CN214337637U - 一种电源无缝切换电路、系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电源无缝切换电路、系统，包括电源无缝切换电路，还包括与外部供电端V+电连接的防浪涌电路，与防浪涌电路电连接的防反接电路，同时与防反接电路电连接的电压检测电路、过压/欠压保护电路，与过压/欠压保护电路电连接的直流转直流电路，与直流转直流电路电连接的电池充电电路，与电池充电电路电连接的备用电池，与备用电池电连接的升压电路，与升压电路电连接的稳压电路，分别与升压电路、稳压电路、电压检测电路电连接的MCU芯片。本方案无缝切换备用电源，且MCU芯片检测到外部电源低于6V后将自动进行关机倒计时，当在倒计时中电压恢复，就停止关机，继续保持原工作方式；当倒计时电压未恢复，MCU芯片进入关机模式，让整机断电。

Description

一种电源无缝切换电路、系统

技术领域

本实用新型涉及电子产品技术领域，尤其涉及一种电源无缝切换电路、系统。

背景技术

用户对用电设备的要求越来越高，特别是当外电不稳定时，设备一直稳定工作。现有的电源切换电路，存在以下缺陷：

(1)当外部电源不稳定时，只能切换备用电源，无法自动关闭备用电源；

(2)如果要自动关闭备用电源，则实现的电路比较复杂；

(3)电源切换电路主要依赖于切换IC或比较器IC，成本较高。

为了解决上述问题，我们发明了一种电源无缝切换电路、系统。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于解决现有的电源切换电路，存在只能切换备用电源，无法自动关闭备用电源，要自动关闭备用电源，则实现的电路比较复杂，电源切换电路主要依赖于切换IC或比较器IC，成本较高的问题。其具体解决方案如下：

一种电源无缝切换电路，包括同时与电压端5V0电连接的二极管D9正极、MOS管Q4和Q3的漏极D，二极管D9负极、MOS管Q4和Q3的源极S、电阻R23、R30的一端同时与+5V端电连接，电阻R30的另一端与备用电池升压后的电压端BAT_+4V8电连接，MOS管Q4和Q3的栅极G、电阻R23的另一端同时与三极管Q5的集电极电连接，三极管Q5的基极与电阻R25的一端电连接，电阻R25的另一端同时与电阻R24、R26的一端、三极管Q6的集电极电连接，电阻R24的另一端与稳压管D11正极电连接，三极管Q6的基极与电阻R34的一端电连接，电阻R34的另一端同时与电阻R33、R35的一端电连接，电阻R33 的另一端与稳压管D12正极电连接，稳压管D11、稳压管D12的负极同时与外部供电端V+电连接，三极管Q5、Q6的发射极、电阻R26、R35的另一端同时接地。

一种电源无缝切换系统，包括上述电源无缝切换电路，还包括与外部供电端V+电连接的防浪涌电路，与防浪涌电路电连接的防反接电路，同时与防反接电路电连接的电压检测电路、过压/欠压保护电路，与过压/欠压保护电路电连接的直流转直流电路，与直流转直流电路电连接的电池充电电路，与电池充电电路电连接的备用电池，与备用电池电连接的升压电路，与升压电路电连接的稳压电路，分别与升压电路、稳压电路、电压检测电路电连接的MCU芯片。

进一步地，所述防浪涌电路为瞬态二极管D4，其1脚同时与外部供电端 V-和地电连接，2脚与外部供电端V+电连接；所述防反接电路包括防反接ICU3，U3的5～9脚同时接外部供电端V-，U3的1～3脚同时电连接系统的地和稳压管D5的正极，稳压管D5的负极同时与U3的4脚、电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与外部供电端V+电连接。

进一步地，所述电压检测电路包括与外部供电端V+电连接的电阻R31的一端，电阻R31的另一端同时与电阻R32、电容C33的一端、MCU芯片的PWR_DET 脚电连接，电阻R32、电容C33的另一端同时接系统的地。

