CN217216077U - 一种防倒灌切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及切换电路领域，具体涉及一种防倒灌切换装置。所述防倒灌切换装置包括驱动单元、至少两路供电支路和电压输出端，所述供电支路均包括电压输入端和防倒灌通断模块，所述防倒灌通断模块包括串联设置的防倒灌MOS管和开关MOS管，所述驱动单元分别与防倒灌MOS管和开关MOS管的控制端连接。本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，为了防止在切换过程中电流倒灌至另一供电支路，烧坏电路或者导致输出电能不稳定，供电支路均设置有防倒灌通断模块，电压输入端通过防倒灌通断模块的通断实现对电压输出端的电能输出，且防止电压输出端的电能或另一支路的输出电能电流通过防倒灌通断模块返回流至电压输入端。

Description

一种防倒灌切换装置

技术领域

本实用新型涉及切换电路领域，具体涉及一种防倒灌切换装置。

背景技术

继电器(英文名称：relay)是一种电控制器件，是当输入量(激励量) 的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。继电器切换具有以下缺点：继电器体积大，功耗大，继电器在触点切换时延时较大，触点在吸合时存在机械磨损，电弧烧伤等现象，触点寿命短，导致可靠性和可维护性较差，以及大电流的应用时，继电器体积较大，功耗较大。

例如，当驱动端为低电平时，继电器的输出触点与常闭触点接合，反之，继电器的输出触点转换为与常开触点接合，输出不同支路的电压。通过继电器触点的转换实现了输出电压Vout的变化。

也可以通过逻辑电路，如MOS管，实现继各支路的切换，但是容易在切换过程中导致电流逆流倒灌，损坏电路元件。其中，二极管只能单向导通，且导通压降大，大电流应用时损耗大，不适合大功率的场合。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种防倒灌切换装置，解决继电器切换导致的各种问题，以及逻辑电路切换导致电流倒灌的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种防倒灌切换装置，所述防倒灌切换装置包括驱动单元、至少两路供电支路和电压输出端，所述供电支路均包括电压输入端和防倒灌通断模块，所述防倒灌通断模块的输入端与电压输入端连接，所述防倒灌通断模块的输出端与电压输出端连接，所述驱动单元根据驱动信号控制一路供电支路的防倒灌通断模块导通，并控制其他路供电支路的防倒灌通断模块断开；其中，

所述防倒灌通断模块包括串联设置的防倒灌MOS管和开关MOS管，所述驱动单元分别与防倒灌MOS管和开关MOS管的控制端连接。

其中，较佳方案是：所述防倒灌MOS管与电压输入端连接，所述开关MOS 管与电压输出端连接。

其中，较佳方案是：所述防倒灌MOS和开关MOS管的栅极均与驱动单元连接，所述防倒灌MOS的源极与开关MOS管的源极连接，所述防倒灌MOS的漏极与电压输入端连接，所述开关MOS管的漏极与电压输出端连接。

其中，较佳方案是：所述供电支路设置有两路；所述驱动单元包括驱动信号输入端，以及均与驱动信号输入端连接的第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一驱动模块和第二驱动模块分别与对应的防倒灌通断模块连接，所述第一驱动模块或第二驱动模块根据驱动信号输入端的驱动信号控制对应供电支路的防倒灌通断模块导通或断开。

其中，较佳方案是：所述防倒灌切换装置包括第一供电支路和第二供电支路；所述第一驱动模块包括第一前级驱动电路和后级驱动电路，所述第二驱动模块包括第二前级驱动电路和后级驱动电路，所述第一前级驱动电路和第二前级驱动电路均分别与驱动信号输入端和对应的后级驱动电路连接，所述后级驱动电路与第一供电支路或第二供电支路的防倒灌MOS管和开关MOS管连接；其中，

