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CN106100106A - 电源切换电路和用该电路制成的计量仪表 - Google Patents

电源切换电路和用该电路制成的计量仪表 Download PDF

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CN106100106A
CN106100106A CN201610666413.2A CN201610666413A CN106100106A CN 106100106 A CN106100106 A CN 106100106A CN 201610666413 A CN201610666413 A CN 201610666413A CN 106100106 A CN106100106 A CN 106100106A
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CN
China
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power
switch
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王宝
龙志进
杨永江
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Wasion Group Co Ltd
Original Assignee
Wasion Group Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
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  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电源切换电路，包括供电芯片电源单向二极管、备用电源限流电阻、备用电源单向二极管、电源切换开关管、切换开关限流电阻，和电压检测电路；电压检测电路的输入端信号为交流电经过整流滤波后的直流电压信号，电压检测电路的输出端通过所述切换开关限流电阻连接到电源切换开关的控制端。本发明还公开了采用所述的电源切换电路进行电源切换的计量仪表。本发明提供的电源切换电路，能够在交流电源掉电时实现系统电源与备份电源之间的无缝切换，从而提高备份电源的利用效率，延长低功耗设备的使用寿命。本发明提供的计量仪表，备备份电源利用效率高，设备可靠性高，功耗低的特点。

Description

电源切换电路和用该电路制成的计量仪表
技术领域
本发明具体涉及一种电源切换电路和用该电路制成的计量仪表。
背景技术
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，自动化技术已经广泛应用于人们的生产和生活中，同时也发挥着巨大的作用，给人们带来了极大的便利。不间断供电技术因其能够为设备的电源进行不间断的电能供应，因此广泛应用于各类重要设备的供电方面，也广泛应用于各类设备的电控系统的供电当中。
目前，在设备电控系统的电源供电当中，主要存在两类主要的电源切换方案。
如图1所示为常用的电源切换第一方案：BAT为低功耗锂-亚电池用于提供备用电源电压3.6V，V3P3SYS为交流电经整流后再通过电源芯片U2得到的电源电压3.3V。电源信号V3P3SYS主要由图2所述的电路提供，图2中的电源主要分为3级，第一级为经过AC-DC整流后的电源信号（图中标示AC-DC-OUT），第二极为经过滤波电路滤波后的直流母线信号（图中标示VH1），第三级即为通过电源芯片后得到的稳定的供电电源（图中标示V3P3SYS）。图1种，当交流电掉电时，V3P3SYS=0，低功耗电池会通过D2向VBB提供低功耗电源，维持系统工作于低功耗模式。但是，这种切换方案存在一个明显的缺陷，就是低功耗电池的电压3.6V大于V3P3SYS电压3.3V，也就是说低功耗电池会优先V3P3SYS给VBB供电，直到电池自身电压低于3.3V时才能正常实现上文中描述的掉电切换动作。这样就造成电池不必要的损耗。根据图3所示锂-亚电池放电曲线可知锂-亚电池的放电曲线在电压低于3.0V以后会变得很陡峭。也就是说，图3所示电路的锂-亚电池的有效放电区间只有3.3V-3.0V之间，实际利用效率仅有50%。
如图4所示为常用的电源切换第二方案：这种方利用V3P3SYS控制P-MOSFET导通与关断的方式规避了方案1中提到的BAT电压优先消耗的问题；图中D1为供电芯片电源单向二极管，R3为备用电源限流电阻，D2备用电源单向二极管，Q1电源切换开关管，R5切换开关限流电阻，V3P3SYS为供电芯片电源，连接供电芯片的输出端，BAT为备用电源，C3为滤波电容。但是这种切换方案也存在严重的缺陷，如图5所示，室温25℃情况下，P-MOSFET导通条件为VGS<-1.2V，即V3P3SYS电压低于2.4V时P-MOSFET才开始导通。这样就出现图6所示VBB电压曲线图（忽略掉管压降因素）。t1时刻以前VBB电压为3.3V，t1时刻开始由于交流电掉电V3P3SYS开始下降并且当VGS<-1.2V时P-MOSFET才导通，导致VBB电压随V3P3SYS电压同步下降。这种现象在BAT由于长期消耗而电压下降以后尤为明显。拐点发生在t2时刻，此时V3P3SYS电压跌至2.4V，VGS电压达到-1.2V，P-MOSFET开始导通，BAT开始给VBB提供电源，VBB电压开始回升。直到t3时刻P-MOSFET完全导通，VBB完全切换到BAT供电。t3时刻以后VBB电压上升至BAT电压3.6V。由于设备的电控系统中存在很多容性负载，t1到t2时刻的持续时间很可能达到几百毫秒甚至是秒级时间，这样在t1到t3时刻之间，会有较长一段时间会出现VBB电压的凹陷区，在这个区域中，整个设备的电控系统会进入停机模式。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够在交流电源掉电时实现系统电源与备份电源之间的无缝切换，从而提高备份电源的利用效率，延长低功耗设备的使用寿命的电源切换电路。
