一种多路电源供电切换电路及方法

技术领域

本发明涉及一种多路电源供电切换电路及方法，属于多电源切换技术领域。

背景技术

当前，越来越多的电子设备允许多路电源供电，以一种由两组电池包供电的电子设备为例，平时，主要由主电池组供电，副电池组不供电；当主电池组损坏、拆卸或者内部保护后，转而由副电池组供电。由于电池组并非稳压电源，其电压会随内部电量消耗而发生显著变化，因而在采取两个电池组供电条件下，必须做好隔离措施，防止电池组之间相互充电而产生瞬间大电流，造成安全隐患。

目前，市面上的多路电源供电方案，一般主电源采用直流开关电源供电，副电源为电池组，开关电源的电压稳定且电压比电池高，设计时不用考虑副电源电池组电压反灌的可能。然而，对于多个电池组供电，通常只能采用专业芯片解决电池组的电路切换问题，但此类芯片售价高，做成切换电路后整体成本高，不易推广使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多路电源供电切换电路及方法，以解决现有技术中多个电池组供电条件下，采用专业芯片进行电路切换，产品成本高，不易推广使用的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种多路电源供电切换电路，包括连接于主电源与负载单元之间的第一反接P-MOS管，连接于副电源与负载单元之间的第二反接P-MOS管，第二反接P-MOS管通过正接P-MOS管与负载单元电性连接，第一反接P-MOS管、第二反接P-MOS管的源极与漏极反接；

第一反接P-MOS管的栅极通过第一N-MOS管的控制接地，第二反接P-MOS管和正接P-MOS管的源极通过PNP三极管电性连接第二反接P-MOS管和正接P-MOS管的栅极，所述PNP三极管的基极与第二N-MOS管的漏极电性连接，第二N-MOS管的源极接地，第二N-MOS管的栅极电性连接主电源。

进一步地，所述PNP三极管的发射极与第二反接P-MOS管和正接P-MOS管的源极电性连接，所述PNP三极管的集电极与第二反接P-MOS管和正接P-MOS管的栅极电性连接。

进一步地，所述主电源或／和副电源为非稳压电源。

进一步地，所述非稳压电源包括电池组。

为达到上述目的，本发明还提供了一种多路电源供电切换方法，所述方法基于本发明提供的多路电源供电切换电路加以实现，包括如下步骤：

第一反接P-MOS管通过第一N-MOS管响应于主电源的连续输出，连通主电源与负载单元之间的供电回路；

PNP三极管通过第二N-MOS管响应于主电源的连续输出，处于导通状态；

第二反接P-MOS管和正接P-MOS管通过处于导通状态的PNP三极管响应于主电源的连续输出，断开副电源与负载单元和主电源之间的供电回路。

进一步地，还包括：

PNP三极管通过第二N-MOS管响应于主电源的输出中断，处于关闭状态；

第二反接P-MOS管和正接P-MOS管通过处于关闭状态的PNP三极管响应于主电源的输出中断，连通副电源与负载单元之间的供电回路。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明电路及方法巧妙地利用了反接P-MOS管的体二极管特性，在主电池组供电回路和副电池组供电回路中分别接入一个源极与漏极反接的反接P-MOS管。当主电源持续供电时，第一反接P-MOS管通过第一N-MOS管响应于主电源的连续输出，连通主电源与负载单元之间的供电回路；第二反接P-MOS管和正接P-MOS管通过处于导通状态的PNP三极管响应于主电源的连续输出，断开副电源与负载单元和主电源之间的供电回路。当主电源供电中断时，第二反接P-MOS管和正接P-MOS管通过处于关闭状态的PNP三极管响应于主电源的输出中断，连通副电源与负载单元之间的供电回路。相较于现有技术，本发明电路及方法采用反接P-MOS管方式搭建电路，不仅可以节约防倒灌二极管等器件的成本，同时保证电池组电压到负载处几乎没有压降；可支持主副电源均非稳压电源的硬件条件，隔绝了两个电压源之间相互反灌充电可能。

附图说明

图1是本发明实施例的双电池组供电切换电路原理图；

图2是本发明实施例的三电池组供电切换电路改进版原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明具体实施方式提供了一种多路电源供电切换电路，通常由一个主电源对负载单元进行供电，多个与主电源并联的副电源作为备用电源，当主电源损坏、拆卸或者内部保护后，转而由副电源供电。前述主电源和副电源均采用非稳压电源，实践中常用的非稳压电源包括电池组。

