一種電源切換電路的制作方法

專利名稱：一種電源切換電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種電源切換電路。
背景技術：
目前，隨著信息技術的迅速發展，電子技術領域對供電系統的要求越來越高，尤其 是一些重要的用電設備如通信設備或設備中的某些重要器件如存儲器、實時時鐘及一些重 要的報警電路等，都不允許因市電停電或電源出現故障而停止工作，均設置有備用電源，以 當主電源不正常或斷電時，備用電源能不間斷的快速自動切換，以保證設備及上述器件、電 路能正常工作；若是供電系統的供電突然中斷，極易造成重要資料的遺失，甚至會影響到其 他相關系統的正常運行，從而帶來非常嚴重的后果。
現有技術中，為了防止突然斷電給系統設備造成損失，對一些重要的用電設備，除 了采用主電源供電外，還采用電池組等作為備用電源，而對主/備用電源之間的切換提出 了較高的要求，傳統的主/備用電源之間的切換方案有
圖1是本發明背景技術中采用繼電器進行主/備用電源之間切換的原理框圖；如 圖1所示，主電源、備用電源分別與繼電器的第一靜觸點和第二靜觸點連接，而用電設備則 與繼電器的動觸點連接，且在用電設備端設置一大容量電容Cl接地，而繼電器控制單元控 制繼電器的動觸點的連接動作；當主電源斷電時，繼電器控制單元控制繼電器的動觸點與 從第一靜觸點移動至第二靜觸點，進而實現主/備用電源之間的切換。但是，上述的電路具 有以下缺點
a.由于負載電壓波動大，當備用電源的電壓較低時，主/備用電源之間的切換將 引起掉電等現象。
b.在接通供電系統的瞬間，電容進行快速充電，很容易損壞電容前面的電路，可 見大容量的電容將易導致電路存在安全隱患，且成本增加，而此處如果不使用大容量的電 容進行儲能，將導致主/備用電源不能平穩切換。
圖2是本發明背景技術中采用二極管進行主/備用電源之間切換的原理框圖；如 圖2所示，主電源通過二極管Dl的正極與用電設備連接，備用電源通過二極管D2的正極與 二極管Dl的負極連接，且二極管D2的負極通過電容C2接地，雖然該電路能實現主/備用 電源之間平穩切換，也不需要大容量的電容進行輔助切換。但是存在以下缺點
a.當二極管上流過較大電流時會在二極管的PN結上產生較大的壓降，不能充分 發揮備用電源的儲能作用。
b. 二極管在通電時會產生大量的功耗，必須配合散熱器進行散熱才能確保電路 工作的可靠性；同時，由于過高的溫升將引起二極管周圍的元器件性能下降，還不利于產品 的小型化。
c.當備用電源為負載供電且其電量不足時，由于沒有過放保護功能，將降低電池 的使用壽命。
圖3是本發明背景技術中采用二極管進行主/備用電源之間切換的原理框圖；如圖3所示，主電源與晶體管Ql的發射極e連接，晶體管Ql的基極b與晶體管控制單元連接， 晶體管Ql的集電極c分別與用電設備和晶體管Q2的集電極c連接，晶體管Q2的發射極e 與備用電源連接，晶體管Q2的基極b與晶體管控制單元連接，晶體管Q2的集電極c通過電 容C3接地。
雖然，由于晶體管的導通速度非常快，能實現在主/備用電源之間平穩切換，且晶 體管的壓降可以調節到很低，可充分發揮備用電源的儲能作用，同時也不需要大容量的電 容進行輔助切換。但是存在以下缺點
a.當晶體管Ql或晶體管Q2失效時會引起短路，此時，主電源將直接對備用電源進 行充電，這必將縮短備用電源的使用壽命，甚至有可能引起備用電源爆炸的危險。
b.由于晶體管上會產生大量的功耗，也必須配合散熱器使用，同時，過高的溫升將 引起晶體管周圍的元器件性能下降，也不利于產品的小型化。發明內容
