CN217159363U - 一种基于mos管的低功耗电源选择电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于MOS管的低功耗电源选择电路，包括供电输入端的主电源与备用电源，还包括防倒灌MOS管保护电路，防倒灌MOS管保护电路包括主路防倒灌MOS管保护电路和辅路防倒灌MOS管保护电路，主路防倒灌MOS管保护电路与主电源连接，辅路防倒灌MOS管保护电路与备用电源连接，备用电源与辅路防倒灌MOS管保护电路之间还包括控制电源开启电路和控制电源关闭电路，用于控制备用电源的开启或关闭；防倒灌MOS管保护电路用于防止主电源与备用电源直接连接。该电路可在3ms内开启由电池组成的备用电源，电源选择电路功耗仅μW级，速度快，可靠性高。

Description

一种基于MOS管的低功耗电源选择电路

技术领域

本公开涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种基于MOS管的低功耗电源选择电路。

背景技术

目前电路应用中，一个负载可由多路电源供电，当在主电源电压低于供电要求时，如何快速有效切换至备用电源，是工程上需要重点分析的问题。现阶段有技术人员利用二极管的单向导电性设计切换电路，在备用电源电路、主电源电路分别接二极管防止电流倒灌，虽能达到快速有效的要求，但在实际应用中，该类型电路功耗会增加，对于备用电源为电池的供电控制电路来说，此功耗不可忽略，直接影响到系统工作时长。也有部分技术人员采用三极管控制芯片对电源选择电路进行控制，该方法虽然可以较好地维持低功耗状态，但当负载过多时，线路电流过大，会导致芯片烧毁，从而失去控制功能。为此，本实用新型基于MOS管，提出一种低功耗的电源选择电路。

实用新型内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种基于MOS管的低功耗电源选择电路，该电路可在3ms内开启由电池组成的备用电源，电源选择电路功耗仅μW级，速度快，可靠性高。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于MOS管的低功耗电源选择电路，包括供电输入端的主电源与备用电源，还包括防倒灌MOS管保护电路，所述防倒灌MOS管保护电路包括主路防倒灌MOS管保护电路和辅路防倒灌MOS管保护电路，所述主路防倒灌MOS管保护电路与所述主电源连接，所述辅路防倒灌MOS管保护电路与所述备用电源连接，所述备用电源与所述辅路防倒灌MOS管保护电路之间还包括控制电源开启电路和控制电源关闭电路，用于控制所述备用电源的开启或关闭；所述防倒灌MOS管保护电路用于防止所述主电源与所述备用电源直接连接。

进一步地，所述主路防倒灌MOS管保护电路包括相互连接的第一组分压电阻和第一组MOS管，所述第一组分压电阻接在主电源线上，用于通过所述第一组分压电阻决定所述第一组MOS管关闭的阈值，控制关断所述主电源供电回路，将主电源与备用电源分隔开。

进一步地，所述第一组分压电阻包括电阻R1、电阻R2，所述第一组MOS管包括MOS管V1、MOS管V2和MOS管V3，所述电阻R1的第一端与所述电阻R2的第一端连接，所述电阻R1的第二端连接至主电源线；所述电阻R1与电阻R2的连接点接至所述MOS管V1的栅极，所述MOS管V1的漏极与所述MOS管V2的栅极、MOS管V3的栅极连接，所述MOS管V2的漏极接主电源线，MOS管V2的源极与MOS管V3的源极相连，所述MOS管V3的漏极输出主电源。

进一步地，所述主路防倒灌MOS管保护电路还包括电容C1和电阻R3，所述电容C1的第二端接至所述电阻R1与电阻R2的连接点，电容C1的第一端与所述电阻R2的第二端、MOS管V1的源极均连接至DGND；所述电阻R3的第一端接所述MOS管V1的漏极，电阻R3的第二端接所述MOS管V2的源极。

进一步地，所述辅路防倒灌MOS管保护电路包括第二组分压电阻、第三组分压电阻、第二组MOS管和第三组MOS管，所述第二组分压电阻接在主电源线上，所述第三组分压电阻接在备用电源线上；所述第二组MOS管与所述第二组分压电阻连接，用于通过所述第二组分压电阻控制第二组MOS管的开启与关闭，所述第二组MOS管与所述第三组分压电阻、所述第三组MOS管连接，用于通过改变所述第三组分压电阻的电压，控制所述第三组MOS管的开启，以开启所述备用电源。

