CN209267219U - 电源切换电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电源切换电路及电子设备。电源切换电路包括：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和三极管；第一MOS管的控制端连接外接直流电源插口，第一端连接电池，第二端连接负载供电接口；第二MOS管的控制端连接三极管的第一端，第一端连接外接直流电源插口，第二端连接第三MOS管的第二端；第三MOS管的控制端连接三极管的第一端，第一端连接负载供电接口；三极管的控制端连接外接直流电源插口，第二端接地；第一MOS管，响应于外接直流电源插口与外接电源的断开而导通并响应于外接直流电源插口接入外接电源而截至；第二MOS管和第三MOS管，分别响应于接入而导通并响应于断开而截至。该电源切换电路的电源切换效率高、可靠性高且电路简单。

Description

电源切换电路及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域。更具体地，涉及一种电源切换电路及电子设备。

背景技术

目前，电子设备，特别是便携式、小功率的电子设备通常在采用电池供电的同时提供外接直流电源插口，以方便用户在外接电源和电池之间进行选择。通常情况下，电池和外接电源同时接入时优先选择外接电源给电子设备供电。但由于电池会随着充/放电而发生电压变化，所以外接电源与电池之间的电压存在不一致的现象，在电路设计上必须对电池和外接电源予以隔离。现有的一种简单的隔离方式是通过机械开关进行电源切换，如通过拨动开关、电磁继电器等。但这种方式存在较大弊病，拨动开关需要用户手动操作，很不方便；而电磁继电器则存在尺寸较大、有静态漏电流、工作有噪声等缺点。

除上述通过机械开关进行电源切换的方式外，现有技术还存在以下两种方式：

第一、大量的便携式电子设备从降低成本角度出发，利用肖特基二极管实现电源之间的隔离。但便携式电子设备的耗电有限，采用肖特基二极管会有些许压降，整机可以工作，但供电效率不高。在个别情况下，如整机瞬间大功率工作，会造成整机供电电压急剧下降，极端情况下甚至会造成整机异常关机。

第二、个别电子设备采用PMOS管结合NMOS管构成两组切换开关的方式，一组电源对应一组开关。其中，PMOS管作为功率开关，由NMOS管驱动控制，而NMOS管的驱动状态则取决于外接电源是否接入。若接入外接电源，则NMOS管使对应外接电源的PMOS管导通，同时使对应电池的PMOS管截至，反之亦然。该方式相比利用肖特基二极管的方式，在性能上有所提升，由于PMOS管完全导通状态下的压降普遍小于肖特基二极管，所以整机供电效率有所提升。但缺点是NMOS管的驱动需要满足Vgs大于开启门限Vgs(th)，这就要求NMOS管必须由一个比供电电压更高的高压源驱动，例如电池电压是4.2V，外接电源电压是5.0V，为了保证NMOS管可以正常工作，需要对其提供一个7V以上的稳定电压才行。显然，这样就必须外加高压电源或者系统电源能产生高压并将其引入到控制电路中，增加了电路成本和电路复杂性。

另外，还有采用比较器、微控制器MCU等设计方案，这些设计方案的基本思路都是由逻辑器件根据一定的条件，例如是否检测到插入外接电源、电源电压的大小等条件，切换功率开关管，但这些设计方案的电路实现均较为复杂。

因此，需要提供一种新的电源切换电路及电子设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电源切换电路及电子设备，以解决现有技术存在的问题中的至少之一。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型第一方面提供了一种电源切换电路，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和三极管；所述第一MOS管的控制端连接外接直流电源插口，第一端连接电池，第二端连接负载供电接口；所述第二MOS管的控制端连接所述三极管的第一端，第一端连接所述外接直流电源插口，第二端连接所述第三MOS管的第二端；所述第三MOS管的控制端连接所述三极管的第一端，第一端连接负载供电接口；所述三极管的控制端连接所述外接直流电源插口，第二端接地；

