一种主电源与备份电源的切换电路

技术领域

本发明涉及机载计算机电源供配电管理技术，具体涉及一种主电源与备份电源的切换电路，该切换电路用于确保主电源与备份电源切换时输出不中断。

背景技术

对于重要程度高的机载计算机产品通常采用余度供电设计，以实现机载计算机电源的高可靠性要求。目前，余度供电的电源对输入源选择的传统方法是采用大功率二极管进行选通，其是一种“被动式”的选择方式，对主电源与备份电源之间没有清晰的界定，忽略了主电源与备份电源的优先级关系，从而导致电源的可靠性降低，也难以确保主电源与备份电源切换时输出不会中断。

发明内容

本发明的目的在于公开一种主电源与备份电源的切换电路，以解决电源可靠性低和难以确保主电源与备份电源切换时输出不会中断的技术问题。

实现发明目的的技术方案如下：一种主电源与备份电源的切换电路，包括逻辑判断电路、单向延迟电路和充放电电路。

所述逻辑判断电路的输入端分别与主电源、备份电源和汇流条连接，输出端与所述单向延迟电路的输入端连接；所述逻辑判断电路用于采集主电源输入电压、主电源状态、备份电源输入电压和汇流条电压，并依据主电源输入电压、主电源状态、备份电源输入电压和汇流条电压向所述单向延迟电路输出切换指令。

所述单向延迟电路的输出端分别与所述备份电源的输入开关和备份电源DC-DC变换器的使能端连接，用于依据所述切换指令向所述输入开关输出开关信号和向所述备份电源DC-DC变换器输出使能信号。

所述充放电电路的输入端与所述主电源连接，输出端与所述备份电源的功率回路连接。

进一步地，所述逻辑判断电路包括比较器、与门、非门和或门。

进一步地，所述单向延迟电路包括单向延迟处理芯片。

进一步地，所述充放电电路包括第一充放电电路和第二充放电电路；

所述第一充放电电路的输入端与所述主电源的输出端连接，输出端与所述备份电源DC-DC变换器的功率回路的输入端连接；

所述第二充放电电路的输入端与所述主电源的输出端连接，输出端与所述备份电源DC-DC变换器的功率回路的输出端连接。

更进一步地，所述第一充放电电路和所述第二充放电电路的结构相同，均包括储能电容。

优选地，所述第一充放电电路和所述第二充放电电路还包括充电限流电阻和放电二极管，所述充电限流电阻和所述放电二极管并联后与所述储能电容串联。

在一个改进的实施例中，切换电路还包括防反灌电路，所述防反灌电路的输入端与所述备份电源DC-DC变换器的输出端连接，输出端与汇流条连接。

进一步地，所述防反灌电路包括防反MOS管控制芯片和备份电源输出防反MOS管。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

1.通过切换电路中逻辑判断电路的设计，采用逻辑判断电路(也可以称之为输入选通、切换电路)，能够对采集的备份电源的输入，和主电源的主输入、输出和自身状态进行明确的判定，对主电源的工作状态进行检测，判断是否切入或切出备份电源并输出切换指令。

2.通过切换电路中单向延迟电路的设计，当判断主电源的工作状态为掉电时，可以向单向延迟电路输出切换指令，迅速将备份电源切入到功率回路，同时储能电容提供切换过程中的功率维持功能；当主电源恢复时，当单向延迟电路会收到切换指令时，会延迟7～11秒后进行切换动作，以保证主电源完全启动后切除备份电源。

3.通过切换电路中充放电电路的设计，能够在主电源向备份电源切换，或者备份电源向主电源切换时进行放电，以实现供电不间断的功能，同时在备份电源处于备份状态时，通过主电源经汇流条向充放电电路进行充电储能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明主电源与备份电源的切换电路的原理框图；

图2为本发明逻辑判断电路的电路图；

图3为本发明单向延迟电路的电路图；

图4为本发明备份电源的输入开关的电路图；

图5为本发明防反灌电路的电路图；

其中，1、主电源；2、汇流条；3、输入开关；4、备份电源DC-DC变换器；100、逻辑判断电路；200、单向延迟电路；300、防反灌电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明具体实施方式提供了一种主电源与备份电源的切换电路，参见图1所示，切换电路包括逻辑判断电路100、单向延迟电路200、充放电电路，逻辑判断电路100用于对主电源1和备份电源是否切换进行判断并向单向延迟电路200输出切换指令；单向延迟电路200根据接收的切换指令切换主电源1和备份电源，切换电路的设计，能够实现在主电源1掉电时切换至备份电源进行供电，并在主电源1恢复时由备份电源切换回主电源1进行供电，在进行切换的过程中。

参见图1所示，所述逻辑判断电路100的输入端分别与主电源1、备份电源和汇流条2连接，输出端与所述单向延迟电路200的输入端连接；所述逻辑判断电路100用于采集主电源输入电压、主电源状态、备份电源输入电压和汇流条电压，并依据主电源输入电压、主电源状态、备份电源输入电压和汇流条电压向所述单向延迟电路200输出切换指令。