針對現有的主/備用電源之間的切換電路中存在的上述問題，現提供一種通過主 電源電壓的分壓來控制場效應管構成的開關，并采用穩壓二極管設置為保護單元，低導通 電壓低損耗二極管隔離主電源和備用電源，在實現主/備電源之間快速切換的同時，還簡 化了電路，降低了工藝成本，同時由于保護單元的作用，在保護開關的同時，利用低導通電 壓低損耗二極管，能有效的避免主電源和備用電源之間相互充電給電源設備帶來的損傷。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的
本發明提供了一種電源切換電路，包括主電源、備用電源和用電設備，所述主電源 與所述用電設備電連接，其中，還包括隔離單元、控制單元、切換單元和保護單元；
所述主電源通過所述控制單元與所述切換單元連接；
所述主電源依次通過所述隔離單元與所述備用電源連接；
所述備用電源通過所述切換單元與所述用電設備連接；
所述保護單元與所述切換單元連接；
其中，所述控制單元包括高速三極管，所述切換單元包括P溝道場效應管，所述保 護單元包括兩反向串聯的穩壓二極管，所述隔離單元包括正向連接的多個低導通電壓二極管。
上述的電源切換電路，其中，還包括
所述主電源通過正向連接的第一低導通電壓二極管與用戶設備連接，且該主電源 還依次通過第一電阻、正向連接的第二二極管和第五電阻接地；
所述備用電源與P溝道場效應管的源級端連接，所述P溝道場效應管的漏極通過 正向連接的第二低導通電壓二極管與用戶設備連接，所述P溝道場效應管的柵極通過第七 電阻與高速三極管的集電極連接；
所述備用電源還分別通過并聯的第二電容和第六電阻與三極管的集電極連接，且 該備用電源還依次通過反向連接的第一穩壓二極管和正向連接第二穩壓二極管與三極管 的集電極連接；
所述備用電源還通過第二電阻與第一二極管的正極連接，該第一二極管的負極通 過并聯的第三電阻和第一電容接地；
所述三極管的基極通過第四電阻與所述第一二極管的負極連接，且該三極管的基極與第三二極管的負極連接，該第三二極管的正極與所述三極管的發射極連接。
上述的電源切換電路，其中，當所述主電源給所述用戶設備供電，且所述備用電源等待時，電路中各器件需滿足條件
當所述主電源掉電，切換到所述備用電源給所述用戶設備供電時，電路中各器件需滿足條件
其中，VaS所述主電源電壓值，Vb為所述備用電源電壓值，R1為所述第一電阻阻值，R2為所述第二電阻阻值，R3為所述第三電阻阻值，R5為所述第五電阻阻值，R6為所述第六電阻阻值。
上述的電源切換電路，其中，所述第一電阻阻值范圍為820 Ω 1. 5k Ω，所述第二電阻阻值范圍為6. 2k Ω 8. 2k Ω，所述第三電阻阻值范圍為30k Ω 36k Ω，所述第四電阻阻值范圍為8. 2 Ω 20 Ω，所述第五電阻阻值范圍為30k Ω 36k Ω，所述第六電阻阻值范圍為 9.1kQ 12k Ω，所述第七電阻阻值范圍為8. 2Ω 20Ω。
上述的電源切換電路，其中，所述第一電阻阻值為lkQ，所述第二電阻阻值為 7. 5kQ,所述第三電阻阻值為32. 4kΩ，所述第四電阻阻值為10 Ω，所述第五電阻阻值為 32. 4k Ω，所述第六電阻阻值為IOkQ，所述第七電阻阻值為10 Ω。
上述的電源切換電路，其中，所述電源電壓為48v時，所述備用電源電壓為 42v 56v0
上述的電源切換電路，其中，所述主電源電壓與所述備用電源電壓相等，且設置所述第三阻值電阻阻值與所述第五阻值電阻阻值也相等時，所述第六電阻阻值大于所述第二電阻阻值，所述第二電阻阻值大于所述第一電阻阻值。
綜上所述，本發明一種電源切換電路，通過主電源電壓的分壓來控制場效應管構成的開關，并采用穩壓二極管設置為保護單元，低導通電壓低損耗的二極管隔離主電源和備用電源，在實現主/備電源之間快速切換的同時，還簡化了電路，降低了工藝成本，同時由于保護單元的作用，在保護開關的同時，利用低導通電壓低損耗的二極管，有效的避免主電源和備用電源之間相互充電給電源設備帶來的損傷。


