CN215419716U

CN215419716U - 阈值可调的双电源自动切换供电电路

Info

Publication number: CN215419716U
Application number: CN202121102782.1U
Authority: CN
Inventors: 刘鑫
Original assignee: Dupu Suzhou New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Dupu New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2031-05-21

Abstract

本实用新型公开了一种阈值可调的双电源自动切换供电电路，包括第一输入电源端口、第二输入电源端口、第一晶体管、第二晶体管、供电端口、第一分压电阻、第二分压电阻和压差导通电路；第一输入电源端口连接至供电端口，第一分压电阻和第二分压电阻串接在第一输入电源端口与第二输入电源端口之间；第一分压电阻与第二分压电阻的连接处与第一晶体管基极连接，第二晶体管基极与第一晶体管集电极和第二输入电源端口连接，第二晶体管集电极通过压差导通电路连接至供电端口，第一晶体管和第二晶体管的发射极接地。本实用新型通过硬件电路实现双电源的供电切换，避免供电切换延时，且供电电源的电压值和切换阈值可根据实际用电系统的需求调整。

Description

阈值可调的双电源自动切换供电电路

技术领域

本实用新型涉及一种供电电路，尤其涉及一种阈值可调的双电源自动切换供电电路。

背景技术

汽车上安装有发动机和动力传动集中控制系统、底盘综合控制和安全系统、智能车身电子系统、通讯与信息/娱乐系统等各种电子控制系统，每个电子控制系统都由各种精密电子器件组成，需要供电运行。目前，现有技术的汽车系统供电方式大多为单电源供电，当供电电源的电压值低于一定阈值时，即电源未工作与设定的输出参数工况，此时无法保证汽车系统的正常运行，电源若长时间处于该工况下工作可能对电源造成损坏，也可能影响汽车系统的安全性。

为了避免低电压工作导致的设备损坏和驾驶安全性降低的问题，现有技术的汽车上采用了双电源切换的对汽车系统进行供电，保证汽车系统的正常运行。但现有技术的汽车系统供电双电源之间的切换采用软件控制，其控制方法是：当一个电源的电压值低于一定阈值时，切换至另一个电源为汽车系统供电。软件检测电源的电压值可能存在一定的误差，且软件的检测、控制、信号传输等均需要时间，在电源切换时可能造成一定的延时，从而导致在延时时间段内无法为汽车系统供电。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种阈值可调的双电源自动切换供电电路，通过硬件电路实现双电源的供电切换，避免供电切换延时，且供电电源的电压值和切换阈值可根据实际用电系统的需求调整。

本实用新型是这样实现的：

一种阈值可调的双电源自动切换供电电路，包括第一输入电源端口、第二输入电源端口、第一晶体管、第二晶体管、供电端口、第一分压电阻、第二分压电阻和压差导通电路；

所述的第一输入电源端口的一端外接至第一供电电源，第一输入电源端口的另一端与供电端口的一端连接，第二输入电源端口的一端外接至第二供电电源，供电端口的另一端外接至汽车系统；第一分压电阻和第二分压电阻串接在第一输入电源端口与第二输入电源端口之间；第一分压电阻与第二分压电阻的连接处形成第一分压节点并与第一晶体管的基极连接，第二晶体管的基极分别与第一晶体管的集电极和第二输入电源端口的另一端连接，第二晶体管的集电极通过压差导通电路连接至供电端口的一端，第一晶体管的发射极和第二晶体管的发射极均接地。

所述的压差导通电路包括第四分压电阻、第五分压电阻和PMOS管；第五分压电阻的一端与第二晶体管的集电极连接，第五分压电阻的另一端与第四分压电阻的一端连接；第四分压电阻与第五分压电阻的连接处形成第二分压节点并与PMOS管的栅极连接，PMOS管的漏极连接至供电端口的一端，PMOS管的源极分别与第四分压电阻的另一端和第二输入电源端口的另一端连接。

所述的压差导通电路还包括稳压二极管，稳压二极管的正极连接至第二分压节点，稳压二极管的负极与第四分压电阻的另一端连接。

所述的第二输入电源端口的另一端与接地端之间串接有第二保护电路，第二保护电路包括第一电容、第二电容和第三二极管；第一电容和第二电容串接后与第三二极管并联连接，第三二极管的正极连接至接地端，第三二极管的负极与第二输入电源端口的另一端连接。

所述的第二输入电源端口的另一端与第二晶体管的基极之间串接有第三保护电路，第三保护电路包括第一二极管和第三分压电阻；第一二极管的正极与第二输入电源端口的另一端连接，第一二极管的负极分别与第三分压电阻的一端和压差导通电路连接，第三分压电阻的另一端与第二晶体管的基极连接。