所述第一MOS管，响应于外接直流电源插口与外接电源的断开而导通并响应于外接直流电源插口接入外接电源而截至；所述第二MOS管和第三MOS管，分别响应于所述接入而导通并响应于所述断开而截至。

优选地，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管分别为PMOS管。

优选地，所述第二MOS管的第二端和第三MOS管的第二端分别为源极，电源切换电路还包括第一电阻器，所述第一电阻器的第一端连接所述第二MOS管的源极，第二端连接所述三极管的第一端。

优选地，还包括第二电阻器，所述第二电阻器的第一端连接所述第一MOS管的控制端，第二端接地。

优选地，所述外接直流电源插口为常闭型PWR2.5插口，所述三极管为NPN型三极管，所述第一端为集电极，所述第一MOS管的控制端、所述第二MOS管的第一端和所述三极管的控制端分别连接常闭型PWR2.5插口的第1引脚。

优选地，所述外接直流电源插口为常开型PWR2.5插口，所述三极管为PNP型三极管，所述第一端为发射极，所述第一MOS管的控制端和所述第二MOS管的第一端分别连接常闭型PWR2.5插口的第1引脚，所述三极管的控制端连接常开型PWR2.5插口的第3引脚。

优选地，还包括延时电路，所述延时电路的输入端连接所述外接直流电源插口，输出端连接所述三极管的控制端。

优选地，所述延时电路为RC延时电路。

优选地，还包括第二电阻器，所述第二电阻器的第一端连接所述第一MOS管的控制端，第二端连接所述外接直流电源插口。

本实用新型第二方面提供了一种电子设备，包括电池和本实用新型第一方面提供的电源切换电路。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述技术方案通过外接电源接入后的电平状态变化控制MOS管的导通/截至，实现电池与外接电源之间的自动切换与隔离，以纯硬件电路实现，无需人工操作和软件编程，电源切换效率高、可靠性高、电路简单且电路成本较低。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出本实用新型的一个实施例提供的电源切换电路的电路图。

图2示出延时电路的电路图。

图3示出本实用新型的另一个实施例提供的电源切换电路的电路图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的一个实施例提供了一种电源切换电路，包括第一MOS管Q101、第二MOS管Q102、第三MOS管Q103和三极管Q104。

所述第一MOS管Q101的控制端连接外接直流电源插口J101，第一端通过电池接口VBAT连接电池，第二端连接负载U101的负载供电接口VCC。如图1所示，第一MOS管Q101的控制端为其栅极，连接电池的第一端为其漏极，连接负载供电接口VCC的第二端为其源极。另外，也可设置为第一MOS管Q101的源极连接电池，漏极连接负载供电接口VCC，本实施例对此不做限定。

所述第二MOS管Q102的控制端连接所述三极管Q104的第一端，第一端连接所述外接直流电源插口J101，第二端连接所述第三MOS管Q103的第二端。所述第三MOS管Q103的控制端连接所述三极管Q104的第一端，第一端连接负载供电接口VCC。所述三极管Q104的控制端连接所述外接直流电源插口J101，第二端接地。如图1所示，本实施例中，所述三极管Q104的控制端为基极，第一端为集电极，第二端为发射极。

所述第一MOS管Q101，响应于外接直流电源插口J101与外接电源的断开而导通并响应于外接直流电源插口J101接入外接电源而截至；所述第二MOS管Q102和第三MOS管Q103，分别响应于外接直流电源插口J101接入外接电源而导通并响应于外接直流电源插口J101与外接电源的断开而截至。

本实施例提供的电源切换电路，巧妙地利用了MOS管的漏极与源极对称特性及寄生体二极管效应，配合进行驱动控制的三极管(BJT)，有效实现了电源自动切换与隔离，其中隔离是防止外接电源直接对电池充电，因为几乎所有的充电设计都是要通过单独的充电模块来实现，而不能直接将电源与电池短接，否则会导致电路工作异常，甚至发生安全事故。本实施例提供的电源切换电路以纯硬件电路实现，无需人工操作和软件编程，电源切换效率高、可靠性高、电路简单且电路成本较低。

