CN217956771U - 电源切换装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电源切换装置及车辆，所述装置包括设置在主供电单元和车载设备之间的第一开关、设置在备用供电单元和车载设备之间的第二开关、主、副切换单元和控制单元。其中，主切换单元用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制第一开关导通，副切换单元包括电平控制电路、备电切换电路和应急切换电路，备电切换电路用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制电平控制电路输出预定电平信号以控制第二开关导通，应急切换电路被配置为在与主供电单元电连接丢失时控制电平控制电路输出预定电平信号以控制第二开关导通。通过所述电源切换装置可以在不同情况下及时切换车机系统供电对象，保障车机系统的供电稳定性。

Description

电源切换装置及车辆

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电源切换装置及车辆。

背景技术

随着汽车智能化和集成化的发展，越来越多的功能模块被集成在车机系统内，例如目前的车机方案已经将Ecall(Emergency call，紧急呼救)等重要的功能集成在车机系统内。备用电池的供电启动逻辑愈发重要，因为备用电池的准确和快速切换，对于车机系统的顺利运行起着重要作用。

现有技术通常采用MCU(Microcontroller，Unit微控制单元)通过监控车载蓄电池状态的方式来随时切换车机系统的电能提供对象，但由于MCU同样由车载蓄电池提供电量，在车载蓄电池突然掉电时MCU可能无法及时切换备用电池便一同掉电，导致车机系统失去电能支持。

实用新型内容

有鉴于此,本实用新型实施例提供了一种电源切换装置及车辆，以在不同情况下及时切换车机系统的供电对象，保障车机系统的供电稳定性。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电源切换装置，用于切换车载设备的供电对象,所述装置包括：

第一开关，设置在主供电单元和车载设备之间；

第二开关，设置在备用供电单元和车载设备之间；

主切换单元，用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制所述第一开关导通；

副切换单元，包括电平控制电路、备电切换电路和应急切换电路，所述备电切换电路用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制所述电平控制电路输出预定电平信号以控制所述第二开关导通，所述应急切换电路被配置为在与主供电单元电连接丢失时控制所述电平控制电路输出预定电平信号以控制所述第二开关导通；以及

控制单元，与所述主切换单元和副切换单元电连接，用于输出相应的电平信号。

进一步地，所述主切换单元包括第一晶体管，所述第一晶体管包括三极管。

进一步地，所述电平控制电路包括第二晶体管和第三晶体管，所述备电切换电路包括第四晶体管，所述应急切换电路包括第五晶体管、第六晶体管、第一电阻以及第二电阻；

其中，所述第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管包括三极管，所述第五晶体管和第六晶体管包括二极管。

进一步地，所述第一开关包括至少一个第一场效应管，各所述第一场效应管串联连接。

进一步地，所述第二开关包括至少一个第二场效应管，各所述第二场效应管串联连接。

进一步地，所述预定电平信号为低电平信号，各所述第二场效应管被配置为在从所述电平控制电路接收到低电平信号时导通。

进一步地，所述控制单元包括第一输出端、第二输出端以及第三输出端；

其中，所述第一输出端与主切换单元电连接，所述第二输出端与所述备电切换电路电连接，所述第三输出端与所述应急切换电路电连接。

进一步地，所述预定控制电平信号为高电平信号；

所述控制单元具体用于：

在检测到所述主供电单元处于正常状态时，控制所述第一输出端输出高电平信号，控制所述第二输出端输出低电平信号；

在检测到所述主供电单元处于异常状态时，控制所述第一输出端输出低电平信号，控制所述第二输出端输出高电平信号；以及

控制所述第三输出端输出预设阈值电平信号。

进一步地，所述主供电单元用于向所述控制单元提供电能支持。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种车辆，所述车辆包括：

负载设备；

主供电单元；

备用供电单元；以及

如第一方面中任一项所述的电源切换装置。

本实用新型实施例的电源切换装置包括设置在主供电单元和车载设备之间的第一开关、设置在备用供电单元和车载设备之间的第二开关、主、副切换单元和控制单元。其中，主切换单元用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制第一开关导通，副切换单元包括电平控制电路、备电切换电路和应急切换电路，备电切换电路用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制电平控制电路输出预定电平信号以控制第二开关导通，应急切换电路被配置为在与主供电单元电连接丢失时控制电平控制电路输出预定电平信号以控制第二开关导通。通过所述电源切换装置可以在不同情况下及时切换车机系统供电对象，保障车机系统的供电稳定性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为相关技术中的电源切换装置的示意图；