进一步地，所述过压/欠压保护电路包括同时与外部供电端V+电连接的稳压管D1、D2、D3的负极、电阻R2的一端、MOS管U1的源极，MOS管U1的漏极同时与电解C1正极、电容C2的一端、电压端POWER_IN电连接，MOS管 U1的栅极同时与电阻R2的另一端、稳压管D3的正极、电阻R6的一端电连接，电阻R6的另一端与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的基极同时与电阻 R4的一端、三极管Q2的集电极电连接，电阻R4的另一端与稳压管D2的正极电连接，三极管Q2的基极与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端与稳压管D1的正极电连接，三极管Q2、Q1的发射极、电解C1的负极、电容C2的另一端同时与系统的地电连接。

进一步地，所述直流转直流电路包括直流转直流ICU4，及与U4电连接的外围电路，U4的输入脚2与电压端POWER_IN电连接，U4的输出脚8通过电感L1与电压端5V0电连接。

进一步地，所述电池充电电路包括电池充电ICU2，及与U2电连接的外围电路，U2的输入端4脚通过电阻R5与电压端5V0电连接，U2的输出端3脚与备用电池的正极BATT+电连接。

进一步地，所述升压电路包括升压IC U5，及与U5电连接的外围电路， U5的输入端13脚通过电阻R10与备用电池的正极BATT+电连接，U5的输出端 1和9脚与电压端BAT_+4V8电连接，U5的开关端11脚与MCU芯片的控制脚 BAT_PWR_CRL电连接。

进一步地，所述稳压电路包括稳压IC U6，及与U6电连接的外围电路， U6的输入端1脚通过隔离二极管D10与+5V端电连接，U6的输出端5脚与MCU 芯片的ARM_3V3脚电连接。MCU芯片的型号为：GD32F205ZET6，防反接IC的型号为：MCAC53N06Y，直流转直流IC的型号为：RT6365，电池充电IC的型号为： TP4067，升压IC的型号为：SY7215A，稳压IC的型号为：SCJ6230B。

上述一种电源无缝切换系统，按照以下方法进行电源无缝切换：

步骤1，当外部输入电压低于6V或者高于36V时，通过过压/欠压保护电路，电压端POWER_IN无电压输出，同时电压检测电路提供PWR_DET电压给 MCU芯片检测；

步骤2，输入电压在6～36V之间时，电压端POWER_IN的电压给直流转直流电路，使其正常输出5V0电压；

步骤3，5V0电压给电池充电电路,使备用电池充电；

步骤4，5V0电压通过二极管D9给+5V端续流，外部输入电压大于等于 6V时，MOS管Q4、Q3正常导通，降低二极管D9上的压降；

步骤5，+5V端通过二极管D10给稳压电路，降压后得到ARM_3V3电压给MCU芯片供电；

步骤6，MCU芯片启动后，通过BAT_PWR_CRL脚高电平开启升压电路工作，使备用电池电压升至BAT_4V8，与5V0电压形成压差，通过电阻R30接至 +5V端；

步骤7，用电设备正常工作时，若外部输入电压突然高于36V或者低于 6V时，电压端POWER_IN无电压输出，同时直流转直流电路也无电压输出；

步骤8，电源无缝切换电路使Q3与Q4关闭，无缝切换至BAT_4V8向+5V 端继续供电；

步骤9，MCU芯片检测到外部电压不在6～36V区间内，进入到关机倒计时程序；

步骤10，在倒计时时间内，外部输入电压能恢复到正常的6～36V时，就停止关机程序，进入到正常工作模式；

步骤11，当外部输入电压在关机倒计时内未恢复正常的6～36V时，MCU 芯片将BAT_PWR_CRL脚转低电平，关闭升压电路，使整个用电设备自动断电；

步骤9中所述关机倒计时程序，能使用电设备在倒计时时间内，不因外部电压异常或者断电而丢失数据，且不会让备用电池电压用尽。

综上所述，采用本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本方案解决了现有的电源切换电路，存在只能切换备用电源，无法自动关闭备用电源，要自动关闭备用电源，则实现的电路比较复杂，电源切换电路主要依赖于切换IC或比较器IC，成本较高的问题。本方案具有当外电源不稳定时无缝切换备用电源，使用电设备不受任何影响的功能，并且MCU芯片检测到外部电源低于6V后将自动进行关机倒计时，当在倒计时中如果电压恢复，那么就停止关机，继续保持原来的工作方式；当在关机倒计时后电压未恢复， MCU芯片进入到关机模式，让整机断电，从而不会使备用电源用尽。本方案采用了防反接电路、分立件的过压/欠压保护电路，分立件的电源切换电路，不仅降低了电路成本，还对用电设备具有保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的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部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种电源无缝切换系统的方框图；

