CN220291729U - 电源切换电路 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种电源切换电路，该电源切换电路包括至少两个供电模块，所述至少两个供电模块的输出端连接至公共节点；稳压模块，连接至所述公共节点，以基于所述公共节点处的电压生成用于为断路器的执行机构供电的工作电压；分压器，连接至所述稳压模块的输出端，以基于所述工作电压生成反馈电压；以及至少两个比较器，所述至少两个比较器的第一输入端分别连接至所述分压器的输出端，并且所述至少两个比较器的第二输入端分别接收相应的参考电压，所述至少两个比较器的输出端分别连接至所述至少两个供电模块中的相应供电模块，以控制相应供电模块的通断。

Description

电源切换电路

技术领域

本公开的实施例总体上涉及电气设备技术领域，并且更具体地，涉及一种断路器的电源切换电路。

背景技术

随着断路器数字化功能的增加，断路器对于供电方式有更多的需求。例如可以采用诸如电脑之类的外部电子设备通过通用串行总线(USB)接口供电、辅助电源供电以及利用电流电源(CPS)从主回路取电来进行供电等等。

常规断路器包括电子脱扣器和执行机构，电子脱扣器主要采样电流信号以判断断路器是否发生过载、短路等现象，而在断路器发生过载、短路现象的情况下，电子脱扣器给断路器的执行机构发布工作命令以使执行机构执行分断工作。在上述供电方式下，断路器需要对供电方式进行切换以利用最佳的供电方式对其供电，以使断路器的执行机构在通电工作的同时不会由于过压而发生损坏，另外用于减小断路器的功耗。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种电源切换电路，以至少部分地解决上述问题。

在本公开的第一方面，提供了一种电源切换电路，该电源切换电路包括至少两个供电模块，所述至少两个供电模块的输出端连接至公共节点；稳压模块，连接至所述公共节点，以基于所述公共节点处的电压生成用于为断路器的执行机构供电的工作电压；分压器，连接至所述稳压模块的输出端，以基于所述工作电压生成反馈电压；以及至少两个比较器，所述至少两个比较器的第一输入端分别连接至所述分压器的输出端，并且所述至少两个比较器的第二输入端分别接收相应的参考电压，所述至少两个比较器的输出端分别连接至所述至少两个供电模块中的相应供电模块，以控制相应供电模块的通断。

根据本公开的实施例，通过将反馈电压与相应的参考电压进行比较，以使至少两个比较器的输出端输出控制信号来控制对应连接的至少两个供电模块对公共节点的供电，能够利用最佳的供电方式对断路器供电，从而使断路器的执行机构在通电工作的同时不会由于过压而发生损坏，另外能够减小断路器的功耗。

在一些实施例中，所述至少两个供电模块包括第一供电模块、第二供电模块以及第三供电模块，所述第一供电模块、所述第二供电模块以及所述第三供电模块的输出端分别连接至所述公共节点；所述至少两个比较器包括第一比较器、第二比较器以及第三比较器，所述第一比较器、所述第二比较器以及所述第三比较器的第一输入端分别连接至所述分压器的输出端，所述第一比较器的第二输入端接收第一参考电压，所述第二比较器的第二输入端接收第二参考电压，所述第三比较器的第二输入端接收第三参考电压，所述第一比较器的输出端连接至所述第一供电模块，所述第二比较器的输出端连接至所述第二供电模块，所述第三比较器的输出端连接至所述第三供电模块。

在一些实施例中，所述第一参考电压大于所述第二参考电压，并且所述第二参考电压大于所述第三参考电压。

在一些实施例中，所述第一供电模块包括整流器和第一开关器件，所述整流器的输入端与电流电源连接，所述整流器的输出端电连接至所述公共节点，所述第一开关器件的第一端连接至所述整流器的输出端，所述第一开关器件的第二端连接至接地，所述第一开关器件的控制端连接至所述第一比较器的输出端。

在一些实施例中，所述第一供电模块还包括第一二极管，所述第一二极管设置在所述整流器的输出端和所述公共节点之间。

在一些实施例中，所述第二供电模块包括USB电源输入电路和第二开关器件，所述USB电源输入电路的输入端与外部电子设备通过USB接口连接，所述第二开关器件的第一端连接至所述USB电源输入电路的输出端，所述第二开关器件的第二端电连接至所述公共节点，并且所述第二开关器件的控制端连接至所述第二比较器的输出端。

