一种低损耗高可靠性的双路电源切换电路制造技术

一种低损耗高可靠性的双路电源切换电路，它包括AC‑DC转换单元、DC‑DC转换单元、电池组件、电池充放电管理单元，其特征在于：还包括具有两互补输出的比较器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管，所述DC‑DC转换单元的输出端分别与第一二极管的阳极、第一PMOS管的漏极、第四二极管的阳极电连接，所述电池充放电管理单元的输出分别与电池组件的正极、第二PMOS管的源极电连接，所述电池组件的负极接地。该低损耗高可靠性的双路电源切换电路能同时兼顾电源利用效率、电池容量最大化利用、以及切换的可靠性。

A Low Loss and High Reliability Switching Circuit for Two-way Power Supply

A dual power supply switching circuit with low loss and high reliability includes AC DC conversion unit, DC DC conversion unit, battery module and battery charge and discharge management unit. The circuit has the following features: a comparator with two complementary outputs, a first diode, a second diode, a third diode, a fourth diode, a first PMOS tube, a second PMOS tube, and a third PMOS tube. The output terminals of the DC conversion unit are electrically connected with the anode of the first diode, the drain of the first PMOS tube and the anode of the fourth diode, respectively. The output of the battery charge and discharge management unit is electrically connected with the positive pole of the battery module and the source pole of the second PMOS tube, respectively. The negative pole of the battery module is grounded. The dual power supply switching circuit with low loss and high reliability can take into account both power utilization efficiency, maximum utilization of battery capacity and switching reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗高可靠性的双路电源切换电路
本专利技术涉及双路电源切换电路
，具体涉及一种低损耗高可靠性的双路电源切换电路。
技术介绍
对于具有备用电池供电的系统，电源部分都会有一个双路电源切换电路，由该电路决定系统的供电是来自于市电还是备用电池，例如集中器的5V电源系统就采用了这么一个功能电路。现有的应用于集中器的5V电源系统的双路电源切换电路如图1所示，图中D1′、D2′是肖特基二极管，Q1′是PMOS，J1′是NPN三极管，U1′是比较器；该电路利用二极管的单向导通特性，当U1′判断到AC-DC转换单元的输出电压V12V高于设定电压VREF的时候，输出低电平，Q1′截止，后端电压V5V的供电来自于DC-DC转换单元的输出V5.3V；当U1′判断到V12V低于设定电压VREF的时候，输出高电平，Q1′打开，后端电压V5V的供电来自于DC-DC转换单元的输出和电池组件的输出这两者中电压较高的那一路。该电路非常简单，但是由于二极管存在正向压降，即使是采用具有较低正向压降的肖特基二极管，在小电流下(0.1A以内)一般也有0.3V左右的压降，如果电路电流较大(比如说3A)，在室温情况下肖特基二极管一般会有0.4V以上的压降，在5V系统上采用二极管的方式来实现双路电源切换的话，至少损失5％的效率，因此该电路电源利用效率很低。另一种应用于集中器的5V电源系统的双路电源切换电路如图2所示，图中Q2′、Q3′是PMOS；J2′、J3′是NPN三极管；U2′是具备互补输出的比较器，该电路用场效应管Q2′、Q3′取代二极管，由于场效应管的体电阻较小，可以做到30mΩ以内，因此DC-DC转换单元的输出可以降低到5.1V，依旧可以确保通过Q2′之后的电压在5V左右。但是该电路仍然存在以下缺陷：1、电池组件的充电电压必须低于DC-DC转换单元的输出电压5.1V，导致电池组件的电压容量没法最大化利用；2、当产生电源切换动作时，Q2′和Q3′是同时动作的，必然会存在一段很短的时间，在这段时间内Q2′和Q3′都处于开通状态，从而出现DC-DC转换单元的输出通过Q2′和Q3′后向电池组件充电，或者电池组件通过Q2′和Q3′后向DC-DC转换单元的输出电容充电，甚至通过DC-DC转换单元内部的场效应管的寄生二极管向AC-DC转换单元的输出电容充电。因此现有的双路电源切换电路难以同时兼顾电源利用效率、电池容量最大化利用、以及切换的可靠性问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种能同时兼顾电源利用效率、电池容量最大化利用、以及切换的可靠性的低损耗高可靠性的双路电源切换电路。