專利名稱：電源切換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種切換電路，尤其是涉及一種具有保護備用電池的主備電源切換電路。
背景技術(shù)：
雙電源系統(tǒng)廣泛存在于電子設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域中，大部分雙電源系統(tǒng)都由一個直流的主電源和一個備用電池電源組成。在主電源掉電后，電子設(shè)備在備用電池電源供電下仍然能夠工作，或者至少其部分重要功能能夠繼續(xù)工作?，F(xiàn)有的電源切換電路的主要功能均為實現(xiàn)在主電源和備用電池電源之間的實時切換。當(dāng)沒有主電源的時候就使用電池作為電源，反之當(dāng)主電源有電時就使用主電源供電。現(xiàn)有的電源切換電路的缺點在于沒有電池節(jié)電功能，在電池安裝到電子系統(tǒng)后， 只要沒有主電源，那么電池立即開始為負(fù)載設(shè)備供電。然而電池的電量是非常有限的，如果負(fù)載設(shè)備的功耗較大而在主電源上電之前又存在相當(dāng)長的一段時間，那么電池的使用壽命勢必會受到嚴(yán)重的影響。例如一些智能電子產(chǎn)品在生產(chǎn)時需要安裝上電池，而這些產(chǎn)品在實際工作中是依靠交流-直流轉(zhuǎn)換電路將220V的市電轉(zhuǎn)換為對電子系統(tǒng)供電的直流主電源。那么在生產(chǎn)完成后，如果該產(chǎn)品沒有電池節(jié)電功能，則極有可能在產(chǎn)品的庫存期間就已經(jīng)消耗了相當(dāng)一部分電池的電量，從而縮短了在銷售之后電池的使用壽命。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的電源切換電路不具備用電池節(jié)電保護功能，本實用新型提出一種全新的電源切換電路來保護備用電池以延長備用電池的使用壽命。為解決上述問題，本實用新型采用了如下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種電源切換電路，該電路包括主電源輸入端、備用電池輸入端和電壓輸出端；4個晶體管PI、P2、P3和P4，其中，所述晶體管Pl的源極和襯底均連接到所述主電源輸入端、漏極連接所述晶體管P2的漏極，所述晶體管P2的源極和襯底與所述晶體管P4的源極和襯底相連且連接所述電壓輸出端，所述晶體管P3的源極和襯底均連接所述備用電池輸入端、漏極接所述晶體管P4的漏極；用于控制在主電源第一次上電之前將所述主電源輸入端的電壓切換至所述電壓輸出端、且在主電源第一次上電之后根據(jù)所述主電源輸入端的輸入電壓與所述備用電池輸入端的輸入電壓之間的電壓大小關(guān)系選擇將其中之一輸入電壓切換至所述電壓輸出端的電壓控制器Ul，所述電壓控制器Ul的2個輸入端分別連接所述主電源輸入端和所述備用電池輸入端，4個輸出端分別連接4個所述晶體管(P1、P2、P3和P4)的柵極。優(yōu)選的，所述電壓控制器Ul包括正輸入端連接主電源、負(fù)輸入端連接備用電池的遲滯比較器Ull ；用于將電壓域為主電源電壓的電平信號轉(zhuǎn)化成電壓域為輸出電壓的反相邏輯信號的電平轉(zhuǎn)換反相器U12，所述電平轉(zhuǎn)換反相器U12連接在所述遲滯比較器Ull的輸出端；分別連接在所述電平轉(zhuǎn)換反相器U12的輸出端與4個晶體管P1、P2、P3和P4的柵極之間的4個邏輯控制單元CL1、CL2、CL3和CL4。其中，所述邏輯控制單元CLl以主電源的輸出電壓為工作電源，所述邏輯控制單元CL3以備用電池的輸出電壓為工作電源，所述邏輯控制單元CL2和所述邏輯控制單元CL4 均以所述電壓輸出端的輸出電壓為工作電源；所述遲滯比較器Ull以主電源的輸出電壓為工作電源；所述電平轉(zhuǎn)換反相器U12以所述電壓輸出端的輸出電壓為工作電源。另外，4個所述晶體管P1、P2、P3和P4均為PMOS晶體管。本實用新型提出的電源切換電路實現(xiàn)了電源切換電路的電池節(jié)電功能主電源第一次上電之前，在備用電池上電后不會立即將負(fù)載設(shè)備的供電電源切換為電池電源，而是仍然保持在主電源上，負(fù)載設(shè)備仍處于無電源的不工作狀態(tài)，從而不會消耗電池的電量；必須等到主電源第一次上電之后，該電源切換電路再根據(jù)主電源電壓與備用電池電壓之間的大小關(guān)系來控制對負(fù)載設(shè)備供電的電源切換。這樣，在生產(chǎn)和存儲過程中，負(fù)載設(shè)備都不會消耗電池電量，直到主電源電壓第一次上電之后，因此能夠有效的延長系統(tǒng)備用電池的使用壽命。