圖1是本發明背景技術中采用繼電器進行主/備用電源之間切換的原理框圖2是本發明背景技術中采用二極管進行主/備用電源之間切換的原理框圖3是本發明背景技術中采用二極管進行主/備用電源之間切換的原理框圖4為本發明實施例中電源切換電路的原理框圖5為本發明實施例中電源切換電路的電路結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的說明
圖4為本發明實施例中電源切換電路的原理框圖；如圖4所示，一種電源切換電 路，包括主電源、備用電源、隔離單元、用電設備、控制單元、保護單元和切換單元，且控制單 元包括高速三極管，切換單元包括P溝道場效應管，保護單元包括兩反向串聯的穩壓二極 管，隔離單元包括多個低導通低損耗的電壓二極管。
具體的，主電源與用戶設備電連接，以給用戶設備提供電能；備用電源通過切換單 元與用電設備連接，控制單元分別與主電源和備用電源連接，以在主電源斷電時，控制單元 控制切換單元，使用備用電源給用電設備供電；隔離單元分別與主電源和備用電源連接，以 隔離主電源和備用電源，避免相互充電對備用電源如電池等的損傷；保護單元與切換單元 連接，以保護切換開關，延長開關的使用壽命。
所以，通過主電源電壓的分壓來控制開關(P溝道場效應管)，不僅省去了傳統電路 中的比較器，進而簡化了電路，降低了產品的成本，而設置在主電源與備用電源之間的多個 低導通低損耗的電壓二極管，能有效的避免對備用電源(電池)的充電損壞；工作在飽和區 的高速三極管，在減小了功耗和散熱的同時，相應的延長了電路器件的使用壽命，作為開關 管的大功率場效應管，不僅切換速度快還支持大電流通過，進而保證后端用戶設備的功率 需求。
圖5為本發明實施例中電源切換電路的電路結構示意圖；如圖5所示，主電源A通 過正向連接的二極管D6與用戶設備C連接，即主電源A通過正向連接的二極管D6向用戶 設備C供電；主電源A還依次通過電阻R1、正向連接的二極管D2和電阻R5接地，即電阻Rl 與二極管D2的正極連接，二極管D2的負極與電阻R5連接。
備用電源B與P溝道場效應管Ql的源級端連接，場效應管Ql的漏極通過正向連 接的二極管D7與用戶設備C連接(場效應管Ql的漏極與二極管D7的正極連接，二極管D7 的負極與用戶設備C連接)，以在主電源A斷電時，備用電源B通過場效應管Ql給用戶設備 C供電，場效應管Ql的柵極通過電阻R7與高速三極管Q2的集電極連接。
上述的備用電源B還分別通過并聯的電容C2和電阻R6與三極管Q2的集電極連 接，且該備用電B源還通過反向串聯的穩壓二極管D4和穩壓二極管D5與三極管Q2的集電 極連接，即備用電源B與穩壓二極管D4的負極連接，穩壓二極管D4的正極與穩壓二極管D5 的正極連接，穩壓二極管D5的負極與三極管Q2的集電極連接；備用電源B通過電阻R2與 二極管Dl的正極連接，二極管Dl的負極通過并聯的電阻R3和電容Cl接地，三極管Q2的 基極通過電阻R4與二極管Dl的負極連接，且三極管Q2的基極與二極管D3的負極連接，二 極管D3的正極與三極管Q2的發射極連接。
當主電源A和備用電源B均與用戶設備C電連接時，主電源A的電壓通過電阻Rl 和電阻R5的進行分壓后，三極管Q2發射極的電壓等于二極管D2負極端(如圖5所示二極 管D2的右端)電壓，而備用電源B經過電阻R2和電阻R3的分壓后，三極管Q2基極端的電 壓等于二極管Dl的負極端(如圖5中二極管Dl的下端)電壓。
具體的
當主電源A給用戶設備C供電時，二極管D2的負極端電壓值大于二極管Dl的負 極端電壓值(電阻R5從主電源A上分壓的電壓值大于電阻R3從備用電源B上分壓的電壓 值)，即三極管Q2的發射極端的電壓大于基極電壓，二極管D3導通，進而將三級管Q2的基極電壓拉高，并且將三極管Q2的發射極和基極的電壓差值鉗位在小于等于O. 7V范圍內，此 時，三極管Q2截止；另外，當主電源A供電時，上述三極管Q2集電極端電壓為備用電源B的 電壓，即場效應管Ql的柵極端電壓為備用電源B的電壓，且場效應管Ql的源極端電壓也等 于備用電源電壓，所以場效應管Ql的柵極和源極之間的電壓差值幾乎為于零，該場效應管 Ql關斷。所以，這時主電源A通過二極管D6向用戶設備C供電，而備用電源B不工作。
