CN215120253U - 一种供电切换电路及电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种供电切换电路及电源。供电切换电路包括：变压输出电路，直输电路，第一防反电路，以及控制电路；在交流电源供电状态下，直输电路处于截止状态，变压输出电路工作将备用电池变压输出至第一防反电路的第一端，此时，第一防反电路的第二端电压高于第一防反电路的第一端电压，第一防反电路截止，由交流电源为负载供电；在交流电源异常，第一防反电路的第二端的电压低于第一端电压时，控制电路控制直输电路接通备用电池，并控制变压输出电路关闭，转入备用电池直输状态。可根据交流电源的供电状态来选择交流电源供电状态或备用电池直输状态，可有效的提高电源的可靠性、效率及使用寿命。

Description

一种供电切换电路及电源

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，更具体地说，涉及一种供电切换电路及电源。

背景技术

随着信息技术的发展，对信息安全，数据的可靠性，系统稳定运行提出了新的要求，各种专门的存储服务器应运而生，同时对电源存储的电源系统要求有更高的可靠性。

为了应对这一要求，许多存储设备都会配备备用电池：在检测到市电掉电造成的供电异常或是AC电源模块自身损坏造成的输出异常时，备用电池自动介入供电，内存中的数据（还未写入硬盘中的数据）将被自动保存，以等待电源供给恢复。用户只需要在备用电池电力耗尽之前恢复正常供电，内存中的数据即可被完整的写回RAID中，避免供电异常导致数据丢失。

因此，备用电池的可靠性、效率及使用寿命显得更为重要。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种可自动切换放电线路的供电切换电路。

本实用新型要解决的另一技术问题在于，提供一种可自动切换放电线路的电源。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种供电切换电路，可设置在交流电源和备用电池之间，以为负载切换供电电源，所述供电切换电路包括：变压输出电路，直输电路，第一防反电路，以及连接并控制所述变压输出电路、直输电路、第一防反电路的控制电路；

所述变压输出电路的输入端与所述备用电池的输出连接，所述变压输出电路的输出端与所述第一防反电路的第一端连接；

所述第一防反电路的第二端与所述交流电源的输出端连接；

所述直输电路的输入端与所述备用电池的输出连接，所述直输电路的输出端与所述第一防反电路的第二端连接；

所述供电切换电路包括交流电源供电状态以及备用电池直输状态；在所述交流电源供电状态下，所述直输电路处于截止状态，所述变压输出电路工作将所述备用电池变压输出至所述第一防反电路的第一端，此时，所述第一防反电路的第二端电压高于所述第一防反电路的第一端电压，所述第一防反电路截止，由所述交流电源为所述负载供电；

在所述交流电源异常，所述第一防反电路的第二端的电压低于所述第一端电压时，所述控制电路控制所述直输电路接通所述备用电池，并控制所述变压输出电路关闭，转入所述备用电池直输状态。

优选的，所述供电切换电路还包括第二防反电路，所述第二防反电路的第一端与所述第一防反电路的第二端连接，所述第二防反电路的第二端与所述交流电源的输出连接；

在所述交流电源供电状态下，所述第二防反电路的第一端电压低于所述第二防反电路的第二端的电压，处于截止状态；

在所述备用电池直输状态，所述第二防反电路的第一端电压高于所述第二防反电路的第二端的电压，处于导通状态。

优选的，所述供电切换电路还包括用于对所述变压输出电路的输出电流进行采样的电流采样电路；所述控制电路与所述电流采样电路连接并在采样电流大于设定值时，控制所述直输电路接通所述备用电池，并控制所述变压输出电路关闭，转入所述备用电池直输状态。

优选的，所述供电切换电路还包括充电电路，在所述交流电源供电状态下接入所述交流电源为所述备用电池充电。

优选的，所述变压输出电路为BUCK电路、boost电路、buck boost电路或flyback电路。

优选的，所述BUCK电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L1、电容C1；

所述第一开关管Q1、第二开关管Q2串联连接在所述备用电池的输出与接地端，分别连接并由所述控制电路控制开闭；

所述电感L1和所述电容C1串接在所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2之间；

所述控制电路控制所述第一开关管Q1、第二开关管Q2开闭，进而控制所述电感L1和所述电容C1充放电，以将所述备用电池进行降压输出。

优选的，所述第一防反电路包括第三开关管Q3，连接在所述交流电源与所述电感L1和所述电容C1之间；所述第三开关管Q3与所述控制电路连接，并由所述控制电路控制开闭。

优选的，所述第二防反电路包括第五开关管Q5，连接在所述第三开关管Q3与所述交流电源之间；所述第五开关管Q5与所述控制电路连接，并由所述控制电路控制开闭。

优选的，所述直输电路包括第四开关管Q4，连接在所述备用电池的输出与所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间，并与所述控制电路连接，并由所述控制电路控制开闭；

