CN219643615U - 电源切换电路和智能设备 - Google Patents

Abstract

本公开实施例中提供电源切换电路和智能设备，电路包括电压输入端、电压输出端、开关控制单元、开关单元、第一二极管、第二二极管、电容、及电池单元。电压输入端获得输入电压和第一二极管的正极；电压输出端耦接第一二极管的负极及电容的一端；电池单元正极端耦接电池单元供电端；开关单元和第二二极管串接在电池单元供电端和电压输出端之间；第二二极管的正极对应耦接至电池单元供电端，负极对应耦接至电压输出端；开关控制单元输入端耦接电压输入端，输出端耦接第三端提供开关控制电压；开关单元基于第一端高于第三端的电压差导通/断，使得输入电压和电池单元输出电压中较高一者输出至电压输出端，消除现有问题。

Description

电源切换电路和智能设备

技术领域

本公开涉及电源电路技术领域，尤其涉及电源切换电路和智能设备。

背景技术

目前随着智能化设备的流行普及，可充电电池单元则成为其必不可少的关键部件。但目前的智能设备不能把电源和电池单元供电进行自动无缝的切换，导致可充电电池单元亏电而进行充电时，存在不能正常使用现象。具体而言，智能设备正在充电时，拔掉充电器，由于电池单元输出电压未能同步供电，导致智能设备出现重启。或者，电池单元严重亏电时，电池单元管理系统已经启用保护，但此时充电时却出现充电异常现象或者不能正常使用。这些情况都严重降低了使用者的便利性和体验性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开的目的在于提供电源切换电路和智能设备，能令电源切换电路能在电池单元充电到能供电时及时切换至电池单元供电，以解决相关技术中的问题。

本公开第一方面提供一种电源切换电路，包括：电压输入端、电压输出端、开关控制单元、开关单元、第一二极管、第二二极管、电容、及电池单元；所述电压输入端，供耦接外部电源以获得输入电压，且耦接所述第一二极管的正极；所述电压输出端，耦接所述第一二极管的负极及所述电容的一端，所述电容的另一端耦接至地端；所述电池单元，正极端耦接所述电池单元供电端，负极端耦接至地端；所述开关单元和第二二极管串接在所述电池单元供电端和电压输出端之间；所述开关单元，包括第一端、第二端、及第三端；所述第二二极管的正极对应耦接至所述电池单元供电端，所述第二二极管的负极对应耦接至所述电压输出端；所述开关单元基于第一端高于第三端的电压差导通第一端和第二端，或者基于第三端高于第一端的电压差断开所述第一端和第二端；所述开关控制单元，包括输入端、输出端及接地端，其输入端耦接所述电压输入端，其接地端耦接至地端，其输出端耦接所述第三端；所述开关控制单元基于所述输入电压产生输出至所述第三端的开关控制电压。

在第一方面的实施例中，所述电压输入端耦接电源适配器的输出端。

在第一方面的实施例中，所述开关单元的第一端耦接所述电池单元供电端，所述开关单元的第二端耦接所述第二二极管正极，所述第二二极管的负极耦接所述电压输出端。

在第一方面的实施例中，所述电池单元供电端耦接所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极耦接所述开关单元的第一端，所述开关单元的第二端耦接所述电压输出端。

在第一方面的实施例中，所述开关单元为P型场效应管，所述第一端为源极，所述第二端为漏极，所述第三端为栅极。

在第一方面的实施例中，所述开关单元为绝缘栅增强型PMOS。

在第一方面的实施例中，所述开关控制单元包括电阻分压电路，所述电阻分压电路形成的至少一个分压点耦接至所述第三端。

在第一方面的实施例中，所述分压点与第三端之间还连接有驱动电阻。

在第一方面的实施例中，所述电池单元为可充电电池单元，且在充电时能被用于导通至所述电压输出端。

本公开第二方面提供一种智能设备，包括：如第一方面任一项所述的电源切换电路。

在第二方面的实施例中，所述智能设备包括智能穿戴设备。

如上所述，本公开实施例中提供电源切换电路和智能设备，电路包括电压输入端、电压输出端、开关控制单元、开关单元、第一二极管、第二二极管、电容、及电池单元。电压输入端获得输入电压和第一二极管的正极；电压输出端耦接第一二极管的负极及电容的一端；电池单元正极端耦接电池单元供电端；开关单元和第二二极管串接在电池单元供电端和电压输出端之间；第二二极管的正极对应耦接至电池单元供电端，负极对应耦接至电压输出端；开关控制单元输入端耦接电压输入端，输出端耦接第三端提供开关控制电压；开关单元基于第一端高于第三端的电压差导通/断，使得输入电压和电池单元输出电压中较高一者输出至电压输出端，消除现有问题。