图2为本实用新型实施例的电源切换装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的电源切换装置的电路图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

随着汽车智能化和集成化的发展，越来越多的功能模块被集成在车机系统内，例如目前的车机方案已经将Ecall(Emergency call，紧急呼救)等重要的功能集成在车机系统内。备用电池的供电启动逻辑愈发重要，因为备用电池的准确和快速切换，对于车机系统的顺利运行起着重要作用。

现有技术通常采用MCU(Microcontroller，Unit微控制单元通过监控车载蓄电池状态的方式来随时切换车机系统的电能提供对象，但由于MCU同样由车载蓄电池提供电量，在车载蓄电池突然掉电时MCU可能无法及时切换备用电池便一同掉电，导致车机系统失去电能支持。

图1为相关技术中的电源切换装置的示意图。如图1所示，所述电源切换装置包括切换单元111、开关112、开关113、切换单元114以及控制单元。所述控制单元包括第一输出端IO1'和第二输出端IO2'。

在实际应用过程中，控制单元可以在检测到主供电单元14处于正常状态时，控制第一输出端IO1'输出高电平信号，控制第二输出端IO2'输出低电平信号。此时，对于切换单元111，三极管Q1'在基极接收到高电平信号后会导通，使电阻R3'接地，从而向开关112的场效应管M1'和场效应管M2'的栅极输出低电平信号，场效应管M1'和场效应管M2'在栅极接收到低电平信号时导通，使主供电单元14向车载设备12提供电能支持。对于切换单元114，晶体管Q2'在接收到低电平信号时不导通，R4'处于浮空状态，开关113的场效应管M3'和场效应管M4'不导通，备用供电单元13不会向车载设备12提供电能支持。

在实际应用过程中，控制单元可以在检测到主供电单元14处于异常状态时，控制第一输出端IO1'输出低电平信号，控制第二输出端IO2'输出高电平信号。此时，对于切换单元111，晶体管Q1'在接收到低电平信号时不导通，R3'处于浮空状态，开关112的场效应管M1'和场效应管M2'不导通，主供电单元14不会向车载设备12提供电能支持。对于切换单元114，三极管Q2'在基极接收到高电平信号后会导通，使电阻R4'接地，从而向开关113的场效应管M3'和场效应管M4'的栅极输出低电平信号，场效应管M3'和场效应管M4'在接收到低电平信号时导通，使备用供电单元13向车载设备12提供电能支持。

由此，相关技术中的电源切换装置可以根据主供电单元14的状态及时切换车载设备12的电能提供对象，但由于控制单元通常也是由主供电单元14供电，在主供电单元14突然掉电时，控制单元可能没有及时切换车载设备12的电源提供对象便一同掉电，此时，车载设备12会失去电能支持。

对此，本实用新型实施例提供了一种电源切换装置，通过所述电源切换装置可以在不同情况下及时切换车机系统的供电对象，以保障车机系统的供电稳定性。

图2为本实用新型实施例的电源切换装置的结构示意图。如图2所示，所述电源切换装置包括第一开关21、主切换单元22、第二开关23、副切换单元24以及控制单元25。

其中，所述第一开关21被设置在主供电单元27和车载设备26之间。所述第一开关21与主切换单元22电连接，所述第一开关21被配置为在从主切换单元22接收到预定电平信号时导通。

可选地，所述第一开关21可以包括至少一个串联连接的第一场效应管。所述第一场效应管可以为N沟道场效应管或P沟道场效应管。应当理解，本实施例中的预定电平信号具体可以根据实际选用的场效应管确定为高电平信号或低电平信号。例如：当第一场效应管为P沟道场效应管时，所述预定电平信号可以为低电平信号。当第一场效应管为N沟道场效应管时，所述预定电平信号可以为高电平信号。其中，所述低电平信号具体可以为压值处于较低范围，例如0V～0.3V的电压信号，所述高电平信号具体可以为压值处于较高范围，例如3V～5V的电压信号。应当理解，所述低电平信号和高电平信号的具体判定电压值范围可以根据实际需求进行设置和调整。