所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5为MOS管、IGBT或三极管。

本实用新型还提供一种电源，包括备用电池、接入市电的交流电源、以及接入负载的负载接口；其特征在于，所述电源还包括上述任一项所述的供电切换电路，所述供电切换电路连接在所述交流电源和备用电池之间，以为所述负载切换供电电源。

实施本实用新型至少具有以下有益效果：供电切换电路根据交流电源的供电状态，来选择交流电源供电状态或备用电池直输状态，可有效的提高电源的可靠性、效率及使用寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一些实施例供电切换电路的示意框图；

图2是本实用新型一些实施例供电切换电路的电路原理示意图；

图3是本实用新型一些实施例供电切换电路的控制电路的示意图；

图4是本实用新型一些实施例供电切换电路的采用比较电路作为控制电路的示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

图1示出了本实用新型供电切换电路20的一些优选实施例，可设置在交流电源30和备用电池10之间，以为负载40切换供电电源。可以理解的，交流电源30可以为市电电源等AC电源；备用电池10为各种可充电电池。

供电切换电路20包括变压输出电路21、直输电路22、第一防反电路23以及控制电路24等。其中，该变压输出电路21的输入端与备用电池10的输出连接，变压输出电路21的输出端与第一防反电路23的第一端连接；第一防反电路23的第二端与交流电源30的输出端连接；直输电路22的输入端与备用电池10的输出连接，直输电路22的输出端与第一防反电路23的第二端连接。

该控制电路24与变压输出电路21、直输电路22、第一防反电路23连接，并对该等电路进行控制，以实现输出到负载40的供电电源的切换。

在本实施例中，供电切换电路20包括交流电源30供电状态以及备用电池10供电状态。

在交流电源30供电状态下，由控制电路24控制直输电路22处于截止状态，变压输出电路21处于工作状态，将备用电池10进行变压输出至第一防反电路23的第一端，此时，第一防反电路23的第二端电压为交流电源30的正常输出电压，高于第一防反电路23的第一端电压，由控制电路24控制第一防反电路23处于截止状态，备用电池10的输出无法输出至负载40，从而保证了由交流电源30为负载40供电，避免了备用电池10与交流电源30的同时输出，并且能够避免交流电源30对备用电池10的反向充电，保护了备用电池10，延长使用寿命。

在交流电源30异常，例如交流电源30断电或电压骤降时，第一防反电路23的第二端的电压低于第一端电压时，控制电路24立即打开第一防反电路23，转入备用电池10供电状态；随后控制直输电路22接通备用电池10，并控制变压输出电路21关闭，转入备用电池10直供电状态，由备用电池10直接通过直输电路22对负载40供电。

进一步的，该供电切换电路20还可以包括第二防反电路25。该第二防反电路25的第一端与第一防反电路23的第二端连接，第二防反电路25的第二端与交流电源30的输出连接，起到进一步保护备用电池10的作用。

在交流电源30正常供电状态下，第二防反电路25的第二端的电压为交流电源30的正常输出电压，高于第二防反电路25的第一端的电压，由控制电路24控制第二防反电路25处于截止状态。

当交流电源30异常（如断电或电压骤降时），此时，第二防反电路25的第一端电压高于第二防反电路25的第二端的电压，由控制电路24控制第二防反电路25处于导通状态，进而由备用电池10直接通过直输电路22通过第二防反电路25对负载40进行供电；可以理解的，第一防反电路23此时处于导通状态。然后，在通过备用电池10直输至负载时，第一防反电路23的第二端的电压为备用电池10的输出电压；第一防反电路23的第一端的电压为经过变压输出电路21降压的备用电池10输出电压，低于第一防反电路23的第二端的电压，从而可以控制第一防反电路23处于截止状态，并控制变压输出电路21处于停止工作状态。

可以理解的，变压输出电路21、第一防反电路23、直输电路22的开闭除了可以用控制电路24进行控制外，还可以选择其他方式进行控制，比如直接通过选择具有电压控制开闭性能的器件或电路来实现。

例如采用专用防反芯片LM5050控制MOS管开闭，见图3所示LM5050通过检测Vin和vout电压，Vin电压高于Vout时MOS开通，反之则关闭，同时在MOS开通时可以通过控制信号来关闭MOS（图中shutdown信号高电平时关闭MOS）；或者，采样防反MOS前后电压，如图4所示，通过比较器做比较，输出高低电平来控制MOS管开闭。

进一步的，为了避免交流电源30的波动带来变压输出电路21、直输电路22的频繁开闭，该供电切换电路20还包括用于对变压输出电路21的输出电流进行采样的电流采样电路。