逻辑判断电路100的原理是：通过对采集的主电源输入电压、主电源状态、备份电源输入电压和汇流条电压进行切换逻辑判断，判断是否需要由主电源1切换为备份电源进行供电，或者由备份电源切换回主电源1进行供电。具体来说，通过采集主电源输入电压、主电源状态、和汇流条电压，能够实现对主电源1的“前端输入、电源自身、后端输出”进行全方位的检测，保证主电源1出现任何故障时且备份电源电压满足条件时都可切入备份电源。同时在主电源1恢复且主电源输入电压、主电源状态、和汇流条电压都满足要求时才能能够切换回主电源1。

更为具体的，所述逻辑判断电路100由比较器、与门、非门、或门组成，其电路图参见图2所示U

参见图2所示，BUS_28V为输出汇流条电压，逻辑判断电路100对其进行检测，例如，当主电源输出26.6V时就不能维持后级用电设备正常工作，当检测到汇流条电压低于26.6V时，比较器输出高电平，判断主电源1故障，一旦出现该故障情况，MAIN_ERROR信号发高，同时当备份电源DC_IN电压大于21.4V时，可以立即由主电源1切换为备份电源。

同时，逻辑判断电路100还需对备份电源输入电压进行采样判断，例如，当备份电源输入电压大于21.4V时，说明备份电源可以切入进行供电，否则即使满足主电故障的条件备份电源也是不准切入的。当备份电源工作时，其工作范围最低可达到17.7V，此时DC_ON信号为高电平，与另一个门槛为17.7V的备份电源输入电压检测电路进行“线与”，只有DC_ON为高时17.7V的输入电压检测电路才能参与逻辑判断，再与21.4V的检测信号进行“或”逻辑处理，得到备份电源的判断逻辑。因此得到备份电源输入电压可用的逻辑为：备份电源未切入时其输入电压大于21.4V时备份电源可用；备份电源工作时，输入大于17.7V时备份电源可用，当备份电源输入小于17.7V时，备份电源输入故障，比较器U8翻转，备份电源关断。

当MAIN_AVAIL指示主电源1恢复正常时，可以使DC_ON经过9S后，翻转为低电平，备份电源切除，功率输出切回至主电源1。

参见图1所示，所述单向延迟电路200的输出端分别与所述备份电源的输入开关3和备份电源DC-DC变换器4的使能端连接，用于依据所述切换指令向所述输入开关3输出开关信号和向所述备份电源DC-DC变换器4输出使能信号。

进一步地，所述单向延迟电路中设置开通不延迟关断延迟的切换逻辑，实现“迅速开通、延迟关断”的特性，保证主电源1掉电时立即切入备份电源，和主电源1恢复时由备份电源切回至主电源1时有充足的启动时间，确保输出不中断。

更为具体的，单向延迟电路包括单向延迟处理芯片，参见图3所示，N

输入开关3参见图4所示，N2为输入开关驱动器，V

其中，所述充放电电路的输入端与所述主电源1连接，输出端与所述备份电源的功率回路连接，充放电电路用于在主电源1向备份电源切换，或者备份电源向主电源1切换时进行放电，以实现供电不间断的功能。所述充放电电路包括第一充放电电路、第二充放电电路。所述第一充放电电路的输入端与所述主电源的功率回路的输出端连接，输出端与所述备份电源DC-DC变换器的功率回路的输入端连接；所述第二充放电电路的输入端与所述主电源的输出端连接，输出端与所述备份电源DC-DC变换器的功率回路的输出端连接。

更进一步地，所述第一充放电电路和所述第二充放电电路的结构相同，均包括储能电容、充电限流电阻，即参见图1所示，第一充放电电路上具有串联的储能电容C

优选地，为了避免电流在所述第一充放电电路和所述第二充放电电路撒上出现逆流情况，所述第一充放电电路和所述第二充放电电路还包括放电二极管，所述放电二极管与所述充电限流电阻并联后与储能电容串联，参见图1所示，第一充放电电路上设有二极管D

在一个改进的实施例中，参见图1所示，切换电路还包括防反灌电路300，所述防反灌电路300的输入端与所述备份电源DC-DC变换器4的输出端连接，输出端与汇流条2连接。

进一步地，由于备份电源切换至主电源时需要延迟一定的时间，为了保证在主电源1启动过程中备份电源正常工作，且主电源1不受备份电源输出影响，主电源与备份电源须设计输出防反灌电路300，所述防反灌电路300包括防反MOS管控制芯片和备份电源输出防反MOS管，参见图5所示，D

本发明实施例实现了如下技术效果：

1.通过切换电路中逻辑判断电路的设计，采用逻辑判断电路(也可以称之为输入选通、切换电路)，能够对采集的备份电源的输入，和主电源的主输入、输出和自身状态进行明确的判定，对主电源的工作状态进行检测，判断是否切入或切出备份电源并输出切换指令。

2.通过切换电路中单向延迟电路的设计，当判断主电源的工作状态为掉电时，可以向单向延迟电路输出切换指令，迅速将备份电源切入到功率回路，同时储能电容提供切换过程中的功率维持功能；当主电源恢复时，当单向延迟电路会收到切换指令时，会延迟7～11秒后进行切换动作，以保证主电源完全启动后切除备份电源。

3.通过切换电路中充放电电路的设计，能够在主电源向备份电源切换，或者备份电源向主电源切换时进行放电，以实现供电不间断的功能，同时在备份电源处于备份状态时，通过主电源经汇流条向充放电电路进行充电储能。

以上仅为本发明的优选实施例，不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。