如图1所示，是本发明实施例的双电池组供电切换电路原理图，包括：主副两个电池组接入口，负载接入口，主电池组供电回路，副电池组供电回路。其中，主电池组供电回路包括一颗大电流P-MOS管（Q1），一颗信号转换N-MOS管（Q4），四颗分压电阻（R1，R2，R5，R6）；副电池组供电回路包括两颗大电流P-MOS管（Q2、Q3），一颗信号转换N-MOS管（Q5），五颗分压电阻（R3，R4，R7，R8，R9），一颗PNP三极管（Q6）。前述三个大电流P-MOS管中，Q1、Q2与正常电路连接相反，采用源极与漏极反接的接法。为便于描述，可将Q1、Q2定义为反接P-MOS管，其中Q1为第一反接P-MOS管，Q2为第二反接P-MOS管，Q3为正接P-MOS管，Q4为第一N-MOS管，Q5为第二N-MOS管。

更具体地，第一反接P-MOS管（Q1）连接于主电池组与负载单元之间，起到通断主电池组供电回路的作用，第一反接P-MOS管（Q1）的漏极与主电池组连接，第一反接P-MOS管（Q1）的源极与负载单元连接，第一反接P-MOS管（Q1）的栅极通过第一N-MOS管（Q4）的控制接地。

更具体地，第二反接P-MOS管（Q2）、正接P-MOS管（Q3）串联于副电池组与负载单元之间，起到通断副电池组供电回路的作用，其中第二反接P-MOS管（Q2）连接于副电池组与正接P-MOS管（Q3）之间。第二反接P-MOS管（Q2）和正接P-MOS管（Q3）的源极连接PNP三极管（Q6）的发射极，第二反接P-MOS管（Q2）和正接P-MOS管（Q3）的栅极与PNP三极管（Q6）的集电极，PNP三极管（Q6）的基极与第二N-MOS管（Q5）的漏极连接，第二N-MOS管（Q5）的源极接地，第二N-MOS管（Q5）的栅极连接主电池组。

本实施例中，当主电池组存在连续输出时，Q1通过P-MOS管的体二极管特性，先将高电压导通至Q1的源极后再完全打开Q1，实现主电池组对负载单元的连续供电；同时，副电池组的电压无法通过该体二极管反向流进主电池组内。信号转换N-MOS 管（Q4）采取常用接法，用以判断主电池组是否存在连续输出，如果存在，即会开启并进一步开启大电流P-MOS管（Q1）。

同理，副电池组供电回路中有两颗大电流P-MOS管，靠近副电池组的这颗大电流P-MOS管（Q2）也是源极和漏极反接，利用体二极管特性，先将高电压导通至Q2的 源极后再完全打开Q2，并且可以在主副电池组都存在时，主电池组的电压不会从体二极管（Q2）流进副电池组内。而另一颗大电流P-MOS管（Q3）则是在主电池组存在时完全关闭副电池组供电回路，不会产生在主电池组电压较低时副电池组出现部分供电的情况。副电池组供电回路的PNP三极管（Q6）作用，是在信号转换N-MOS管（Q5）检测到主电池组存在时，完全关闭副电池组供电回路的两颗大电流P-MOS管（Q2，Q3）。

主副电池组供电回路的分压电阻是通过分压产生合适的MOS管驱动电压，使各个MOS在最佳驱动电压情况下工作，并且可以通过调节分压电阻的阻值，可以适应不同电压值的电池包。例如：3串电池组电压为9V~12.6V，7串电池组电压为21V~29.2V，10串电池组电压为30V~42V，等等。

本发明电路实施例中，主电池组存在时，完全由主电池组供电，副电池组供电回路完全关闭，既不会出现主电池组电压流向副电池组对其充电，也不会出现副电池组对负载供电或者对主电池组充电。相应的，当主电池组因各种因素（例如欠压保护，拆卸，损坏等）无法供电时，副电池组会无缝切换开启两颗大电流P-MOS管，继续恢复对负载的供电，并且可以保证副电池组的电压不会流向主电池组。由于巧妙地使用了大电流P-MOS管的源极与漏极反接接法，可以保证电池组电压到负载单元处几乎没有压降，同时也隔离了电池组电压的相互反灌充电的可能。