本发明你给的目的之二在于提供一种应用所述电源切换电路进行供电电源切换的计量仪表。
本发明提供的这种电源切换电路，包括供电芯片电源单向二极管、备用电源限流电阻、备用电源单向二极管、电源切换开关管和切换开关限流电阻，还包括电压检测电路；电压检测电路的输入端信号为交流电经过整流滤波后的直流电压信号，电压检测电路的输出端通过所述切换开关限流电阻连接到电源切换开关的控制端。
所述的电压检测电路包括分压电路和电压检测芯片，电压检测芯片的输入引脚通过分压电路连接到电源电路的直流母线上，电压检测芯片的输出引脚通过上拉电阻连接供电芯片电源，同时还通过所述切换开关限流电阻连接到电源切换开关的控制端。
所述的电压检测芯片的输入引脚和输出引脚都通过各自的滤波电容与地连接。
所述的分压电路为电阻分压电路。
所述的电压检测芯片的型号为XC61CN250MR。
本发明还提供了一种应用上述电源切换电路进行电源切换的计量仪表。
本发明提供的这种电源切换电路，通过检测电源模块的直流母线的电压的大小生成控制信号并控制电源的切换，通过检测直流母线的电压从而提前判断交流电掉电事件的到来，因此本发明能够有效解决现有的电源切换方案中备用电池利用效率低，电源切换过程中因电压凹陷引起的电控系统停止工作问题，能够在交流电源掉电时实现系统电源与备份电源之间的无缝切换，从而提高备份电源的利用效率，延长低功耗设备的使用寿命。应用本发明提供的电源切换电路进行电源切换的计量仪表，因为不会再出现电控系统停止或者备用电池利用率低的问题，因此同样具备备份电源利用效率高，设备可靠性高，功耗低的特点。
附图说明
图1为背景技术的第一方案电路原理图。
图2为供电芯片电源的电路原理图。
图3为背景技术的锂-亚电池放电曲线示意图。
图4为背景技术的第一方案电路原理图。
图5为背景技术的P-MOSFET的VGS与ID关系波形图。
图6为背景技术的VBB电压曲线示意图。
图7为本发明的电源切换电路的电路原理图。
具体实施方式
如图7所示为本发明的电路原理图：本发明提供的这种电源切换电路，包括供电芯片电源单向二极管（图中标示D1）、备用电源限流电阻（图中标示R3）、备用电源单向二极管（图中标示D2）、电源切换开关管（图中标示Q1）、切换开关限流电阻（图中标示R5）和电压检测电路；电压检测电路又包括分压电路（图中标示R2和R4）和电压检测芯片（图中标示U1），电压检测芯片的输入引脚通过分压电路连接到电源电路的直流母线（图中标示VH1）上，电压检测芯片的输出引脚通过上拉电阻（图中标示R1）连接供电芯片电源（图中标示V3P3SYS），同时还通过所述切换开关限流电阻连接到电源切换开关的控制端；电压检测芯片的输入引脚和输出引脚都通过各自的滤波电容（图中标示C1和C2）与地连接。电压检测芯片的型号为XC61CN250MR。
如图2所示，AC-DC-OUT是开关电源或变压器的输出电压，经C5、C6、L8组成的∏型滤波电路后产生电压VH1，电能表电路中VH1电压取值一般为8~24V。VH1经DC-DC降压芯片U2后形成系统电源V3P3SYS。保证芯片U2的输入电压满足要求，则可以保证稳定输出V3P3SYS电压。当交流电掉电时，VH1电压值会首先下降，下降到U2的工作门限电压以后，V3P3SYS开始下降。因此本发明通过检测VH1的方法，提前预知交流电掉电信号的到来。在VH1跌落到U2的工作门限电压前，将图7中的低功耗电源切换电路中的P-MOSFET一个开启的信号，就可以完美背景技术中t1到t2时段的VBB电压凹陷,也就不会有t2到t3时段的电源恢复期。
图7所示的电路，其工作原理为：U1芯片的特性是当输入电压高于2.5V时输出高电平，当输入电压低于2.5V时输出低电平。本发明中调整R2、R4的阻值，使得VH1电压跌落到8V时，U1的输入电压小于2.5V，从而在输出端的V_DROP输出一个低电平。用这个V_DROP电平去控制电路中的P_MOSFET打开，从而实现在V3P3SYS跌落以前就开启P_MOSFET，解决了背景技术中V3P3SYS电源与BAT电源的无缝切换问题。同时当交流电上电时，U1输出高电平，P-MOSFET的VGS>-1.2V，P-MOSFET完全截止，BAT的3.6V电压不会因为高于V3P3SYS电压3.3V而被提前消耗。解决了背景技术中BAT电源被提前消耗的问题。
本发明的电源切换电路可以用于各类型的计量仪表，比如智能热量表、智能水表、智能电表、智能燃气表等；也可以用于其他的任何需要在设备内进行电源切换的电气设备，如配电终端、集中器等。

Claims (6)

1.一种电源切换电路，包括供电芯片电源单向二极管、备用电源限流电阻、备用电源单向二极管、电源切换开关管和切换开关限流电阻，其特征在于还包括电压检测电路；电压检测电路的输入端信号为交流电经过整流滤波后的直流电压信号，电压检测电路的输出端通过所述切换开关限流电阻连接到电源切换开关的控制端。
2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于所述的电压检测电路包括分压电路和电压检测芯片，电压检测芯片的输入引脚通过分压电路连接到电源电路的直流母线上，电压检测芯片的输出引脚通过上拉电阻连接供电芯片电源，同时还通过所述切换开关限流电阻连接到电源切换开关的控制端。
3.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于所述的电压检测芯片的输入引脚和输出引脚都通过各自的滤波电容与地连接。
4.根据权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于所述的分压电路为电阻分压电路。
5.根据权利要求1~4之一所述的电源切换电路，其特征在于所述的电压检测芯片的型号为XC61CN250MR。
6.一种计量仪表，其特征在于采用权利要求1~5所述的电源切换电路进行电源切换。
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