CN213693141U - 软开关结构及供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软开关结构及供电装置，所述结构包括：电源开关，配置在供电电源的供电回路中；当所述供电电源需要向电子设备供电时，所述电源开关处于闭合状态；控制部；若所述供电电源向所述控制部供电时，则所述控制部产生供电控制信号，若所述供电电源未向所述控制部供电时，则所述控制部不产生所述供电控制信号；驱动部，与所述控制部相连接，用于基于所述电源开关所处状态和所述供电控制信号对第一可控开关的导通和关断进行控制；和第一可控开关，受控于所述驱动部以进入导通状态或关断状态；在所述电源开关处于闭合状态以及所述第一可控开关导通时，所述供电电源向所述电子设备供电。本实用新型安全可靠，可以更好的保护供电电源。

Description

软开关结构及供电装置

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种软开关结构及供电装置。

背景技术

电子设备均需要配置供电电源，电池是电子设备常用的供电电源，例如锂电池。现有的供电电源通断通常采用机械开关来控制，闭合机械开关，供电电源供电给电子设备，断开机械开关，供电电源不供电给电子设备。作为后级负载的电子设备如果出现短路、损坏等问题时，机械开关无法及时切断供电电源，进而容易导致供电电源损坏，甚至会引发安全事故。

发明内容

本实用新型针对以上问题的提出，而提供一种安全可靠，可以更好的保护供电电源的软开关结构，同时还提供了一种具备该种软开关结构的供电装置。

本实用新型采用的一个技术手段是：提供一种软开关结构，包括：

电源开关，配置在供电电源的供电回路中；

控制部，用于在处于正常工作状态且接收到所述供电电源的供电时，产生供电控制信号，并在未接收到所述供电电源的供电或处于异常工作状态时，停止产生所述供电控制信号；

驱动部，与所述控制部相连接，用于在电源开关处于闭合状态的情况下，若接收到所述供电控制信号，控制第一可控开关导通，若未接收到所述供电控制信号，控制所述第一可控开关关断；和

第一可控开关，受控于所述驱动部以进入导通状态或关断状态，用于在处于所述导通状态时，导通所述供电回路，以使所述供电电源向电子设备供电，并在处于所述关断状态时，断开所述供电回路，以使所述供电电源停止向所述电子设备供电。

本实用新型采用的另一个技术手段是：提供一种供电电源，包括：供电电源和所述的软开关结构。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的软开关结构及供电电源，同时配置了作为机械开关的电源开关，以及能够实现软开关功能的控制部、驱动部和第一可控开关。当控制部处于异常工作状态或控制部的供电出现问题时时，控制部将不会产生供电控制信号，进而驱动部不会驱动第一可控开关导通，第一可控开关关断，供电电源的供电回路断开，供电电源无法向电子设备供电，从而可以避免由此引发的供电电源损坏和安全事故等问题，能够更好的保护供电电源，与现有技术相比，本实用新型更加安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是一个实施例中软开关结构及供电装置的结构框图；