附图说明

图1展示本公开一个实施例中电源切换电路的模块示意图。

图2展示本公开一个实施例中电源切换电路的结构示意图。

图3展示本公开又一实施例中电源切换电路的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体示例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本公开所揭露的消息轻易地了解本公开的其他优点与功效。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模块，本公开中的各项细节也可以根据不同观点与应用模块，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，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本公开的实施例进行详细说明，以便本公开所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本公开可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

在本公开的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本公开的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或一组实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本公开中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的表示中，“一组”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了明确说明本公开，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

虽然在一些示例中术语第一、第二等在本文中用来表示各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等表示。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组，但不排除一个或一组其他特征、步骤、操作、元件、模块、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本公开。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。

虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本公开所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的消息相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。

目前，智能化设备普遍采用可充电电池组进行供电，并可通过连接电源适配器来获得外部电源。在实际应用中，可充电电池组和通过电源适配器的供电之间无法无缝切换，导致可充电电池组亏电而进行充电时，存在不能正常使用现象。比如，在电池组充电时拔掉充电器，由于无法立即切换到电池组供电导致智能设备重启；或者，在电池组严重亏电时，充电出现充电异常现象或者不能正常使用等。由于以上电池组和电源适配器之间切换存在一定问题，导致用户体验差。

鉴于此，本公开实施例中可以提供一种电源切换电路，可以自动切换电池单元和电源适配器中供电电压较大者进行供电，从而有效解决以上问题。

需特别说明的是，本公开实施例中所称的“耦接”，可以是器件之间的直接连接，也可以是中间间隔有其它器件的间接连接。

如图1所示，展示本公开实施例中电源切换电路100的模块示意图。

所述电源切换电路100，包括：电压输入端101、电压输出端102、开关控制单元103、开关单元104、第一二极管105、第二二极管106、电容107、及电池单元108。

所述电压输入端101，供耦接外部电源以获得输入电压，且耦接所述第一二极管105的正极。在一些实施例中，所述电压输入端101可以耦接电源适配器的输出端。电源适配器将所接的交流电(比如220V市电)转换成5V、12V或24V直流电输出。当电源适配器的输出端连接到所述电压输入端101时，在所述电压输入端101施加输入电压。

所述电压输出端102耦接所述第一二极管105的负极及所述电容107的一端，所述电容107的另一端耦接至地端。可以理解的，所述电容107可用于让电压输出端102的电压平缓稳定，避免干扰突变。

所述电池单元108正极端耦接所述电池单元108供电端，负极端耦接至地端。在一些实施例中，所述电池单元108为可充电电池单元108，且在充电时能被用于导通至所述电压输出以一边充电一边对外供电。示例性地，所述电池单元108可以是单个电池或者串联的电池组，可以是锂电池等。由于实施例中主要介绍电源适配器和电池单元108供电切换的电路原理，因此图示中未展示电池单元108的充电电路。需说明的是，所述电池单元108在一边充电一边供电时的输出电压可能是波动变化的，但只要能满足输出电压足够外部供电即可。

所述开关单元104和第二二极管106串接在所述电池单元108供电端和电压输出端102之间；所述开关单元104，包括第一端141、第二端142、及第三端143。所述第二二极管106的正极对应耦接至所述电池单元108供电端，所述第二二极管106的负极对应耦接至所述电压输出端102。示例性地，所述开关单元104的第一端141耦接所述电池单元108供电端，所述开关单元104的第二端142耦接所述第二二极管106正极，所述第二二极管106的负极耦接所述电压输出端102。或者，在其它实施例中，第二二极管106和开关单元104的位置也可以互换。

所述开关单元104基于第一端141高于第三端143的电压差导通第一端141和第二端142，或者基于第三端143高于第一端141的电压差断开所述第一端141和第二端142。在一些实施例中，所述开关单元104可以为P型场效应管，所述第一端141为源极，所述第二端142为漏极，所述第三端143为栅极。进一步可选的，所述开关单元104为绝缘栅增强型PMOS，当栅源电压Vgs增加到开启电压Vth时才开始导通。

