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1. (WO2019042334) POWER SWITCHING SYSTEM AND METHOD
Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8  

附图

1   2   3   4   5   6  

说明书

发明名称 : 电源切换系统及方法

技术领域

[0001]
本公开涉及(但不限于)通信领域。

背景技术

[0002]
在相关技术中,在切换至备用电源后,由于二极管串接在备用电源至用电设备的电路中,这样在二极管的压降导致二极管自身损耗较大,从而降低了备用电源(例如,备用电池)的利用率。由于备用电池只是在特殊场景下才工作,一般电池的容量都不是很大。例如,对于车载设备,只是在主电源被盗或由于交通事故被撞坏时,才由备用电池供电,以用于紧急呼救。由于备用电池容量有限,因此对备用电池的有效利用要求更高。
[0003]
发明内容
[0004]
根据本公开的一个实施例,提供了一种电源切换系统,包括:主电源子系统,其连接至用电设备,用于向第一MOS管的栅极发送第一控制信号;以及备用电源子系统,其通过第一二极管或者第二MOS管连接至所述用电设备,其中,所述第二MOS管的栅极连接至所述第一MOS管的源极,其中,所述主电源子系统和所述备用电源子系统用于为所述用电设备供电。
[0005]
根据本公开的另一个实施例,还提供了一种电源切换方法,包括:在主电源子系统工作时,向第一MOS管发送指示低电平的第一工作信号,所述第一MOS管接收到指示低电平的第一工作信号后截止,所述第二MOS管截止,并且所述第一二极管截止;在所述主电源子系统断电后,所述第一二极管导通,所述备用电源子系统通过所述第一二极管为所述用电设备供电;以及在所述主电源子系统断电后,向所述第一MOS管发送指示高电平的第一断电信号,所述第一MOS管接收到指示高电平的第一断电信号后导通,所述第二MOS管导通,所述备用电源子系统通过所述第二MOS管为所述用电设备供电。
[0006]
根据本公开的另一个实施例,还提供了一种电源切换方法,包括:在备用电源子系统工作时,向第三MOS管发送指示低电平的第二工作信号,所述第三MOS管接收到指示低电平的第二工作信号后截止,第四MOS管截止,并且第二二极管截止;在所述备用电源子系统断电后,所述第二二极管导通,所述主电源子系统通过所述第二二极管为所述用电设备供电;以及在所述备用电源子系统断电后,向所述第三MOS管发送指示高电平的第二断电信号,所述第三MOS管接收到指示高电平的第二断电信号后导通,所述第四MOS管导通,所述主电源子系统通过所述第四MOS管为所述用电设备供电。

附图说明

[0007]
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解,构成本公开的一部分,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的不当限定。在附图中:
[0008]
图1是相关技术中的电路结构原理图;
[0009]
图2是根据本公开实施例的双路电源自动切换的电路装置的系统框图;
[0010]
图3是根据本公开实施例的自动切换电源的状态切换图;
[0011]
图4是根据本公开另一实施例的双路电源自动切换的电路装置的系统框图;
[0012]
图5是根据本公开另一实施例的双路电源自动切换的电路装置的系统框图;以及
[0013]
图6是根据本公开实施例的电源切换方法的流程图;