进一步地，所述第二组分压电阻包括电阻R12、电阻R13，所述第三组分压电阻包括电阻R14、R15，所述第二组MOS管包括MOS管V9，所述第三组MOS管包括MOS管V10、MOS管V11、MOS管V12；所述电阻R12的第二端连接主电源线，电阻R12的第一端连接所述电阻R13的第一端、MOS管V9的栅极，所述MOS管V9的漏极与所述电阻R14的第一端、电阻R15的第二端以及所述MOS管V10的栅极相连，所述电阻R14的第二端接备用电源线，并且与所述MOS管V11的漏极连接；所述MOS管V10的漏极与MOS管V11的栅极、MOS管V12的栅极连接，所述MOS管V12的漏极输出备用电源，并与所述MOS管V3的漏极连接。

进一步地，所述辅路防倒灌MOS管保护电路还包括电容C8、电容C9、电阻R16，所述电容C8第二端接至所述电阻R12与电阻R13的连接点，电容C8第一端与所述电阻R13的第二端、MOS管V9的源极均连接至DGND；所述电容C9第二端接至所述电阻R14与电阻R15的连接点，电容C9第一端与所述电阻R15的第一端、MOS管V10的源极均连接至DGND；所述电阻R16的第一端接所述MOS管V10的漏极，电阻R16的第二端接所述MOS管V11的源极。

进一步地，所述控制电源开启电路包括连接在备用电源上的第四组MOS管，所述第四组MOS管还连接第五组MOS管，所述第五组MOS管用于接收备用电源开启信号后打开，以使所述第四组MOS管打开，开启备用电源供电。

进一步地，所述控制电源关闭电路包括连接在备用电源上的第四组MOS管，所述第四组MOS管还连接所述第六组MOS管和第七组MOS管，所述第七组MOS管用于接收备用电源关闭信号后打开，控制所述第六组MOS管关闭后使所述第四组MOS管关闭，关闭备用电源供电电路。

进一步地，所述控制电源开启电路和所述控制电源关闭电路中均还包括保护电阻，用以保护MOS管。

本实用新型的基于MOS管的低功耗电源选择电路，对于备用电源为电池的供电系统具有实用价值，本实用新型备用电源供电线上无功耗器件，备用电源开关控制电路功耗仅μW级，速度快，可靠性高，能在3ms内实现备用电源的开启或关断，经实验验证，该电路满足实际工程要求。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型电源选择电路结构示意图；

图2为本实用新型电源选择电路一个实施例中主路防倒灌MOS管保护电路示意图；

图3为本实用新型电源选择电路一个实施例中控制电源开启电路示意图；

图4为本实用新型电源选择电路一个实施例中控制电源关闭电路示意图；

图5为本实用新型电源选择电路一个实施例中辅路防倒灌MOS管保护电路示意图；

图6为本实用新型电源选择电路一个实施例中电源选择电路工作流程图；

图7为本实用新型电源选择电路中输入输出示意图；

图8为未使用本实用新型电源选择电路示意图；

图9为使用本实用新型选择电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图1所示，本公开实施例提供一种基于MOS管的低功耗电源选择电路，包括供电输入端的主电源与备用电源，还包括防倒灌MOS管保护电路，所述防倒灌MOS管保护电路包括主路防倒灌MOS管保护电路和辅路防倒灌MOS管保护电路，所述主路防倒灌MOS管保护电路与所述主电源连接，所述辅路防倒灌MOS管保护电路与所述备用电源连接，所述备用电源与所述辅路防倒灌MOS管保护电路之间还包括控制电源开启电路和控制电源关闭电路，用于控制所述备用电源的开启或关闭；所述防倒灌MOS管保护电路用于防止所述主电源与所述备用电源直接连接。

本实用新型主要由四个部分组成。分别为：主路防倒灌MOS管保护电路、控制备用电源开启电路、控制备用电源关闭电路以及辅路防倒灌MOS管保护电路。其中，防倒灌MOS管保护电路作用是防止主电源与备用电源直接连接，避免造成线路损坏；备用电源开启电路以及备用电源关闭电路均为控制电路，作用是在需要的情况下，开启或关闭备用电源。如图1中所示，本实用新型在使用时，主电源供电会先经过主路防倒灌MOS管保护电路，再向负载供电；备用电源先经过备用电源开启/关闭电路，再经过辅路防倒灌MOS管保护电路，最后向负载供电。