所述驱动信号输入端接收第一驱动信号和第二驱动信号；

所述第一前级驱动电路根据第一驱动信号控制对应后级驱动电路驱动第一供电支路导通，根据第二驱动信号控制对应后级驱动电路驱动第一供电支路断开；

所述第二前级驱动电路根据第二驱动信号控制对应后级驱动电路驱动第二供电支路导通，根据第一驱动信号控制对应后级驱动电路驱动第二供电支路断开。

其中，较佳方案是：所述第一前级驱动电路包括第一三极管，所述第二前级驱动电路包括第二三极管和第三三极管；其中，

所述第一三极管的基极与驱动信号输入端连接，其发射极接地，其集电极与后级驱动电路连接，所述第一三极管根据第一驱动信号导通，且根据第二驱动信号截止；

所述第二三极管的基极与驱动信号输入端连接，所述第二三极管和第三三极管的发射极均接地，所述第二三极管的集电极分别与电压端和第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与后级驱动电路连接，所述第二三极管根据第一驱动信号导通且第三三极管截止，所述第二三极管根据第二驱动信号截止且第三三极管导通。

其中，较佳方案是：所述第一三极管的基极与驱动信号输入端之间设置有电阻，所述第二三极管的基极与驱动信号输入端之间设置有电阻，所述第二三极管的集电极与电压端之间设置有电阻，所述第二三极管的集电极与第三三极管的基极之间设置有电阻。

其中，较佳方案是：所述后级驱动电路包括第四三极管和第五三极管，所述第四三极管的基极与第五三极管的基极连接，所述四三极管的集电极和第五三极管的集电极均与第一前级驱动电路或第二前级驱动电路连接，所述四三极管的发射极与电压输入端连接，所述第五三极管的发射极接入防倒灌MOS管和开关MOS管之间的节点中，所述第五三极管的集电极还分别与防倒灌MOS管和开关MOS管的控制端连接。

其中，较佳方案是：所述四三极管的集电极和第五三极管的集电极均通过一电阻与第一前级驱动电路或第二前级驱动电路连接，所述四三极管的发射极通过第一二极管与电压输入端连接，所述第五三极管的发射极通过第二二极管接入防倒灌MOS管和开关MOS管之间的节点中；其中，所述第一二极管的正极与电压输入端连接，所述第二二极管的正极接入防倒灌MOS管和开关MOS管之间的节点中。

其中，较佳方案是：所述第五三极管的集电极通过一电阻与防倒灌MOS 管的控制端连接。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，为了防止在切换过程中电流倒灌至另一供电支路，烧坏电路或者导致输出电能不稳定，供电支路均设置有防倒灌通断模块，电压输入端通过防倒灌通断模块的通断实现对电压输出端的电能输出，且防止电压输出端的电能或另一支路的输出电能电流通过防倒灌通断模块返回流至电压输入端；通过防倒灌MOS管和开关MOS管实现对应供电支路的导通或截止，通过防倒灌MOS管防倒灌，实现快速高效的供电支路切换，延迟小，切换过程中输出电压不存在跌落，采用稳定的控制信号即可实现控制，适应性广，且配合防倒灌MOS管，提高整体使用寿命，且功耗小，并且并非机械设置，通过电路结构避免机械磨损和电弧烧伤等问题。

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是本实用新型防倒灌切换装置的电路原理示意图；

图2是本实用新型供电支路的电路原理示意图；

图3是本实用新型第一供电支路和第二供电支路的电路原理示意图；

图4是本实用新型第一驱动模块和第二驱动模块的电路原理示意图；

图5是本实用新型基于防倒灌通断模块的防倒灌切换装置的电路示意图；

图6是本实用新型驱动单元的电路原理示意图；

图7是本实用新型基于第一前级驱动电路和第二前级驱动电路的防倒灌切换装置的电路示意图；

图8是本实用新型基于后级驱动电路的防倒灌切换装置的电路示意图；

图9是本实用新型防倒灌切换系统的电路原理示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图1至图5所示，本实用新型提供防倒灌切换装置的优选实施例。