在一些实施例中，所述第二供电模块还包括第二二极管，所述第二二极管设置在所述USB电源输入电路的输出端和所述公共节点之间。

在一些实施例中，所述第三供电模块包括辅助电源输入电路和第三开关器件，所述辅助电源输入电路的输入端与辅助电源连接，所述第三开关器件的第一端连接至所述辅助电源输入电路的输出端，所述第三开关器件的第二端电连接至所述公共节点，并且所述第三开关器件的控制端连接至所述第三比较器的输出端。

在一些实施例中，所述第三供电模块还包括第三二极管，所述第三二极管设置在所述辅助电源输入电路的输出端和所述公共节点之间。

在一些实施例中，所述稳压模块包括电容器和第四二极管，所述电容器设置在所述公共节点和接地之间，所述第四二极管设置在所述公共节点和所述分压器的输入端之间。

应当理解，该部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键特征或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述而变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的一些实施例的断路器的电源切换电路的电路原理图。

附图标记说明：

100为电源切换电路；

1为第一供电模块，11为整流器，12为第一开关器件；

2为第二供电模块，21为USB电源输入电路，22为第二开关器件；

3为第三供电模块，31为辅助电源输入电路，32为第三开关器件；

4为公共节点；

51为第一比较器，52为第二比较器，53为第三比较器；

6为稳压模块，61为电容，62为第四二极管；7为分压器；

81为第一二极管，82为第二二极管，83为第三二极管。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。

如在上文中所描述的，断路器的供电方式包括多种，可以采用电脑通过USB供电、辅助电源供电以及利用CPS从主回路取电来进行供电等等。但是在上述供电方式下，需要切换最佳的供电方式对断路器供电，以使断路器的执行机构在通电并工作的同时不会由于过压而发生损坏。本公开的实施例提供了一种适于断路器的电源切换电路100，以至少部分地解决上述问题。在下文中，将结合图1对本公开的原理进行描述。

图1示出了根据本公开的一些实施例的断路器的电源切换电路100的电路原理图。如图1所示，在此描述的电源切换电路100总体上包括至少两个供电模块、稳压模块6、分压器7以及至少两个比较器。

在一些实施例中，至少两个供电模块的输出端连接至公共节点4。稳压模块6连接至公共节点4，以基于公共节点4处的电压Vbus生成用于为断路器的执行机构供电的工作电压Vmitop。分压器7连接至稳压模块6的输出端，以基于工作电压Vmitop生成反馈电压Vfeedback。至少两个比较器的第一输入端分别连接至分压器7的输出端，并且至少两个比较器的第二输入端分别接收相应的参考电压Vref，至少两个比较器的输出端分别连接至至少两个供电模块中的相应供电模块，以控制相应供电模块对公共节点4的供电。

可理解的，在多个供电模块同时供电的情况下，公共节点4处的电压Vbus为多个供电模块所提供的的电压之和。公共节点4处的电压Vbus经过稳压模块6生成为断路器的执行机构供电的工作电压Vmitop。工作电压Vmitop通过分压器7生成反馈电压Vfeedback。

利用上述配置，通过将反馈电压Vfeedback与相应的参考电压Vref进行比较，以使至少两个比较器输出控制信号控制对应连接的至少两个供电模块对公共节点4的供电，能够切换最佳的供电方式对断路器供电，从而使断路器的执行机构在通电工作的同时不会由于过压而发生损坏，另外能够减小断路器的功耗。

继续如图1所示，在一些实施例中，该电源切换电路100三个供电模块，即第一供电模块1、第二供电模块2以及第三供电模块3，其中第一供电模块1采用CPS从主回路取电来进行供电，第二供电模块2采用诸如电脑之类的外部电子设备通过USB接口供电，第三供电模块3采用辅助电源供电。辅助电源例如可以提供24V的供电电压。应当理解，本公开的实施例还能够适用于其他场景，例如包括两个供电模块或更多个供电模块等等，本实施例对此不作限制。在下文中，将主要在供电模块包括第一供电模块1、第二供电模块2以及第三供电模块3的情况下对电源切换电路100的原理进行描述。对于其他情况也是类似的，在下文中将不再分别赘述。

