CN103326459A - 低电压直流电源切换电路及其直流电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低电压直流电源切换电路，包括第一直流电源输入端、第二直流电源输入端、负载输出端、受控开关单元和降压隔离单元；其中，所述受控开关单元包括两个开关端和一个控制端；所述第一直流电源输入端通过降压隔离单元与所述负载输出端连接，所述第一直流电源输入端还与所述受控开关单元的控制端连接，所述受控开关单元的控制端还通过一电阻接地；所述受控单元的两个开关端分别连接在所述第二直流电源输入端和所述负载输出端；所述受控开关单元两个开关端之间的接通或断开分别由所述两个开关端与所述控制端上的电位差确定。实施本发明的一种低电压直流电源切换电路及其直流电源，具有以下有益效果：其成本较低、电流消耗较小。

Description

低电压直流电源切换电路及其直流电源

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种低电压直流电源切换电路及其直流电源。

背景技术

      通常，在用可充电式电池的电子设备中，当电池的电量消耗完毕，就要对电池进行重新充电，才能让设备正常工作。在对电池进行充电的过程中，如果设备在继续使用着，就会发生这样的情况：即一边充电一边消耗电，势必对充电时间造成延时。如果有一种电路，能够自动切换外部电源与电池，即在充电时，设备的工作电源由外部电源提供，同时外部电源也对电池进行充电，而当电池充满电后，撤掉外部电源，就由电池对设备进行供电，实现两个电源的自动切换功能。现有的方案中，或用继电器，或用二极管，或用单片机控制。对于体积小，功耗低的电子产品，由于其成本较高或电流消耗较大，因而不是理想的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述成本较高、电流消耗较大的缺陷，提供一种成本较低、电流消耗较小的低电压直流电源切换电路及其直流电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种低电压直流电源切换电路，包括第一直流电源输入端、第二直流电源输入端、负载输出端、受控开关单元和降压隔离单元；其中，所述受控开关单元包括两个开关端和一个控制端；所述第一直流电源输入端通过降压隔离单元与所述负载输出端连接，所述第一直流电源输入端还与所述受控开关单元的控制端连接，所述受控开关单元的控制端还通过一电阻接地；所述受控单元的两个开关端分别连接在所述第二直流电源输入端和所述负载输出端；所述受控开关单元两个开关端之间的接通或断开分别由所述两个开关端与所述控制端上的电位差确定。 

更进一步地，所述控制端上电位分别大于或等于所述两个开关端上电位时，所述两个开关端断开；所述控制端上电位小于所述开关端其中任意一个的电位时，所述两个开关端接通。

更进一步地，所述受控开关单元是两个其栅极连接在一起作为控制端的、背靠背连接的MOS管。 

更进一步地，所述两个MOS管中一个的源极与所述第二直流电源输入端连接，其漏极与另一个MOS管的漏极连接，另一个MOS的源极与所述负载输出端连接。

更进一步地，所述MOS管是增强性P沟道场效应管。

更进一步地，所述降压隔离单元是二极管，所述二极管的阳极与所述第一直流电源输入端连接，其阴极与所述负载输出端连接。 

本发明还涉及一种低电压直流电源，包括为负载供电的可充电电池以及连接在所述可充电电池正极和负载之间的低电压直流电源切换电路，所述低电压直流电源切换电路是上述任意一项所述的低电压直流电源切换电路；其中，所述可充电电池是第二直流电源，其负极接地；所述第一直流电源输入端与为所述可充电电池充电的外部直流电源连接；所述电源还包括与所述第一直流电源输入端口连接并为所述可充电电池充电的充电控制单元。

更进一步地，所述充电控制单元为电池充电管理集成电路，其包括电源端和电池连接端，所述电源端与所述第一直流电源输入端连接，所述电池连接端与所述可充电电池正极连接。 

更进一步地，还包括通过限流电阻串接在所述第一直流电源输入端和充电集成电路状态端口之间的、用于表示所述可充电电池充电状态的LED。 

实施本发明的一种低电压直流电源切换电路及其直流电源，具有以下有益效果：由于其直流电源切换电路中包括受控开关单元，且该受控开关单元利用了输入第一直流电源和第二直流电源的输出电压的不同差值，实现了不需要额外的控制部件就能自动实现第二直流电源输出端与负载输出端之间的断开或接通，也就是实现了第二直流电源供电的切换；同时，由于受控开关单元的结构的特殊性，使得该受控开关单元在导通时其两个开关端上基本上不存在电压差，所以在其导通时两个开关端之间基本不存在电流消耗。所以，其成本较低、电流消耗较小。