當主電源A掉電時，二極管D2的負極端(如圖5中所示二極管D2的右端)電壓逐 漸降低，而當二極管D2的負極端電壓等于二極管Dl負極端電壓時(此時的二極管Dl負極 端電壓為備用電源B經過電阻R2和電阻R3分壓后電阻R3上端的電壓)，二極管D3截止， 不再對三極管Q2起鉗位作用；然后，三極管Q2的發射極端電壓繼續降低，當其降低到比三 極管Q2的基極端電壓低O. 7V時，三極管Q2開始導通，并由于電路中電阻參數設置，使得 三極管Q2進入飽和導通狀態，即此時三極管Q2的集電極與其發射極之間電壓差值可以忽 略不計，電阻R5和電阻R6對備用電源B進行分壓得到，且三極管Q2的集電極電壓和場效 應管Ql的柵極電壓均為電阻R5上端的電壓，而電阻R6上、下兩端電壓差值為場效應管Ql 的柵極、源級之間電壓差值，由于場效應管Ql的柵極電壓相對于其源極電壓有一定的負壓 差，所以場效應管Ql導通。此時，備用電源B依次通過場效應管Ql和二極管D7向用戶設 備C供電。
當備用電源B供電時，主電源A又重新上電時，即主電源A大于O. 7V時，二極管 D2導通并且隨著主電源A電壓的升高，二極管D2的負極端電壓開始升高，相當于三極管Q2 的發射極端電壓在逐漸升高，而當三極管Q2的基極電壓與發射極電壓差值小于O. 7V時，三 極管Q2截止，且在Q2截止瞬間，三極管Q2的集電極電壓被拉升至等于備用電源B的電壓， 同時場效應管源級端電壓也被拉升為備用電源B的電壓，而由于場效應管Ql的源級與備用 電源B直接電連接，即場效應管Ql的源級和柵源之間的電壓差值近乎為零，場效應管Ql截 止。此時，供電電源切換到主電源A，即主電源A通過二極管D6向用戶設備C供電，而備用 電源B則停止向用戶設備C供電。
進一步，當三極管Q2的發射極電壓高于三極管Q2的基極電壓O. 7V時，二極管D3 導通，并將三極管Q2的發射極與基極之間的壓差進行鉗位。
所以，無論主電源A掉電或者上電時，本實施例中的電路都能快速的進行電源的 自動切換，并通過對電阻設置實現對電路響應時間的調節；因為備用電源B—般為電池組， 其電壓并不穩定，可以通過調節電阻Rl和電阻R5電阻阻值實現對三極管Q2的發射極電壓 的調整，以改善電路的響應速度；同時，通過對電阻R2、電阻R3、電阻R5及電阻R6的調節， 以在主電源A失效時調節三極管的基極電壓和集電極電壓，以將三極管Q2設置在飽和狀 態，減小電路器件的功耗和散熱；二極管Dl和二極管D2主要對主電源A和備用電源B進行 隔離，當主電源A工作時，二極管Dl阻止主電源A依次通過電阻R1、二極管D2、二極管D3、 電阻R4和電阻R2向備用電源B充電，同理，二極管D2也能有效避免備用電源B向主電源 A端供電。
進一步的，在主電源A上電的瞬間，有很短一段時間內主電源A和備用電源B是同 時存在的，這就存在主電源A和備用電源B同時供電的情況，由于二極管D6和二極管D7的 存在，使得用電設備C端只能通過電壓值較高的電源，而另一路電壓較低的電路則會被二 極管D6或二極管D7截止，相應的就避免了主電源A在電壓未穩定或電壓尚低時向用戶設備供電的情況；同時，穩壓二極管D4和穩壓二極管D5構成一個保護單元，其作用在于保護場效應管Q1，以防止場效應管Ql的柵極和源極之間的負壓差過大，損壞場效應管。
進一步的，當主電源A給用戶設備C供電，且備用電源B等待時，電路中的三極管 Q2的發射極電壓V6和基極電壓Vb分別為
權利要求
