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CN101312303B - 电源切换装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源切换装置包括选择单元，检测单元与所述选择单元相连。第一电压源分别与检测单元及选择单元相连，第二电压源与选择单元相连。检测单元用于判断所述第一电压源是否可用，选择单元包括第一晶体三极管、第二晶体三极管、第三晶体三极管、微控制器及逻辑与门。当检测单元与微控制器的第一控制端同时控制逻辑与门的输出以使第一晶体三极管导通时，第二晶体三极管导通，微控制器的第二控制端控制第三晶体三极管截止，选择单元选择第一电压源输出。当检测单元与微控制器的第一控制端同时控制逻辑与门的输出以使第一晶体三极管截止时，第二晶体三极管截止，微控制器的第二控制端控制第三晶体三极管导通、选择单元选择所述第二电压源输出。

Description

电源切换装置
技术领域
本发明涉及一种电源切换装置，尤其涉及一种可在外部接口电源与内部电池电源之间切换的电源切换装置。
背景技术
在计算机领域中，通用串行总线设备(USB设备)由于支持热插拔、扩展方便及传输速度较快等优点而得到越来越广泛的的应用。例如，USB硬盘、USB光驱，USB软驱、打印机及数码相机等多种电子设备使用USB作为辅助电源越来越普及。对于如数码相机，摄影机，投影仪等一些便携式的电子产品更多的需要使用双电源装置，这些有USB外设的电子产品USB的电流驱动能力差异很大。
目前，一般采用如图1所示的双电源电路100，该双电源电路100包括一个稳压二极管D1、一个电阻R1及一个晶体三极管Q1。
所述晶体三极管Q1的发射极与一个电池电源端10相连，所述晶体三极管Q1的集电极为所述双电源电路100的输出端11。所述稳压二极管D1的正极与一个USB辅助电源端12相连，所述稳压二极管D1的正极与所述晶体三极管Q1的基极相连并经电阻R1接地，所述稳压二极管D1的负极连接至所述电源切换电路100的输出端11。所述输出端11为负载供电。
假设所述电池电源端10接入的电池电源电压值为U1，所述USB辅助电源端12接入的USB辅助电源电压值为U2。当所述双电源电路100中使用所述USB辅助电源供电给负载时，所述稳压二极管D1在所述USB辅助电源12的作用下导通，此时所述晶体三极管Q1截止，所述双电源电路100的负载在所述USB辅助电源12的作用下工作。然而，当所述双电源电路100在所述USB辅助电源12供电给负载的工作过程中，由于负载的变化或者电压不稳等原因会出现电流增大，此时由于所述稳压二极管D1的稳压作用，所述稳压二极管D1的电压变化很小。所述晶体三极管Q1无法导通而切换至辅助电源，所述USB辅助电源的电压值U2减小而无法满足电路负载工作时，所述晶体三极管Q1处于截止状态而无法供电给负载，这样所述双电源电路100不能保证负载正常工作甚至所述电池电源及所述USB辅助电源12被损坏。
由以上分析可知，在内部电源与外设电源这种双电源供电的情况下，正常情况下外设电源提供给负载稳定的工作电压。当电路负载变化，电路中所需要的工作电流也瞬间增高时，外设电源无法提供工作电流的情况下，如果不能立即切换至内部电源工作，外设电源容易烧坏，不能供电给负载正常工作。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能在双电源供电时可以瞬间切换电源的电源切换装置。
一种电源切换装置，其包括一个选择单元，一个检测单元与所述选择单元相连。一个第一电压源分别与所述检测单元及所述选择单元相连，一个第二电压源与所述选择单元相连。所述检测单元用于判断所述第一电压源是否可用，所述选择单元包括一个第一晶体三极管、一个第二晶体三极管、一个第三晶体三极管、一个微控制器及一个逻辑与门。所述微控制器具有一个第一控制端与一个第二控制端。所述检测单元与所述微控制器的第一控制端同时控制所述逻辑与门的输出。所述逻辑与门用于控制所述第一晶体三极管的导通与截止。所述第一晶体三极管用于控制所述第二晶体三极管的导通与截止。所述微控制器的第二控制端用于控制所述第三晶体三极管的导通与截止，当所述检测单元与所述微控制器的第一控制端同时控制所述逻辑与门的输出以使所述第一晶体三极管导通时，所述第二晶体三极管导通，所述微控制器的第二控制端控制所述第三晶体三极管截止，所述选择单元选择所述第一电压源输出。当所述检测单元与所述微控制器的第一控制端同时控制所述逻辑与门的输出以使所述第一晶体三极管截止时，所述第二晶体三极管截止，所述微控制器的第二控制端控制所述第三晶体三极管导通，所述选择单元选择所述第二电压源输出。
