TWI345699B - Power source switching device - Google Patents

Description

1345699 ! 100年04月29日按正替换頁 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種電源切換裝置，尤其涉及一種可於外部 接口電源與内部電池電源之間切換之電源切換裝置。 【先前技術】 [0002] 在電腦領域中，通用串行總線設備（USB設備）由於支持熱 插拔、擴展方便及傳輸速度較快等優點而得到越來越廣 泛應用。例如，USB硬盤、USB光驅、USB軟驅、打印機 及數位相機等多種電子設備使用USB作為輔助電源越來越 普及。對於如數位相機，攝影機，投影儀等一些可檇式 電子產品更需要使用雙電源裝置，此類有USB外設之電子 產品USB之電流驅動能力差異很大。 [0003] 目前，一般採用如圖1所示之雙電源電路100，該雙電源 電路100包括一穩壓二極體D1、一電阻R1及一晶體三極體 Q卜 [0004] 所述晶體三極體Q1之發射極與一個電池電源端10相連， 所述晶體三極體Q1之集電極為所述雙電源電路1 0 0之輸出 端11。所述穩壓二極體D1之正極與一個USB輔助電源端 12相連，所述穩壓二極體D1之正極與所述晶體三極體Q1 之基極相連並經電阻R1接地，所述穩壓二極體D1之負極 連接至所述電源切換電路100之輸出端11。所述輸出端11 為負載供電。 [0005] 假設所述電池電源端10接入之電池電源電壓值為U1，所 述USB輔助電源端12接入之USB輔助電源電壓值為U2。當 所述雙電源電路1 00中使用所述USB輔助電源供電給負載 096120767 表單编號 A0101 第 4 頁/共 21 頁 1003150517-0 1345699 100年04月29日按正替換頁

時，所述穩壓二極體D1於所述USB輔助電源12之作用下導 通，此時所述晶體三極體Q1截止，所述雙電源電路100之 負載於所述USB輔助電源12之作用下工作。然而，當所述 雙電源電路100於所述USB輔助電源12供電給負載之工作 過程中，由於負載之變化或者電壓不穩等原因會出現電 流增大，此時由於所述穩壓二極體D1之穩壓作用，所述 穩壓二極體D1之電壓變化很小。所述晶體三極體Q1無法 立即導通而切換至輔助電源，所述USB輔助電源之電壓值 U2減小而無法滿足電路負載工作時，所述晶體三極體Q1 處於截止狀態而無法及時供電給負載，此時所述雙電源 電路100不能保證負載正常工作甚至所述電池電源及所述 USB輔助電源12被損壞。 [0006] 由以上分析可知，在内部電源與外設電源這種雙電源供 電之情況下，正常情況下外設電源提供給負載穩定之工 作電壓。當電路負載變化，電路中所需要之工作電流也 瞬間增高時，外設電源無法提供工作電流之情況下，如 果不能立即切換至内部電源工作，外設電源容易燒壞， 不能供電給負載正常工作。 【發明内容】 [0007] 有鑒於此，有必要提供一種能於雙電源供電時可以瞬間 切換電源之電源切換裝置。 [0008] 一種電源切換裝置，其包括一選擇單元，一檢測單元與 所述選擇單元相連》—第一電壓源分別與所述檢測單元 及所述選擇單元相連，一第二電壓源與所述選擇單元相 連。所述檢測單元用於判斷所述第一電壓源是否可用， 096120767 表單編號A0101 第5頁/共21頁 1003150517-0 1345699 100年04月29日核正 所述選擇單元狀接收所述_單元之判斷結果，並根 據該結果選擇所述第一電壓源或所述第二 電壓源輸出 [0009] 相對於先前技術，所述電源切換敦置可崎第—電壓源 與第二電壓源之間切換，保證負載變化或者電壓不穩定 之情況下負載能正常工作，也不會影響所述電源切換裝 置之第一電壓源與第二電壓源。 [0010] 【實施方式】 請參閱圖2，其為本發明第—實施例之電源切換裝置200 ’該電源切換裝置200包括—檢測單元24及—選擇單元3〇 °所述檢測單元24包括一檢測端26與一 選擇單元30包括一第一晶體三極體 極體Q12及一第三晶體三極體q13。 控制端28。所述 、一個第二晶體三 [0011] 所述檢測單之檢測端26與—咖輔助電源端22相連 ’所述檢測單元24之控制端28分別與所述第—晶體三極 體Q11之基極及所述第三晶體三極體Q13之基極相連。 [0012] 所述第-晶體三極體(m之集電極與所述第二晶體三極體 Q12之基極相連’所述第—晶體三極體qu之發射極接地 。所述第二晶體三極魏2之發射極與所述輔助電源 知22相連’所述第__日3體二極體㈣之集電極與所述第三 晶體三極_3之集電極相連並共同連至所述電源切換裝 置200輸出鳊32。所述第二晶體三極體Qig之發射極與一 電池電源端2〇相連。 所述檢測單元24之功能係對所述檢測端26輸人之電壓值 與其内。卩預&之檢測電壓值進行比較，所預設之檢測電 096120767 表單編號Α0101 第6頁/共21頁 1003150517-0 [0013] 1100年04月Z9日核正 喳之^取根據工作電路來確定。當檢測端26輸入之電壓 值大於檢剩電壓值時，所述檢測單元24之控制端28之輸 出訊號為阿電平’當檢測端26輸入之電壓值小於檢測電 壓值時’所述檢測單元24之控制端28之輸出訊號為低電 + &述檢測單元24可以為比較器，或者其他具有比較 功能之電路或者元件。 [0014] 入