图2是一个实施例中软开关结构及供电装置的结构框图；

图3是一个实施例中软开关结构及供电装置的结构框图。

图中：1、软开关结构，2、供电电源，3、供电回路，4、电子设备，11、电源开关，12、控制部，13、驱动部，14、第一可控开关，15、稳压部，21、电源端，22、接地端，131、第二可控开关，132、储能模块，133、充电模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型提供了一种软开关结构1，在一个实施例中，如图1所示，所述结构可以包括电源开关11、控制部12、驱动部13和第一可控开关14。所述电源开关11配置在供电电源2的供电回路3中。所述供电电源2为可以输出电能给电子设备4供电的装置，供电电源2可以是电池，例如锂电池，也可以是其他电能储存装置。所述电源开关11可以用于控制所述供电回路3的通断，所述电源开关11具有闭合状态和断开状态。当所述供电电源2无需向电子设备4供电时，所述电源开关11处于断开状态，此时供电回路3断开，所述供电电源2无法向电子设备4供电。当所述供电电源2需要向电子设备4供电时，所述电源开关11处于闭合状态，此时所述供电电源2能否向电子设备4供电，需要进一步以所述第一可控开关14的工作状态为准。可见，所述供电电源2能否向电子设备4供电，所述供电回路3接通还是断开，取决于电源开关11和第一可控开关14两个开关，其中，电源开关11可以作为机械开关，第一可控开关14可以作为软开关。若电源开关11和第一可控开关14中的任一开关处于断开状态，或者电源开关11和第一可控开关14均处于断开状态，则供电电源2均无法向电子设备4进行供电。在电源开关11处于闭合状态并且第一可控开关14导通时，所述供电回路3接通，所述供电电源2向电子设备4进行供电。在本实施例中，所述控制部12用于在处于正常工作状态且接收到所述供电电源2的供电时，产生供电控制信号，并用于在未接收到所述供电电源2的供电或处于异常工作状态时，停止产生所述供电控制信号。所述控制部12具有正常工作状态和异常工作状态两种工作状态。当所述控制部12自身出现问题、故障或损坏，所述控制部12将处于异常工作状态，当所述控制部12自身不存在问题、故障或损坏，所述控制部12将处于正常工作状态。只有同时满足被所述供电电源2供电和当前工作状态为正常工作状态两个条件的情况下，所述控制部12才产生所述供电控制信号。在未被所述供电电源2供电时，所述控制部12将不产生所述供电控制信号，在目前工作状态为异常工作状态时，所述控制部12也将不产生所述供电控制信号。

经过所述电源开关11和所述第一可控开关14的所述供电电源2可以直接给所述电子设备4供电，也可以经过电源转换器件或稳压器件后再给所述电子设备4供电。在作为后级负载的电子设备4出现短路，或者所述电源转换器件或稳压器件发生问题和损坏时，将导致所述供电电源2对所述控制部12的供电也会出现异常，进而在这种情况下，所述控制部12将由于未被正常供电而不产生所述供电控制信号。

可见本实施例能够在控制部12处于异常工作状态或控制部12的供电出现问题时，自动切断供电电源向电子设备的供电。

所述驱动部13与所述控制部12相连接，用于在电源开关11处于闭合状态的情况下，若接收到所述供电控制信号，控制第一可控开关14导通，若未接收到所述供电控制信号，控制所述第一可控开关14关断。所述第一可控开关14受控于所述驱动部13以进入导通状态或关断状态。用于在处于所述导通状态时，导通所述供电回路，以使所述供电电源向电子设备供电，并在处于所述关断状态时，断开所述供电回路，以使所述供电电源停止向所述电子设备供电。

在所述电源开关11处于断开状态时，所述驱动部13不控制所述第一可控开关14导通，此时所述第一可控开关14关断。在所述电源开关11处于闭合状态时，所述驱动部13通过控制所述第一可控开关14的开关控制电压以控制所述第一可控开关14的导通和关断，若所述开关控制电压满足所述第一可控开关14的导通电压，则所述第一可控开关14导通。在所述驱动部13接收到所述供电控制信号时，所述驱动部13控制所述第一可控开关14的开关控制电压符合其导通电压。若所述驱动部13未接收到所述供电控制信号，则在所述电源开关11开始闭合到保持闭合状态的一定时间内，所述驱动部13控制所述第一可控开关14的开关控制电压符合其导通电压。

本实施例同时配置了作为机械开关的电源开关11，以及能够实现软开关功能的控制部12、驱动部13和第一可控开关14。当控制部12处于异常工作状态或控制部12的供电出现问题时，控制部12将不会产生供电控制信号，进而驱动部13不会驱动第一可控开关14导通，第一可控开关14关断，供电电源2的供电回路3断开，供电电源2无法向电子设备4供电，从而可以避免由此引发的供电电源2损坏和安全事故等问题，能够更好的保护供电电源2，与现有技术相比，本实用新型更加安全可靠。