应当理解，在本实施例中，所述车载设备26具体可以为车辆的车机系统，所述车机系统可以作为车辆驾驶者与外界的通讯桥梁，以使驾驶者能够通过与车机系统进行人机交互的方式实现与外界间的信息通讯。在一种可选地实现方式中，所述车载设备26也可以被设置为其它车载系统，例如车辆的ECU(Electronic Control Unit，电子控制器单元)，ABS(Antilock Brake System，防抱死制动)系统或ESC(Electronic Stability Controller，电子稳定控制)系统。在本实施例中，所述主供电单元27具体可以为车载蓄电池，所述车载蓄电池可以经过转换将存储的化学能转化为电能以向车载设备26提供电能支持。

进一步地，所述主切换单元22与控制单元25电连接，所述主切换单元22用于在从控制单元25接收到预定控制电平信号时向第一开关21输出预定电平信号以控制第一开关21导通，以使主供电单元27向车载设备26提供电能支持。

可选地，所述主切换单元22可以包括第一晶体管，所述第一晶体管可以包括PNP型三极管或PNP型三极管。应当理解，所述预定控制电平信号同样可以根据实际选用的三极管确定为高电平信号或低电平信号。

进一步地，所述第二开关23被设置在备用供电单元28和车载设备26之间。

应当理解，在本实施例中，所述备用供电单元28具体可以为车载备用电池，所述备用电池能够在主供电单元27出现异常时代替主供电单元27向车载设备26提供电能支持。

可选地，所述第二开关23可以包括串联连接的至少一个第二场效应管，所述第二场效应管可以为N沟道场效应管或P沟道场效应管。

进一步地，所述副切换单元24包括电平控制电路241、备电切换电路242和应急切换电路243。其中，所述电平控制电路241与第二开关23电连接，第二开关23被配置为在从电平控制电路241接收到预定电平信号时导通，以使备用供电单元28能够向车载设备26提供电能支持。

进一步地，备电切换电路242和应急切换电路243分别与电平控制电路241连接。所述备电切换电路242用于在从控制单元25接收到预定控制电平信号时控制电平控制电路241输出预定电平信号以控制第二开关23导通，所述应急切换电路242被配置为在与主供电单元27电连接丢失时控制电平控制电路241输出预定电平信号以控制第二开关23导通。

可选地，所述电平控制电路可以包括第二晶体管和第三晶体管，所述备电切换电路可以包括第四晶体管，所述应急切换电路可以包括第五晶体管、第六晶体管、第一电阻以及第二电阻。其中，所述第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管包括NPN型三极管或PNP型三极管，所述第五晶体管和第六晶体管可以包括二极管。

进一步地，所述控制单元25与主切换单元22和副切换单元24电连接，用于向主切换单元22和副切换单元24输出相应的电平信号，以控制第一开关21和第二开关23的导通和截止，从而切换车载设备26的电能提供对象。

可选地，所述控制单元25具体可以是MCU(Microcontroller，Unit微控制单元)，也即，单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机。所述MCU可以被集成在车载设备，例如车机系统内，也可以被集成为独立的电源切换控制器件。

本实施例中的控制单元25可以监控主供电单元27的电压输出状态，并根据所检测到的电压输出状态向主切换单元22或副切换单元24输出相应的电平信号，从而控制第一开关21和第二开关23进行导通或截止，以切换车载设备26的电能提供对象。同时，本实施例中的电源切换装置还可以在主供电单元27突然掉电，并进而导致控制单元25未及时切换车载设备26的电能提供对象便一同掉电时，通过副切换单元24中的应急切换电路243将车机系统的供电对象切换为备用供电单元28。

由此，本实施例中的电源切换装置可以在不同情况下及时切换车机系统的供电对象，保障车机系统的供电稳定性。

图3为本实用新型实施例的电源切换装置的电路图。如图3所示，所述电源切换装置包括第一开关31、主切换单元32、第二开关33、副切换单元以及控制单元。其中，所述副切换单元包括电平控制电路341、备电切换电路342和应急切换电路343。所述控制单元包括第一输出端IO1，第二输出端IO2以及第三输出端IO3。

进一步地，所述第一开关31包括串联连接的第一场效应管M1和M2。所述主切换单元32包括第一晶体管Q1。

进一步地，所述第一场效应管M1和M2为P沟道场效应管，所述第一晶体管Q1为NPN型三级管。各所述第一场效应管M1和M2的栅极与第一晶体管Q1的集电极连接，所述第一晶体管Q1的基极与控制单元的第一输出端IO1连接。