[0015] 心衔測單元24對所述USB輔助電源端22輸 之電壓值進行划i J巧斷。當所述USB辅助電源之電壓值大於 所述檢測單元24 <檢測電壓值時，所述檢測單元24之控 制端28之輸出為高電平訊號 ，此時所述USB輔助電源之電 壓值可以滿足外部备共 1貝載之需要。此時所述第一晶體三極 體Q11導通，所述坌a <弟一晶體三極體Q11之導通控制所述第 二晶體三極體q12遂、a 等通°所述控制端28之輸出為高電平訊 號時所述第三晶微λ 15二極體Q13截止，此時所述電源切換裝 置200之輸出為所述咖輔助電源之電壓 ，即所述USB輔 助電源工作而所料池電源不工作。 所述USB輔助電琢工作時，由於負載之變化或者電壓不穩 等原a μ述電源切換裝置㈣之電流升高，所述㈣輔 助電源it $ 下降直至所述膽輔助電源之電壓值無法 滿足外βΡ貞載之需要°此時所述USB輔助電源之電壓值小 於所述m單元24之檢測電壓值，所述檢測單元24之控 電平訊號並控制所述第—晶體三極體 QU截止~~晶體三極體Q11之截止控制所述第二 。所述控制28之輸出為低電平訊號 時控制所述第~~晶體三極體Q13導通。此時所述電源切換 096120767 表單编技A〇101 第7頁/共21頁 1003150517-0 1345699 __ 100年04月29日修正替换頁 裝置200之輸出為所述電池電源之電壓，即所述電池電源 工作而所述USB輔助電源不工作。 [0016] 所述電池電源工作時，由於負載之變化或者電壓不穩等 原因，所述電源切換裝置200之電流降低，所述USB輔助 電源之電壓值升高直至所述檢測單元24之控制端28之輸 出為高電平訊號，所述檢測單元24判斷所述USB辅助電源 可滿足負載工作。此時所述檢測單元24之控制端28輸出 之高電平訊號控制所述第一晶體三極體Q11導通，所述第 一晶體三極體Q11之導通控制所述第二晶體三極體Q1 2導 | 通。所述控制端28之輸出為高電平訊號時控制所述第三 晶體三極體Q13截止。此時所述電源切換裝置200之輸出 為所述USB輔助電源，即所述USB輔助電源工作而所述電 池電源不工作。 [0017] 可以理解，所述第三晶體三極體Q13之基極同時還可通過 一電阻接地，從而可通過調節電阻之值來調整所述第三 晶體三極體Q13之基極電壓，增強所述電源切換裝置200 之靈活性。 _ [0018] 可以理解，所述第二晶體三極體Q12之發射極還可通過一 電容與電感並聯之電路與其基極相連，可以對所述電源 切換裝置200之切換工作起緩衝作用。 [0019] 可以理解，所述晶體三極體Qll、Q12、Q13可以為電晶 體-電晶體邏輯電路器件或互補金屬氧化物半導體器件等 具有開關功能之電子元件及電路。