本实施例中，所述第一MOS管Q101、第二MOS管Q102、第三MOS管Q103分别为PMOS管，如图1所示。可理解的是，也可通过对图1所示的电路做出相应调整而使本实施例中的三个MOS管采用NMOS管。但若采用NMOS管，则存在需外加高压驱动的问题，需要精确计算NMOS管的偏置电阻阻值，通过外围电阻的阻值设置精确配合NMOS管，而一旦电阻阻值、电源电压或者NMOS管参数发生变化(比如温度改变、MOS管型号变更等)，均有导致电路异常的风险。因此，本实施例中的第一MOS管Q101、第二MOS管Q102、第三MOS管Q103均采用PMOS管。

在本实施例的一些可选实现方式中，所述第二MOS管Q102的第二端和第三MOS管Q103的第二端分别为源极，电源切换电路还包括第一电阻器R111，所述第一电阻器R111的第一端连接所述第二MOS管Q102的源极，第二端连接所述三极管Q104的控制端。采用此实现方式，通过对第二MOS管Q102和第三MOS管Q103的源极和漏极的设置，利用源极相接，可避免产生反向电流。可理解的是，也可将第二MOS管Q102和第三MOS管Q103设置为漏极相接的方式，此方式仅需配合改变电阻器的设置方式即可，同样可避免产生反向电流。

在本实施例的一些可选实现方式中，本实施例提供的电源切换电路还包括第二电阻器R106，所述第二电阻器R106的第一端连接所述第一MOS管Q101的控制端，第二端接地。采用此实现方式，可保证第一MOS管Q101在外接直流电源插口与外接电源的断开时控制端的电平为低电平而使得第一MOS管Q101导通。

在本实施例的一些可选实现方式中，如图1所示，所述外接直流电源插口J101为常闭型PWR2.5插口，所述三极管Q104为NPN型三极管，第一端为集电极，第二端为发射极，所述第一MOS管Q101的控制端、所述第二MOS管Q102的第一端和所述三极管Q104的基极分别连接常闭型PWR2.5插口的第1引脚。其中，常闭型PWR2.5插口的第1引脚连接接入的外接电源，第2引脚接地，第3引脚连接第1引脚；当接入外接电源时，第3引脚与第2引脚弹开，第3引脚悬空。此实现方式中，在外接直流电源插口与外接电源的断开而仅有电池接入的情况下，第一MOS管Q101的栅极为低电平，第一MOS管Q101导通，由电池给负载U101供电。当外接直流电源插口接入外接电源时，常闭型PWR2.5的第3引脚与第2引脚弹开，第3引脚悬空，则外接电源的输入通过分压电阻器R110分别送到第一MOS管Q101的栅极和三极管Q104的基极。从而，一方面，第一MOS管Q101的栅极为高电平，第一MOS管Q101截至，此时不管电池接口是否接入电池，都会强制断开电池接入；另一方面，NPN型的三极管Q104的基极亦为高电平，三极管Q104导通，并将第二MOS管Q102和第三MOS管Q103的栅极电平拉低至低电平，从而使得第二MOS管Q102和第三MOS管Q103同时导通，外接电源给负载U101供电。

在本实施例的一些可选实现方式中，还包括第二电阻器R109，所述第二电阻器R109的第一端连接所述第一MOS管Q101的控制端，第二端连接所述外接直流电源插口J101。结合前述实现方式，所述第二电阻器R109的第二端连接常闭型PWR2.5插口的第1引脚。