在一个实施例中，参考图2所示，所述结构还可以包括稳压部15。所述供电电源2经由所述稳压部15向所述控制部12和所述电子设备4进行供电。所述稳压部15可以对所述供电电源2经由电源开关11和第一可控开关14输出的电压进行电压变换和稳压处理，之后供给所述控制部12和所述电子设备4。所述电压变换可以为降压操作。示例性地，参考图3所示，所述稳压部15包括输入电容C2、稳压芯片U1和输出电容C3。示例性地，图3中的稳压芯片U1采用了78L05，输入电容C2并联接在所述稳压芯片U1的输入端，输出电容C3并联接在所述稳压芯片U1的输出端。图3中的稳压部15可以采用其他稳压器或电压变换器替代，以便对所述供电电源2进一步进行稳压或电压变换处理后供给电子设备4或其他负载，稳压部15的配置有助于适配电子设备4的供电需求。

在一个实施例中，参考图2所示，所述驱动部13还可以包括第二可控开关131和储能模块132。所述第二可控开关131与所述控制部12相连接，用于在接收到所述供电控制信号的情况下，进入导通状态，以使所述第一可控开关导通，在未接收到所述供电控制信号的情况下，进入关断状态。所述储能模块132与所述电源开关11和所述第二可控开关131相连接。在所述电源开关11由断开状态转换为闭合状态，所述第二可控开关131还未导通时，所述储能模块132进入充电状态，以使所述第一可控开关14导通；并在所述第一可控开关14和所述第二可控开关131均导通后，所述储能模块132进入放电状态。所述储能模块132被所述供电电源2充电时可以形成储能电压，伴随所述供电电源2对所述储能模块132的充电操作，所述储能模块132两端的储能电压不断升高，直至所述储能模块132被充满电。当所述电源开关11处于闭合状态时，若所述第二可控开关131关断，则所述供电电源2向所述储能模块132充电，若所述第二可控开关131导通，则所述供电电源2不向所述储能模块132充电，此时导通的所述第二可控开关131将所述储能模块132旁路。

在所述第二可控开关131导通，或者所述第二可控开关131关断且所述储能电压不高于预设电压时，所述第一可控开关14导通。当所述电源开关11开始闭合，所述供电电源2向所述储能模块132进行充电，所述储能模块132的储能电压不高于预设电压，所述第一可控开关14的开关控制电压符合其导通电压，所述第一可控开关14导通，所述供电电源2向所述控制部12和电子设备4供电，所述控制部12输出所述供电控制信号，所述第二可控开关131导通以将所述储能模块132旁路，所述储能模块132停止充电，所述第二可控开关131的导通操作，使得所述所述第一可控开关14的开关控制电压仍然符合其导通电压，所述供电电源2保持向所述控制部12和所述电子设备4供电。若所述控制部12、所述电子设备4等发生短路或损坏，则所述控制部12将由于自身损坏或自身供电部分短路而无法输出所述供电控制信号，进而所述第二可控开关131关断，所述储能模块132将继续被充电，在所述储能模块132的储能电压超出所述预设电压时，所述第一可控开关14关断，所述供电回路3断开，所述供电电源2将停止向电子设备4进行供电。

本实施例可以在供电电源2的负载发生短路或控制部12发生损坏等问题时，利用软开关结构1能够自行将供电电源2的供电回路3自动切断，从而有效保护供电电源2不因后级负载的问题而损害。

在一个实施例中，参考图2所示，所述驱动部13还可以包括充电模块133。所述充电模块133用于利用所述供电电源2为储能模块132充电，所述充电模块133可以将所述供电电源2输出的电能输出给所述储能模块132进行充电。