所述第二开关33包括串联连接的第二场效应管M3和M4。所述电平控制电路341包括第二晶体管Q2和第三晶体管Q3，所述备电切换电路342包括第四晶体管Q4，所述应急切换电路343包括第五晶体管D1、第六晶体管D2、第一电阻R6和第二电阻R7。

进一步地，所述第二场效应管M3和M4为P沟道场效应管，所述第二晶体管Q2和第四晶体管Q4为NPN型三极管，所述第三晶体管Q3为PNP型三极管，所述第五晶体管和第六晶体管为二极管。各所述第二场效应管M3和M4的栅极与第二晶体管Q2的集电极连接，所述第二晶体管Q2的基极与第三晶体管Q3的集电极连接，所述第三晶体管Q3的发射极与控制单元的第三输出端IO3连接，所述第三晶体管Q3的栅极分别与第四晶体管Q4的集电极和第六晶体管D2的负极连接，所述第四晶体管Q4的栅极与控制单元的第二输出端IO2连接，所述第六晶体管D2的正极与第五晶体管D1的正极相对连接，所述第五晶体管D1的负极与主供电单元36连接。

应当理解，本实施例中的控制单元在通电状态会一直控制第三输出端IO3输出预设阈值电平信号，所述预设阈值电平信号具体可以是3.3V的电压信号。

在实际应用过程中，当控制单元在检测到所述主供电单元36处于正常状态时，也即，在检测到主供电单元36的输出电压阈值处于正常输出电压阈值范围内时，会控制第一输出端IO1输出高电平信号，控制第二输出端IO2输出低电平信号。

此时，对于主切换单元32，第一晶体管Q1在接收到高电平信号时会导通使电阻R3接地，从而向第一场效应管M1和M2输出低电平信号，第一场效应管M1和M2在接收到低电平信号时会导通，主供电单元36可以向车载设备35提供电能支持。

对于副切换单元，第四晶体管Q4在接收到低电平信号时不导通，同时，第二电阻R7的上端，也即，第六晶体管D2的左侧电压为主供电单元36输出的电压值，第六晶体管D2的右侧电压为控制单元的第三输出端IO3输出的电压值，所述主供电单元36输出的电压值大于控制单元第三输出端IO3输出的电压值，使得第六晶体管D2的左侧电压大于右侧电压，第六晶体管D2会截止。因此，第三晶体管Q3不导通，进而第二晶体管Q2不导通，电阻R4处于浮空状态，第二场效应管M3和M4不导通，备用供电单元36不会向车载设备35提供电能支持。

由此，本实施例中的电源切换装置可以在检测到主供电单元36处于正常状态时，使主供电单元36向车载设备35提供电能支持。

在实际应用过程中，当控制单元在检测到所述主供电单元36处于异常状态时，也即，在检测到主供电单元36的输出电压阈值未处于正常的电压输出阈值范围内时，会控制第一输出端IO1输出低电平信号，控制第二输出端IO2输出高电平信号。

此时，对于主切换单元32，第一晶体管Q1在接收到低电平信号时不导通，主供电单元36不会向车载设备35提供电能支持。

对于副切换单元，第四晶体管Q4在接收到高电平信号时导通，从而使第三晶体管Q3基极接地，也即，相当于向第三晶体管Q3输出低电平信号，第三晶体管Q3会导通，使控制单元的第三输出端IO3与第二晶体管Q2的基极连接，从而向第二晶体管Q2的基极输出高电平信号，第二晶体管Q2会导通并使电阻R4接地，从而向第二场效应管M3和M4输出低电平信号，第二场效应管M3和M4在接收到低电平信号时会导通，备用供电单元36可以向车载设备35提供电能支持。

希望说明，在此过程中，第二电阻R7的上端，也即，第六晶体管D2的左侧电压为主供电单元36输出的电压值，第六晶体管D2的右侧接地，使得第六晶体管D2的左侧电压大于右侧电压，第六晶体管D2会截止。因此，应急切换电路343不会影响到车载设备35切换电能支持对象。

由此，本实施例中的电源切换装置可以在检测到主供电单元36处于异常状态时，将车载设备35的电能提供对象切换为备用供电单元36，使备用供电单元36向车载设备35提供电能支持。