圖1是本實用新型提出的電源切換電路的電路示意圖；圖2是圖1中電壓控制器一個實施例的電路示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的具有電池節(jié)電功能的電源切換電路由一個電壓控制器 Ul、4個用作電源開關(guān)的PMOS晶體管P1、P2、P3和P4組成。其中，電壓控制器Ul的兩個輸入端其中之一接主電源(主電源的電壓表示為Vdd)，另一個輸入端接備用電池(備用電池的電壓表示為Vbat)；四個輸出端(其輸出電壓信號分別表示為Vgl、Vg2、Vg3和Vg4)分別連接4個晶體管P1、P2、P3和P4的柵極。另外，晶體管Pl的源極和襯底均連接到主電源電壓Vdd，漏極接晶體管P2的漏極；晶體管P2的源極和襯底與晶體管P4的源極和襯底相連并接到輸出電源Vdda ；晶體管P3的源極和襯底均連接到電池電壓Vbat，漏極接晶體管P4 的漏極。本實用新型的具有電池節(jié)電功能的電源切換電路的工作原理如下電壓控制器Ul在備用電池電壓Vbat上電而主電源電壓Vdd沒有上電的情況下處于備用電池節(jié)電狀態(tài)，此時的四個輸出電壓中Vg3為高電平使晶體管P3關(guān)斷，另外三個輸出電壓Vgl、Vg2和Vg4為低電平。由于此時電源電壓Vdd為0，因此輸出電源Vdda沒有電壓輸出，Vdda所接的負(fù)載設(shè)備不消耗電流。主電源電壓Vdd第一次上電之后，電壓控制器Ul即脫離電池節(jié)電狀態(tài)，然后電壓控制器Ul將根據(jù)主電源電壓Vdd與電池電壓Vbat的大小關(guān)系來控制輸出電源Vdda在主電源電壓Vdd和電池電壓Vbat之間切換。如果Vdd> Vbat，則電壓控制器Ul的輸出電壓 Vgl和Vg2為低電平而Vg3和Vg4為高電平，晶體管Pl和P2導(dǎo)通將主電源電壓Vdd與輸出電源Vdda連通，而晶體管P3和P4關(guān)斷；如果Vdd < Vbat，則電壓控制器Ul的輸出電壓Vgl 和Vg2為高電平而輸出電壓Vg3和Vg4為低電平，晶體管P3和P4導(dǎo)通將電池電壓Vbat與輸出電源Vdda連通，而晶體管Pl和P2關(guān)斷。為了避免在Vdd ^ Vbat時出現(xiàn)Vdda不停的在Vdd和Vbat之間進行切換，可以設(shè)置一定的遲滯電壓來杜絕這個模糊的電壓判定區(qū)間。 例如當(dāng)Vdda在與Vbat連接的時候，Vdd必須達(dá)到Vdd > Vbat+100mV電壓控制器Ul才會將Vdda切換為Vdd，反之亦然。從上面的電源切換過程可知，一旦電壓控制器Ul脫離電池節(jié)電狀態(tài)后，只要電池電壓Vbat始終存在，負(fù)載設(shè)備將持續(xù)工作；只有當(dāng)電池電壓Vbat和主電源電壓Vdd均完全掉電后，并且又是Vbat先上電的情況下，電壓控制器Ul才會重新進入電池節(jié)電狀態(tài)。結(jié)合圖2所示，給出了本實用新型的具有電池節(jié)電功能的電源切換電路的一個具體實施例。在該實施例中，電壓控制器Ul包括遲滯比較器Ull ；電平轉(zhuǎn)換反相器U12 ；4個邏輯控制單元CL1、CL2、CL3和CL4。其中，遲滯比較器Ull的正輸入端連接主電源，負(fù)輸入端連接備用電池，而輸出端連接電平轉(zhuǎn)換反相器U12 ;4個邏輯控制單元CLl、CL2、CL3和 CL4分別連接在電平轉(zhuǎn)換反相器U12的輸出端與4個晶體管PI、P2、P3和P4的柵極之間。 另外，為了避免在主電源電壓Vdd和電池電壓Vbat之間產(chǎn)生通路，所有的晶體管的襯底二極管都必須反偏，所以晶體管Pl的源極和襯底接主電源電壓Vdd，晶體管P3的源極和襯底接備用電池電壓Vbat，晶體管P2和P4的源極和襯底接輸出電壓Vdda。要確保在電源電壓切換的過程中，晶體管能夠完全關(guān)斷，晶體管的柵極電壓必須至少與其源極的電壓相等。所以邏輯控制單元CLl以主電源電壓Vdd為電源，邏輯控制單元CL3以備用電池電壓Vbat為電源，邏輯控制單元CL2和CL4以輸出電壓Vdda為電源；遲滯比較器Ul 1以主電源電壓Vdd為電源；電平轉(zhuǎn)換反相器U12以Vdda為電源，用于將電壓域為主電源電壓Vdd的電平信號Vo轉(zhuǎn)化成電壓域為輸出電壓Vdda的反相邏輯信號Vc。在主電源電壓Vdd和備用電池電壓Vbat都有電壓時，設(shè)遲滯比較器Ull的遲滯電壓為Vos，其輸出電壓Vo在Vdd > Vbat+Vos的情況下為高電平，在Vdd < Vbat-Vos的情況下為低電平。由于相應(yīng)的分別要將Vdd和Vbat連接到Vdda，因此邏輯控制單元CLl和 CL2的輸出電壓Vgl和Vg2的邏輯與Vo相反，而邏輯控制單元CL3和CL4的輸出電壓Vg3 和Vg4的邏輯與Vo相同。