所述的第一输入电源端口的另一端与接地端之间串接有第一保护电路，第一保护电路包括第三电容、第四电容和第四二极管；第三电容和第四电容串接后与第四二极管并联连接，第四二极管的正极连接至接地端，第四二极管的负极与第一输入电源端口的另一端连接。

所述的第一输入电源端口的另一端与供电端口的一端之间串接有第四保护电路，第四保护电路包括第二二极管，第二二极管的正极与第一输入电源端口的另一端连接，第二二极管的负极与供电端口的一端连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实用新型由于采用了二极管、三极管等连接构成的硬件电路，能及时响应由于供电电源输出电压变化，从而实现双电源之间的供电切换，无需软件开发和控制，避免了软件传输和控制等导致的切换延时等问题，能实现无缝切换，从而保证了汽车系统的用电正常和安全。

2、本实用新型由于采用了分压电阻，在双电源之间形成分压，从而控制第一晶体管的导通和截止，并连锁控制第二晶体管和PMOS管的导通和截止，能通过分压电阻的阻值调整精确控制电压切换的阈值，控制可靠性高，节省了一定的单片机I/O资源。

本实用新型通过硬件电路实现了双电源的用电切换，且避免了软件控制供电切换可能发生的延时问题，确保汽车系统的用电正常；同时可通过分压电阻实现供电电源的电压值和切换阈值的调整，以适应汽车系统的工作电压需求，同时使本实用新型具有更高的通用性和灵活性。

附图说明

图1是本实用新型阈值可调的双电源自动切换供电电路的电路结构图。

图中，Power_IN1第一输入电源端口，Power_IN2第二输入电源端口，T1第一晶体管，T2第二晶体管，UB供电端口，R1第一分压电阻，R2第二分压电阻，R3第三分压电阻，R4第四分压电阻，R5第五分压电阻，Q1 PMOS管，ZD1稳压二极管，D1第一二极管，D2第二二极管，D3第三二极管，D4第四二极管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

请参见附图1，一种阈值可调的双电源自动切换供电电路，包括第一输入电源端口Power_IN1、第二输入电源端口Power_IN2、第一晶体管T1、第二晶体管T2、供电端口UB、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和压差导通电路。

所述的第一输入电源端口Power_IN1的一端外接至第一供电电源（图中未示出），第一输入电源端口Power_IN1的另一端与供电端口UB的一端连接，第二输入电源端口Power_IN2的一端外接至第二供电电源（图中未示出），供电端口UB的另一端外接至汽车系统（图中未示出）；第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串接在第一输入电源端口Power_IN1与第二输入电源端口Power_IN2之间；第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的连接处形成第一分压节点并与第一晶体管T1的基极（1脚）连接，第二晶体管T2的基极（1脚）分别与第一晶体管T1的集电极（3脚）和第二输入电源端口Power_IN2的另一端连接，第二晶体管T2的集电极（3脚）通过压差导通电路连接至供电端口UB的一端，第一晶体管T1的发射极（2脚）和第二晶体管T2的发射极（2脚）均接地。

所述的压差导通电路包括第四分压电阻R4、第五分压电阻R5和PMOS管Q1；第五分压电阻R5的一端与第二晶体管T2的集电极（3脚）连接，第五分压电阻R5的另一端与第四分压电阻R4的一端连接；第四分压电阻R4与第五分压电阻R5的连接处形成第二分压节点并与PMOS管Q1的栅极（1脚）连接，PMOS管Q1的漏极（4脚）连接至供电端口UB的一端，PMOS管Q1的源极（3脚）分别与第四分压电阻R4的另一端和第二输入电源端口Power_IN2的另一端连接。

所述的压差导通电路还包括稳压二极管ZD1，稳压二极管ZD1的正极（2脚）连接至第二分压节点，稳压二极管ZD1的负极（1脚）与第四分压电阻R4的另一端连接。优选的，稳压二极管ZD1可采用现有技术的齐纳二极管。

所述的第二输入电源端口Power_IN2的另一端与接地端之间串接有第二保护电路，第二保护电路包括第一电容C1、第二电容C2和第三二极管D3；第一电容C1和第二电容C2串接后与第三二极管D3并联连接，第三二极管D3的正极（P端）连接至接地端，第三二极管D3的负极（N端）与第二输入电源端口Power_IN2的另一端连接。

所述的第二输入电源端口Power_IN2的另一端与第二晶体管T2的基极（1脚）之间串接有第三保护电路，第三保护电路包括第一二极管D1和第三分压电阻R3；第一二极管D1的正极（1脚）与第二输入电源端口Power_IN2的另一端连接，第一二极管D1的负极（2脚）分别与第三分压电阻R3的一端和压差导通电路中第四分压电阻R4的另一端连接，第三分压电阻R3的另一端与第二晶体管T2的基极（1脚）连接。