上述主路防倒灌MOS管保护电路如图2所示。主路防倒灌MOS管保护电路包括MOS管V1-V3(第一组MOS管)、电阻R1-R2(第一组分压电阻)，电容C1。主路防倒灌MOS管保护电路的输入为主电源。电阻R1的第2端连接至主电源线，电阻R1的第1端连接至电阻R2的第1端，电阻R2的第2端连接至DGND。此时，电阻R1的第2端(或电阻R2的第1端)为主电源线的分压点，负责提供电容C1的储能以及控制MOS管V1的开关状态。分压点与电容C1的第2端连接，并与MOS管V1的栅极连接。电容C1的第1端与MOS管V1的源极连接DGND。MOS管V1的漏极与MOS管V2的栅极、MOS管V3的栅极、电阻R3的第1端连接。主电源经过电阻R1的第2端后，与MOS管V2的漏极相连。MOS管V2的源极与电阻R3的2端、MOS管V3的源极相连，最后MOS管V3的漏极输出主电源。

通过分压电阻R1、电阻R2来确定MOS管V1关闭的阈值，当主电源降低至预警值时，MOS管V1的栅极控制V1关闭，进一步导致图2中MOS管V2、MOS管V3关闭，断开供电回路。由此，主路防倒灌MOS管保护电路会根据分压电阻R1、电阻R2决定的预警值，关断主电源供电回路，将主电源与备用电源分隔开，从而起到保护作用。电容C1为储能电容，可以通过调节电容C1的大小，来改变MOS管V1的开启或关闭时间。

控制电源开启电路如图3所示。控制电源开启电路包括MOS管V4-V6(第四组MOS管为MOS管V5、MOS管V6；第五组MOS管为MOS管V4)、电阻R4-R7，电容C2-C5。控制电源开启电路的输入为备用电源和备用电源开启信号。备用电源输入后，先与电容C3、电容C4、电容C5的第2端连接，后再与电阻R6的端2端连接。电容C3、电容C4、电容C5的第1端连接至DGND，起到滤波的作用。电阻R6的第1端连接MOS管V4的漏极，MOS管V4的源极连接DGND。电阻R5的第1端与电阻R4的第2端、电容C2的第2端以及MOS管V4的栅极连接。备用电源开启信号由电阻R5的第2端进入，负责控制MOS管V4的开启。电阻R4的1端和电容C2的1端连接至DGND。备用电源经电阻R6的2端后，与MOS管V5的漏极连接，MOS管V5的源极与MOS管V6的源极、电阻R7的第2端连接。备用电源经过MOS管V6的漏极输出。MOS管V5的栅极和电阻R7的第1端以及MOS管V6的栅极连接在一起，再与电阻R6的1端(MOS管V4的漏极)连接。

正常情况下，图3中备用电源线上的MOS管V5、MOS管V6处于关闭状态，备用电源未接通。当开启信号出现时，会控制MOS管V4打开，进一步使得图3中MOS管V5、MOS管V6打开，从而开启备用电源供电。图中电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7为限流保护电阻，目的是防止电流对MOS管V4的破坏。电容C2为延时电容，延时t＝R*C。延时目的是防止误触发，增强电路稳定性。电容C3、电容C4、电容C5为滤波电容，目的是减小备用电源输入波动。

控制电源关闭电路如图4所示。控制电源关闭电路包括MOS管V5、MOS管V6(第四组MOS管)、MOS管V7-V8(第六组MOS管为MOS管V7，第七组MOS管为MOS管V8)、电阻R7(同控制备用电源开启电路)、电阻R8-R11，电容C6-C7。控制备用电源开启电路的输入为经过R6第2端的备用电源和备用电源关闭信号。关闭信号负责控制MOS管V8的开启，关闭信号输入后，先与电阻R10的第1端、电阻R11的第2端连接，电阻R11的第1端连接至DGND。电阻R10的第2端连接至电容C7的第2端以及MOS管V8的栅极。MOS管V8的源极以及电容C7的第1端连接至DGND。MOS管V8的漏极与电阻R8的第2端，电阻R9的第2端，电容C6的第2端、MOS管V7的栅极连接。电阻R9的第1端以及电容C6的第1端连接至DGND。此时MOS管V8可以控制MOS管V7关断，从而控制MOS管V5、MOS管V6关断。MOS管V7的漏极连接至电阻R7的第1端，MOS管V7的源极连接至DGND。电阻R8的第1端连接至MOS管V6的漏极(MOS管V5、MOS管V6、电阻R7的连接与控制备用电源开启电路相同)。备用电源经过MOS管V6的漏极输出。

不需要备用电源时，输入关闭信号，即可关闭备用电源。如图4所示，当关闭信号来临时，MOS管V8被打开，由于MOS管V8打开，MOS管V7被关闭。进一步使得图4中MOS管V5、MOS管V6被关闭，使得备用电源供电电路关闭。图4中电阻均为保护电阻，目的是防止脉冲对MOS管的破坏。电容C7为延时电容，延时t＝R*C。延时目的是防止误触发，增强电路稳定性。