应当注意，上述以及本公开其他地方可能提及的数字、数值等，都是示例性的，无意以任何方式限制本公开的范围。任何其他适当的数字、数值都是可能的。

如图1所示，在一些实施例中，至少两个供电模块包括第一供电模块1、第二供电模块2以及第三供电模块3，至少两个比较器包括第一比较器51、第二比较器52以及第三比较器53。第一供电模块1、第二供电模块2以及第三供电模块3的输出端连接至公共节点4。第一比较器51、第二比较器52以及第三比较器53的第一输入端分别连接至分压器7的输出端。第一比较器51的第二输入端接收第一参考电压Vref1，第二比较器52的第二输入端接收第二参考电压Vref2，第三比较器53的第二输入端接收第三参考电压Vref3。第一比较器51的输出端连接至第一供电模块1，第二比较器52的输出端连接至第二供电模块2，第三比较器53的输出端连接至第三供电模块3。

根据本公开的实施例，通过将反馈电压Vfeedback分别与第一参考电压Vref1、第二参考电压Vref2和第三参考电压Vref3进行比较，以使第一比较器51输出第一控制信号control_1控制第一供电模块1对公共节点4的供电，第二比较器52输出第二控制信号control_2控制第二供电模块2对公共节点4的供电，第三比较器53输出第三控制信号control_3控制第三供电模块3对公共节点4的供电，能够切换最佳的供电方式对断路器供电，从而使断路器的执行机构在通电并工作的同时还不会由于过压而发生损坏，另外能够减小断路器的功耗。

继续如图1所示，在一些实施例中，第一供电模块1采用CPS从主回路取电来进行供电。第一供电模块1包括整流器11和第一开关器件12。整流器11的输入端与CPS连接，整流器11的输出端电连接至公共节点4。第一开关器件12的第一端连接至整流器11的输出端，第一开关器件12的第二端连接至接地。第一开关器件12的控制端连接至第一比较器51的输出端。因此在第一比较器51输出第一控制信号control_1控制第一开关器件12导通的情况下，第一供电模块1被短路而无法对公共节点4供电，从而使得CPS不向断路器供电；而在第一比较器51输出第一控制信号control_1控制第一开关器件12断开的情况下，第一供电模块1对公共节点4供电，最终CPS正常为断路器供电。

在一些实施例中，第一供电模块1还包括第一二极管81，第一二极管81设置在整流器11的输出端和公共节点4之间，以防止电流反向流动。

继续如图1所示，在一些实施例中，第二供电模块2采用外部电子设备通过USB接口供电。第二供电模块2包括USB电源输入电路21和第二开关器件22，USB电源输入电路21的输入端与外部电子设备通过USB接口连接，第二开关器件22的第一端连接至USB电源输入电路21的输出端，第二开关器件22的第二端电连接至公共节点4，并且第二开关器件22的控制端连接至第二比较器52的输出端。因此在第二比较器52输出第二控制信号control_2控制第二开关器件22导通的情况下，第二供电模块2正常向公共节点4供电，最终外部电子设备通过USB接口正常为断路器供电；而在第二比较器52输出第二控制信号control_2控制第二开关器件22断开的情况下，第二供电模块2无法向公共节点4供电，最终外部电子设备无法通过USB接口为断路器供电。

在一些实施例中，第二供电模块2还包括第二二极管82，第二二极管82设置在USB电源输入电路21的输出端和公共节点4之间，以防止电流反向流动。

继续如图1所示，在一些实施例中，第三供电模块3包括辅助电源输入电路31和第三开关器件32。辅助电源输入电路31的输入端与辅助电源连接。第三开关器件32的第一端连接至辅助电源输入电路31的输出端，第三开关器件32的第二端电连接至公共节点4，并且第三开关器件32的控制端与第三比较器53的输出端电连接。因此在第三比较器53输出第三控制信号control_3控制第三开关器件32导通的情况下，第三供电模块3正常向公共节点4供电，最终辅助电源正常为断路器供电；而在第三比较器53输出第三控制信号control_3控制第三开关器件32断开的情况下，第三供电模块3无法向公共节点4供电，最终辅助电源无法为断路器供电。