本专利技术的技术解决方案是：一种低损耗高可靠性的双路电源切换电路，它包括AC-DC转换单元、DC-DC转换单元、电池组件、电池充放电管理单元，其特征在于：还包括具有两互补输出的比较器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NPN型三极管、第二NPN型三极管、第三NPN型三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻，所述AC-DC转换单元的AC输入端与市电电连接，所述AC-DC转换单元的DC输出端分别与DC-DC转换单元的输入端、比较器的同相输入端、电池充放电管理单元的输入端电连接，所述DC-DC转换单元的输出端分别与第一二极管的阳极、第一PMOS管的漏极、第四二极管的阳极电连接，所述电池充放电管理单元的输出分别与电池组件的正极、第二PMOS管的源极电连接，所述电池组件的负极接地，所述第二PMOS管的漏极分别与第二二极管的阳极、第三二极管的阳极、第三PMOS管的漏极电连接，所述第一二极管的阴极、第一PMOS管的源极、第三二极管的阴极、第三PMOS管的源极均电连接在一起作为后端电源，所述第一PMOS管的栅极通过第一电阻与第一NPN型三极管的集电极电连接，所述第一PMOS管的栅极还与第二二极管的阴极电连接，所述比较器的同相输出端通过第二电阻与第一NPN型三极管的基极电连接，所述第一NPN型三极管的发射极接地，所述比较器的反相输出端通过第四电阻与第二NPN型三极管的基极电连接，所述比较器的反相输出端还通过第五电阻与第三NPN型三极管的基极电连接，所述第二NPN型三极管的集电极与第二PMOS管的栅极电连接，所述第三NPN型三极管的集电极通过第三电阻与第三PMOS管的栅极电连接，所述第三PMOS管的栅极与第四二极管的阴极电连接，所述第二NPN型三极管与第三NPN型三极管的发射极均接地。本专利技术低损耗高可靠性的双路电源切换电路的工作原理如下：在市电供电正常时，AC-DC转换单元的输出电压V12V高于比较器的基准电压VREF，比较器的同相输出端输出高电平，第一NPN型三极管导通，从而使得第一PMOS管的栅源极电压差小于导通门限电压(即VGS<-Vgth)而导通，而第二PMOS管和第三PMOS均截止，由市电经AC-DC转换单元、DC-DC转换单元和第一PMOS管后向后端电压V5V供电；在市电供电不足或断电时，AC-DC转换单元的输出电压V12V低于基准电压VREF，比较器的同相输出端输出低电平，第一NPN型三极管截止，而比较器的反相输出端输出高电平，第二NPN型三极管和第三NPN型三极管导通，从而使得第二PMOS管和第三PMOS管均导通，由电池组件经第二PMOS管和第三PMOS管后向后端电压V5V供电；当市电掉电时，转由电池组件供电的切换过程如下：第二PMOS管首先导通→第二PMOS管的漏极电压VQ15上升→当(VQ15-0.3V)>(V5V-Vgth)，第一PMOS管截止，其中-Vgth是PMOS管的导通门限电压，二极管以肖特基二极管为例，0.3V是肖特基二极管的正向压降→此时第一PMOS管和第三PMOS管都截止，后端电压V5V由第一二极管和第三二极管这两个二极管从两路电源中选取电压较高的那路(电池组件所在那路)进行供电→DC-DC转换单元的输出电压V5.1V下降，并且(V5.1V-0.3V)<(V5V-Vgth)，第三PMOS管导通，由电池组件经第二PMOS管和第三PMOS管后向后端电压V5V供电，完成供电电源的切换；当市电重新上电时，V5.1V电压上升→当(V5.1V-0.3V)>(V5V-Vgth)，第三PMOS管截止→此时第一PMOS管和第三PMOS管都截止，后端电压V5V由第一二极管和第三二极管这两个二极管从两路电源中选取电压较高的那路(市电所在那路)进行供电→第二PMOS管截止→VQ15下降，并且(VQ15-0.3V)<(V5V-Vgth)，第一PMOS管导通，由市电经AC-DC转换单元、DC-DC转换单元和第一PMOS管后向后端电压V5V供电，完成供电电源的切换，第二PMOS管和第三PMOS管的截止先后顺序不一定，但不影响电源切换的工作过程。采用上述结构后，本专利技术具有以下优点：本专利技术低损耗高可靠性的双路电源切换电路采用场效应管作为两路供电回路的切换开关，降低了电路的压降，提高了电源的转换效率；在切换时利用第二二极管和第四二极管这两个二极管，确保两路供电回路的切换开关第一PMOS管和第三PMOS管不会同时导通，类似于死区的作用，从而使得市电的输出和电池组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低损耗高可靠性的双路电源切换电路，它包括AC‑DC转换单元、DC‑DC转换单元、电池组件、电池充放电管理单元，其特征在于：还包括具有两互补输出的比较器(U1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一PMOS管(Q1)、第二PMOS管(Q2)、第三PMOS管(Q3)、第一NPN型三极管(J1)、第二NPN型三极管(J2)、第三NPN型三极管(J3)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)，所述AC‑DC转换单元的AC输入端与市电电连接，所述AC‑DC转换单元的DC输出端分别与DC‑DC转换单元的输入端、比较器(U1)的同相输入端、电池充放电管理单元的输入端电连接，所述DC‑DC转换单元的输出端分别与第一二极管(D1)的阳极、第一PMOS管(Q1)的漏极、第四二极管(D4)的阳极电连接，所述电池充放电管理单元的输出分别与电池组件的正极、第二PMOS管(Q2)的源极电连接，所述电池组件的负极接地，所述第二PMOS管(Q2)的漏极分别与第二二极管(D2)的阳极、第三二极管(D3)的阳极、第三PMOS管(Q3)的漏极电连接，所述第一二极管(D1)的阴极、第一PMOS管(Q1)的源极、第三二极管(D3)的阴极、第三PMOS管(Q3)的源极均电连接在一起作为后端电源，所述第一PMOS管(Q1)的栅极通过第一电阻(R1)与第一NPN型三极管(J1)的集电极电连接，所述第一PMOS管(Q1)的栅极还与第二二极管(D2)的阴极电连接，所述比较器(U1)的同相输出端通过第二电阻(R2)与第一NPN型三极管(J1)的基极电连接，所述第一NPN型三极管(J1)的发射极接地，所述比较器(U1)的反相输出端通过第四电阻(R4)与第二NPN型三极管(J2)的基极电连接，所述比较器(U1)的反相输出端还通过第五电阻(R5)与第三NPN型三极管(J3)的基极电连接，所述第二NPN型三极管(J2)的集电极与第二PMOS管(Q2)的栅极电连接，所述第三NPN型三极管(J3)的集电极通过第三电阻(R3)与第三PMOS管(Q3)的栅极电连接，所述第三PMOS管(Q3)的栅极与第四二极管(D4)的阴极电连接，所述第二NPN型三极管(J2)与第三NPN型三极管(J3)的发射极均接地。...

