CN216625374U - 一种用于无人机地面站的电源路径切换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，涉及铣电源路径切换技术领域，目的是实现可以检测压差、抑制瞬间压降的路径切换电路，包括主供电路径、辅助供电路径、压差采样路径控制模块、主电源状态指示模块、辅助电源状态指示模块和储能单元；压差采样路径控制模块连接到主路径开关管和辅助路径开关管；主路径开关管的输出端连接到主电源状态指示模块；辅助路径开关管的输出端连接辅助电源状态指示模块；第一二极管和第二二极管的阴极共同连接到储能单元；本实用新型具有稳定性强、可以抑制瞬间压降、可以防止电源电流倒灌的优点。

Description

一种用于无人机地面站的电源路径切换电路

技术领域

本实用新型涉及电源切换技术领域，更具体的是涉及用于无人机地面站的电源路径切换电路技术领域。

背景技术

伴随着各类便携式设备需求的不断增加，电源路径切换电路成为确保设备长期可靠运行的基本电路单元，电路功能在不断应用和改进中趋于成熟，广泛应用于各类小型便携设备、物联网等商用领域，然而在工业应用领域特别是无人机地面站系统的应用较少，加之无人机地面站对电源系统性能的特殊要求，现有路径切换电路已无法满足。

现有路径切换控制逻辑大多是当主电源接入，则由主电源提供负载供电；当主电源脱离时，由辅助电源提供负载供电。该控制逻辑下，当主电源与辅助电源同时接入，且主电源电压高于系统所能承受的最大电压时，依然由主电源提供负载供电，必然导致负载因过压无法正常工作，存在较大的安全风险；当主电源电压异常降低时，为保证负载正常工作，必然会输出较大的电流，导致负载因过流而烧毁，存在严重的安全风险。

现有路径切换电路存在无供电路径指示功能的不足，用户无法直观的掌握当前状态下地面站设备的供电状态，不利于对整个系统运行状态的分析和评估。

现有路径切换电路可以保证电源切换瞬间，设备不会出现掉电重启、闪屏的现象，但是不可避免的会出现电压瞬间下降的现象，而且负载越大这种电压下降越明显。由于无人机地面站工作时需确保对无人机飞行状态实时监视和数据传输链路的通畅，避免飞机失控、数据链路断开而导致坠机等事故的发生，因此这种因供电路径切换导致的电压瞬降是不可接受的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：实现可以检测压差、抑制瞬间压降的路径切换电路。为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于无人机地面站的电源路径切换电路。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，包括主供电路径、辅助供电路径、压差采样路径控制模块、主电源状态指示模块、辅助电源状态指示模块和储能单元；所述压差采样路径控制模块连接到主供电路径和辅助供电路径；

主供电路径包括主电源、主路径开关管和第一二极管，主电源的输出端连接到主路径开关管的输入端，主路径开关管的输出端连接到第一二极管的阳极；辅助供电路径包括辅助电源、辅助路径开关管和第二二极管，辅助电源的输出端连接到辅助路径开关管的输入端，辅助路径开关管的输出端连接到第二二极管的阳极；

所述主路径开关管的输出端连接到主电源状态指示模块；所述辅助路径开关管的输出端连接辅助电源状态指示模块；所述第一二极管和第二二极管的阴极共同连接到储能单元。

优选地，所述第一二极管和第二二极管均采用功能二极管。

优选地，所述主电源状态指示模块包括第一电阻和第一发光二极管，第一电阻的一端连接主供电路径的输出端，第一电阻的另一端连接第一发光二极管的阳极，第一发光二极管的阴极接地；

所述辅助电源状态指示模块包括第二电阻和第二发光二极管，第二电阻的一端连接辅助供电路径的输出端，第二电阻的另一端连接第二发光二极管的阳极，第二发光二极管的阴极接地。

优选地，所述储能单元包括第三电阻、第三二极管和储能电容；

第三二极管的阴极和第三电阻的一端连接到所述第一二极管和第二二极管的输出端；

第三二极管的阳极和第三电阻的另一端连接到储能电容的一端，储能电容的另一端接地。

优选地，所述第三二极管采用功率二极管。

优选地，还包括第一双向瞬态抑制二极管和第二双向瞬态抑制二极管；

所述主电源的输出端连接第一双向瞬态抑制二极管的一端，第一双向瞬态抑制二极管的另一端接地；

所述辅助电源的输出端连接第二双向瞬态抑制二极管的一端，第二双向瞬态抑制二极管的另一端接地。

优选地，所述主路径开关管和辅助路径开关管均采用PMOS管。

优选地，所述压差采样路径控制模块采用LTC4414，U1的CTL端和GND端接地，GATE端和STAT端分别连接到主路径开关管和辅助路径开关管的控制端，SENSE端连接到主路径开关管的输出端，VIN端连接到辅助路径开关管的输入端。