遲滯比較器Ul 1工作在主電源電壓Vdd下，所以當(dāng)只有備用電池上電而主電源沒有第一次上電時，遲滯比較器Ull將處于不工作的狀態(tài)輸出電壓Vo為O。此時由于輸出電壓Vdda還沒有任何電壓，電平轉(zhuǎn)換反相器U12的輸出電壓Vc也為0，因此Vg3為高電平使晶體管P3關(guān)斷，但是Vg4仍為低電平，因為邏輯控制單元CL4也是以輸出電壓Vdda為電源的。此時電壓控制器Ul處于備用電池節(jié)電狀態(tài)。一旦主電源第一次上電后，輸出電壓Vdda 即會等于主電源電壓Vdd或者備用電池電壓Vbat，此后如果主電源掉電了，Vo的O電壓將導(dǎo)致Vc的高電平，從將備用電池的電壓Vbat切換至輸出電壓Vdda，電壓控制器Ul不會再進入電池節(jié)電狀態(tài)。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電源切換電路，其特征在于，該電路包括主電源輸入端、備用電池輸入端和電壓輸出端；4個晶體管(P1、P2、P3和P4)，其中，所述晶體管(Pl)的源極和襯底均連接到所述主電源輸入端、漏極連接所述晶體管(P2)的漏極，所述晶體管(P2)的源極和襯底與所述晶體管 (P4)的源極和襯底相連且連接所述電壓輸出端，所述晶體管(P3)的源極和襯底均連接所述備用電池輸入端、漏極接所述晶體管(P4)的漏極；用于控制在主電源第一次上電之前將所述主電源輸入端的電壓切換至所述電壓輸出端、且在主電源第一次上電之后根據(jù)所述主電源輸入端的輸入電壓與所述備用電池輸入端的輸入電壓之間的電壓大小關(guān)系選擇將其中之一輸入電壓切換至所述電壓輸出端的電壓控制器(Ul)，所述電壓控制器(Ul)的2個輸入端分別連接所述主電源輸入端和所述備用電池輸入端，4個輸出端分別連接4個所述晶體管(P1、P2、P3和P4)的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源切換電路，其特征在于，所述電壓控制器(Ul)包括正輸入端連接主電源、負(fù)輸入端連接備用電池的遲滯比較器(Ul 1)；用于將電壓域為主電源電壓的電平信號轉(zhuǎn)化成電壓域為輸出電壓的反相邏輯信號的電平轉(zhuǎn)換反相器(U12)，所述電平轉(zhuǎn)換反相器(U12)連接在所述遲滯比較器(Ull)的輸出端；分別連接在所述電平轉(zhuǎn)換反相器(U12)的輸出端與4個晶體管(P1、P2、P3和P4)的柵極之間的4個邏輯控制單元(CL1、CL2、CL3和CL4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述電源切換電路，其特征在于，所述邏輯控制單元(CLl)以主電源的輸出電壓為工作電源，所述邏輯控制單元(CL3)以備用電池的輸出電壓為工作電源，所述邏輯控制單元(CL2)和所述邏輯控制單元(CL4)均以所述電壓輸出端的輸出電壓為工作電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述電源切換電路，其特征在于，所述遲滯比較器(Ull)以主電源的輸出電壓為工作電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述電源切換電路，其特征在于，所述電平轉(zhuǎn)換反相器(U12)以所述電壓輸出端的輸出電壓為工作電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項所述電源切換電路，其特征在于，4個所述晶體管(P1、 P2、P3和P4)均為PMOS晶體管。
專利摘要本實用新型提出一種電源切換電路，包括4個晶體管(P1、P2、P3和P4)，晶體管(P1)的源極和襯底均連接到主電源輸入端、漏極連接晶體管(P2)的漏極，晶體管(P2)的源極和襯底與晶體管(P4)的源極和襯底相連且連接電壓輸出端，晶體管(P3)的源極和襯底均連接備用電池輸入端、漏極接晶體管(P4)的漏極；用于控制在主電源第一次上電之前將主電源切換至電壓輸出端、在主電源第一次上電之后根據(jù)主電源與備用電池之間的電壓大小關(guān)系選擇將其中之一換至電壓輸出端的電壓控制器(U1)，其4個輸出端分別連接所述晶體管(P1、P2、P3和P4)的柵極。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單，能有效保護備用電池以延長使用壽命的優(yōu)點。
文檔編號H02J9/06GK202134953SQ20112003918
公開日2012年2月1日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者蔣大龍, 詹昶, 趙琮 申請人:深圳市銳能微科技有限公司