附图说明

图1是本发明一种低电压直流电源切换电路及其直流电源实施例中切换电路的结构示意图；

图2是所述实施例中切换电路的电路图；

图3是所述实施例中低电压直流电源的结构示意图；

图4是所述实施例中低电压直流电源的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明一种低电压直流电源切换电路及其直流电源实施例中，该切换电路包括第一直流电源输入端、第二直流电源输入端、负载输出端、受控开关单元和降压隔离单元；其中，受控开关单元包括两个开关端和一个控制端，该控制端上的电压和两个开关端上的电压差值，决定了该受控开关单元两个开关端之间的连接状态。在本实施例中，第一直流电源输入端通过降压隔离单元与负载输出端连接，即第一直流电源通过第一直流电源输入端以及降压隔离单元为负载供电；此外，第一直流电源输入端还与受控开关单元的控制端连接，受控开关单元的控制端还通过一电阻接地；受控开关单元的两个开关端分别连接在第二直流电源输入端和负载输出端，即第二直流电源通过第二直流电源输入端和上述受控开关单元为负载供电，当该受控开关单元两个开关端接通时，负载由上述第二直流电源供电；当该受控开关单元的两个开关端断开时，第二直流电源与负载断开；如前所述，受控开关单元两个开关端之间的接通或断开分别由其两个开关端与所述控制端上的电位差确定；当该控制端上电位分别大于或等于上述两个开关端上电位时，上述受控开关单元的两个开关端断开；而当控制端上电位小于上述开关端其中任意一个的电位时，受控开关单元的两个开关端接通。

在本实施例中，大多数情况下，第二直流电源是可充电电池，当第一直流电源连接时，通常是该可充电电池需要充电的时候，此时，电池已经没有多少电量可以供电，为了维持必要的供电电流，其供电电压必然会较理论值（或电量充足时）低。当然，如果在设置时使得第一直流电压的输入电压值稍高于第二直流电源的理论电压值，不仅对充电有好处，也使得该切换电路的工作更加稳定、可靠。 

图2是本实施例中切换电路的电路图，如图2所示，在本实施例中，降压隔离单元是二极管，该二极管（D1）的阳极述第一直流电源输入端连接，其阴极与负载输出端连接。当第一直流电源被连接时，其电压经过二极管的降压后供给负载；同时，该二极管的存在使得负载或第二直流电源提供到负载上的电压不会通过该二极管传输到上述第一直流电源输入端。

如图2所示，受控开关单元（图2中的虚线部分）是两个其栅极连接在一起作为控制端的、背靠背连接的MOS管。这两个MOS管中一个的源极S与第二直流电源输入端连接，其漏极D与另一个MOS管的漏极D连接，另一个MOS的源极S与负载输出端连接，这两个MOS管是增强性P沟道场效应管。

此外，在本实施例中，还涉及一种低电压直流电源，请参见图3。在本实施例中，该低电压直流电源包括为负载供电的可充电电池（图3中的第二直流电源34）以及连接在该可充电电池正极和负载（负载输出端）之间的低电压直流电源切换电路35，其中，该低电压直流电源切换电路35是上述的低电压直流电源切换电路；其中，可充电电池是第二直流电源35，其负极接地；第一直流电源输入端与外部直流电源（第一直流电源31）连接；本实施例中的低电压直流电源还包括与第一直流电源输入端口连接并为可充电电池充电的充电控制单元33。在本实施例中，充电控制单元33为电池充电管理集成电路，其包括电源端和电池连接端，其电源端与第一直流电源输入端连接；其电池连接端与上述可充电电池正极连接。此外，在本实施例中，该直流电源还包括通过限流电阻串接在第一直流电源输入端和充电集成电路状态端口之间的、用于表示上述可充电电池充电状态的LED。（请参见图4） 

本实施例中，当外部电源（第一直流电源31）没有连接或输入电压为0时，低压直流电源切换电路35的受控开关单元保持闭合状态，使得第二直流电源输出端与负载输出端保持连接，使可充电电池所提供的电，经过低压直流电源切换电路35输送给负载；当外部电源（第一直流电源31）连接并提供合适的输入直流电压时，低压直流电源切换电路35的受控开关单元从闭合状态转为断开状态，负载从外部电源（第一直流电源31）通过上述低压直流电源切换电路35的降压隔离单元直接取电；同时，外部电源（第一直流电源31）通过充电管理单元33对可充电电池（第二直流电源34）进行充电。

图4是本实施例中上述低电压直流电源的电路图，在图4中，U1为充电管理芯片，U2为可充电电池，Q1，Q2和R1共同组成低压直流电源切换电路35的受控开关单元；D1是低压直流电源切换电路35的降压隔离单元，是二极管；该降压隔离单元阻止电流反向流动，防止电流回流到上述第一直流电源输入端。D2和D3是发光二极管，用作充电状态指示。R3是限流电阻，为D2和D3提供适当的电流。R2是调整电阻，用于微调上述充电管理芯片对可充电电池的最大充电电流。

