一种自动切换供电开关方法及电路技术

本发明专利技术涉及一种自动切换供电开关电路，包括第一供电单元、第二供电单元和切换单元；其中，第一供电单元在电路为初始状态下，并为负载供电；切换单元用于当第一供电单元处于第一工作模式时切换单元开启第二供电单元为所述负载供电；当第一供电单元处于第二工作模式时，切换单元开启第一供电单元为所述负载供电，以及关闭第二供电单元停止为负载供电。本发明专利技术克服现有技术方案的局限性，设计了稳定可靠的自动切换供电开关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无间断供电系统供电开关的开发设计领域，具体涉及一种自动切换供 电开关方法及电路。
技术介绍
系统设计中常常会碰到需要配置后备电池的情况，这时候需要实现双电源切换。 当外部电源正常时，使用外部电源；而当外部电源断电的情况下，使用备用电池无间断供 电，一旦外部电源正常，可以自动切换回外部电源。为实现在电路损耗尽量小的情况下，具 有几乎为零的关断时间，就需要对无间断供电系统的供电开关进行设计。 现有技术主要有两种供电开关设计方案： 方案1 :图1为现有技术方案1电路结构示意图，如图1所示，利用二极管的单向 导通性，两供电干路分别串联以单向二极管。方案1的设计具有以下优点： (1)电路简单明了，可以实现无间断供电，且完成了双电源供电时供电次序要求； (2)利用瞬间抑制二极管（简称TVS二极管）Z1有效实现了对负载端的过压保护， TVS二极管可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰，防 止负载因瞬间脉冲或浪涌电压所导致的失灵。 然而，方案1的缺点也是显而易见的，具有如下缺点： (1)二极管的压降VF>1V，当工作电流I= 10A时，此时二极管的功耗大于10W， 相对于总功率其功耗太大，对电池的利用率太低；并且二极管发热量大，降低了系统的稳定 性； (2)负载中存在电容电感，在充放电瞬间会产生浪涌电流，巨大的浪涌电流有可能 对损坏接插件、导线、二极管和模块的输入电容； (3)电路没有过流保护，出现过流时容易烧坏器件，电路整体稳定性不好； (4)反向电流有可能击穿二极管，造成对输入电源的损坏。 方案2 :方案1导通时二极管作用在干路，存在功耗大，散热量大等问题，导致其不 具有实用性，但二极管可以保证双电源的供电次序，简单可靠。图2为现有技术方案2的 电路结构示意图，如图2所示为解决二极管功耗问题，在二极管上并联一个短路开关，上电 瞬时干路通过二极管供电，保证了供电次序，但瞬间短路开关通过控制实现导通，短路二极 管，这样即实现了供电次序，又解决了二极管的大功耗问题。由于M0S管具备较大的安全工作区、良好的散热稳定性和非常快的开关速度。其 最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，例如开关电源和 马达驱动，也有照明调光。M0S管的导通电阻只有几毫欧，假设为10毫欧，在I= 10A时， M0S管功耗为1W〈〈10W，极大降低了损耗，而且降低了工作温度。 图3为现有技术方案2的一种常用设计的电路结构示意图，如图3所示，为方案 2的一种常用设计，在此设计中将M0S管加入到了电路中。PM0S电路工艺简单，价格便宜， PM0S作为开关管，驱动电路简单，包含了方案1的优点，最大好处是解决了方案1中的二极 管的功耗问题。然而仍旧存在以下问题： (1)仍旧没有解决浪涌电流和限流保护问题； (2)直接用电源驱动PM0S管，不仅没有解决欠过压保护，而且该电路只要有外接 电源，无论其是否欠压过压都会有选择外接电源供电情况，在电压欠过压情况下系统不能 正常工作； (3)由于PM0S管的IF很小，对大规模控制电路难以满足要求；而且PM0S的导通 电阻相对较大，对功率要求高的系统也难以满足要求。 现有技术方案1、2均未解决对浪涌电流、过流、欠过压的保护，导致其不具有实用 性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服现有技术的局限性，设计出具有较好实用性的无缝自 动切换供电开关。 