CN212518524U - 一种电池与系统电源自动切换暨电池电压监测电路 - Google Patents

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张军平
琚长江
江浩
聂佳
薛吉
邢晨
王瑜婧
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Abstract

本实用新型涉及一种电池与系统电源自动切换暨电池电压监测电路。本实用新型能够实现当系统电源断电时，能够无缝可靠自动切换到电池供电，当系统电源供电时，能够自动切换到系统电源，此时电池不供电，电池处于省电节能状态。由于切换电路中的电压监测芯片有滞回输出的特性，使得电路具有较强的抗干扰能力。避免因系统电源的瞬变或受到干扰而引起的状态误判断，保证状态切换是自动可靠的。同时，电压监测电路监测电池的电压值，给出低电压或者电池不存在的报警信号。

Description

一种电池与系统电源自动切换暨电池电压监测电路
技术领域
本实用新型涉及一种电池与系统电源自动可靠切换、电池电压监测电路，属于电子电路技术领域。
背景技术
在现有很多电子产品中都使用到电池，例如为了实现给实时时钟RTC不断电供电或者给存储器件不断电保存一些重要数据等，要求在系统电源断电的情况下，能够自动可靠切换至电池来供电。但现有的切换电路存在着可靠性差，电路复杂等缺点。
以公开号为CN201520626788、名称为一种外部供电与备用电池的无缝切换电路的实用新型专利为例来讲，该实用新型专利包括：外部电压检测电路；电子开关电路；控制电路。其基本原理是外部电压检测电路检测系统电源电压值，电子开关电路进行开启或关断，从而控制系统电源和备用电池之间的切换。该实用新型专利中的外部电压检测电路仅由一个限流电阻R4和一个稳压管D1组成。当系统电源在稳压管的击穿电压附近产生变化时，不管这种变化是由于系统电源本身还是来自外部干扰，都将引起控制电路输出状态的变化，最终影响到开关切换电路的状态。可见这种检测电路抗干扰能力差，工作不可靠。另外，此实用新型专利中存在着3.7V、4V、5V和6.6V多种电压规格，控制电路和开关切换电路用了三个MOS管和一个三极管才得以实现，电路结构较为繁冗复杂。
发明内容
本实用新型的目的是：用简单的电路实现当系统电源断电时，能够可靠自动切换到电池供电，当系统电源上电时，能够自动切换到系统电源供电，此时电池不供电，处于省电节能状态。本实用新型更进一步的目的是使用电池低电压监测电路实时监测电池的电压值，当电池电压不足，甚至电池不存在时，给出报警信号。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种电池与系统电源自动切换暨电池电压监测电路，其特征在于，包括电压监测芯片U1，电压监测芯片U1的供电脚VCC1连接系统电源VDD，系统电源VDD与地GND之间连接有退耦电容C1；电压监测芯片U1的复位脚nRESET1连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极经由限流电阻R1连接电池BATT的正极，MOS管Q1的漏极连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电压输出端Vout；电压监测芯片U1的复位脚nRESET1经由下拉电阻R2接地GND；电压输出端Vout还连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接系统电源VDD；
还包括电压监测芯片U2，电压监测芯片U2的供电引脚VCC2经由限流电阻R1连接电池BATT的正极，电压监测芯片U2的复位脚nRESET2形成报警输出alarm，同时，电压监测芯片U2的复位脚nRESET2经由电阻R2接地GND。
相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：本实用新型涉及的电源自动可靠切换电路，电路结构简单，能够可靠地在电池BATT和系统电源VDD之间自动切换，且同一时刻只有其中之一在供电，有效地降低了电池的电量消耗。同时，电池低电压监测电路实时地监测电池的电量状态，给出低电压监测警告信号，或电池不存在的报警，及时提醒用户保证重要的数据不丢失，由于整个设计电路简单，所使用的电子器件成本低，具有较好的实用性。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种电池与系统电源自动切换暨电池电压监测电路的电路原理图；
图2为电池与系统电源之间自动切换的工作时序图；
图3为电池低电压监测工作时序图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本实用新型提供的一种电池与系统电源自动切换暨电池电压监测电路包括由系统电源VDD供电的电压监测芯片U1，系统电源VDD与地GND之间连接有退耦电容C1。电压监测芯片U1的复位脚nRESET1连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极经由限流电阻R1连接电池BATT的正极，MOS管Q1的漏极连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电压输出端Vout。电压监测芯片U1的复位脚nRESET1经由下拉电阻R2接地GND，复位脚nRESET1与地GND之间的下拉电阻R2保证复位信号nRST_1处于一个确定的电平状态。电压输出端Vout还连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接系统电源VDD。二极管D1和二极管D2起整流作用，保证电源电流的单向性。