所述的第一输入电源端口Power_IN1的另一端与接地端之间串接有第一保护电路，第一保护电路包括第三电容C3、第四电容C4和第四二极管D4；第三电容C3和第四电容C4串接后与第四二极管D4并联连接，第四二极管D4的正极（P端）连接至接地端，第四二极管D4的负极（N端）与第一输入电源端口Power_IN1的另一端连接。

所述的第一输入电源端口Power_IN1的另一端与供电端口UB的一端之间串接有第四保护电路，第四保护电路包括第二二极管D2，第二二极管D2的正极（1脚）与第一输入电源端口Power_IN1的另一端连接，第二二极管D2的负极（2脚）与供电端口UB的一端连接。

本实用新型的工作原理是：

第一电容C1、第二电容C2为第二输入电源端口Power_IN2的滤波电容，用于电源滤波与ESD（Electro-Static discharge，即静电释放）防护。第三电容C3、第四电容C4为第一输入电源端口Power_IN1的滤波电容，用于电源滤波与ESD防护。第三二极管D3、第四二极管D4为供电端口UB的TVS（Transient Voltage Suppressor，即瞬态二极管）二极管，用于电源浪涌保护，当电源异常输入时起保护后端电路的作用。第一二极管D1、第二二极管D2为整流二极管，起防反的作用，防止两个电源之间发生短路。第一电阻R1、第二电阻R2为分压电阻，在第一输入电源端口Power_IN1输入不同电压值时通过第一电阻R1和第二电阻R2分压来控制第一晶体管T1的开关，通过第一晶体管T1的导通和截止控制第二晶体管T2的开关。第二晶体管T2导通时，通过第四电阻R4与第五电阻R5之间的分压值来控制PMOS管Q1的导通与关断。当第一输入电源端口Power_IN1的输入电压低于某一设定阈值时，第一晶体管T1截止，第二晶体管T2导通，第二输入电源端口Power_IN2通过第四电阻R4与第五电阻R5的分压，在PMOS管Q1的栅极G和源极S之间产生一定的电压差，控制PMOS管Q1导通，从而在第一输入电源端口Power_IN1低于一定阈值时，可以自动切换至第二输入电源端口Power_IN2对汽车系统进行供电，以保证汽车系统的正常工作。反之，当第一输入电源端口Power_IN1的输入电压恢复到一定阈值时，第一晶体管T1又重新导通，第二晶体管T2截止，PMOS管Q1截止，第二输入电源端口Power_IN2与供电端口UB之间通路被断开，恢复由第一输入电源端口Power_IN1为汽车系统进行供电。

实施例1：

第一输入电源端口Power_IN1外接12V的第一供电电源作为12V电源输入，第二输入电源端口Power_IN2外接24V的第二供电电源作为24V电源输入，供电端口UB外接的汽车系统正常工作的需求电压为8-36V，第三二极管D3、第四二极管D4采用工作电压为33V的TVS二极管。各分压电阻和电容的参数值为：R1=1KΩ， R2=4.7 KΩ， R3=R4=R5=47 KΩ；C1=C2=C3=C4=220nF。

第一晶体管T1的开启电压和第二晶体管T2的开启电压均为1.6V，第一晶体管T1的关断电压和第二晶体管T2的关断电压均为1.1V；第二晶体管T2的内部分压电阻为20KΩ。PMOS管Q1的导通阻抗R_DS(ON)为28毫欧，PMOS管Q1的开启电压V_GS为2.5V。

本实施例的供电原则是：正常情况下，汽车系统由第一输入电源端口Power_IN1进行供电，当第一输入电源端口Power_IN1输入电压低于6.5V时，自动切换至第二输入电源端口Power_IN2进行供电。

第一输入电源端口Power_IN1供电电压为9V时，通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2进行分压，第二分压电阻R2两端的电压为1.6V。第一输入电源端口Power_IN1供电电压大于9V时，第二分压电阻R2两端的电压高于第一晶体管T1的开启电压，使第一晶体管T1导通，第一晶体管T1的集电极（第3脚）被下拉到地，使第二晶体管T2和PMOS管Q1均截止，第二输入电源端口Power_IN2与供电端口UB之间通路被断开，第一输入电源端口Power_IN1与供电端口UB之间通路保持导通，汽车系统由第一输入电源端口Power_IN1这路电源进行供电。