图2为本实用新型一种电源无缝切换电路的电路图；

图3为本实用新型的防浪涌电路、防反接电路、电压检测电路、过压/欠压保护电路的电路图；

图4为本实用新型的直流转直流电路的电路图；

图5为本实用新型的电池充电电路的电路图；

图6为本实用新型的升压电路的电路图；

图7为本实用新型的稳压电路的电路图。

附图标记说明：

10-电源无缝切换电路，20-MCU芯片，100-备用电池，200-防浪涌电路， 300-防反接电路，400-电压检测电路500-过压/欠压保护电路，600-直流转直流电路，700-电池充电电路，800-升压电路，900-稳压电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，一种电源无缝切换电路10，包括同时与电压端5V0电连接的二极管D9正极、MOS管Q4和Q3的漏极D，二极管D9负极、MOS管Q4和Q3 的源极S、电阻R23、R30的一端同时与+5V端电连接，电阻R30的另一端与备用电池100升压后的电压端BAT_+4V8电连接，MOS管Q4和Q3的栅极G、电阻 R23的另一端同时与三极管Q5的集电极电连接，三极管Q5的基极与电阻R25 的一端电连接，电阻R25的另一端同时与电阻R24、R26的一端、三极管Q6的集电极电连接，电阻R24的另一端与稳压管D11正极电连接，三极管Q6的基极与电阻R34的一端电连接，电阻R34的另一端同时与电阻R33、R35的一端电连接，电阻R33的另一端与稳压管D12正极电连接，稳压管D11、稳压管D12 的负极同时与外部供电端V+电连接，三极管Q5、Q6的发射极、电阻R26、R35 的另一端同时接地。

如图1所示，一种电源无缝切换系统，包括上述电源无缝切换电路10，还包括与外部供电端V+电连接的防浪涌电路200，与防浪涌电路200电连接的防反接电路300，同时与防反接电路300电连接的电压检测电路400、过压/欠压保护电路500，与过压/欠压保护电路500电连接的直流转直流电路600，与直流转直流电路600电连接的电池充电电路700，与电池充电电路700电连接的备用电池100，与备用电池100电连接的升压电路800，与升压电路800电连接的稳压电路900，分别与升压电路800、稳压电路900、电压检测电路400 电连接的MCU芯片20。

如图3所示，防浪涌电路200为瞬态二极管D4，其1脚同时与外部供电端V-和地电连接，2脚与外部供电端V+电连接。防反接电路300包括防反接 IC U3，U3的5～9脚同时接外部供电端V-，U3的1～3脚同时电连接系统的地和稳压管D5的正极，稳压管D5的负极同时与U3的4脚、电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与外部供电端V+电连接。电压检测电路400包括与外部供电端V+电连接的电阻R31的一端，电阻R31的另一端同时与电阻R32、电容 C33的一端、MCU芯片20的PWR_DET脚电连接，电阻R32、电容C33的另一端同时接系统的地。过压/欠压保护电路500包括同时与外部供电端V+电连接的稳压管D1、D2、D3的负极、电阻R2的一端、MOS管U1的源极，MOS管U1的漏极同时与电解C1正极、电容C2的一端、电压端POWER_IN电连接，MOS管 U1的栅极同时与电阻R2的另一端、稳压管D3的正极、电阻R6的一端电连接，电阻R6的另一端与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的基极同时与电阻 R4的一端、三极管Q2的集电极电连接，电阻R4的另一端与稳压管D2的正极电连接，三极管Q2的基极与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端与稳压管D1的正极电连接，三极管Q2、Q1的发射极、电解C1的负极、电容C2的另一端同时与系统的地电连接。

如图4所示，直流转直流电路600包括直流转直流IC U4，及与U4电连接的外围电路(详见附图)，U4的输入脚2与电压端POWER_IN电连接，U4的输出脚8通过电感L1与电压端5V0电连接。

如图5所示，电池充电电路700包括电池充电IC U2，及与U2电连接的外围电路(详见附图)，U2的输入端4脚通过电阻R5与电压端5V0电连接， U2的输出端3脚与备用电池的正极BATT+电连接。