本实用新型的有益效果如下：

通过改进电源路径切换控制条件，有效规避了主电源电压异常降低时为满足负载工作要求，而输出较大的电流，导致负载因过流而烧毁安全风险；通过路径状态指示电路实现对主电源和辅助电源工作状态的有效指示，提高了用户对系统主电源和辅助电源工作状态的感知能力；通过储能单元确保主电源和辅助电源切换间隙内后级电路电压不会出现较大的电压瞬降，进而保证了设备持续、稳定工作；

通过双向瞬态抑制二极管使电路具备过流保护和ESD静电防护能力，提高了电路抵抗静电攻击的能力；开关管选用高功率PMOS管，同时接有二极管，实现对栅源极之间的电压钳位，防止栅源极间电压异常导致PMOS损坏，提高了电路工作的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的模块结构示意图；

图2是实施例1的电路原理图；

附图标记：R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，D1-第一二极管，D2-第二二极管，D3-第三二极管，D4-第一双向瞬态抑制二极管，D5-第二双向瞬态抑制二极管，LED1-第一发光二极管，LED2-第二发光二极管，C1-储能电容，Q1-主路径开关管，Q2-辅助路径开关管，U1-压差采样路径控制模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

实施例1

如图1到2所示，本实施例提供一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，包括主供电路径、辅助供电路径、压差采样路径控制模块U1、主电源状态指示模块、辅助电源状态指示模块和储能单元；所述压差采样路径控制模块连接到主供电路径和辅助供电路径；

主供电路径包括主电源、主路径开关管Q1和第一二极管D1，主电源的输出端连接到主路径开关管Q1的输入端，主路径开关管Q1的输出端连接到第一二极管D1的阳极；辅助供电路径包括辅助电源、辅助路径开关管Q2和第二二极管D2，辅助电源的输出端连接到辅助路径开关管Q2的输入端，辅助路径开关管Q2的输出端连接到第二二极管D2的阳极；

所述压差采样路径控制模块U1连接到主路径开关管Q1和辅助路径开关管Q2；所述主路径开关管Q1的输出端连接到主电源状态指示模块；所述辅助路径开关管Q2的输出端连接辅助电源状态指示模块；所述第一二极管D1和第二二极管D2的阴极共同连接到储能单元。

其中，所述第一二极管D1和第二二极管D2均可以采用功能二极管。

此外，所述主电源状态指示模块包括第一电阻R1和第一发光二极管LED1，第一电阻R1的一端连接主供电路径的输出端，第一电阻R1的另一端连接第一发光二极管LED1的阳极，第一发光二极管LED1的阴极接地；

所述辅助电源状态指示模块包括第二电阻R2和第二发光二极管LED2，第二电阻R2的一端连接辅助供电路径的输出端，第二电阻R2的另一端连接第二发光二极管LED2的阳极，第二发光二极管LED2的阴极接地。

作为储能单元的优选方案，所述储能单元包括第三电阻R3、第三二极管D3和储能电容C1；第三二极管D3的阴极和第三电阻R3的一端连接到所述第一二极管D1和第二二极管D2的输出端；第三二极管D3的阳极和第三电阻R3的另一端连接到储能电容C1的一端，储能电容C1的另一端接地，其中的所述第三二极管D3可以采用功率二极管。

另外，电源路径切换电路还可以包括第一双向瞬态抑制二极管D4和第二双向瞬态抑制二极管D5；所述主电源的输出端连接第一双向瞬态抑制二极管D4的一端，第一双向瞬态抑制二极管D4的另一端接地；所述辅助电源的输出端连接第二双向瞬态抑制二极管D5的一端，第二双向瞬态抑制二极管D5的另一端接地。

在本实施例中，所述主路径开关管Q1和辅助路径开关管Q2均采用PMOS管。

最后，所述压差采样路径控制模块U1采用LTC4414，U1的CTL端和GND端接地，GATE端和STAT端分别连接到主路径开关管Q1和辅助路径开关管Q2的控制端，SENSE端连接到主路径开关管Q1的输出端，VIN端连接到辅助路径开关管Q2的输入端。

本实施例的工作原理如下：

首先，主供电路径和辅助供电路径为两条供电路径，其输出端均连接到负载实现为负载供电；两条供电路径上的主路径开关管Q1和辅助路径开关管Q2用于通过控制其开关来切换供电路径，基于连接的第一二极管D1和第二二极管D2的单向特性可以解决电源电流倒灌的问题。