[0020] 本實施例之電源切換裝置200於所述電池電源與所述USB 096120767 表單編號A0101 第8頁/共21頁 1003150517-0 100年04月29日核正替換頁 1345699 輔助電源之間進行切換供電至負載，保證所述電源切換 裝置200由於負載之影響或者電壓不穩定之情況下負載正 常工作，同時不影響所述電池電源與所述USB輔助電源。 [0021] 請參閱圖3，其為本發明第二實施例之電源切換裝置300 ，該電源切換裝置300包括一檢測單元45及一選擇單元60 〇 [0022] 所述檢測單元45包括一檢測端46與一輸出端48。所述選 擇單元60包括一微控制器50、一邏輯與門54、一第一電 • 阻R2、一第二電阻R3、一第一晶體三極體Q21、一第二晶 體三極體Q22及一第三晶體三極體Q23。所述邏輯與門54 包括一第一二極體D3及一第二二極體D4。所述微控制器 50具有一輸入端53、一第一控制端51及一第二控制端52 [0023] 所述檢測單元45之檢測端46與一USB輔助電源端42相連 ，所述檢測單元45之輸出端48分別連至所述第一二極體 D3之正極及所述微控制器50之輸入端53。所述第一電阻 R2之兩端分別連至所述第一二極體D3之負極與所述第一 晶體三極體Q21之基極，所述第二電阻R3之兩端分別連至 所述第一晶體三極體Q21之基極及發射極，所述第一晶體 三極體Q21之發射極接地。所述第一晶體三極體Q21之集 電極與所述第二晶體三極體Q22之基極相連，所述第二晶 體三極體Q22之發射極與所述USB輔助電源端42相連。 [0024] 所述微控制器50之第一控制端51與所述第二二極體D4之 負極相連，所述第二二極體D4之正極與所述第一二極體 096120767 表單編號A0101 第9頁/共21頁 1003150517-0 1345699

所述微控制器50 D3之負極相連並一同連至第一電阻R2 之第二控制端52與所述第三晶體三極體q23之基極相連。 所述第二晶體二極體Q23之發射極與一電池電源端相連 ，所述第三晶體三極體Q23之集電極與所述第二晶體三極 體Q22之集電極相連並共同連至所述電源切換裝置3〇〇之 輸出端70。 [0025] 所述檢測單元45之功能與本發明第一實施例中之檢測單 元24功能及原理相同。所述微控制器5〇之功能係當輸入 端53之輸入為高電平訊號時，所述第一控制端51及第二 控制端52之輸出均為高電平訊號。此後如果所述微控制 器50之輸入端53之輪入為低電平訊號時，所述第一控制 端51及第二控制端52之訊號均跳變為低電平訊號。跳變 一次後，所述微控制器50之第一控制端51及一個第二控 制端52之輸出均一直為低電平訊號，直到有外部控制單 元如CPU等可發出控制訊號之控制裝置，控制所述微控制 器50重新可以開始進行高低電平訊號轉換。 [0026] 當所述USB輔助電源端42輸入之USB輔助電源之電壓值大 於所述檢測單元45内預設之檢測電壓值時，所述檢測單 元45之輸出端48輸出為高電平訊號，所述第一二極體D3 正極之訊號為南電平，所述第 ——— 極體D3導通。此時’ 所述微控制器50之輸入端53為高電平訊號，所述微控制 器50之第一控制端51與第二控制端52之輸出同時為高電 平訊號，所述第二二極體D4負極之訊號為高電平’所述 第二二極體D4截止。此時所述邏輯與門54之輸出為高電 平訊號並控制所述第一晶體三極體Q21導通’所述第一晶 096120767 表單編號A0101 第10頁/共21頁 1003150517-0 1345699 100年04月29日修正替换頁 體三極體Q21之導通控制所述第二晶體三極體Q22導通， 所述USB輔助電源接至所述電源切換裝置300之輸出端70 。所述第二控制端52之輸出訊號為高電平時所述第三晶 體三極體Q23戴止，此時所述電源切換裝置300之輸出為 所述USB輔助電源之電壓，即所述USB輔助電源工作而所 述電池電源端4 0輸入之電池電源不工作。