一种防倒灌切换装置，防倒灌切换装置包括驱动单元100、至少两路供电支路200和电压输出端300，供电支路200均包括电压输入端210和防倒灌通断模块220，防倒灌通断模块220的输入端与电压输入端210连接，防倒灌通断模块220的输出端与电压输出端300连接，驱动单元100根据驱动信号控制一路供电支路200的防倒灌通断模块220导通，并控制其他路供电支路200 的防倒灌通断模块220断开；其中，防倒灌通断模块220包括串联设置的防倒灌MOS管221和开关MOS管222，驱动单元100分别与防倒灌MOS管221和开关MOS管222的控制端连接。

具体地，驱动单元100分别与供电支路200连接，每一路供电支路200 均连接至电压输出端300，在驱动单元100的控制下使一供电支路200工作，其余供电支路200不工作，即使有且只有一路供电支路200通过电压输出端 300向外供电，驱动单元100实现各供电支路200之间的工作切换；为了防止在切换过程中电流倒灌至另一供电支路200，烧坏电路或者导致输出电能不稳定，供电支路200均设置有防倒灌通断模块220，电压输入端210通过防倒灌通断模块220的通断实现对电压输出端300的电能输出，且防止电压输出端 300的电能或另一支路的输出电能电流通过防倒灌通断模块220返回流至电压输入端210；通过防倒灌MOS管221和开关MOS管222实现对应供电支路200 的导通或截止，通过防倒灌MOS管221防倒灌，实现快速高效的供电支路200 切换，延迟小，切换过程中输出电压不存在跌落，采用稳定的控制信号即可实现控制，适应性广，且配合防倒灌MOS管221，提高整体使用寿命，且功耗小，并且并非机械设置，通过电路结构避免机械磨损和电弧烧伤等问题。

在一个实施例中，并参考图4，供电支路200包括第一供电支路200a和第二供电支路200b，驱动单元100包括驱动信号输入端110，以及均与驱动信号输入端110连接的第一驱动模块121和第二驱动模块122，第一驱动模块121 和第二驱动模块122分别与对应的防倒灌通断模块220连接，第一驱动模块 121或第二驱动模块122根据驱动信号输入端110的驱动信号控制对应供电支路200的防倒灌通断模块220导通或断开，以实现同一驱动信号存在不同的工作状态，实现有且只有一路供电支路200通过电压输出端300向外供电。

在一个实施例中，防倒灌MOS管221与电压输入端210连接，开关MOS 管222与电压输出端300连接。防倒灌MOS管221和开关MOS管222串联设置，组成“背靠背”的形式，反过来设置也可以，作用一样；开关MOS管222用于控制电流的正向流动，防倒灌MOS管221用于阻值电流的反向流动。

在一个实施例中，并参考图5，防倒灌MOS管221和开关MOS管222的栅极均与驱动单元100连接，第一驱动模块121与一路供电支路200的防倒灌 MOS管221和开关MOS管222的栅极连接，第二驱动模块122与一路供电支路 200的防倒灌MOS管221和开关MOS管222的栅极连接，防倒灌MOS管221的源极与开关MOS管222的源极连接，防倒灌MOS管221的漏极与电压输入端 210连接，开关MOS管222的漏极与电压输出端300连接。具体地，驱动单元 100通过防倒灌MOS管221的栅极控制防倒灌MOS管221的导通或关闭，且通过开关MOS管222的栅极控制开关MOS管222的导通或关闭，当切换到对应供电支路200工作时，驱动单元100控制防倒灌MOS管221和开关MOS管222 的导通，实现电压输入端210与电压输出端300的连通，电压输出端300输出的电能为电压输入端210输入的电能。以及，当驱动单元100控制防倒灌MOS 管221和开关MOS管222的截止时，实现电压输入端210与电压输出端300 断路，且由于防倒灌MOS的作用，防止其他供电支路200或电压输出端300 的电能倒灌。