为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种自动切换供电开关电路，包括：第一 供电单元、第二供电单元和切换单元；其中， 第一供电单元用于在电路为初始状态下时，为负载供电；当第一供电单元处于第 一工作模式时，切换单元开启第二供电单元为负载供电；当第一供电单元处于第二工作模 式时，切换单元开启第一供电单元为负载供电，以及关闭第二供电单元停止为负载供电。 在上述电路中，切换单元为三极管；其中， 第一供电单元与三极管的基极相连，第二供电单元与三极管的集电极相连，三极 管的发射极接地；当第一供电单元为负载供电时，三极管导通，第二供电单元的第二电源欠 压，第二供电单元停止工作；当第一供电单元停止为负载供电时，第二供电单元的第二电源 工作正常，第二供电单元为负载供电。 在上述电路中，第一供电单元处于第一工作模式是指第一供电单元处于非工作状 态，包括电源故障或人为关闭。 在上述电路中，第一供电单元处于第二工作模式是指第一供电单元处于工作状 ??τ〇 在上述电路中，第一供电单元包括第一检测电阻、第一M0S管、第一二极管和第一 热插拔控制器；其中，第一检测电阻用于与第一M0S管串联，并限制第一M0S管电流的大小； 第一M0S管与第一二极管并联，实现开关作用，第一二极管导通瞬间，第一M0S管在第一热 插拔控制器内设的电压栗驱动下导通，第一热插拔控制器的输入端接入第一电源。 在上述电路中，第一M0S管包括NM0S管、PM0S管。 在上述电路中，第一供电单元还包括第一功率限制电阻、第一分压电阻和第一定 时器电容器；其中， 第一功率限制电阻用于接入第一热插拔控制器的PR0G端，通过改变第一功率限 制电阻的阻值限制第一M0S管的功率；第一分压电阻用于对第一电源分压，并将分压获得 的第一欠压电压输入到第一热插拔控制器的欠压输入端，以及将分压获得的第一过压电压 输入到第一热插拔控制器的过压输入端，通过控制第一分压电阻的阻值实现欠过压保护； 第一定时器电容器用于接入第一热插拔控制器的定时器输入端，通过控制第一定时器电容 器电容设置负载的充电时间。 在上述电路中，第二供电单元包括第二检测电阻、第二M0S管、第二二极管和第二 热插拔控制器；其中， 第二检测电阻用于与第二M0S管串联，第二检测电阻用于限制第二M0S管电流的 大小；第二M0S管与第二二极管并联，实现开关作用，第二二极管导通瞬间，第二M0S管在第 二热插拔控制器内设的电压栗驱动下导通，第二热插拔控制器的输入端接入第二电源。 在上述电路中，第二M0S管包括NM0S管、PM0S管。 在上述电路中，第二供电单元还包括第二功率限制电阻、第二分压电阻和第二定 时器电容器；其中， 第二功率限制电阻用于接入第二热插拔控制器的PR0G端，通过改变第二功率限 制电阻的阻值限制第二M0S管的功率；第二分压电阻用于对第二电源分压，并将分压获得 的第二欠压电压输入到第二热插拔控制器的欠压输入端，以及将分压获得的第二欠压电压 输入到第二热插拔控制器的过压输入端，通过控制第二分压电阻的阻值实现欠过压保护； 第二定时器电容器用于接入第二热插拔控制器的定时器输入端，通过控制第二定时器电容 器电容设置负载的充电时间。 在上述电路中，切换单元为当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动切换供电开关电路，其特征在于，包括：第一供电单元(11)、第二供电单元(12)和切换单元(13)；其中，所述第一供电单元(11)，用于在所述电路为初始状态下，为负载供电；所述切换单元(13)，用于实现所述第一供电单元(11)与所述第二供电单元(12)的切换：当所述第一供电单元(11)处于第一工作模式时，所述切换单元(13)开启所述第二供电单元(12)为所述负载供电；当所述第一供电单元(11)处于第二工作模式时，所述切换单元(13)开启所述第一供电单元(11)为所述负载供电，以及关闭所述第二供电单元(12)停止为所述负载供电；所述第二供电单元(12)，用于当所述第一供电单元(11)处于第一工作模式时，所述切换单元(13)开启所述第二供电单元(12)为所述负载供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁东玉，马晓川，朱昀，鄢社锋，刘大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11