所述开关控制单元103，包括输入端、输出端及接地端，其输入端耦接所述电压输入端101，其接地端耦接至地端，其输出端耦接所述第三端143。在一些实施例中，所述开关控制单元103包括电阻分压电路，所述电阻分压电路形成的至少一个分压点耦接至所述第三端143。在可能实现示例中，所述电阻分压电路可以是两个或更多电阻串联组成，每两个电阻之间的连接点形成一个分压点。在可能示例中，每个电阻也可以由并联和/或串联的一组电阻来替代。进一步的，所述分压点与第三端143之间还可连接有驱动电阻。当然，所述开关控制单元103的实现方式并不唯一。比如所述电阻分压电路，还可以是电位器；另外，开关控制单元103还可以包含例如开关电路、稳压电路等中的一种或多种，并非以图示为限。

所述开关控制单元103基于所述输入电压产生输出至所述第三端143的开关控制电压。实际上，所述开关单元104的第一端141的电压为电池单元108的输出电压，而开关单元104的第三端143的电压可为输入电压的分压，则所述开关单元104是根据电池单元108的输出电压和输入电压的分压之间电压差的比较结果来导通或断开。在电压输入端101未连接电源适配器时，电压输入端101电压为0，则第三端143电压为0，开关单元104导通，电池单元108的输出电压向电压输出端102输出。在电压输入端101连接电源适配器时，输入电压通过开关控制单元103转换输出开关控制电压(如VIN的分压)到第三端143。此时，开关单元104可基于电池单元108的输出电压和开关控制电压之间的电压差，实际上即大小比较，以导通或者断开第一端141和第二端142。具体的，当电池单元108的输出电压大于开关控制电压，开关单元104导通；在开关单元104导通情况下，如果电池单元108的输出电压小于或等于输入电压，则由于第一二极管105和第二二极管106单向导通的特性，仍然由输入电压输出至电压输出端102进行供电；如果电池单元108的输出电压大于所述输入电压，则由电池单元108的输出电压输出至电压输出端102进行供电。或者，当电池单元108的输出电压小于开关控制电压，比如电池电压低、亏电时，开关单元104断开，则由输入电压输出至电压输出端102进行供电。

由此可以理解的是，该电源切换电路100可以随电池单元108的输出电压和开关控制电压之间的电压差变化，自动地切换电池单元108或电源适配器对负载供电，实现两种供电方式之间的无缝切换，从而消除现有技术中因电源切换衔接问题导致电池亏电供电使智能设备重启等问题。

以下示例性地提供多个电源切换电路实现的电路原理示例。

如图2所示，展示本公开一实施例中电源切换电路的电路原理结构示意图。

如图2所示，展示电压输入端电压VIN，电压输出端电压VOUT。开关控制单元包括电阻R3、R2、R1；开关单元为PMOSQ1。第一二极管为D1，第二二极管为D2，电容为C1，及电池单元为BAT，其输出电压为VBAT。

当电池单元不亏电时，且智能设备没有连接电源适配器，则由电池单元为负载供电，此时工作流程为Q1导通，电池单元输出电压VBAT通过D1、Q1直接连通到VOUT。若智能设备的电压输入端连接上电源适配器，如果此时VIN小于等于电池单元输出电压VBAT，则电池单元继续为负载供电，直到VBAT电压值下降到VIN以下，这时切换为电源适配器为负载供电。直到电池单元再次充电到比适配器输出电压高时，自动切换到电池单元供电，如此循环。

再如图3所示，展示本公开又一实施例中电源切换电路的电路原理结构示意图。

在图3实施例中，相比于图2实施例的主要差别在于，第二二极管D2和开关单元Q1的位置发生变化。在图3实施例中，所述电池单元供电端耦接所述第二二极管D2的正极，所述第二二极管D2的负极耦接所述开关单元Q1的第一端，所述开关单元Q1的第二端耦接所述电压输出端。

当电池单元不亏电时，且智能设备没有连接电源适配器，则由电池单元为负载供电，此时工作流程为Q1导通，电池单元输出电压VBAT通过D1、Q1直接连通到VOUT。若智能设备的电压输入端连接上电源适配器，如果此时VIN小于等于电池单元输出电压VBAT，则电池单元继续为负载供电，直到VBAT电压值下降到VIN以下，这时切换为电源适配器为负载供电。直到电池单元再次充电到比适配器输出电压高时，自动切换到电池单元供电，如此循环。

图3实施例相比于图2实施例的电路结构，图3实施例中的电源切换电路可以缩短切换电池供电时的切换时间，但提高了Q1导通时的VBAT电压值。因此，可以根据实际场景中对该切换时间和VBAT电压值的需求在图2和图3的示例结构中选择使用。