其中，电压输入端210输入不同参数的电能，实现不同参数电能从电压输出端300输出。

如图6至图8所示，本实用新型提供驱动单元100的较佳实施例。

防倒灌切换装置包括第一供电支路200a和第二供电支路200b，第一驱动模块121包括第一前级驱动电路1211和后级驱动电路130，第二驱动模块122 包括第二前级驱动电路1221和后级驱动电路130，第一前级驱动电路1211和第二前级驱动电路1221均分别与驱动信号输入端110和对应的后级驱动电路130连接，后级驱动电路130与第一供电支路200a或第二供电支路200b的防倒灌MOS管221和开关MOS管222连接；其中，驱动信号输入端110接收第一驱动信号和第二驱动信号；第一前级驱动电路1211根据第一驱动信号控制对应后级驱动电路130驱动第一供电支路200a导通，根据第二驱动信号控制对应后级驱动电路130驱动第一供电支路200a断开；第二前级驱动电路1221 根据第二驱动信号控制对应后级驱动电路130驱动第二供电支路200b导通，根据第一驱动信号控制对应后级驱动电路130驱动第二供电支路200b断开。

具体地，在对应驱动模块的控制下，第一供电支路200a和第二供电支路 200b应分别进行通路操作和断路操作，从而实现两个供电支路200的控制切换。驱动信号输入端110分别与第一前级驱动电路1211和第二前级驱动电路 1221，第一前级驱动电路1211和第二前级驱动电路1221同时接收驱动信号输入端110所产生的信号，如第一驱动信号和第二驱动信号，此时，在同一驱动信号中，第一前级驱动电路1211和第二前级驱动电路1221具有不同的操作方式，例如，第一前级驱动电路1211根据第一驱动信号控制后级驱动电路130 驱动第一供电支路200a导通时，与此同时，第二前级驱动电路1221根据第一驱动信号控制后级驱动电路130驱动第二供电支路200b断开，实现二选一操作；同理，第一前级驱动电路1211根据第二驱动信号控制后级驱动电路130 驱动第一供电支路200a断开时，与此同时，第二前级驱动电路1221根据第而驱动信号控制后级驱动电路130驱动第二供电支路200b通路。

在一个实施例中，并参考图7，第一前级驱动电路1211包括第一三极管 Q9，第二前级驱动电路1221包括第二三极管Q5和第三三极管Q4；其中，第一三极管Q9的基极与驱动信号输入端110连接，其发射极接地，其集电极与后级驱动电路130连接，第一三极管Q9根据第一驱动信号导通，且根据第二驱动信号截止；第二三极管Q5的基极与驱动信号输入端110连接，第二三极管Q5和第三三极管Q4的发射极均接地，第二三极管Q5的集电极分别与电压端和第三三极管Q4的基极连接，第三三极管Q4的集电极与后级驱动电路130 连接，第二三极管Q5根据第一驱动信号导通且第三三极管Q4截止，第二三极管Q5根据第二驱动信号截止且第三三极管Q4导通。

具体地，根据驱动信号输入端110的驱动信号，第一三极管Q9在通路或截止之间切换，当第一三极管Q9处于通路状态时，第一三极管Q9的集电极接地，即使后级驱动电路130与第一三极管Q9连接的控制端接地，激活后级驱动电路130，从而使防倒灌MOS和开关MOS管222导通；以及，当第一三极管 Q9处于截止状态时，后级驱动电路130无法被激活，即防倒灌MOS和开关MOS 管222截止。

而根据驱动信号输入端110的驱动信号，第二三极管Q5的操作与第一三极管Q9的操作一致，第二三极管Q5处于通路状态时，第二三极管Q5的集电极接地，反之，当第二三极管Q5处于截止状态时，此时第三三极管根在第二三极管Q5的控制下在通路或截止之间切换。具体地，当第二三极管Q5导通时第三三极管截止，反之，当第二三极管Q5截止时第三三极管导通。

在一个实施例中，第一三极管Q9的基极与驱动信号输入端110之间设置有电阻R14，第二三极管Q5的基极与驱动信号输入端110之间设置有电阻R7，第二三极管Q5的集电极与电压端3.3V之间设置有电阻R5，第二三极管Q5的集电极与第三三极管Q4的基极之间设置有电阻R6。电阻R6为第三三极管Q4 的基极电阻，用于提供第三三极管Q4的基极电流，驱动第三三极管Q4导通。电阻R7为第二三极管Q5的基极电阻，用于提供第二三极管Q5基极电流，驱动第二三极管Q5的导通。电阻R5为上拉电阻，当驱动信号输出低电平时，通过上拉的3.3V经电阻R5和电阻R6，驱动第三三极管Q4导通。