在一些实施例中，第三供电模块3还包括第三二极管83，第三二极管83设置在辅助电源输入电路31的输出端和公共节点4之间，以防止电流反向流动。

需要说明的是，由于第一供电模块1采用CPS供电，在CPS无法为断路器供电的情况下，第一开关器件12需要将第一供电模块1接地并短路，因此第一开关器件12可以采用NMOS管或者IGBT。而第二供电模块2和第三供电模块3均采用电压源供电，在外部电子设备无法通过USB接口和辅助电源无法为断路器供电的情况下，第二开关器件22和第三开关器件32需要分别将第二供电模块2和第三供电模块3关断，因此第二开关器件22和第三开关器件32可以采用PMOS管。当然，其他类型的开关器件也是可以的，只要能够实现上述功能即可，本公开的实施例对此不作限制。

如图1所示，在一些实施例中，稳压模块6起到稳压的作用并连接至公共节点4，以基于公共节点4处的电压Vbus生成用于为断路器的执行机构供电的工作电压Vmitop。

根据本公开实施例的稳压模块6可以是当前已知的或未来可用的各种类型的稳压模块，本公开的实施例对此不作限制。例如，在一些实施例中，稳压模块6可以包括电容器61和第四二极管62。电容器61设置在公共节点4和接地之间，第四二极管62设置在公共节点4和分压器7的输入端之间。

利用上述配置，CPS通过第一供电模块1、外部电子设备通过第二供电模块2以及辅助电源通过第三供电模块3分别向电容器61去充电，以通过电容器61起到稳压的作用。第四二极管62能够防止电流反向流动。

如图1所示，分压器7起到分压的作用并连接至稳压模块6的输出端，以基于工作电压Vmitop生成反馈电压Vfeedback。需要说明的是，分压器7具有分压比，并且分压比为其输入电压与输出电压的比值。在本公开实施例中的分压器7的分压比为Vmitop/Vfeedback。

下面将说明电源切换电路100的工作原理，其中在断路器的三种供电方式均存在的情况下，电源供电的优先级次序为CPS＞外部电子设备通过USB接口＞辅助电源，并且第一参考电压Vref1＞第二参考电压Vref2＞第三参考电压Vref3。

CPS、外部电子设备通过USB接口以及辅助电源均为断路器供电并使工作电压Vmitop从0一直向上升。直至工作电压Vmitop升到某一数值的情况下，经此工作电压Vmitop生成的反馈电压Vfeedback大于等于第三参考电压Vref3。此时，第三比较器53输出第三控制信号control_3控制第三开关器件32断开，第三供电模块3无法对公共节点4供电，最终辅助电源无法为断路器供电。

CPS和外部电子设备通过USB接口继续为断路器供电并使工作电压Vmitop继续上升。直至工作电压Vmitop升到某一数值的情况下，经此工作电压Vmitop生成的反馈电压Vfeedback大于等于第二参考电压Vref2。此时，第二比较器52输出第二控制信号control_2控制第二开关器件22断开，第二供电模块2无法对公共节点4供电，最终外部电子设备通过USB接口无法为断路器供电。

CPS继续为断路器供电并使工作电压Vmitop继续上升。直至工作电压Vmitop升到某一数值的情况下，经此工作电压Vmitop生成的反馈电压Vfeedback大于等于第一参考电压Vref1。此时，第一比较器51输出第一控制信号control_1控制第一开关器件12导通，第一供电模块2无法对公共节点4供电，最终CPS无法为断路器供电。而在CPS无法为断路器供电的情况下，工作电压Vmitop会一直下降直至经此工作电压Vmitop生成的反馈电压Vfeedback小于第一参考电压Vref1但不会低于第二参考电压Vref2。在这种情况下，第一比较器51输出第一控制信号control_1控制第一开关器件12断开，以通过CPS为断路器供电。因此，第一控制信号control_1输出PWM控制第一开关器件12周期性的通断，以使工作电压Vmitop根据第一参考电压Vref1基于分压比等比例放大后的电压值上下波动。

需要说明的是，在公共节点4处接的负载的功耗较小的情况下，本公开实施例的电源切换电路100存在优先级的选择，以将优先级较低的供电方式断开，减小断路器的功耗。而在公共节点4处接的负载的功耗较大的情况下，例如添加无线通讯负载和/或近场通信(NFC)负载等等，公共节点4处的电压Vbus会下降，从而导致工作电压Vmitop下降。在这种情况下，可能只由CPS供电的电压不够，工作电压Vmitop下降后外部电子设备通过USB接口或辅助电源同时为断路器供电，以满足断路器的功耗。