在本实施例中，U1是单节锂电池充电管理芯片，最大充电电流可达500毫安，无需外部扩流管，U1的1脚接发光二极管D2的阴极，U1的5脚接发光二极管D3的阴极，U1的4脚接外部电源，U1的3脚接可充电电池和PMOS管Q2的源极，Q2的漏极接Q1的漏极，Q1的源极接D1的阴极和用电系统，Q1和Q2的栅极接在一起，并接上电阻R1到地，同时Q1和Q2的栅极接到外部电源，由外部电源（第一直流电源31）电压的有和无，来实现低压直流电源切换电路35的受控开关的通断。

 Q1和Q2是增强型P沟道场效应管，SOT23封装，体积小，开启时漏源极之间的电阻只有几十毫欧，可通过高达4.3安培的电流（典型值）。Q1和Q2背靠背连接在一起，使得Q1和Q2的寄生二极管也背靠背连接（请参见图4），可以阻止外部电源通过寄生二极管对电池进行充电。

在本实施例中，当外部电源输入适当的直流电压时，Q1和Q2栅极的电压高于源极的电压，Q1和Q2均截止，外部电源通过D1对负载进行供电，同时通过U1对电池进行充电。当外部电源无输入时，R1将Q1和Q2的栅极接地，栅极电压低于源极电压，Q1和Q2均导通，电池可对用电系统供电，D1的存在，隔开了可充电电池（第二直流电源34）与外部电源（第一直流电源31）。由于Q1和Q2的导通电阻很小，所以Q1和Q2上的压降很小，而其静态电流只有不到1微安。因此，在本实施例中，加入该切换电路实现了可充电电池充电时断开与负载连接，加快充电速度；同时，在使用可充电电池供电时由于导通电阻极小，所以在该开关上基本没有电流损耗；此外，也不需要额外的器件，例如MCU进行控制，节省了成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种低电压直流电源切换电路，其特征在于，包括第一直流电源输入端、第二直流电源输入端、负载输出端、受控开关单元和降压隔离单元；其中，所述受控开关单元包括两个开关端和一个控制端；所述第一直流电源输入端通过降压隔离单元与所述负载输出端连接，所述第一直流电源输入端还与所述受控开关单元的控制端连接，所述受控开关单元的控制端还通过一电阻接地；所述受控单元的两个开关端分别连接在所述第二直流电源输入端和所述负载输出端；所述受控开关单元两个开关端之间的接通或断开分别由所述两个开关端与所述控制端上的电位差确定。

2.根据权利要求1所述的低电压直流电源切换电路，其特征在于，所述控制端上电位分别大于或等于所述两个开关端上电位时，所述两个开关端断开；所述控制端上电位小于所述开关端其中任意一个的电位时，所述两个开关端接通。

3.根据权利要求2所述的低电压直流电源切换电路，其特征在于，所述受控开关单元是两个其栅极连接在一起作为控制端的、背靠背连接的MOS管。

4.根据权利要求3所述的低电压直流电源切换电路，其特征在于，所述两个MOS管中一个的源极与所述第二直流电源输入端连接，其漏极与另一个MOS管的漏极连接，另一个MOS的源极与所述负载输出端连接。

5.根据权利要求4所述的低电压直流电源切换电路，其特征在于，所述MOS管是增强性P沟道场效应管。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的低电压直流电源切换电路，其特征在于，所述降压隔离单元是二极管，所述二极管的阳极与所述第一直流电源输入端连接，其阴极与所述负载输出端连接。

7.一种低电压直流电源，其特征在于，包括为负载供电的可充电电池以及连接在所述可充电电池正极和负载之间的低电压直流电源切换电路，所述低电压直流电源切换电路是如权利要求1-6任意一项所述的低电压直流电源切换电路；其中，所述可充电电池是第二直流电源，其负极接地；所述第一直流电源输入端与为所述可充电电池充电的外部直流电源连接；所述电源还包括与所述第一直流电源输入端口连接并为所述可充电电池充电的充电控制单元。

8.根据权利要求7所述的低电压直流电源，其特征在于，所述充电控制单元为电池充电管理集成电路，其包括电源端和电池连接端，所述电源端与所述第一直流电源输入端连接，所述电池连接端与所述可充电电池正极连接。

9.根据权利要求8所述的低电压直流电源，其特征在于，还包括通过限流电阻串接在所述第一直流电源输入端和充电集成电路状态端口之间的、用于表示所述可充电电池充电状态的LED。

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