[0027] 所述USB輔助電源工作時，由於負載之變化或者電壓不穩 等原因，所述電源切換裝置30 0之電流升高，所述USB輔 助電源之電壓值下降。當所述USB輔助電源之電壓值下降 直至不能滿足外部負載之需要時，所輸入之USB輔助電源 之電壓值小於所述檢測單元45之檢測電壓值，所述檢測 單元45之控制端48之輸出為低電平訊號，所述第一二極 體D3正極之訊號為低電平，所述第一二極體D3截止。所 述微控制器50之第一控制端51與所述第二控制端52之輸 出同時為低電平訊號，所述第二二極體D4正極與負極之 訊號均為低電平，所述第二二極體D4截止。此時所述邏 輯與門54之輸出為低電平訊號並控制所述第一晶體三極 體Q21截止，所述第一晶體三極體Q21截止同時控制所述 第二晶體三極體Q22截止。所述第二控制端52之輸出訊號 為低電平時控制所述第三晶體三極體Q23導通。所述電池 電源接至所述電源切換裝置300之輸出端70，此時所述電 源切換裝置300之輸出為電池電源之電壓，即所述電池電 源工作而所述USB輔助電源不工作。 [0028] 同第一實施例，當所述電源切換裝置300之電流降低，所 述USB輔助電源之電壓值升高直至大於所述檢測單元4 5之 096120767 表單編號A0101 第11頁/共21頁 1003150517-0 1345699 100年04月29日修正替换頁

檢測電壓值時，所述USB輔助電源可滿足外部負載工作。 所述檢測單元45之控制端48之輸出為高電平訊號，所述 第一二極體D3之正極訊號為高電平，所述第一二極體D3 導通。所述微控制器50之輸入端53之輸入為高電平訊號 ，此時所述微控制器50之第一控制端51與所述第二控制 端52輸出之同時繼續為低電平訊號，所述第二二極體D4 之負極訊號為低電平，其正極訊號為高電平，所述第一 二極體D3與所述第二二極體D4均導通，電流經D3流至D4 。此時所述邏輯與門54之輸出訊號仍然為低電平並控制 所述第一晶體三極體Q21截止，所述第一晶體三極體Q21 之截止控制所述第二晶體三極體Q22截止。所述第二控制 端52之輸出為低電平訊號時控制所述第三晶體三極體Q23 導通。所述電池電源接至所述電源切換裝置300之輸出端 70，此時所述電源切換裝置300之輸出為所述電池電源之 電壓，即所述電池電源工作而所述USB輔助電源不工作。 直至有外部控制單元如CPU等可發出控制訊號之控制裝置 ，控制所述微控制器50重新可以開始進行高低電平訊號 轉換，所述電池電源與所述USB輔助電源可重新進行切換 [0029] 可以理解，所述第三晶體三極體Q23之基極同時還可通過 一電阻接地，從而可通過調節電阻之值來調整所述第三 晶體三極體Q23之基極電壓，增強所述電源切換裝置300 之靈活性。 [0030] 可以理解，所述第二晶體三極體Q22之發射極還可通過一 電容與電感並聯之電路與其基極相連，可以對所述電源 096120767 表單編號A0101 第12頁/共21頁 1003150517-0 U45699 [0031] [0032] [0033] 100年04月29日核正替換頁 刀換裝置3GG之切換王作起到缓衝作用。 理解’所述晶體三極體Q21、Q22、Q23可以為電晶 體-電晶體邏輯電路器件或互補金屬氧化物半導體器件等 具有開關功能之電子元件及電路。 可以理解，所述邏輯與門54可以為二極體、晶體三極體 或互補金屬氧化物半導體。

衫施狀電㈣換m⑽貞狀f彡響或者電 疋之情況T可料行—切述USB輔助電源與所述電騎 源之間之切換’保證負載正常工作，同時不影響所 池電源及所述USB辅助電源。此外，所述電源切換裝置 3〇0還包括一微控制器5Q，當所述電源切換裝置_實現 -次切換電源後’所述微控㈣5G不再隨著輸人端為古/ 低電平訊號而跳變為高/低電平訊號，—直到所述 助電源穩定後’再通過外部控制器控制所述電源切換裝 置300切換至所述USB輔助電源工作。以保證在某段時^ 内電壓不穩定時，所述電源切換裝置3〇〇不會出現反復^ 變之情況，避免所述電源切換裝置3〇〇之交替切換影響= 至損壞所述電源切換裝置300 » ' [〇〇34] 综上所述，本發明確已符合發明專利之要件，羑依法提 出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方 式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟習 本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾戋變 化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。【圖式簡單說明】 096120767 表單編號A0101 第13頁/共21頁 ^03150517-0 1345699 100年〇4月29日按正替换再 [0035] 圖1為現有之一種電源切換裝置之電路圖。 [0036] 圖2為本發明第一實施例之電源切換裝置之電路圖。 [0037] 圖3為本發明第二實施例之電源切換裝置之電路圖。 【主要元件符號說明】 [0038] 先前技術： [0039] 雙電源電路：100 [0040] 電池電源端：10 [0041] 輸出端：11 [0042] USB輔助電源端：12 [0043] 電阻：R1 [0044] 穩壓二極體：D1 [0045] 晶體三極體：Q1 [0046] 本發明： [0047] 電源切換裝置：200, 300 [0048] 電池電源端：20, 40 [0049] USB輔助電源端：22, 42 [0050] 檢測單元：24, 45 [0051] 檢測端：2 6，4 6 [0052] 控制端：28 [0053] 選擇單元：30 表單編號A0101