相较于现有技术，所述电源切换装置可以在第一电压源与第二电压源之间切换，保证负载变化或者电压不稳定的情况下负载能正常工作，也不会影响所述电源切换装置的第一电压源与第二电压源。
附图说明
图1为现有的一种电源切换装置的电路图。
图2为本发明第一实施例的电源切换装置的电路图。
图3为本发明第二实施例的电源切换装置的电路图。
具体实施方式
请参阅图2，其为本发明第一实施例的电源切换装置200，该电源切换装置200包括一个检测单元24及一个选择单元30。所述检测单元24包括一个检测端26与一个控制端28。所述选择单元30包括一个第一晶体三极管Q11、一个第二晶体三极管Q12及一个第三晶体三极管Q13。
所述检测单元24的检测端26与一个USB辅助电源端22相连，所述检测单元24的控制端28分别与所述第一晶体三极管Q11的基极与所述第三晶体三极管Q13的基极相连。
所述第一晶体三极管Q11的集电极与所述第二晶体三极管Q12的基极相连，所述第一晶体三极管Q11的发射极接地。所述第二晶体三极管Q12的发射极与所述USB辅助电源端22相连，所述第二晶体三极管Q12的集电极与所述第三晶体三极管Q13的集电极相连并共同连至所述电源切换装置200输出端32。所述第三晶体三极管Q13的发射极与一个电池电源端20相连。
所述检测单元24的功能是对所述检测端26输入的电压值与其内部预设的检测电压值进行比较，所预设的检测电压的选取根据工作电路来确定。当检测端26输入的电压值大于检测电压值时，所述检测单元24的控制端28的输出信号为高电平，当检测端26输入的电压值小于检测电压值时，所述检测单元24的控制端28的输出信号为低电平。所述检测单元24可以为比较器、或者其他具有比较功能的电路或者元件。
本实施例中，所述检测单元24对所述USB辅助电源端22输入的电压值进行判断。当所述USB辅助电源的电压值大于所述检测单元24的检测电压值时，所述检测单元24的控制端28的输出为高电平信号，此时所述USB辅助电源的电压值可以满足外部负载的需要。此时所述第一晶体三极管Q11导通，所述第一晶件三极管Q11的导通控制所述第二晶体三极管Q12导通。所述控制端28的输出为高电平信号时所述第三晶体三极管Q13截止，此时所述电源切换装置200的输出为所述USB辅助电源的电压，即所述USB辅助电源工作而所述电池电源不工作。
在所述USB辅助电源工作时，由于负载的变化或者电压不稳等原因，所述电源切换装置200的电流升高，所述USB辅助电源的电压值下降直至所述USB辅助电源的电压值无法满足外部负载的需要。此时所述USB辅助电源的电压值小于所述检测单元24的检测电压值，所述检测单元24的控制端28的输出为低电平信号并控制所述第一晶体三极管Q11截止，所述第一晶体三极管Q11的截止控制所述第二晶体三极管Q12截止。所述控制端28的输出为低电平信号时控制所述第三晶体三极管Q13导通。此时所述电源切换装置200的输出为所述电池电源的电压，即所述电池电源工作而所述USB辅助电源不工作。
在所述电池电源工作时。由于负载的变化或者电压不稳等原因，所述电源切换装置200的电流降低，所述USB辅助电源的电压值升高直至所述检测单元24的控制端28的输出为高电平信号，所述检测单元24判断所述USB辅助电源可满足负载工作。此时所述检测单元24的控制端28输出的高电平信号控制所述第一晶体三极管Q11导通，所述第一晶体三极管Q11的导通控制所述第二晶体三极管Q12导通。所述控制端28的输出为高电平信号时控制所述第三晶体三极管Q13截止。此时所述电源切换装置200的输出为所述USB辅助电源，即所述USB辅助电源工作而所述电池电源不工作。
可以理解，所述第三晶体三极管Q13的基极同时还可通过一个电阻接地，从而可通过调节电阻的值来调整所述第三晶体三极管Q13的基极电压，增强所述电源切换装置200的灵活性。
可以理解，所述第二晶体三极管Q12的发射极还可通过一个电容与电感并联的电路与其基极相述，可以对所述电源切换装置200的切换工作起缓冲作用。
可以理解，所述晶体三极管可以为晶体管-晶体管逻辑电路器件或互补金属氧化物半导体器件等具有开关功能的电子元件及电路。
本实施例的电源切换装置200在所述电池电源与所述USB辅助电源之间进行切换供电给负载。保证在所述电源切换装置200由于负载的影响或者电压不稳定的精况下负载正常工作、同时不影响所述电池电源与所述USB辅助电源。
请参阅图3，其为本发明第二实施例的电源切换装置300，该电源切换装置300包括一个检测单元45及一个选择单元60。