该电流采样电路与控制电路24连接，在电流采样电路采样电流大于设定值时，通过控制电路24来控制直输电路22接通备用电池10，并控制变压输出电路21关闭，转入备用电池10供电状态。

进一步的，该供电切换电路20还包括充电电路26，在交流电源30供电状态下接入交流电源30为备用电池10充电，从而保证备用电池10保持在足电状态。

通过使用该供电切换电路20，可以根据交流电源30的供电状态，来选择交流电源30供电状态或备用电池10供电状态，可有效的提高电源的可靠性、效率及使用寿命。

进一步的，图2所示是本实用新型的供电切换电路20的一个具体实施方式的电路图，其中，变压输出电路21采用BUCK电路，接入备用电池10的输出，将备用电池10的输出电压进行降压后输出。可以理解的，变压输出电路21还可以选用现有的各种变压电路，例如boost电路、buck boost电路或flyback电路等，只要能够实现对备用电池10的输出电压进行变压输出即可。

该BUCK电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L1、电容C1等。第一开关管Q1、第二开关管Q2串联连接在备用电池10的输出与接地端，分别连接并由控制电路24控制开闭。

该电感L1和电容C1串接在第一开关管Q1和第二开关管Q2之间，将备用电池10的输出进行变压输出。

控制电路24控制第一开关管Q1、第二开关管Q2开闭，进而控制电感L1和电容C1充放电，以将备用电池10进行降压输出。

第一防反电路23包括第三开关管Q3，连接在交流电源30与电感L1和电容C1之间；第三开关管Q3与控制电路24连接，并由控制电路24控制开闭。

第二防反电路25包括第五开关管Q5，连接在第三开关管Q3与交流电源30之间。第五开关管Q5与控制电路24连接，并由控制电路24控制开闭。该控制器可以采用Microchip的DSP芯片 dsPIC33EP64GS506T，MCU芯片PIC18F46K22-E等，当然，也可以采用其他类型的控制器。

直输电路22包括第四开关管Q4，连接在备用电池10的输出与第三开关管Q3和第五开关管Q5之间，并与控制电路24连接，并由控制电路24控制开闭。

如图所示，在本实施例中，该第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5选用NMOS管；可以理解，也可以选用其他类型的MOS管、IGBT或三极管等。

该第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5的栅极与控制电路24连接，通过控制电路24输出控制信号，以控制第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5的通断。

该第一开关管Q1的漏极与备用电池10的输出连接；第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极连接，第二开关管Q2的源极接地。

电感L1的第一端连接在第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极连接的连接线路上；电感L1的第二端与电容C1、第三开关管Q3的源极连接；第三开关管Q3的漏极与第五开关管Q5的源极连接；第五开关管Q5的漏极与负载40以及交流电源30的输出连接。

第四开关管Q4的漏极与备用电池10的输出连接，第四开关管Q4的源极与第五开关管的源极连接。

如图所示，Vb为备用电池10的电池电压，作为BUCK电路的输入电压；V_BUS为供电切换电路20的输出电压，同时也是交流电源30的输出电压。当交流电源30输出异常时，由备用电池10对外供电。

交流电源30正常工作时，由交流电源30对负载40供电，同时也通过充电线路对备用电池10进行充电。通过侦测第三开关管Q3、第五开关管Q5的前、后电压来控制Q3、Q5开或关，例如V1电压高于V2电压时把Q3打开，V2电压高于V1时把Q3关闭。

进一步的，在Q3、Q4和Q5之间连接有用于采样电流的电阻R1，通过电阻R1采样输出电流，通过接线A、B将信号输出至控制电路24，来判断是否由变压输出电路21输出至负载40；并在判断为由变压输出电路21输出至负载40时，打开直输电路22将备用电池10的输出直接输出至负载40，并关闭变压输出电路21。

整体功能实现如下：

交流电源30正常工作时的输出电压为Vnor（如12V），最小值为Vmin（如11.4V）。备用电池10满充时的最高电压Vb_max>Vmin（如12.3V>11.4V），BUCK电路的输出电压会比Vmin小。供电切换电路20有两个预设值（侦测V_BUS电压），一个为VA，一个为VB，Voff<VB<VA<Vmin（如9V<11V<11.3V<11.4V），其中Voff为系统的关机电压（如系统供电电压低于Voff 9V时，系统会关机）。

交流电源30正常工作，供电切换电路20侦测到V_BUS电压高于预设值VA (11.3V)时， BUCK电路工作（第四开关管Q4关闭)，V2比交流电源30的正常输出电压V_BUS低, 备用电池10处于待机状态（负载40由交流电源30提供），同时交流电源30通过充电线路对备用电池10进行充电。

当交流电源30异常，V2>V_BUS时，备用电池10开始对负载40进行供电，供电切换电路20侦测到V_BUS电压低于预设值VB (11V)时，把第四开关管 Q4打开后关闭BUCK电路，由备用电池10电压Vb直接对负载40供电，以提高备用电池10的效率及可靠性。