辅路防倒灌MOS管保护电路如图5所示。辅路防倒灌MOS管保护电路包括MOS管V9-V12(第二组MOS管为MOS管V9，第三组MOS管为MOS管V10、MOS管V11、MOS管V12)、电阻R12-R16(第二组分压电阻为电阻R12、电阻R13，第三组分压电阻为电阻R14、R15)，电容C8-C9。辅路防倒灌MOS管保护电路的输入为MOS管V6漏极输出的备用电源以及主电源。主电源输入后连接至电阻R12的第2端(同时与电阻R1的端相连)。电阻R12的第1端连接至MOS管V9的栅极、电阻R13的第1端以及电容C8的第2端。目的是通过分压电阻，控制MOS管V9的开启与关闭。电阻R13的第2端、电容C8的第1端以及MOS管V9的源极连接至DGND。MOS管V9的漏极与电阻R14的第1端、电阻R15的第2端、电容C9的第2端以及MOS管V10的栅极相连。目的是通过改变电阻R14第1端(电阻R15第2端)的电压，控制MOS管V10的开启，从而开启辅路防倒灌MOS管保护电路。MOS管V10的源极、电容C9的第1端以及电阻R15的第1端与DGND连接。电阻R14的第2端与MOS管V6的漏极、MOS管V11的漏极连接。MOS管V10的漏极与MOS管V11的栅极、电阻R16的第1端、MOS管V12的栅极连接。目的是通过MOS管V10控制MOS管V11和MOS管V12开启。MOS管V11的源极与电阻R16的第2端连接，并与MOS管V12的源极连接。MOS管V12的漏极输出备用电源，并与MOS管V3的漏极连接，该连接点为最终电源输出点。由于两个防倒灌电路存在，同一时刻，MOS管V12的漏极和MOS管V3的漏极只有一个有输出。

通过分压电阻R12、电阻R13来确定MOS管V9关闭的阈值，当主电源降低至预警值时，MOS管V9的1脚控制MOS管V9关闭，V9关闭后，备用电源就可以控制MOS管V10打开，从而使辅路防倒灌MOS管保护电路打开。主路防倒灌MOS管保护电路和辅路防倒灌MOS管保护电路不能同时打开，是否开启由主电源电压决定。由此可见，主电源电压正常时，主路防倒灌MOS管保护电路开启，辅路防倒灌MOS管保护电路关闭，防止主电源倒灌至备用电源；主电源电压异常时，辅路防倒灌MOS管保护电路可以由备用电源开启，主路防倒灌MOS管保护电路关闭，防止备用电源倒灌至主电源。电容C8为储能电容，可以通过调节电容C8的大小，来改变MOS管V9的开启或关闭时间。

本实用新型的电源选择电路工作流程分为3个步骤，流程如图6所示：

步骤1：检测主电源电压。根据分压电路确定低电压阈值，当电压低于阈值时，关闭主电源电压。

步骤2：当收到低电压信号时，备用电源的开启信号有效。在此期间，收到开启信号，将打开备用电源。开启信号仅控制开关型MOS管，功耗极低。

步骤3：为了保证仅在必要时工作，该电路设计了备用电源关闭功能，能在备用电源供电时，根据需求随时关闭备用电源，仅在需要时开启。

本实用新型电路的输入输出如图7所示，如图7，只需要提供图中的四种输入，即可使用低功耗电源选择电路。图8为未使用本实用新型电源选择电路示意图，图9为使用本实用新型选择电路示意图，从逻辑可以看出，本实用新型选择电路兼容性高。根据示意图，仅需要将供电电路的主电源输出，连接至本实用新型电路主电源输入；将待修改的电源选择电路的备用电源输出，连接至本实用新型电路备用电源输入；再从供电电路中接出两个控制信号至电源选择电路，即可使用本实用新型，根据需要选择输出为负载供电。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于MOS管的低功耗电源选择电路，包括供电输入端的主电源与备用电源，其特征在于，还包括防倒灌MOS管保护电路，所述防倒灌MOS管保护电路包括主路防倒灌MOS管保护电路和辅路防倒灌MOS管保护电路，所述主路防倒灌MOS管保护电路与所述主电源连接，所述辅路防倒灌MOS管保护电路与所述备用电源连接，所述备用电源与所述辅路防倒灌MOS管保护电路之间还包括控制电源开启电路和控制电源关闭电路，用于控制所述备用电源的开启或关闭；所述防倒灌MOS管保护电路用于防止所述主电源与所述备用电源直接连接；