所述检测单元45包括一个检测端46与一个输出端48。所述选择单元60包括一个微控制器50，一个逻辑与门54、一个第一电阻R2、一个第二电阻R3、一个第一晶体三极管Q21、一个第二晶体三极管Q22及一个第三晶体三极管Q23。所述逻辑与门52包括一个第一二极管D3及一个第二二极管D4。所述微控制器50具有一个输入端53、一个第一控制端51及一个第二控制端52。
所述检测单元45的检测端46与一个USB辅助电源端42相连，所述检测单元45的输出端48分别连至所述第一二极管D3的正极及所述微控制器50的输入端53，所述第一电阻R2的两端分别连至所述第一二极管D3的负极与所述第一晶体三极管Q21的基极，所述第二电阻R3的两端分别连至所述第一晶体三极管Q21的基极与发射极，所述第一晶体三极管Q21的发射极接地。所述第一晶体三极管Q21的集电极与所述第二晶体三极管Q22的基极相连，所述第二晶体三极管Q22的发射极与所述USB辅助电源端42相连。
所述微控制器50的第一控制端51与所述第二二极管D4的负极相连，所述第二二极管D4的正极与所述第一二极管D3的负极相连并一同连至第一电阻R2。所述微控制器50的第二控制端52与所述第三晶体三极管Q23的基极相连。所述第三晶体三极管Q23的发射极与一个电池电源端40相连，所述第三晶体三极管Q23的集电极与所述第二晶体三极管Q22的集电极相连并共同连至所述电源切换装置300的输出端70。
所述检测单元45的功能与本发明第一实施例中的检测单元24功能及原理相同。所述微控制器50的功能是当输入端53的输入为高电平信号时，所述第一控制端51及第二控制端52的输出均为高电平信号。此后如果所述微控制器50的输入端53的输入为低电平信号时，所述第一控制端51及第二控制端52的信号均跳变为低电平信号。跳变一次后，所述微控制器50的第一控制端51及一个第二控制端52的输出均一直为低电平信号，直到有外部控制单元如CPU等可发出控制信号的控制装置，控制所述微控制器50重新可以开始进行高低电平信号转换。
当所述USB辅助电源端42输入的USB辅助电源的电压值大于所述检测单元45内预设的检测电压值时，所述检测单元45的输出端48输出为高电平信号，所述第一二极管D3正极的信号为高电平，所述第一二极管D3导通。此时，所述微控制器50的输入端53为高电平信号，所述微控制器50的第一控制端51与第二控制端52的输出同时为高电平信号，所述第二二极管D4负极的信号为高电平，所述第二二极管D4截止。此时所述逻辑与门54的输出为高电平信号并控制所述第一晶体三极管Q21导通，所述第一晶体三极管Q21的导通控制所述第二晶体三极管Q22导通，所述USB辅助电源接至所述电源切换装置300的输出端70。所述第二控制端52的输出信号为高电平时所述第三晶体三极管Q23截止，此时所述电源切换装置200的输出为所述USB辅助电源的电压，即所述USB辅助电源工作而所述电池电源端40输入的电池电源不工作。
在所述USB辅助电源工作时，由于负载的变化或者电压不稳等原因，所述电源切换装置300的电流升高，所述USB辅助电源的电压值下降，当所述USB辅助电源的电压值下降直至不能满足外部负载的需要时，所输入的USB辅助电源的电压值小于所述检测单元45的检测电压值，所述检测单元45的控制端48的输出为低电平信号，所述第一二极管D3正极的信号为低电平，所述第一二极管D3截止。所述微控制器50的第一控制端51与所述第二控制端52的输出同时为低电平信号，所述第二二极管D4正极与负极的信号均为低电平，所述第二二极管D4截止。此时所述逻辑与门54的输出为低电平信号并控制所述第一晶体三极管Q21截止，所述第一晶体三极管Q21截止同时控制所述第二晶体三极管Q22截止。所述第二控制端52的输出信号为低电平时控制所述第三晶体三极管Q23导通。所述电池电源接至所述电源切换装置300的输出端70，此时所述电源切换装置300的输出为电池电源的电压，即所述电池电源工作而所述USB辅助电源不工作。
同第一实施例，当所述电源切换装置300的电流降低，所述USB辅助电源的电压值升高直至大于所述检测单元45的检测电压值时，所述USB辅助电源可满足外部负载工作。所述检测单元45的控制端48的输出为高电平信号，所述第一二极管D3的正极信号为高电平，所述第一二极管D3导通。所述微控制器50的输入端53的输入为高电平信号，此时所述微控制器50的第一控制端51与所述第二控制端52输出的同时继续为低电平信号，所述第二二极管D4的负极信号为低电平，其正极信号为高电平，所述第一二极管D3与所述第二二极管D4均导通，电流经D3流至D4。此时所述逻辑与门54的输出信号仍然为低电平并控制所述第一晶体三极管Q21截止，所述第一晶体三极管Q21的截止控制所述第二晶体三极管Q22截止。所述第二控制端52的输出为低电平信号时控制所述第三晶体三极管Q23导通。所述电池电源接至所述电源切换装置300的输出端70，此时所述电源切换装置300的输出为所述电池电源的电压，即所述电池电源工作而所这USB辅助电源不工作。直至有外部控制单元如CPU等可发出控制信号的控制装置，控制所述微控制器50重新可以开始进行高低电平信号转换，所述电池电源与所述USB辅助电源可重新进行切换。