在实际应用过程中，当主供电单元36突然掉电，而控制单元没有及时切换备用供电单元便一同掉电时，主切换单元32的第一晶体管Q1和副切换单元的第四晶体管Q4由于未接收到电平信号会截止。此时，控制单元的第三输出端IO3，第一电阻R6、第六晶体管D2和第二电阻R7可以形成回路，第三晶体管的栅极电压为第二电阻R7的上端电压，应当理解，所述第二电阻R7的电阻值可以被设置为远小于第一电阻R6，以使得第二电阻R7所分得的电压远小于第一电阻R6，此时，第二电阻R7的上端电压可以被近似为低电平信号，第三晶体管Q3会导通，控制单元的第三输出端IO3会与第二晶体管Q2的基极连接，从而向第二晶体管Q2的基极输出高电平信号，第二晶体管Q2会导通并使电阻R4接地，从而向第二场效应管M3和M4输出低电平信号，第二场效应管M3和M4在接收到低电平信号时会导通，备用供电单元36可以向车载设备35提供电能支持。

应当理解，所述控制单元第三输出端IO3处可以设置大电容的电容器，以延缓电能的流失速率，保证在控制单元掉电的瞬间，第三输出端IO3可以作为电压源短暂地提供输出电压以便应急切换电路343可以将车载设备35的电能支持对象及时切换为备用供电单元36。

由此，本实施例中的电源切换装置可以在检测到主供电单元36突然掉电，而控制单元来不及切换车载设备35的电能提供对象便一同掉电时，通过硬件电路结构将车载设备35的电能提供对象及时切换为备用供电单元36，使备用供电单元36向车载设备35提供电能支持。

本实用新型实施例的电源切换装置包括设置在主供电单元和车载设备之间的第一开关、设置在备用供电单元和车载设备之间的第二开关、主、副切换单元和控制单元。其中，主切换单元用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制第一开关导通，副切换单元包括电平控制电路、备电切换电路和应急切换电路，备电切换电路用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制电平控制电路输出预定电平信号以控制第二开关导通，应急切换电路被配置为在与主供电单元电连接丢失时控制电平控制电路输出预定电平信号以控制第二开关导通。通过所述电源切换装置可以在不同情况下及时切换车机系统供电对象，保障车机系统的供电稳定性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理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 (10)

1.一种电源切换装置，用于切换车载设备的供电对象,其特征在于，所述装置包括：

第一开关，设置在主供电单元和车载设备之间；

第二开关，设置在备用供电单元和车载设备之间；

主切换单元，用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制所述第一开关导通；

副切换单元，包括电平控制电路、备电切换电路和应急切换电路，所述备电切换电路用于在从控制单元接收到预定控制电平信号时控制所述电平控制电路输出预定电平信号以控制所述第二开关导通，所述应急切换电路被配置为在与主供电单元电连接丢失时控制所述电平控制电路输出预定电平信号以控制所述第二开关导通；以及

控制单元，与所述主切换单元和副切换单元电连接，用于输出相应的电平信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主切换单元包括第一晶体管，所述第一晶体管包括三极管。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电平控制电路包括第二晶体管和第三晶体管，所述备电切换电路包括第四晶体管，所述应急切换电路包括第五晶体管、第六晶体管、第一电阻以及第二电阻；

其中，所述第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管包括三极管，所述第五晶体管和第六晶体管包括二极管。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一开关包括至少一个第一场效应管，各所述第一场效应管串联连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二开关包括至少一个第二场效应管，各所述第二场效应管串联连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预定电平信号为低电平信号，各所述第二场效应管被配置为在从所述电平控制电路接收到低电平信号时导通。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括第一输出端、第二输出端以及第三输出端；

其中，所述第一输出端与主切换单元电连接，所述第二输出端与所述备电切换电路电连接，所述第三输出端与所述应急切换电路电连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预定控制电平信号为高电平信号；

所述控制单元具体用于：

在检测到所述主供电单元处于正常状态时，控制所述第一输出端输出高电平信号，控制所述第二输出端输出低电平信号；

在检测到所述主供电单元处于异常状态时，控制所述第一输出端输出低电平信号，控制所述第二输出端输出高电平信号；以及

控制所述第三输出端输出预设阈值电平信号。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主供电单元用于向所述控制单元提供电能支持。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：

负载设备；

主供电单元；

备用供电单元；以及

如权利要求1-9中任一项所述的电源切换装置。

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