具体实施方式

[0014]
本申请文件的实施例可以应用于多电源进行供电的电路系统,在保证了供电连续性的情况下,避免了二极管损耗备用电源电量。
[0015]
图1是相关技术(申请号为201120427520.2的实用新型申请)中的电路结构原理图。
[0016]
如图1所示,一种自动无缝切换式双电源电路可以包括场效应 管Q2、二极管D9、二极管D14、开关K2和电感L6。场效应管Q2的漏极与二极管D9的阳极电连接,二极管D9的阴极经开关K2连接至电感L6,电感L6的输出端与外部用电设备连接。二极管D14的阴极电连接在二极管D9与开关K2之间的电路上,场效应Q2的栅极以及二极管D14的阳极分别与外部电源连接,并且场效应管Q2的源极与电池电源连接。
[0017]
相关技术中,在备用电源之路通常只是串接一个二极管来实现无缝切换。这样,在备用电源和主电源同时存在时,一方面防止主电源的电力倒灌给备用电源;另一方面由于二极管导通需要一定的导通电压,因此当两个电源同时存在时,优先使用主电源供电。当主电源移除时,二极管只要满足电压导通条件就可以立即工作,不存在时延,无软件干预,完全硬件实现无缝切换。
[0018]
在相关技术中,在切换至备用电源后,二极管串接在备用电源至用电设备的电路中,从而二极管的压降导致二极管自身损耗较大,降低了备用电源(例如,备用电池)的利用率。
[0019]
本公开的技术方案旨在解决由于二极管功耗大导致大量损耗电源功率的问题。
[0020]
下面结合附图对本公开实施例进行详细说明。
[0021]
图2是根据本公开实施例的双路电源自动切换的电路装置的系统框图。
[0022]
如图2所示,根据本公开实施例的电路装置包括四个部分:主电源子系统、备用电源子系统、电源切换子系统和用电设备子系统。主电源子系统将主电源转换为系统电源,用于系统从主电源取电。备用电源子系统将备用电源转换为系统电源,用于系统从备用电源取电。电源切换子系统根据各个电源的状态,自动控制主电源和备用电源的相互切换。用电设备子系统是整个装置各耗电部分的集合。
[0023]
如图2所示,电源切换子系统用于控制主电源和备用电源之间的切换。当主电源移除时,系统供电电压逐渐降低,当电压低至满足第一二极管VD1正向导通条件时,第一二极管VD1导通,由备用电源给系统设备供电,实现电源的自动无缝切换。在主电源移除的同时, 控制信号POWER_GOOD_CTL输出为高电平,第一MOS管VT1导通,使得第二MOS管VT2的栅极电位被拉低,以满足第二MOS管VT2的导通条件,使得第二MOS管VT2导通。由于第二MOS管VT2的导通电阻非常小(一般小于10毫欧),这样第二MOS管VT2上的压降也非常小,基本可以忽略,此时第一二极管VD1截止,备用电源输出的电流由第二MOS管VT2流过。此时备用电源供电支路上的功率损耗非常小。若备用电源支路电流为3安培,则相关技术的方案中二极管的压降为0.45伏,这样功率损耗为1.35瓦,与之相比,本实施例中第二MOS管VT2导通电阻为10毫欧,其功率损耗为0.09瓦。根据本实施例的功率损耗是现有技术功率损耗的约1/15,大幅度降低额外的功率损耗,使备用电源的利用率大幅度提高。
[0024]
根据本公开实施例,第一MOS管VT1可以为NMOS管,第二MOS管VT2可以为PMOS管。
[0025]
根据本公开实施例,第二MOS管VT2的源极和漏极中的一者可以连接至备用电源子系统,第二MOS管VT2的源极和漏极中的另一者可以连接至用电设备。
[0026]
根据本公开实施例,用电设备子系统可以为车载新能源智能车载终端TBOX(TelematicsBOX),主电源子系统可以包括12伏主电源及将12伏电压转换为5伏系统电压的降压电路,以完成对主电源的保护、滤波、检测等预处理。降压电路可以将12伏电压转换为系统需要的5伏电压。备用电源子系统可以包括备用电源(例如,备用电池)及将备用电池电压转换为5伏系统电压的升压电路,以完成对备用电池的保护、滤波、检测等预处理。升压电路将电池电压转换为系统需要的5伏电压。电源切换子系统可以包括第一二极管VD1、第二PMOS管VT2、第一NMOS管VT1及电阻R1和R2。第一二极管VD1完成电源无缝切换,在切换完成后,第二PMOS管VT2的导通电阻非常小,以减小备用电源支路的功率损耗。用电设备子系统可以包括LTE模块、微控制器及其他外设等装置。LTE模块可以实现汽车联网、电话等功能。微控制器管理外设、LTE模块及车载电脑之间协同工作。其他外设可以包括麦克风、喇叭等语音设备,以实现娱乐及电话功能。
[0027]
根据本公开实施例,自动控制供电可以包括三种状态:两电源状态、主电源移除状态和主电源恢复状态。
[0028]
图3是根据本公开实施例的自动切换电源的状态切换图。
[0029]
参见图3,自动控制供电在两电源状态、主电源移除状态、主电源恢复状态三个状态间切换。
[0030]