在本实施例的一些可选实现方式中，本实施例提供的电源切换电路还包括延时电路，所述延时电路的输入端连接所述外接直流电源插口J101，输出端连接所述三极管Q104的控制端。进一步，本实施例中的延时电路采用如图1所示的由第三电阻器R115和第一电容器C113构成的RC延时电路，该一阶RC延时电路的数量级大约在50ms左右，可对外接电源接入过程中的机械抖动进行滤波，防止各器件短时间内出现开关振荡，另外，还可通过简单调整该一阶RC延时电路的阻容参数，将延时控制在20～100ms左右，做到能够滤除插入抖动即可，对定时精度几乎无要求。结合前述实现方式，作为延时电路的输入端的第三电阻器R115的第一端，连接常闭型PWR2.5插口的第1引脚。除如图1所示的由第三电阻器R115和第一电容器C113构成的一阶RC延时电路外，本实施例中的延时电路还可采用二阶及二阶以上阶数的延时电路，或，LC、有源滤波等其他形式的延时电路等，如图2所示。

另外，图1所示的并联接地的第二电容器C105和第三电容器C107用于滤波及去噪。

如图3所示，本实用新型的另一个实施例提供的电源切换电路与上述实施例提供的电源切换电路的区别在于：所述外接直流电源插口J101为常开型PWR2.5插口，所述三极管Q104为PNP型三极管，第一端为集电极为发射极，第二端为集电极，所述第一MOS管Q101的控制端和所述第二MOS管Q102的第一端分别连接常闭型PWR2.5插口的第1引脚，所述三极管Q104的控制端连接常开型PWR2.5插口的第3引脚。其中，常开型PWR2.5插口的第1引脚连接接入的外接电源，第2引脚接地；当接入外接电源时，第3引脚与第2引脚接触。

本实用新型的另一个实施例提供了一种电子设备，包括电池和上述任一实施例提供的电源切换电路。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种电源切换电路，其特征在于，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和三极管；所述第一MOS管的控制端连接外接直流电源插口，第一端连接电池，第二端连接负载供电接口；所述第二MOS管的控制端连接所述三极管的第一端，第一端连接所述外接直流电源插口，第二端连接所述第三MOS管的第二端；所述第三MOS管的控制端连接所述三极管的第一端，第一端连接负载供电接口；所述三极管的控制端连接所述外接直流电源插口，第二端接地；

所述第一MOS管，响应于外接直流电源插口与外接电源的断开而导通并响应于外接直流电源插口接入外接电源而截至；所述第二MOS管和第三MOS管，分别响应于所述接入而导通并响应于所述断开而截至。

2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管分别为PMOS管。

3.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述第二MOS管的第二端和第三MOS管的第二端分别为源极，电源切换电路还包括第一电阻器，所述第一电阻器的第一端连接所述第二MOS管的源极，第二端连接所述三极管的第一端。

4.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，还包括第二电阻器，所述第二电阻器的第一端连接所述第一MOS管的控制端，第二端接地。

5.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述外接直流电源插口为常闭型PWR2.5插口，所述三极管为NPN型三极管，所述第一端为集电极，所述第一MOS管的控制端、所述第二MOS管的第一端和所述三极管的控制端分别连接常闭型PWR2.5插口的第1引脚。

6.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述外接直流电源插口为常开型PWR2.5插口，所述三极管为PNP型三极管，所述第一端为发射极，所述第一MOS管的控制端和所述第二MOS管的第一端分别连接常闭型PWR2.5插口的第1引脚，所述三极管的控制端连接常开型PWR2.5插口的第3引脚。

7.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，还包括延时电路，所述延时电路的输入端连接所述外接直流电源插口，输出端连接所述三极管的控制端。

8.根据权利要求7所述的电源切换电路，其特征在于，所述延时电路为RC延时电路。

9.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，还包括第二电阻器，所述第二电阻器的第一端连接所述第一MOS管的控制端，第二端连接所述外接直流电源插口。

10.一种电子设备，包括电池，其特征在于，还包括如权利要求1-9中任一项所述的电源切换电路。