在一个实施例中，如图3所示，所述供电电源2可以具有电源端21和接地端22。所述充电模块133可以包括依次串联的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。所述第一电阻R1经由所述电源开关S1连接所述电源端21。所述储能模块132包括电容C1，所述电容C1一端连接所述第三电阻R3，另一端与所述接地端22相连接。所述供电电源2输出的电能经由所述电源开关S1、所述第一电阻R1、所述第二电阻R2和所述第三电阻R3供给所述电容C1充电，由于电容C1两端电压不能突变，所以在电源开关S1开始闭合后的一定时间内，所述电容C1与所述第三电阻R3连接的一端，同电容C1另外一端的电平保持一致。所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和电容C1的具体取值设置决定了电容C1的充电时间，电容C1的充电时间需保证所述控制部12的供电控制信号输出之前，电容C1的储能电压满足第一可控开关14的导通电压。

所述第一电阻R1还作为所述第一可控开关14的驱动电阻，所述第二电阻R2还作为所述第一可控开关14的偏置电阻。

在一个实施例中，如图3所示，所述第一可控开关14可以包括第一开关管Q1，所述第一开关管Q1可以为晶体管、MOS管、其他可控的电子开关等，示例性地，图3示出的第一开关管Q1采用了晶体管，具体地，第一开关管Q1为PNP晶体管。所述第一开关管Q1具有第一控制端、第一开关端和第二开关端，在所述第一开关管Q1为PNP晶体管时，所述第一控制端为所述PNP晶体管的基极、所述第一开关端为所述PNP晶体管的集电极、所述第二开关端为所述PNP晶体管的发射极。所述第一开关管Q1还可以为PMOS管，在所述第一开关管Q1为PMOS管时，所述第一控制端为所述PMOS管的栅极、所述第一开关端为所述PMOS管的漏极、所述第二开关端为所述PMOS管的源极。所述第一控制端经由所述第一电阻R1连接所述电源开关S1，并经由所述第二电阻R2连接所述第二可控开关131。所述第三电阻R3一端连接所述第二电阻R2，另一端连接所述电容C1。所述第一开关端能够向所述控制部12供电，所述第二开关端与所述电源开关S1相连接，当所述第一可控开关14导通时，所述第一开关端和所述第二开关端之间形成通路，当所述第一可控开关14关断时，所述第一开关端和所述第二开关端之间为断路。

在一个实施例中，如图3所示，所述控制部12可以包括单片机。在所述单片机被所述供电电源2供电时，所述单片机的预设IO接口输出所述供电控制信号，示例性地，参考图3所示，所述预设IO接口可以为单片机U1的P40/TOOL0口。所述第二可控开关131可以包括第二开关管Q2和驱动电阻R4，所述第二开关管Q2具有第二控制端、第三开关端和第四开关端，所述第二开关管Q2可以为晶体管、MOS管、其他可控的电子开关等，示例性地，图3示出的第二开关管Q2采用了晶体管，具体地，第二开关管Q2为NPN晶体管。在所述第二开关管Q2为NPN晶体管时，所述第二控制端为所述NPN晶体管的基极、所述第三开关端为所述NPN晶体管的集电极、所述第四开关端为所述NPN晶体管的发射极。所述第二开关管Q2还可以为NMOS管，在所述第二开关管Q2为NMOS管时，所述第二控制端为所述NMOS管的栅极、所述第三开关端为所述NMOS管的漏极、所述第四开关端为所述NMOS管的源极。所述第二控制端经由所述驱动电阻R4接收所述供电控制信号，所述第三开关端连接所述第二电阻R2和所述第三电阻R3，所述第四开关端连接所述接地端22。所述供电控制信号可以为高电平信号，此时所述第二可控开关131导通，具体地，所述单片机向所述第二可控开关131的第二控制端输出高电平，则所述第二可控开关131导通。