其中的主电源状态指示模块、辅助电源状态指示模块分别对主供电路径和辅助供电路径的工作状态进行指示；其中，在主供电路径导通对负载供电时，主电源状态指示模块中的第一发光二极管LED1也导通，第一发光二极管LED1亮灯表明主供电路径处于工作状态；另一方面，在辅助供电路径导通对负载供电时，辅助电源状态指示模块中的第二发光二极管LED2也导通，第二发光二极管LED2亮灯表明辅助供电路径处于工作状态；

特别说明的是，储能单元是一个包括第三电阻R3、第三二极管D3和储能电容C1的充放电电路，通过其得电时充电并且切换电路造成电压瞬降时进行放电解决了电路切换瞬间因负载功率较大而产生的电压瞬降问题。

设置的第一双向瞬态抑制二极管D4和第二双向瞬态抑制二极管D5可以实现ESD防护。

压差采样路径控制模块U1检测主电源和辅助电源的电压差，还可以输出控制信号控制主路径开关管Q1和辅助路径开关管Q2的断开和导通；主电源和辅助电源均作为电源并分别做为主供电路径和辅助供电路径两条路径的供电电源；

当主电源接入时，判断主电源和辅助电源压差是否达到阈值，如果满足阈值要求，则由压差采样路径控制模块U1发出控制信号控制主路径开关管Q1导通，打开主供电路径由主电源为储能单元充电，同时为负载提供能量供应，如果未达到阈值电压要求，则关闭主供电路径；

反之，当辅助电源接入时，判断主电源和辅助电源压差是否达到阈值，如果满足阈值要求，则由压差采样路径控制模块U1发出控制信号控制辅助路径开关管Q2导通，由辅助电源为储能单元充电，同时为负载提供能量供应，如果未达到阈值电压要求，则关闭辅助供电路径。

Claims (8)

1.一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，其特征在于，包括主供电路径、辅助供电路径、压差采样路径控制模块、主电源状态指示模块、辅助电源状态指示模块和储能单元；所述压差采样路径控制模块连接到主供电路径和辅助供电路径；

主供电路径包括主电源、主路径开关管和第一二极管，主电源的输出端连接到主路径开关管的输入端，主路径开关管的输出端连接到第一二极管的阳极；辅助供电路径包括辅助电源、辅助路径开关管和第二二极管，辅助电源的输出端连接到辅助路径开关管的输入端，辅助路径开关管的输出端连接到第二二极管的阳极；

所述主路径开关管的输出端连接到主电源状态指示模块；所述辅助路径开关管的输出端连接辅助电源状态指示模块；所述第一二极管和第二二极管的阴极共同连接到储能单元。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管均采用功能二极管。

3.根据权利要求1所述的一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，其特征在于，所述主电源状态指示模块包括第一电阻和第一发光二极管，第一电阻的一端连接主供电路径的输出端，第一电阻的另一端连接第一发光二极管的阳极，第一发光二极管的阴极接地；

所述辅助电源状态指示模块包括第二电阻和第二发光二极管，第二电阻的一端连接辅助供电路径的输出端，第二电阻的另一端连接第二发光二极管的阳极，第二发光二极管的阴极接地。

4.根据权利要求1所述的一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，其特征在于，所述储能单元包括第三电阻、第三二极管和储能电容；

第三二极管的阴极和第三电阻的一端连接到所述第一二极管和第二二极管的输出端；

第三二极管的阳极和第三电阻的另一端连接到储能电容的一端，储能电容的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，其特征在于，所述第三二极管采用功率二极管。

6.根据权利要求1所述的一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，其特征在于，还包括第一双向瞬态抑制二极管和第二双向瞬态抑制二极管；

所述主电源的输出端连接第一双向瞬态抑制二极管的一端，第一双向瞬态抑制二极管的另一端接地；

所述辅助电源的输出端连接第二双向瞬态抑制二极管的一端，第二双向瞬态抑制二极管的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，其特征在于，所述主路径开关管和辅助路径开关管均采用PMOS管。

8.根据权利要求1所述的一种用于无人机地面站的电源路径切换电路，其特征在于，所述压差采样路径控制模块采用LTC4414，压差采样路径控制模块的CTL端和GND端接地，GATE端和STAT端分别连接到主路径开关管和辅助路径开关管的控制端，SENSE端连接到主路径开关管的输出端，VIN端连接到辅助路径开关管的输入端。

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