对于电源自动切换电路部分，根据系统电源VDD的工作状态，可以分为四种情况，分别是VDD供电模式、VDD从供电向断电过渡模式、VDD断电模式和VDD从断电向供电过渡模式。分别对应图2中①、②、③、④四种状态，图2第一个波形是VCC1波形图，第二个是nRST_1波形图，第三个是Vout波形图。下面逐一阐明其工作机制与过程。
1.VDD供电模式：详见时序图2中状态①，此时电压监测芯片U1的电源脚由系统电源VDD供电，即VCC1＝VDD，由于监测到电压监测芯片U1的VCC1脚供电正常，复位(低电平有效复位)输出脚nRST_1为高电平，VGS>VGS(th)，MOS管Q1关断。则电源输出端Vout＝VDD–VD2(VD2为二极管D2的正向压降)，由VDD单独供电。
2.VDD从供电向断电过渡模式：详见时序图2中状态②，此时电压监测芯片U1电源脚VCC1的电压已经下降至复位门限值VTH，复位输出脚nRST_1则由高电平跳变为低电平，即nRST_1端的电压值最终变为0V，此时VGS<VGS(th)，MOS管Q1导通。则电源输出端Vout＝Vbat–VD1(VD1为二极管D1的正向压降)，此时由电池BATT供电，实现了由VDD转为电池BATT供电的自动可靠切换，图2中第三个波形图Vbat–VD1比VDD–VD2略高的原因是有时候电池BATT电压比VDD本身要高，举例来说，3.6V的电池比电压为3.3V的VDD要高出0.3V，也有可能Vbat–VD1比VDD–VD2略低，例如，3.0V的电池比电压为3.3V的VDD要低0.3V，但图中只列出了电池电压高于VDD电压的情形。
3.VDD断电模式：详见时序图2中状态③，此时电压监测芯片U1电源脚VCC1的电压为0V，复位输出脚nRST_1则为低电平，即nRST_1端的电压值为0V，此时VGS<VGS(th)，MOS管Q1导通。则电源输出端Vout＝Vbat–VD1(VD1为二极管D1的正向压降)，此时由电池BATT单独供电。
4.VDD从断电向供电过渡模式：详见时序图2中状态④，此时电压监测芯片U1电源脚VCC1的电压已经由0V上升至复位门限值VTH，此时复位输出脚nRST_1端的电平状态并没有立刻发生跳变，而是在经过一个复位超时周期TR之后，nRST_1端的电压从0V跳变为高电平，VGS>VGS(th)，MOS管Q1关断。则电源输出端Vout＝VDD–VD2，最终由VDD单独供电，实现了由电池BATT转为VDD供电的自动可靠切换。图中TR一般在一百多至几百毫秒量级，正是这种滞回特性。使得电路在由电池向VDD自动切换的过程中具备了较强的抗干扰能力，避免了因VDD的瞬变或受到干扰而引起的状态误判断，保证自动切换是可靠的。
上面说明了电源自动切换电路的工作过程，本实用新型中的电池低电压监测电路与上述切换电路类似，如图3所示，图中显示的是VCC2和alarm的波形图，电池低电压监测电路包括电压监测芯片U2，电压监测芯片U2的供电引脚VCC2经由限流电阻R1连接电池BATT的正极后，即VCC2＝Vbat。电压监测芯片U2的复位脚nRESET2形成报警输出alarm，同时，电压监测芯片U2的复位脚nRESET2经由电阻R2接地GND。电压监测芯片U2主要检测Vbat的数值变化，合理选用限流电阻R1的值，使得Vbat非常接近电池BATT的电压值。这样一来，监测Vbat的值就等同于监测BATT的电压值。当Vbat电量比较充足时，且大于复位门限值VTH时，报警输出alarm为高电平，表示电池电量充足。当Vbat电压开始降低，降至电压监测芯片U2的复位门限值VTH时，报警输出alarm为低电平，表示电池电压不足，甚至电池不存在，从而给出报警信号提醒用户更换电池或采取其他措施。与切换电路不同的是，电池低电压监测电路一般情况下不会出现Vbat电压由低升高的情形，因为电池电压值只会越使用越小，除非更换电量充足的新电池，Vbat端的电压才会经历一次从0V抬升至高电压的过程，此时的报警输出alarm在滞回一个复位超时周期后会从0V向高电平跳变，即解除了报警信号，指示电池电量正常。
综上所述，本实用新型能够自动、可靠地在电池BATT和系统电源VDD之间进行无缝切换，且在系统电源VDD供电时，电池不供电，有效地降低了电池的电量消耗。同时，电池低电压监测电路实时地监测电池的电量状态，给出准确的低电压监测报警信号。

Claims (1)

1.一种电池与系统电源自动切换暨电池电压监测电路，其特征在于，包括电压监测芯片U1，电压监测芯片U1的供电脚VCC1连接系统电源VDD，系统电源VDD与地GND之间连接有退耦电容C1；电压监测芯片U1的复位脚nRESET1连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极经由限流电阻R1连接电池BATT的正极，MOS管Q1的漏极连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电压输出端Vout；电压监测芯片U1的复位脚nRESET1经由下拉电阻R2接地GND；电压输出端Vout还连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接系统电源VDD；
还包括电压监测芯片U2，电压监测芯片U2的供电引脚VCC2经由限流电阻R1连接电池BATT的正极，电压监测芯片U2的复位脚nRESET2形成报警输出alarm，同时，电压监测芯片U2的复位脚nRESET2经由电阻R2接地GND。
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