可以理解，所述第三晶体三极管Q23的基极同时还可通过一个电阻接地，从而可通过调节电阻的值来调整所述第三晶体三极管Q23的基极电压，增强所述电源切换装置300的灵活性。
可以理解，所述第二晶体三极管Q22的发射极还可通过一个电容与电感并联的电路与其基极相连，可以对所述电源切换装置300的切换工作起到缓冲作用。
可以理解，所述晶体三极管可以为晶体管-晶体管逻辑电路器件或互补金属氧化物半导体器件等具有开关功能的电子元件及电路，
可以理解，所述逻辑与门可以为二极管、晶体三极管或互补金属氧化物半导体。
本实施例的电源切换装置300在负载的影响或者电压不稳定的情况下可以进行一次所述USB辅助电源与所述电池电源之间的切换，保证负载正常工作，同时不影响所述电池电源及所述USB辅助电源。此外，所述电源切换装置300还包括一个微控制器50，当所述电源切换装置300实现一次切换电源后，所述微控制器50不再随着输入端为高/低电平信号而跳变为高/低电平信号，一直到所述USB辅助电源稳定后，再通过外部控制器控制所述电源切换装置300切换至所述USB辅助电源工作，这样保证在某段时间内电压不稳定时，所述电源切换装置300不会出现反复跳变的情况，避免所述电源切换装置300的交替切换影响甚至损坏所述电源切换装置300。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种电源切换装置，其包括：一个选择单元，一个检测单元与所述选择单元相连；一个第一电压源分别与所述检测单元及所述选择单元相连，一个第二电压源与所述选择单元相连，所述检测单元用于判断所述第一电压源是否可用，所述选择单元包括一个第一晶体三极管、一个第二晶体三极管、一个第三晶体三极管、一个微控制器及一个逻辑与门，所述微控制器具有一个第一控制端与一个第二控制端，所述检测单元与所述微控制器的第一控制端同时控制所述逻辑与门的输出，所述逻辑与门用于控制所述第一晶体三极管的导通与截止，所述第一晶体三极管用于控制所述第二晶体三极管的导通与截止，所述微控制器的第二控制端用于控制所述第三晶体三极管的导通与截止，当所述检测单元与所述微控制器的第一控制端同时控制所述逻辑与门的输出以使所述第一晶体三极管导通时，所述第二晶体三极管导通，所述微控制器的第二控制端控制所述第三晶体三极管截止，所述选择单元选择所述第一电压源输出，当所述检测单元与所述微控制器的第一控制端同时控制所述逻辑与门的输出以使所述第一晶体三极管载止时，所述第二晶体三极管截止，所述微控制器的第二控制端控制所述第三晶体三极管导通，所述选择单元选择所述第二电压源输出。
2.如权利要求1所述的电源切换装置，其特征在于，所述检测单元包括一个检测端与一个输出端，所述逻辑与门的两个输入端分别与所述微控制器的第一控制端及所述检测单元的输出端相连，所述逻辑与门的输出端与所述第一晶体三极管的基极相连，所述第一晶体三极管的发射极接地，所述第一晶体三极管的集电极与所述第二晶体三极管的基极相连，所述第二晶体三极管的发射极与所述第一电压源相连，所述第一电压源由所述第二晶体三极管的集电极输出，所述第三晶体三极管的发射极与所述第二电压源相连，所述第二电压源由所述第三晶体三极管的集电极输出。
3.如权利要求2所述的电源切换装置，其特征在于，所述检测单元的检测端的信号的电平与所述微控制器的第一控制端与第二控制端的信号的电平同步。
4.如权利要求3所述的电源切换装置，其特征在于，所述逻辑与门包括一个第一二极管与一个第二二极管、所述第一二极管的负极与所述检测单元的输出端相连，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极相连并连接至所述第一晶体三极管的基极，所述第二二极管的正极与所述第一控制端相连。
5.如权利要求1所述的电源切换装置，其特征在于，所述逻辑与门为二极管、晶体三极管或互补金属氧化物半导体器件。
6.如权利要求2所述的电源切换装置，其特征在于，所述第一晶体三极管、第二晶体三极管及第三晶体三极管选自晶体管-晶体管逻辑电路器件或互补金属氧化物半导体器件。
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