当第一输入电源端口Power_IN1供电电压为6.5V时，通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2进行分压，第二分压电阻R2两端的电压为1.1V。在第一输入电源端口Power_IN1的供电过程中，当第一输入电源端口Power_IN1供电电压下降至小于6.5V时，第二分压电阻R2两端的电压低于第一晶体管T1的关断电压，使第一晶体管T1截止。第二输入电源端口Power_IN2通过第三分压电阻R3与第二晶体管T2内部的分压电阻分压后，第三分压电阻R3两端的电压为1.94V，大于第二晶体管T2的开启电压，使第二晶体管T2导通，第二晶体管T2的集电极（第3脚）被下拉到地，第二输入电源端口Power_IN2通过第四分压电阻R4与第五分压电阻R5进行分压，在PMOS管Q1的栅极G和源极S两端产生12V电压差，大于PMOS管Q1的开启电压，使PMOS管Q1导通，第二输入电源端口Power_IN2通过第一二极管D1和PMOS管Q1输入到供电端口UB，从而通过供电端口UB为汽车系统进行供电。

当第一输入电源端口Power_IN1供电电压恢复到9V时，第一晶体管T1又重新导通，第二晶体管T2和PMOS管Q1均截止，第二输入电源端口Power_IN2与供电端口UB之间通路被断开，第一输入电源端口Power_IN1与供电端口UB之间通路导通，汽车系统重新恢复由第一输入电源端口Power_IN1这路电源进行供电。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种阈值可调的双电源自动切换供电电路，其特征是：包括第一输入电源端口Power_IN1、第二输入电源端口Power_IN2、第一晶体管T1、第二晶体管T2、供电端口UB、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和压差导通电路；

所述的第一输入电源端口Power_IN1的一端外接至第一供电电源，第一输入电源端口Power_IN1的另一端与供电端口UB的一端连接，第二输入电源端口Power_IN2的一端外接至第二供电电源，供电端口UB的另一端外接至汽车系统；第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串接在第一输入电源端口Power_IN1与第二输入电源端口Power_IN2之间；第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的连接处形成第一分压节点并与第一晶体管T1的基极连接，第二晶体管T2的基极分别与第一晶体管T1的集电极和第二输入电源端口Power_IN2的另一端连接，第二晶体管T2的集电极通过压差导通电路连接至供电端口UB的一端，第一晶体管T1的发射极和第二晶体管T2的发射极均接地。

2.根据权利要求1所述的阈值可调的双电源自动切换供电电路，其特征是：所述的压差导通电路包括第四分压电阻R4、第五分压电阻R5和PMOS管Q1；第五分压电阻R5的一端与第二晶体管T2的集电极连接，第五分压电阻R5的另一端与第四分压电阻R4的一端连接；第四分压电阻R4与第五分压电阻R5的连接处形成第二分压节点并与PMOS管Q1的栅极连接，PMOS管Q1的漏极连接至供电端口UB的一端，PMOS管Q1的源极分别与第四分压电阻R4的另一端和第二输入电源端口Power_IN2的另一端连接。

3.根据权利要求2所述的阈值可调的双电源自动切换供电电路，其特征是：所述的压差导通电路还包括稳压二极管ZD1，稳压二极管ZD1的正极连接至第二分压节点，稳压二极管ZD1的负极与第四分压电阻R4的另一端连接。

4.根据权利要求1所述的阈值可调的双电源自动切换供电电路，其特征是：所述的第二输入电源端口Power_IN2的另一端与接地端之间串接有第二保护电路，第二保护电路包括第一电容C1、第二电容C2和第三二极管D3；第一电容C1和第二电容C2串接后与第三二极管D3并联连接，第三二极管D3的正极连接至接地端，第三二极管D3的负极与第二输入电源端口Power_IN2的另一端连接。

5.根据权利要求1所述的阈值可调的双电源自动切换供电电路，其特征是：所述的第二输入电源端口Power_IN2的另一端与第二晶体管T2的基极之间串接有第三保护电路，第三保护电路包括第一二极管D1和第三分压电阻R3；第一二极管D1的正极与第二输入电源端口Power_IN2的另一端连接，第一二极管D1的负极分别与第三分压电阻R3的一端和压差导通电路连接，第三分压电阻R3的另一端与第二晶体管T2的基极连接。

6.根据权利要求1所述的阈值可调的双电源自动切换供电电路，其特征是：所述的第一输入电源端口Power_IN1的另一端与接地端之间串接有第一保护电路，第一保护电路包括第三电容C3、第四电容C4和第四二极管D4；第三电容C3和第四电容C4串接后与第四二极管D4并联连接，第四二极管D4的正极连接至接地端，第四二极管D4的负极与第一输入电源端口Power_IN1的另一端连接。

7.根据权利要求1所述的阈值可调的双电源自动切换供电电路，其特征是：所述的第一输入电源端口Power_IN1的另一端与供电端口UB的一端之间串接有第四保护电路，第四保护电路包括第二二极管D2，第二二极管D2的正极与第一输入电源端口Power_IN1的另一端连接，第二二极管D2的负极与供电端口UB的一端连接。