【技术特征摘要】
1.一种低损耗高可靠性的双路电源切换电路，它包括AC-DC转换单元、DC-DC转换单元、电池组件、电池充放电管理单元，其特征在于：还包括具有两互补输出的比较器(U1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一PMOS管(Q1)、第二PMOS管(Q2)、第三PMOS管(Q3)、第一NPN型三极管(J1)、第二NPN型三极管(J2)、第三NPN型三极管(J3)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)，所述AC-DC转换单元的AC输入端与市电电连接，所述AC-DC转换单元的DC输出端分别与DC-DC转换单元的输入端、比较器(U1)的同相输入端、电池充放电管理单元的输入端电连接，所述DC-DC转换单元的输出端分别与第一二极管(D1)的阳极、第一PMOS管(Q1)的漏极、第四二极管(D4)的阳极电连接，所述电池充放电管理单元的输出分别与电池组件的正极、第二PMOS管(Q2)的源极电连接，所述电池组件的负极接地，所述第二PMOS管(Q2)的漏极分别与第二二极管(D2)的阳极、第三二极管(D3)的阳极、第三PMOS管(Q3)的漏极电连接，所述第一二极管(D1)的阴极、第一PMOS管(Q1)的源极、第三二极管(D3)的阴极、第三PMOS管(Q3)的源极均电连接在一起作为后端电源，所述第一PMOS管(Q1)的栅极通过第一电阻(R1)与第一NPN型三极管(J1)的集电极电连接，所述第一PMOS管(Q1)的栅极还与第二二极管(D2)的阴极电连接，所述比较器(U1)的同相输出端通过第二电阻(R2)与第一NPN型三极管(J1)的基极电连接，所述第一NPN型三极管(J1)的发射极接地，所述比较器(U1)的反相输出端通过第四电阻(R4)与第二NPN型三极管(J2)的基极电连接，所述比较器(U1)的反相输出端还通...

【专利技术属性】
技术研发人员：山峰，
申请(专利权)人：宁波三星智能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33