所述主路防倒灌MOS管保护电路包括相互连接的第一组分压电阻和第一组MOS管，所述第一组分压电阻接在主电源线上，用于通过所述第一组分压电阻决定所述第一组MOS管关闭的阈值，控制关断所述主电源的供电回路，将主电源与备用电源分隔开；

所述辅路防倒灌MOS管保护电路包括第二组分压电阻、第三组分压电阻、第二组MOS管和第三组MOS管，所述第二组分压电阻接在主电源线上，所述第三组分压电阻接在备用电源线上；所述第二组MOS管与所述第二组分压电阻连接，用于通过所述第二组分压电阻控制第二组MOS管的开启与关闭，所述第二组MOS管与所述第三组分压电阻、所述第三组MOS管连接，用于通过改变所述第三组分压电阻的电压，控制所述第三组MOS管的开启，以开启所述备用电源。

2.根据权利要求1所述的基于MOS管的低功耗电源选择电路，其特征在于，所述第一组分压电阻包括电阻R1、电阻R2，所述第一组MOS管包括MOS管V1、MOS管V2和MOS管V3，所述电阻R1的第一端与所述电阻R2的第一端连接，所述电阻R1的第二端连接至主电源线；所述电阻R1与电阻R2的连接点接至所述MOS管V1的栅极，所述MOS管V1的漏极与所述MOS管V2的栅极、MOS管V3的栅极连接，所述MOS管V2的漏极接主电源线，MOS管V2的源极与MOS管V3的源极相连，所述MOS管V3的漏极输出主电源。

3.根据权利要求2所述的基于MOS管的低功耗电源选择电路，其特征在于，所述主路防倒灌MOS管保护电路还包括电容C1和电阻R3，所述电容C1的第二端接至所述电阻R1与电阻R2的连接点，电容C1的第一端与所述电阻R2的第二端、MOS管V1的源极均连接至DGND；所述电阻R3的第一端接所述MOS管V1的漏极，电阻R3的第二端接所述MOS管V2的源极。

4.根据权利要求3所述的基于MOS管的低功耗电源选择电路，其特征在于，所述第二组分压电阻包括电阻R12、电阻R13，所述第三组分压电阻包括电阻R14、R15，所述第二组MOS管包括MOS管V9，所述第三组MOS管包括MOS管V10、MOS管V11、MOS管V12；所述电阻R12的第二端连接主电源线，电阻R12的第一端连接所述电阻R13的第一端、MOS管V9的栅极，所述MOS管V9的漏极与所述电阻R14的第一端、电阻R15的第二端以及所述MOS管V10的栅极相连，所述电阻R14的第二端接备用电源线，并且与所述MOS管V11的漏极连接；所述MOS管V10的漏极与MOS管V11的栅极、MOS管V12的栅极连接，所述MOS管V12的漏极输出备用电源，并与所述MOS管V3的漏极连接。

5.根据权利要求4所述的基于MOS管的低功耗电源选择电路，其特征在于，所述辅路防倒灌MOS管保护电路还包括电容C8、电容C9、电阻R16，所述电容C8第二端接至所述电阻R12与电阻R13的连接点，电容C8第一端与所述电阻R13的第二端、MOS管V9的源极均连接至DGND；所述电容C9第二端接至所述电阻R14与电阻R15的连接点，电容C9第一端与所述电阻R15的第一端、MOS管V10的源极均连接至DGND；所述电阻R16的第一端接所述MOS管V10的漏极，电阻R16的第二端接所述MOS管V11的源极。

6.根据权利要求5所述的基于MOS管的低功耗电源选择电路，其特征在于，所述控制电源开启电路包括连接在备用电源上的第四组MOS管，所述第四组MOS管还连接第五组MOS管，所述第五组MOS管用于接收备用电源开启信号后打开，以使所述第四组MOS管打开，开启备用电源供电。

7.根据权利要求6所述的基于MOS管的低功耗电源选择电路，其特征在于，所述控制电源关闭电路包括连接在备用电源上的第四组MOS管，所述第四组MOS管还连接第六组MOS管和第七组MOS管，所述第七组MOS管用于接收备用电源关闭信号后打开，控制所述第六组MOS管关闭后使所述第四组MOS管关闭，关闭备用电源供电电路。

8.根据权利要求7所述的基于MOS管的低功耗电源选择电路，其特征在于，所述控制电源开启电路和所述控制电源关闭电路中均还包括保护电阻，用以保护MOS管。

Images