根据本公开的实施例的电源切换电路100可以应用于各种断路器，以便于断路器切换最佳的供电方式。应当理解，根据本公开的实施例的电源切换电路100也可以应用于其他电气部件，本公开的实施例对此不作限制。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种电源切换电路(100)，其特征在于，所述电源切换电路(100)包括：

至少两个供电模块，所述至少两个供电模块的输出端连接至公共节点(4)；

稳压模块(6)，连接至所述公共节点(4)，以基于所述公共节点(4)处的电压生成用于为断路器的执行机构供电的工作电压；

分压器(7)，连接至所述稳压模块(6)的输出端，以基于所述工作电压生成反馈电压；以及

至少两个比较器，所述至少两个比较器的第一输入端分别连接至所述分压器(7)的输出端，并且所述至少两个比较器的第二输入端分别接收相应的参考电压，所述至少两个比较器的输出端分别连接至所述至少两个供电模块中的相应供电模块，以控制相应供电模块对所述公共节点(4)的供电。

2.根据权利要求1所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述至少两个供电模块包括第一供电模块(1)、第二供电模块(2)以及第三供电模块(3)，所述第一供电模块(1)、所述第二供电模块(2)以及所述第三供电模块(3)的输出端分别连接至所述公共节点(4)；

所述至少两个比较器包括第一比较器(51)、第二比较器(52)以及第三比较器(53)，所述第一比较器(51)、所述第二比较器(52)以及所述第三比较器(53)的第一输入端分别连接至所述分压器(7)的输出端，所述第一比较器(51)的第二输入端接收第一参考电压，所述第二比较器(52)的第二输入端接收第二参考电压，所述第三比较器(53)的第二输入端接收第三参考电压，所述第一比较器(51)的输出端连接至所述第一供电模块(1)，所述第二比较器(52)的输出端连接至所述第二供电模块(2)，所述第三比较器(53)的输出端连接至所述第三供电模块(3)。

3.根据权利要求2所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述第一参考电压大于所述第二参考电压，并且所述第二参考电压大于所述第三参考电压。

4.根据权利要求2所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述第一供电模块(1)包括整流器(11)和第一开关器件(12)，所述整流器(11)的输入端与电流电源连接，所述整流器(11)的输出端电连接至所述公共节点(4)，所述第一开关器件(12)的第一端连接至所述整流器(11)的输出端，所述第一开关器件(12)的第二端连接至接地，所述第一开关器件(12)的控制端连接至所述第一比较器(51)的输出端。

5.根据权利要求4所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述第一供电模块(1)还包括第一二极管(81)，所述第一二极管(81)设置在所述整流器(11)的输出端和所述公共节点(4)之间。

6.根据权利要求2所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述第二供电模块(2)包括USB电源输入电路(21)和第二开关器件(22)，所述USB电源输入电路(21)的输入端与外部电子设备通过USB接口连接，所述第二开关器件(22)的第一端连接至所述USB电源输入电路(21)的输出端，所述第二开关器件(22)的第二端电连接至所述公共节点(4)，并且所述第二开关器件(22)的控制端连接至所述第二比较器(52)的输出端。

7.根据权利要求6所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述第二供电模块(2)还包括第二二极管(82)，所述第二二极管(82)设置在所述USB电源输入电路(21)的输出端和所述公共节点(4)之间。

8.根据权利要求2所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述第三供电模块(3)包括辅助电源输入电路(31)和第三开关器件(32)，所述辅助电源输入电路(31)的输入端与辅助电源连接，所述第三开关器件(32)的第一端连接至所述辅助电源输入电路(31)的输出端，所述第三开关器件(32)的第二端电连接至所述公共节点(4)，并且所述第三开关器件(32)的控制端连接至所述第三比较器(53)的输出端。

9.根据权利要求8所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述第三供电模块(3)还包括第三二极管(83)，所述第三二极管(83)设置在所述辅助电源输入电路(31)的输出端和所述公共节点(4)之间。

10.根据权利要求1所述的电源切换电路(100)，其特征在于，所述稳压模块(6)包括电容器(61)和第四二极管(62)，所述电容器(61)设置在所述公共节点(4)和接地之间，所述第四二极管(62)设置在所述公共节点(4)和所述分压器(7)的输入端之间。