结合图3示出的具体实施例进一步说明该实施例的工作过程，在电源开关S1开启闭合时，供电电源2会通过第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3对电容C1进行充电，由于此时第一开关管Q1的第一控制端的电压为低电平，第一开关端导通，供电电源2由供电回路3向稳压芯片U1输出，稳压芯片U1开始工作，为单片机和电子设备4提供5V工作电压，单片机启动，并由预设IO接口向第二开关管Q2的第二控制端输出高电平，第二开关管Q2导通，促使第一开关管Q1的第一控制端电平被拉低到地，进而整个电路在电源开关S1不关断、以及单片机和后级电子设备4均正常时可以持续工作。

本实用新型还提供了一种供电装置，参考图1至图3所示，所述装置可以包括：供电电源2和上述任一实施例所述的软开关结构。进一步地，所述供电电源2可以为锂电池，当然所述供电电源2也可以是其他电池，示例性地，图3示出的供电电源为锂电池BAT1。具备上述软开关结构的供电装置更加安全可靠，有利于供电装置中供电电源2的保护。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (9)

1.一种软开关结构，其特征在于，所述结构包括：

电源开关，配置在供电电源的供电回路中；

控制部，用于在处于正常工作状态且接收到所述供电电源的供电时，产生供电控制信号，并在未接收到所述供电电源的供电或处于异常工作状态时，停止产生所述供电控制信号；

驱动部，与所述控制部相连接，用于在电源开关处于闭合状态的情况下，若接收到所述供电控制信号，控制第一可控开关导通，若未接收到所述供电控制信号，控制所述第一可控开关关断；和

第一可控开关，受控于所述驱动部以进入导通状态或关断状态，用于在处于所述导通状态时，导通所述供电回路，以使所述供电电源向电子设备供电，并在处于所述关断状态时，断开所述供电回路，以使所述供电电源停止向所述电子设备供电。

2.根据权利要求1所述的软开关结构，其特征在于，所述结构还包括：稳压部；所述供电电源经由所述稳压部向所述控制部和所述电子设备进行供电。

3.根据权利要求1所述的软开关结构，其特征在于，所述驱动部包括：

第二可控开关，与所述控制部相连接，用于在接收到所述供电控制信号的情况下，进入导通状态，以使所述第一可控开关导通，在未接收到所述供电控制信号的情况下，进入关断状态；和

储能模块，与所述电源开关和所述第二可控开关相连接，用于在所述电源开关由断开状态转换为闭合状态，所述第二可控开关还未导通时，进入充电状态，以使所述第一可控开关导通；并在所述第一可控开关和所述第二可控开关均导通后，进入放电状态。

4.根据权利要求3所述的软开关结构，其特征在于，所述驱动部还包括：充电模块，用于利用所述供电电源为储能模块充电。

5.根据权利要求4所述的软开关结构，其特征在于，

所述供电电源具有电源端和接地端；

所述充电模块包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电阻经由所述电源开关连接所述电源端；

所述储能模块包括电容，所述电容一端连接所述第三电阻，另一端与所述接地端相连接。

6.根据权利要求5所述的软开关结构，其特征在于，

所述第一可控开关包括第一开关管，所述第一开关管具有第一控制端、第一开关端和第二开关端；所述第一控制端经由所述第一电阻连接所述电源开关，并经由所述第二电阻连接所述第二可控开关；所述第三电阻一端连接所述第二电阻，另一端连接所述电容；所述第一开关端能够向所述控制部供电，所述第二开关端与所述电源开关相连接。

7.根据权利要求5所述的软开关结构，其特征在于，

所述控制部包括单片机；在所述单片机被所述供电电源供电时，所述单片机的预设IO接口输出所述供电控制信号；

所述第二可控开关包括第二开关管和驱动电阻，所述第二开关管具有第二控制端、第三开关端和第四开关端；所述第二控制端经由所述驱动电阻接收所述供电控制信号，所述第三开关端连接所述第二电阻和所述第三电阻，所述第四开关端连接所述接地端。

8.一种供电装置，其特征在于，所述装置包括：供电电源和权利要求1至7任一项所述的软开关结构。

9.根据权利要求8所述的供电装置，其特征在于，所述供电电源为锂电池。

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