如图6所示，升压电路800包括升压IC U5，及与U5电连接的外围电路 (详见附图)，U5的输入端13脚通过电阻R10与备用电池的正极BATT+电连接，U5的输出端1和9脚与电压端BAT_+4V8电连接，U5的开关端11脚与MCU 芯片20的控制脚BAT_PWR_CRL电连接。

如图7所示，稳压电路900包括稳压IC U6，及与U6电连接的外围电路 (详见附图)，U6的输入端1脚通过隔离二极管D10与+5V端电连接，U6的输出端5脚与MCU芯片20的ARM_3V3脚电连接。MCU芯片的型号为： GD32F205ZET6或者其他替换型号，防反接IC的型号为：MCAC53N06Y或者其他替换型号，直流转直流IC的型号为：RT6365或者其他替换型号，电池充电IC 的型号为：TP4067或者其他替换型号，升压IC的型号为：SY7215A或者其他替换型号，稳压IC的型号为：SCJ6230B或者其他替换型号。

上述一种电源无缝切换系统，按照以下方法进行电源无缝切换：

步骤1，当外部输入电压低于6V或者高于36V时，通过过压/欠压保护电路500，电压端POWER_IN无电压输出，同时电压检测电路400提供PWR_DET电压给MCU芯片20检测；

步骤2，输入电压在6～36V之间时，电压端POWER_IN的电压给直流转直流电路600，使其正常输出5V0电压；

步骤3，5V0电压给电池充电电路700,使备用电池100充电；

步骤4，5V0电压通过二极管D9给+5V端续流，外部输入电压大于等于 6V时，MOS管Q4、Q3正常导通，降低二极管D9上的压降；

步骤5，+5V端通过二极管D10给稳压电路900，降压后得到ARM_3V3电压给MCU芯片20供电；

步骤6，MCU芯片20启动后，通过BAT_PWR_CRL脚高电平开启升压电路 800工作，使备用电池100电压升至BAT_4V8，与5V0电压形成压差(这样确保在外部供电正常情况下，用电设备使用的是5V0提供给+5V端的电压，不会消耗BAT_4V8电压)，通过电阻R30接至+5V端；

步骤7，用电设备正常工作时，若外部输入电压突然高于36V或者低于 6V时，电压端POWER_IN无电压输出，同时直流转直流电路600也无电压输出；

步骤8，电源无缝切换电路10使Q3与Q4关闭，无缝切换至BAT_4V8向 +5V端继续供电；

步骤9，MCU芯片20检测到外部电压不在6～36V区间内，进入到关机倒计时程序；

步骤10，在倒计时时间内，外部输入电压能恢复到正常的6～36V时，就停止关机程序，进入到正常工作模式；

步骤11，当外部输入电压在关机倒计时内未恢复正常的6～36V时，MCU 芯片20将BAT_PWR_CRL脚转低电平，关闭升压电路800，使整个用电设备自动断电；

步骤9中关机倒计时程序，能使用电设备在倒计时时间内，不因外部电压异常或者断电而丢失数据，且不会让备用电池100电压用尽。

综上所述，采用本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本方案解决了现有的电源切换电路，存在只能切换备用电源，无法自动关闭备用电源，要自动关闭备用电源，则实现的电路比较复杂，电源切换电路主要依赖于切换IC或比较器IC，成本较高的问题。本方案具有当外电源不稳定时无缝切换备用电源，使用电设备不受任何影响的功能，并且MCU芯片检测到外部电源低于6V后将自动进行关机倒计时，当在倒计时中如果电压恢复，那么就停止关机，继续保持原来的工作方式；当在关机倒计时后电压未恢复，MCU芯片进入到关机模式，让整机断电，从而不会使备用电源用尽。本方案采用了防反接电路、分立件的过压/欠压保护电路，分立件的电源切换电路，不仅降低了电路成本，还对用电设备具有保护作用。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源无缝切换电路，其特征在于：包括同时与电压端5V0电连接的二极管D9正极、MOS管Q4和Q3的漏极D，二极管D9负极、MOS管Q4和Q3的源极S、电阻R23、R30的一端同时与+5V端电连接，电阻R30的另一端与备用电池升压后的电压端BAT_+4V8电连接，MOS管Q4和Q3的栅极G、电阻R23的另一端同时与三极管Q5的集电极电连接，三极管Q5的基极与电阻R25的一端电连接，电阻R25的另一端同时与电阻R24、R26的一端、三极管Q6的集电极电连接，电阻R24的另一端与稳压管D11正极电连接，三极管Q6的基极与电阻R34的一端电连接，电阻R34的另一端同时与电阻R33、R35的一端电连接，电阻R33的另一端与稳压管D12正极电连接，稳压管D11、稳压管D12的负极同时与外部供电端V+电连接，三极管Q5、Q6的发射极、电阻R26、R35的另一端同时接地。