1.一種電源切換電路，包括主電源、備用電源和用電設備，所述主電源與所述用電設備電連接，其特征在于，還包括隔離單元、控制單元、切換單元和保護單元；所述主電源通過所述控制單元與所述切換單元連接；所述主電源依次通過所述隔離單元與所述備用電源連接；所述備用電源通過所述切換單元與所述用電設備連接；所述保護單元與所述切換單元連接；其中，所述控制單元包括高速三極管，所述切換單元包括P溝道場效應管，所述保護單元包括兩反向串聯的穩壓二極管，所述隔離單元包括正向連接的多個低導通電壓二極管。
2.根據權利要求1所述的電源切換電路，其特征在于，還包括所述主電源通過正向連接的第一低導通電壓二極管與用戶設備連接，且該主電源還依次通過第一電阻、正向連接的第二二極管和第五電阻接地；所述備用電源與P溝道場效應管的源級端連接，所述P溝道場效應管的漏極通過正向連接的第二低導通電壓二極管與用戶設備連接，所述P溝道場效應管的柵極通過第七電阻與高速三極管的集電極連接；所述備用電源還分別通過并聯的第二電容和第六電阻與三極管的集電極連接，且該備用電源還依次通過反向連接的第一穩壓二極管和正向連接第二穩壓二極管與三極管的集電極連接；所述備用電源還通過第二電阻與第一二極管的正極連接，該第一二極管的負極通過并聯的第三電阻和第一電容接地；所述三極管的基極通過第四電阻與所述第一二極管的負極連接，且該三極管的基極與第三二極管的負極連接，該第三二極管的正極與所述三極管的發射極連接。
3.根據權利要求2所述的電源切換電路，其特征在于，當所述主電源給所述用戶設備供電，且所述備用電源等待時，電路中各器件需滿足條件VA* Rs >Vb* R1.-4 凡十#丨 B R3+R2 ’當所述主電源掉電，切換到所述備用電源給所述用戶設備供電時，電路中各器件需滿足條件R' .、., Ii'Vr *-:——z、I *-——.B 11, + IL ° R, + /<, ’其中，Va為所述主電源電壓值，Vb為所述備用電源電壓值，R1為所述第一電阻阻值，R2 為所述第二電阻阻值，R3為所述第三電阻阻值，R5為所述第五電阻阻值，R6為所述第六電阻阻值。
4.根據權利要求2所述的電源切換電路，其特征在于，所述第一電阻阻值范圍為820 Ω 1. 5k Ω，所述第二電阻阻值范圍為6. 2k Ω 8. 2k Ω，所述第三電阻阻值范圍為30kQ 36kQ，所述第四電阻阻值范圍為8.2Ω 20Ω，所述第五電阻阻值范圍為301 Ω 361 Ω，所述第六電阻阻值范圍為9.1k Ω 12k Ω，所述第七電阻阻值范圍為 8· 2Ω 20Ω。
5.根據權利要求4所述的電源切換電路，其特征在于，所述第一電阻阻值為IkQ，所述第二電阻阻值為7. 5k Ω，所述第三電阻阻值為32. 4k Ω，所述第四電阻阻值為10Ω，所述第五電阻阻值為32. 4k Ω，所述第六電阻阻值為IOkQ，所述第七電阻阻值為10 Ω。
6.根據權利要求1所述的電源切換電路，其特征在于，所述電源電壓為48v時，所述備用電源電壓為42v 56v。
7.根據權利要求1所述的電源切換電路，其特征在于，所述主電源電壓與所述備用電源電壓相等，且設置所述第三阻值電阻阻值與所述第五阻值電阻阻值也相等時，所述第六電阻阻值大于所述第二電阻阻值，所述第二電阻阻值大于所述第一電阻阻值。
全文摘要
本發明涉及電子設備技術領域，尤其涉及一種電源切換電路，通過主電源電壓的分壓來控制場效應管構成的開關，并采用穩壓二極管設置為保護單元，低導通電壓低損耗二極管隔離主電源和備用電源，在實現主/備電源之間快速切換的同時，還簡化了電路，降低了工藝成本，同時由于保護單元的作用，在保護開關的同時，利用低導通電壓低損耗二極管，有效的避免主電源和備用電源之間相互充電給電源設備帶來的損傷。
文檔編號H02J9/06GK103001315SQ20121057295
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者王學民, 曹淑玉, 杭旭 申請人:上海斐訊數據通信技術有限公司