在一个实施例中，并参考图8，后级驱动电路130包括第四三极管Q3A和第五三极管Q3B，第四三极管Q3A的基极与第五三极管Q3B的基极连接，第四三极管Q3A的集电极和第五三极管Q3B的集电极均与第一前级驱动电路1211 或第二前级驱动电路1221连接，第四三极管Q3A的发射极与电压输入端210 连接，第五三极管Q3B的发射极接入防倒灌MOS管221和开关MOS管222之间的节点中，第五三极管Q3B的集电极还分别与防倒灌MOS管221和开关MOS管222的控制端连接。

在一个实施例中，第四三极管Q3A的集电极和第五三极管Q3B的集电极均通过一电阻(R3、R4)与第一前级驱动电路1211或第二前级驱动电路1221 连接，第四三极管Q3A的发射极通过第一二极管D1与电压输入端210连接，第五三极管Q3B的发射极通过第二二极管D2接入防倒灌MOS管221和开关MOS 管222之间的节点中；其中，第一二极管D1的正极与电压输入端210连接，第二二极管D2的正极接入防倒灌MOS管221和开关MOS管222之间的节点中。

在一个实施例中，第五三极管Q3B的集电极通过一电阻R2与防倒灌MOS 管221的控制端连接。

具体地，假设第一前级驱动电路1211的第一三极管Q9导通，或者第二前级驱动电路1221的第三三极管Q4导通，第四三极管Q3A的集电极和第五三极管Q3B的集电极均接地。第一前级驱动电路1211的第一三极管Q9导通，发射极接地GND，第一二极管D1和第四三极管Q3A通过电阻R3导通，且抽取第五三极管Q3B的基极电流，第五三极管Q3B工作于临界导通状态，防倒灌MOS 管221和开关MOS管222的栅源驱动电压由GND，通过电阻R4提供，其中电阻R2可以调节防倒灌MOS管221的开通和关断速度，防倒灌MOS管221导通。同时第二三极管Q5导通，第三三极管Q4截止，所对应的防倒灌MOS管221 和开关MOS管222的栅极无驱动电压，防倒灌MOS管221和开关MOS管222 截止。当系统需要切换，在切换过程中由于器件的延时可能会存在两路MOS 管同时导通的情况或Vin1＞Vin2，此时都可能会导致电压高的往电压低的方向倒灌。具体防倒灌功能描述如下：

当防倒灌MOS管221的漏极电压比源极电压低时，第四三极管Q3A发射极电压降低，由于第四三极管Q3A的集电极和基极短接，会导致与之相连的第五三极管Q3B的基极电压降低，从而使第五三极管Q3B进入饱和导通状态，使防倒灌MOS管221的栅源驱动电压被拉低，即防倒灌MOS管221进入截止状态。

如图9所示，本实用新型提供防倒灌切换系统的较佳实施例。

一种防倒灌切换系统，包括的防倒灌切换装置，与防倒灌切换装置的驱动信号输入端110连接的控制器，至少两与对应供电支路200的电压输入端210 连接的供电源，与电压输出端300连接的负载。

控制器产生驱动信号并通过驱动信号输入端110输入，以控制防倒灌切换装置在各供电支路200中切换，且将对应供电源与负载连通，为负载供电。

以上所述者，仅为本实用新型最佳实施例而已，并非用于限制本实用新型的范围，凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本实用新型所涵盖。

Claims (10)

1.一种防倒灌切换装置，其特征在于：所述防倒灌切换装置包括驱动单元、至少两路供电支路和电压输出端，所述供电支路均包括电压输入端和防倒灌通断模块，所述防倒灌通断模块的输入端与电压输入端连接，所述防倒灌通断模块的输出端与电压输出端连接，所述驱动单元根据驱动信号控制一路供电支路的防倒灌通断模块导通，并控制其他路供电支路的防倒灌通断模块断开；其中，