2.一种电源无缝切换系统，包括权利要求1所述一种电源无缝切换电路，其特征在于：还包括与外部供电端V+电连接的防浪涌电路，与防浪涌电路电连接的防反接电路，同时与防反接电路电连接的电压检测电路、过压/欠压保护电路，与过压/欠压保护电路电连接的直流转直流电路，与直流转直流电路电连接的电池充电电路，与电池充电电路电连接的备用电池，与备用电池电连接的升压电路，与升压电路电连接的稳压电路，分别与升压电路、稳压电路、电压检测电路电连接的MCU芯片。

3.根据权利要求2所述一种电源无缝切换系统，其特征在于：所述防浪涌电路为瞬态二极管D4，其1脚同时与外部供电端V-和地电连接，2脚与外部供电端V+电连接；所述防反接电路包括防反接IC U3，U3的5～9脚同时接外部供电端V-，U3的1～3脚同时电连接系统的地和稳压管D5的正极，稳压管D5的负极同时与U3的4脚、电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与外部供电端V+电连接。

4.根据权利要求3所述一种电源无缝切换系统，其特征在于：所述电压检测电路包括与外部供电端V+电连接的电阻R31的一端，电阻R31的另一端同时与电阻R32、电容C33的一端、MCU芯片的PWR_DET脚电连接，电阻R32、电容C33的另一端同时接系统的地。

5.根据权利要求4所述一种电源无缝切换系统，其特征在于：所述过压/欠压保护电路包括同时与外部供电端V+电连接的稳压管D1、D2、D3的负极、电阻R2的一端、MOS管U1的源极，MOS管U1的漏极同时与电解C1正极、电容C2的一端、电压端POWER_IN电连接，MOS管U1的栅极同时与电阻R2的另一端、稳压管D3的正极、电阻R6的一端电连接，电阻R6的另一端与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的基极同时与电阻R4的一端、三极管Q2的集电极电连接，电阻R4的另一端与稳压管D2的正极电连接，三极管Q2的基极与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端与稳压管D1的正极电连接，三极管Q2、Q1的发射极、电解C1的负极、电容C2的另一端同时与系统的地电连接。

6.根据权利要求5所述一种电源无缝切换系统，其特征在于：所述直流转直流电路包括直流转直流IC U4，及与U4电连接的外围电路，U4的输入脚2与电压端POWER_IN电连接，U4的输出脚8通过电感L1与电压端5V0电连接。

7.根据权利要求6所述一种电源无缝切换系统，其特征在于：所述电池充电电路包括电池充电IC U2，及与U2电连接的外围电路，U2的输入端4脚通过电阻R5与电压端5V0电连接，U2的输出端3脚与备用电池的正极BATT+电连接。

8.根据权利要求7所述一种电源无缝切换系统，其特征在于：所述升压电路包括升压ICU5，及与U5电连接的外围电路，U5的输入端13脚通过电阻R10与备用电池的正极BATT+电连接，U5的输出端1和9脚与电压端BAT_+4V8电连接，U5的开关端11脚与MCU芯片的控制脚BAT_PWR_CRL电连接。

9.根据权利要求8所述一种电源无缝切换系统，其特征在于：所述稳压电路包括稳压ICU6，及与U6电连接的外围电路，U6的输入端1脚通过隔离二极管D10与+5V端电连接，U6的输出端5脚与MCU芯片的ARM_3V3脚电连接。

10.根据权利要求9所述一种电源无缝切换系统，其特征在于：所述MCU芯片的型号为：GD32F205ZET6，防反接IC的型号为：MCAC53N06Y，直流转直流IC的型号为：RT6365，电池充电IC的型号为：TP4067，升压IC的型号为：SY7215A，稳压IC的型号为：SCJ6230B。

Images