本公开实施例中还可以提供一种智能设备，包括之前任一实施例中的电源切换电路。示例性地，智能设备包括但不限于移动终端、智能穿戴设备、智能家具、智能寝具等，所述移动终端包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等，所述智能穿戴设备包括但不限于智能手环、智能手表、智能眼镜等，所述智能家具包括但不限于智能桌、智能椅、智能柜等，所述智能寝具包括但不限于智能床垫、智能枕、智能床等。示例性地，所述可充电电池组可以是单电池组或者包含多电池组的电池组组等。所述可充电电池组可以为锂电池组。

在以上电路实施例中，所述电源切换电路可以采用简单的分立元件(如PMOS、二极管、电阻、电容等)，在电池单元严重亏电(电池单元管理系统已处于保护状态)充电时，可由外部电源给电池单元充电及给负载供电，当电池单元电压上升到设定值(比如高于VIN，此时电池单元管理系统已解除保护)时，自动切换到电池单元组供电，此时拔插充电器，也不会出现设备重启现象，实现电源与电池单元组供电的自动无缝切换。并且可根据电池单元组及切换器件的电气参数，适应不同电压等级的电源给电池单元组充电及给负载供电。

另外，本公开实施例中的电源切换电路，并不限制VIN和VBAT之间的大小关系，VIN可以比VBAT大，也可以比VBAT小，不影响电路正常工作。而且，电池单元在充电时VBAT是变化的，不是某个固定的电压值，在整个充电过程中都可以按照设计要求工作，而且在充电到设定值的情况下还能自动切换供电。另外示例性地，通过调节R1、R3的比值来调节开关控制电压，可以调节Q1导通时的VBAT。

综上所述，本公开实施例中提供电源切换电路和智能设备，电路包括电压输入端、电压输出端、开关控制单元、开关单元、第一二极管、第二二极管、电容、及电池单元。电压输入端获得输入电压和第一二极管的正极；电压输出端耦接第一二极管的负极及电容的一端；电池单元正极端耦接电池单元供电端；开关单元和第二二极管串接在电池单元供电端和电压输出端之间；第二二极管的正极对应耦接至电池单元供电端，负极对应耦接至电压输出端；开关控制单元输入端耦接电压输入端，输出端耦接第三端提供开关控制电压；开关单元基于第一端高于第三端的电压差导通/断，使得输入电压和电池单元输出电压中较高一者输出至电压输出端，消除现有问题。

上述实施例仅例示性说明本公开的原理及其功效，而非用于限制本公开。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本公开的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本公开所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本公开的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电源切换电路，其特征在于，包括：电压输入端、电压输出端、开关控制单元、开关单元、第一二极管、第二二极管、电容、及电池单元；

所述电压输入端，供耦接外部电源以获得输入电压，且耦接所述第一二极管的正极；

所述电压输出端，耦接所述第一二极管的负极及所述电容的一端，所述电容的另一端耦接至地端；

所述电池单元，正极端耦接所述电池单元供电端，负极端耦接至地端；

所述开关单元和第二二极管串接在所述电池单元供电端和电压输出端之间；所述开关单元，包括第一端、第二端、及第三端；所述第二二极管的正极对应耦接至所述电池单元供电端，所述第二二极管的负极对应耦接至所述电压输出端；所述开关单元基于第一端高于第三端的电压差导通第一端和第二端，或者基于第三端高于第一端的电压差断开所述第一端和第二端；

所述开关控制单元，包括输入端、输出端及接地端，其输入端耦接所述电压输入端，其接地端耦接至地端，其输出端耦接所述第三端；所述开关控制单元基于所述输入电压产生输出至所述第三端的开关控制电压。

2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述电压输入端耦接电源适配器的输出端。

3.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关单元的第一端耦接所述电池单元供电端，所述开关单元的第二端耦接所述第二二极管正极，所述第二二极管的负极耦接所述电压输出端。

4.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述电池单元供电端耦接所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极耦接所述开关单元的第一端，所述开关单元的第二端耦接所述电压输出端。

5.根据权利要求1、3或4所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关单元为P型场效应管，所述第一端为源极，所述第二端为漏极，所述第三端为栅极。

6.根据权利要求1、3或4所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关单元为绝缘栅增强型PMOS。

7.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述开关控制单元包括电阻分压电路，所述电阻分压电路形成的至少一个分压点耦接至所述第三端。

8.根据权利要求7所述的电源切换电路，其特征在于，所述分压点与第三端之间还连接有驱动电阻。

9.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述电池单元为可充电电池单元，且在充电时能被用于导通至所述电压输出端。

10.一种智能设备，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的电源切换电路。