本发明具体实施方式还提供了一种多路电源供电切换方法，所述方法基于前述发明电路加以实现，包括如下步骤：

步骤1：第一反接P-MOS管（Q1）通过第一N-MOS管（Q4）响应于主电源的连续输出，连通主电源与负载单元之间的供电回路。即：当主电池组的电压连接上，电阻R5和R6的分压可以驱动Q4开启，同时主电池组的电压经过Q1的体二极管到达Q1的源极，此电压在R1和R2并经过开启的Q4后，可以进一步驱动Q1完全开启，主电池组的电压几乎没有任何损耗的全部流向负载供其使用。

步骤2：PNP三极管（Q6）通过第二N-MOS管（Q5）响应于主电源的连续输出，处于导通状态。第二反接P-MOS管（Q2）和正接P-MOS管（Q3）通过处于导通状态的PNP三极管（Q6）响应于主电源的连续输出，断开副电源与负载单元和主电源之间的供电回路。即：不论副电池组是否有电压，也不论副电池组电池电压多少，只要主电池组的电压连接上了，主电池组电压经过R7和R8的分压可以驱动Q5的开启。Q5开启后，Q6三极管即可导通，进一步将副电池组供电回路的两颗P-MOS管（Q2、Q3）全部关闭。从而实现副电池组的电压无法流向负载单元和主电池组，同时也实现了主电池组的电压无法流向副电池组。

步骤3：PNP三极管（Q6）通过第二N-MOS管（Q5）响应于主电源的输出中断，处于关闭状态；第二反接P-MOS（Q2）和正接P-MOS管（Q3）通过处于关闭状态的PNP三极管（Q6）响应于主电源的输出中断，连通副电源与负载单元之间的供电回路。即：如果主电池组某个时刻无法供电，R5和R6也无法提供分压驱动Q4的开启，从而进一步无法在R1和R2上形成分压，导致Q1一直处于关闭状态，那么副电池组的电压也就不会流向主电池组。同时，R7和R8将无法提供分压驱动Q5，Q5也就一直保持关闭状态，进而使得Q6的基极和集电极也就无法形成回路，从而Q6保持关闭状态。Q6关闭后，副电池组的电压经过Q2的体二极管后，在R3和R4上形成分压，进一步的完全开启Q2和Q3两颗P-MOS管。从而使得副电池组无缝切换，迅速恢复对负载的供电。并且由于P-MOS完全导通，副电池组到负载的电压几乎没有任何损耗。

通过前述发明方法，实现了主副电池组供电电路及切换电路，并且隔绝了主副电池组之间的相互反灌充电的可能。需要注意的是，本实施例中提到的是9V~12.6V的电池组，实际使用时可以是其他电压，只要合适调节一个对应的分压电阻阻值即可。另外，本实施例的副电池组一般只有一组，当然也可以有更多的，如图2所示，是本发明实施例的三电池组供电切换电路改进版原理图。同理可以改进成为支持更多副电池组的供电切换电路，他们的工作原理类似，这里不再赘述。

综上所述，本发明电路及方法巧妙地利用了反接P-MOS管的体二极管特性，在主电池组供电回路和副电池组供电回路中分别接入一个源极与漏极反接的反接P-MOS管。当主电源持续供电时，第一反接P-MOS管通过第一N-MOS管响应于主电源的连续输出，连通主电源与负载单元之间的供电回路；第二反接P-MOS管和正接P-MOS管通过处于导通状态的PNP三极管响应于主电源的连续输出，断开副电源与负载单元和主电源之间的供电回路。当主电源供电中断时，第二反接P-MOS管和正接P-MOS管通过处于关闭状态的PNP三极管响应于主电源的输出中断，连通副电源与负载单元之间的供电回路。相较于现有技术，本发明电路及方法采用反接P-MOS管方式搭建电路，不仅可以节约防倒灌二极管等器件的成本，同时保证电池组电压到负载处几乎没有压降；可支持主副电源均非稳压电源的硬件条件，隔绝了两个电压源之间相互反灌充电可能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。