所述防倒灌通断模块包括串联设置的防倒灌MOS管和开关MOS管，所述驱动单元分别与防倒灌MOS管和开关MOS管的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述防倒灌MOS管与电压输入端连接，所述开关MOS管与电压输出端连接。

3.根据权利要求2所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述防倒灌MOS和开关MOS管的栅极均与驱动单元连接，所述防倒灌MOS的源极与开关MOS管的源极连接，所述防倒灌MOS的漏极与电压输入端连接，所述开关MOS管的漏极与电压输出端连接。

4.根据权利要求1至3任一所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述供电支路设置有两路；所述驱动单元包括驱动信号输入端，以及均与驱动信号输入端连接的第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一驱动模块和第二驱动模块分别与对应的防倒灌通断模块连接，所述第一驱动模块或第二驱动模块根据驱动信号输入端的驱动信号控制对应供电支路的防倒灌通断模块导通或断开。

5.根据权利要求4所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述防倒灌切换装置包括第一供电支路和第二供电支路；所述第一驱动模块包括第一前级驱动电路和后级驱动电路，所述第二驱动模块包括第二前级驱动电路和后级驱动电路，所述第一前级驱动电路和第二前级驱动电路均分别与驱动信号输入端和对应的后级驱动电路连接，所述后级驱动电路与第一供电支路或第二供电支路的防倒灌MOS管和开关MOS管连接；其中，

所述驱动信号输入端接收第一驱动信号和第二驱动信号；

所述第一前级驱动电路根据第一驱动信号控制对应后级驱动电路驱动第一供电支路导通，根据第二驱动信号控制对应后级驱动电路驱动第一供电支路断开；

所述第二前级驱动电路根据第二驱动信号控制对应后级驱动电路驱动第二供电支路导通，根据第一驱动信号控制对应后级驱动电路驱动第二供电支路断开。

6.根据权利要求5所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述第一前级驱动电路包括第一三极管，所述第二前级驱动电路包括第二三极管和第三三极管；其中，

所述第一三极管的基极与驱动信号输入端连接，其发射极接地，其集电极与后级驱动电路连接，所述第一三极管根据第一驱动信号导通，且根据第二驱动信号截止；

所述第二三极管的基极与驱动信号输入端连接，所述第二三极管和第三三极管的发射极均接地，所述第二三极管的集电极分别与电压端和第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与后级驱动电路连接，所述第二三极管根据第一驱动信号导通且第三三极管截止，所述第二三极管根据第二驱动信号截止且第三三极管导通。

7.根据权利要求6所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述第一三极管的基极与驱动信号输入端之间设置有电阻，所述第二三极管的基极与驱动信号输入端之间设置有电阻，所述第二三极管的集电极与电压端之间设置有电阻，所述第二三极管的集电极与第三三极管的基极之间设置有电阻。

8.根据权利要求5所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述后级驱动电路包括第四三极管和第五三极管，所述第四三极管的基极与第五三极管的基极连接，所述四三极管的集电极和第五三极管的集电极均与第一前级驱动电路或第二前级驱动电路连接，所述四三极管的发射极与电压输入端连接，所述第五三极管的发射极接入防倒灌MOS管和开关MOS管之间的节点中，所述第五三极管的集电极还分别与防倒灌MOS管和开关MOS管的控制端连接。

9.根据权利要求8所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述四三极管的集电极和第五三极管的集电极均通过一电阻与第一前级驱动电路或第二前级驱动电路连接，所述四三极管的发射极通过第一二极管与电压输入端连接，所述第五三极管的发射极通过第二二极管接入防倒灌MOS管和开关MOS管之间的节点中；其中，所述第一二极管的正极与电压输入端连接，所述第二二极管的正极接入防倒灌MOS管和开关MOS管之间的节点中。

10.根据权利要求8所述的防倒灌切换装置，其特征在于：所述第五三极管的集电极通过一电阻与防倒灌MOS管的控制端连接。

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