导通特性以实现外部直流电源对设备供电；PMOS晶体管Q1，其漏极端D连接设备内置的锂电池VCC_BAT，栅极端G连接外部直流电源VCC_DC，并通过电阻R1接地，利用反接的PMOS晶体管Q1的寄生二极管特性以实现锂电池对设备供电。
所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，还包含降压单元，其输入端分别与所述的二极管D1的负极端以及PMOS晶体管Q1的源极端S连接，输出端连接需供电的设备，将由外部直流电源VCC_DC或锂电池VCC_BAT提供的输出电压进行降压后对设备供电，以满足设备工作电压的要求。
所述的降压单元采用DC-DC转换器或低压差线性稳压器。
所述的外部直流电源VCC_DC的输出电压为5V。
所述的电阻R1的阻值为1MΩ。
所述的二极管D1的压降为0.5V。
所述的PMOS晶体管Q1的寄生二极管的压降为0.5V。
由于PMOS晶体管Q1的开启条件是栅极端与源极端之间的电压VGS为负压，并且VGS的绝对值大于其最低开启电压；而本发明中所采用的小功率PMOS晶体管Q1的最小开启电压一般为0.7V左右。
当采用外部直流电源VCC_DC对设备供电时，二极管D1导通，此时，由于PMOS晶体管Q1的栅极端G与外部直流电源VCC_DC连接，因此栅极端G的电压为5V；而源极端S的电压为外部直流电源VCC_DC的输出电压5V减去二极管D1的压降0.5V，因此源极端S的电压为4.5V。在这种情况下，PMOS晶体管Q1的栅极端与源极端之间的电压VGS为0.5V，且其绝对值小于PMOS晶体管Q1的最小开启电压0.7V，因此，PMOS晶体管Q1在有外部直流电源VCC_DC对设备供电时，将自动关断。而此时由外部直流电源VCC_DC通过二极管D1后最终输出的电压VCC_OUT为：外部直流电源VCC_DC的输出电压5V减去二极管D1的压降0.5V，即为4.5V；其进一步通过降压单元进行降压，将电压降至3.3V及以下后向设备供电。
在采用外部直流电源VCC_DC对设备供电时，如果不小心发生外部直流电源反接的情况，此时二极管D1反向截止，电路不通，因此不会对设备造成影响和损伤，保护电路安全。
当没有外部直流电源，而只能采用设备内置的锂电池VCC_BAT对设备供电时，二极管D1截止，此时认为锂电池当前充满电，其输出电压为4.2V。在这种情况下，PMOS晶体管Q1的栅极端G的电压为0V，源极端S的电压为锂电池输出电压4.2V减去PMOS晶体管Q1内未导通的寄生二极管的压降0.5V，因此源极端S的电压为3.7V。此时，PMOS晶体管Q1的栅极端与源极端之间的电压VGS为-3.7V，且其绝对值大于PMOS晶体管Q1的最小开启电压0.7V，因此PMOS晶体管Q1在没有外部直流电源供电，而只能采用设备内置的锂电池VCC_BAT供电时，将自动导通。而当PMOS晶体管Q1导通后，其寄生二极管的压降将为0，即源极端S的电压为4.2V，PMOS晶体管Q1的栅极端与源极端之间的电压VGS为-4.2V，此时由锂电池VCC_BAT通过PMOS晶体管Q1后最终输出的电压VCC_OUT即为源极端S的电压4.2V，也就是锂电池VCC_BAT自身的输出电压；其进一步通过降压单元进行降压，将电压降至3.3V及以下后向设备供电。
同理，当设备内置的锂电池VCC_BAT的剩余电量在5%左右时，其输出电压为3.3V。此时其通过PMOS晶体管Q1后最终输出的电压VCC_OUT即为锂电池VCC_BAT自身的输出电压，也就是仍然为3.3V。然后通过降压单元进行降压，将电压降至3.3V以下后向设备供电。
在采用锂电池VCC_BAT对设备供电时，如果不小心发生锂电池反接的情况，此时PMOS晶体管Q1的栅极端G为高电平，栅极端与源极端之间的电压VGS将不会是负压，因此PMOS晶体管Q1关断不导通，不会对设备造成影响和损伤，保护电路安全。
综上所述，本发明所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，在由内置锂电池对设备供电时，能够降低其电源压降，减少对锂电池的功率损耗，保证其对设备的供电电压以消除对设备正常工作的影响，并且提高其供电时的续航时间；同时具有防止电源反接的功能，保护电路安全，不对设备造成影响和损伤。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其特征在于，用于由单节内置锂电池供电的设备，包含：
二极管，其正极端连接外部直流电源，通过二极管的单向导通特性实现外部直流电源对设备供电；
PMOS晶体管，其漏极端连接设备内置的锂电池，栅极端连接外部直流电源，并通过电阻接地，通过反接的PMOS晶体管的寄生二极管特性实现锂电池对设备供电。
2.如权利要求1所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其特征在于，还包含降压单元，输入端分别与所述的二极管的负极端以及PMOS晶体管的源极端连接，输出端连接需供电的设备，将由外部直流电源或锂电池提供的输出电压进行降压后对设备供电。
3.如权利要求2所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其特征在于，所述的降压单元采用DC-DC转换器或低压差线性稳压器。
4.如权利要求1所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其特征在于，所述的外部直流电源的输出电压为5V。
5.如权利要求1所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其特征在于，所述的电阻的阻值为1MΩ。
6.如权利要求1所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其特征在于，当采用外部直流电源对设备供电时，二极管导通，PMOS晶体管关断，其通过二极管后输出的电压为外部直流电源电压减去二极管的压降电压。
7.如权利要求1所述的双电源自动切换供电及防止电源反接的电路，其特征在于，当采用锂电池对设备供电时，二极管截止，PMOS晶体管导通，其通过PMOS晶体管后输出的电压为锂电池自身输出电压。
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