一般情况下,车载终端TBOX都工作在两电源状态,即,主电源和备用电源都存在,升压电路和降压电路输出同样大小的系统电压,控制信号POWER_GOOD_CTL输出为低电平,以用于指示当前主电源在工作。当控制信号POWER_GOOD_CTL输出为低电平时,第一MOS管VT1截止;第二MOS管VT2的栅源极电压差为零,因此第二MOS管VT2截止;第一二极管VD1两端电压相同,不满足导通条件,因此第一二极管VD1截止。由于第一二极管VD1和第二MOS管VT2都截止,此时由主电源给系统设备供电。
[0031]
由于主电源被盗、严重亏电、意外损坏等原因,进入主电源移除状态。当主电源移除时,系统供电电压逐渐降低,当电压低至满足第一二极管VD1的正向导通条件时,第一二极管VD1导通,并且由备用电源给系统设备供电,以实现电源的自动无缝切换。在主电源移除的同时,控制信号POWER_GOOD_CTL输出为高电平,以用于指示当前主电源处于断电状态。当控制信号POWER_GOOD_CTL输出为高电平时,第一MOS管VT1导通;第二MOS管VT2栅极电位被拉低,以满足第二MOS管VT2的导通条件,使得第二MOS管VT2导通;由于第二MOS管VT2的导通电阻非常小(小于10毫欧),这样第二MOS管VT2上的压降也非常小,基本可以忽略,此时第一二极管VD1截止,备用电源输出的电流由第二MOS管VT2流过。此时备用电源供电支路上的功率损耗非常小,备用电源能量利用率大幅度提高。
[0032]
当主电源恢复时,进入主电源恢复状态。控制信号POWER_GOOD_CTL输出为低电平,第一MOS管VT1截止,第二MOS管VT2截止,并且第一二极管VD1截止。系统设备由主电源供电,完成电源的自动无缝切换。
[0033]
图4是根据本公开另一实施例的双路电源自动切换的电路装置 的系统框图。
[0034]
如图4所示,与图2所示的实施例相比,第二MOS管VT2的漏极和源极进行了对调,其余部分不变。
[0035]
图5是根据本公开另一实施例的双路电源自动切换的电路装置的系统框图。
[0036]
如图5所示,与图2所示的实施例相比,在主电源支路也添加类似的自动切换控制电路。备用电源支路与主电源主路的控制逻辑相反,其余部分不变。
[0037]
参见图5,主电源子系统通过第二二极管VD2或者第四MOS管VT4连接至用电设备。第四MOS管VT4的栅极连接至第三MOS管VT3的源极,第三MOS管VT3的栅极用于接收主电源子系统发送的第二控制信号。
[0038]
根据本公开实施例,第四MOS管VT4的源极和漏极中的一者可以连接至主电源子系统,第四MOS管VT4的源极和漏极中的另一者可以连接至用电设备。
[0039]
图6是根据本公开实施例的电源切换方法的流程图。
[0040]
参见图2和图6,根据本公开实施例的电源切换方法可以包括步骤S602至S606。
[0041]
在步骤S602,在主电源子系统工作时,向第一MOS管VT1发送指示低电平的第一工作信号,第一MOS管VT1接收到指示低电平的第一工作信号后截止,第二MOS管VT2截止,并且第一二极管VD1截止。
[0042]
在步骤S604,在主电源子系统断电后,第一二极管VD1导通,备用电源子系统通过第一二极管VD1为用电设备供电。
[0043]
在步骤S606,在主电源子系统断电后,向第一MOS管VT1发送指示高电平的第一断电信号,第一MOS管VT1接收到指示高电平的第一断电信号后导通,第二MOS管VT2导通,备用电源子系统通第二MOS管VT2为用电设备供电。
[0044]
根据本公开实施例,在主电源突然断电等情况下,由于第一二极管VD1导通,备用电源可以第一时间通过第一二极管VD1进行供电,保证了设备用电连续性。随后,由于第二MOS管VT2导通,备用电源 通过第二MOS管VT2进行供电,不再通过第一二极管VD1进行供电,避免了二极管的电量损耗。解决了相关技术中在使用二极管切换供电电源过程中,由于二极管功耗大导致大量损耗电源功率的问题。
[0045]
参见图5,根据本公开实施例的电源切换方法还可以包括:在备用电源子系统工作时,向第三MOS管VT3发送指示低电平的第二工作信号,第三MOS管VT3接收指示低电平的第二工作信号后截止,第四MOS管VT4截止,并且第二二极管VD2截止;在备用电源子系统断电后,第二二极管VD2导通,主电源子系统通过第二二极管VD2为用电设备供电;以及在备用电源子系统断电后,向第三MOS管VT3发送指示高电平的第二断电信号,第三MOS管VT3接收到指示高电平的第二断电信号后导通,第四MOS管VT4导通,主电源子系统通过第四MOS管VT4为用电设备供电。
[0046]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已,并不用于限制本公开,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。