当交流电源30供电恢复（输出恢复正常），备用电池10存在以下两种备电状态：

1、交流电源30恢复时，Vb低于预设值VB (11V)时，第四开关管Q4保持开通（BUCK电路关闭），待备用电池10的充电线路把Vb电压充高到大于预设值VA (11.3V)时，BUCK电路开始工作后再把第四开关管Q4关闭，V2电压等于BUCK电路输出电压V1，备用电池10处于待机充电状态。

2、交流电源30恢复时，Vb高于预设值VA (11.3V)时，BUCK电路开始工作后再把第四开关管Q4关闭，V2电压等于BUCK电路输出电压V1，备用电池10处于待机充电状态。

可以理解，上述各实施例的供电切换电路20可以应用于电源中。在本实施例的电源中，包括备用电池10、接入市电的交流电源30、接入负载40的负载40接口、以及上述任一实施例的供电切换电路20。供电切换电路20连接在交流电源30和备用电池10之间，以为负载40切换供电电源。其具体的切换工作方式，如前实施例中所记载，在此不做赘述。通过供电切换电路20根据交流电源30的供电状态，来选择交流电源30供电状态或备用电池10供电状态，可有效的提高电源的可靠性、效率及使用寿命。

进一步地，该控制电路包括但不限于微处理器、微控制电路、数字信号处理器、微型计算器、中央处理器、场编程门阵列、可编程逻辑设备、状态器、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何基于操作指令操作信号（模拟和/或数字）的设备，其可以采用市面上成熟的主控MCU等控制方案，或根据需求进行改进或是创新设计，这里不再细述。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种供电切换电路，可设置在交流电源和备用电池之间，以为负载切换供电电源，其特征在于，所述供电切换电路包括：变压输出电路，直输电路，第一防反电路，以及连接并控制所述变压输出电路、直输电路、第一防反电路的控制电路；

所述变压输出电路的输入端与所述备用电池的输出连接，所述变压输出电路的输出端与所述第一防反电路的第一端连接；

所述第一防反电路的第二端与所述交流电源的输出端连接；

所述直输电路的输入端与所述备用电池的输出连接，所述直输电路的输出端与所述第一防反电路的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的供电切换电路，其特征在于，所述供电切换电路还包括第二防反电路，所述第二防反电路的第一端与所述第一防反电路的第二端连接，所述第二防反电路的第二端与所述交流电源的输出连接。

3.根据权利要求1所述的供电切换电路，其特征在于，所述供电切换电路还包括用于对所述变压输出电路的输出电流进行采样的电流采样电路；所述控制电路与所述电流采样电路连接并在采样电流大于设定值时，控制所述直输电路接通所述备用电池，并控制所述变压输出电路关闭，转入所述备用电池直输状态。

4.根据权利要求1所述的供电切换电路，其特征在于，所述供电切换电路还包括充电电路，在所述交流电源供电状态下接入所述交流电源为所述备用电池充电。

5.根据权利要求2所述的供电切换电路，其特征在于，所述变压输出电路为BUCK电路、boost电路、buck boost电路或flyback电路。

6.根据权利要求5所述的供电切换电路，其特征在于，所述BUCK电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L1、电容C1；

所述第一开关管Q1、第二开关管Q2串联连接在所述备用电池的输出与接地端，分别连接并由所述控制电路控制开闭；

所述电感L1和所述电容C1串接在所述第一开关管Q1和所述第二开关管Q2之间；

所述控制电路控制所述第一开关管Q1、第二开关管Q2开闭，进而控制所述电感L1和所述电容C1充放电，以将所述备用电池进行降压输出。

7.根据权利要求6所述的供电切换电路，其特征在于，所述第一防反电路包括第三开关管Q3，连接在所述交流电源与所述电感L1和所述电容C1之间；所述第三开关管Q3与所述控制电路连接，并由所述控制电路控制开闭。

8.根据权利要求7所述的供电切换电路，其特征在于，所述第二防反电路包括第五开关管Q5，连接在所述第三开关管Q3与所述交流电源之间；所述第五开关管Q5与所述控制电路连接，并由所述控制电路控制开闭。

9.根据权利要求8所述的供电切换电路，其特征在于，所述直输电路包括第四开关管Q4，连接在所述备用电池的输出与所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间，并与所述控制电路连接，并由所述控制电路控制开闭；所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5为MOS管、IGBT或三极管。

10.一种电源，包括备用电池、接入市电的交流电源、以及接入负载的负载接口；其特征在于，所述电源还包括权利要求1-9任一项所述的供电切换电路，所述供电切换电路连接在所述交流电源和备用电池之间，以为所述负载切换供电电源。

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