权利要求书

[权利要求 1]
一种电源切换系统,包括: 主电源子系统,其连接至用电设备,用于向第一MOS管的栅极发送第一控制信号;以及 备用电源子系统,其通过第一二极管或者第二MOS管连接至所述用电设备,其中,所述第二MOS管的栅极连接至所述第一MOS管的源极, 其中,所述主电源子系统和所述备用电源子系统用于为所述用电设备供电。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的系统,其中,所述第一MOS管为NMOS管,所述第二MOS管为PMOS管。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的系统,其中,所述主电源子系统的输出电压经过降压电路转换至系统所需电压,并且所述备用电源子系统的输出电压经过升压电路转换至系统所需电压。
[权利要求 4]
根据权利要求1所述的系统,其中,所述第二MOS管的源极和漏极中的一者连接至所述备用电源子系统,所述第二MOS管的源极漏极中的另一者连接至所述用电设备。
[权利要求 5]
根据权利要求1所述的系统,其中, 所述主电源子系统通过第二二极管或者第四MOS管连接至所述用电设备,其中,所述第四MOS管的栅极连接至第三MOS管的源极,所述第三MOS管的栅极用于接收所述主电源子系统发送的第二控制信号。
[权利要求 6]
根据权利要求5所述的系统,其中,所述第四MOS管的源极和漏极中的一者连接至所述主电源子系统,所述第四MOS管的源极和 漏极中的另一者连接至所述用电设备。
[权利要求 7]
一种电源切换方法,应用于权利要求1至6中任一项所述的电源切换系统,包括: 在所述主电源子系统工作时,向所述第一MOS管发送指示低电平的第一工作信号,所述第一MOS管接收到指示低电平的第一工作信号后截止,所述第二MOS管截止,并且所述第一二极管截止; 在所述主电源子系统断电后,所述第一二极管导通,所述备用电源子系统通过所述第一二极管为所述用电设备供电;以及 在所述主电源子系统断电后,向所述第一MOS管发送指示高电平的第一断电信号,所述第一MOS管接收到指示高电平的第一断电信号后导通,所述第二MOS管导通,所述备用电源子系统通过所述第二MOS管为所述用电设备供电。
[权利要求 8]
一种电源切换方法,应用于权利要求6所述的电源切换系统,包括: 所述备用电源子系统工作时,向所述第三MOS管发送指示低电平的第二工作信号,所述第三MOS管接收到指示低电平的第二工作信号后截止,所述第四MOS管截止,并且所述第二二极管截止; 在所述备用电源子系统断电后,所述第二二极管导通,所述主电源子系统通过所述第二二极管为所述用电设备供电;以及 在所述备用电源子系统断电后,向所述第三MOS管发送指示高电平的第二断电信号,所述第三MOS管接收到指示高电平的第二断电信号后导通,所述第四MOS管导通,所述主电源子系统通过所述第四MOS管为所述用电设备供电。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]