096120767 第14頁/共21頁 1003150517-0 1345699

[0054] 輸出端：32, 70 [0055] 第一晶體三極體：Q11 [0056] 第二晶體三極體：Q12 [0057] 第三晶體三極體：Q13 [0058] 輸出端：48 [0059] 微控制器：50 [0060] 第一控制端：51 [0061] 第二控制端：52 [0062] 輸入端：53 [0063] 邏輯與門：54 [0064] 選擇單元：60 [0065] 第一電阻：R2 [0066] 第二電阻：R3 [0067] 第一晶體三極體：Q21 [0068] 第二晶體三極體：Q22 [0069] 第三晶體三極體：Q23 [0070] 第一二極體：D3 [0071] 第二二極體：D4 096120767 表單編號A0101 第15頁/共21頁 100年04月29日核正替换頁 1003150517-0

Claims (1)

1345699 100年04月29日梭正替换耳 七、申請專利範圍： 1 . 一種電源切換裝置，其包括：一選擇單元，一檢測單元與 所述選擇單元相連；一第一電壓源分別與所述檢測單元及 所述選擇單元相連，一第二電壓源與所述選擇單元相連， 所述檢測單元用於判斷所述第一電壓源是否大于一個預設 檢測電壓，并輸出一個判斷結果，所述選擇單元用於接收 所述檢測單元的判斷結果，並根據該結果選擇所述第一電 壓源或所述第二電壓源輸出；所述選擇單元包括一第一晶 體三極體、一第二晶體三極體、一第三晶體三極體、一微 控制器及一邏輯與門，所述檢測單元用於控制所述第一晶 體三極體與所述第三晶體三極體之導通與截止，所述第一 晶體三極體用於控制所述第二晶體三極體之導通與截止， 當所述檢測單元控制所述第一晶體三極體導通時，所述第 二晶體三極體導通，所述第三晶體三極體截止，所述選擇 單元輸出所述第一電壓源，當所述檢測單元控制所述第一 晶體三極體截止時，所述第二晶體三極體截止，所述第三 晶體三極體導通，所述選擇單元選擇所述第二電壓源輸出 ，所述微控制器具有一第一控制端與一第二控制端，所述 檢測單元與所述微控制器之第一控制端同時控制所述邏輯 與門之輸出，所述邏輯與門用於控制所述第一晶體三極體 之導通與截止，所述第一晶體三極體用於控制所述第二晶 體三極體之導通與戴止，所述微控制器之第二控制端用於 控制所述第三晶體三極體之導通與截止，當所述檢測單元 與所述微控制器之第一控制端同時控制所述邏輯與門之輸 出以使所述第一晶體三極體導通時，所述第二晶體三極體 096120767 表單編號A0101 第16頁/共21頁 1003150517-0 1345699 100年04月29日按正替換頁 導通，所述微控制器之第二控制端控制所述第三晶體三極 體截止，所述選擇單元輸出所述第一電壓源，當所述檢測 單元與所述微控制器的第一控制端同時控制所述邏輯與門 的輸出以使所述第一晶體三極體截止時，所述第二晶體三 極體截止，所述微控制器的第二控制端控制所述第三晶體 三極體導通，所述選擇單元選擇所述第二電壓源輸出。 2 .如申請專利範圍第1項所述之電源切換裝置，其中，所述

檢測單元包括一檢測端與一個控制端，所述檢測單元的檢 測端與所述第一電壓源相連，所述檢測單元的控制端分別 與所述第一晶體三極體及所述第三晶體三極體的基極相連 ，所述第一晶體三極體的集電極與所述第二晶體三極體的 基極相連，所述第一晶體三極體之發射極接地，所述第二 晶體三極體的發射極與所述第一電壓源連接，所述第三晶 體三極體的發射極與所述第二電壓源連接，所述第二晶體 三極體之集電極用於輸出所述第一電壓源連接，所述第二 電壓源由所述第三晶體三極體的集電極輸出。

3 .如申請專利範圍第2項所述之電源切換裝置，其中，所述 晶體三極體爲互補金屬氧化物半導體器件或者電晶體-電 晶體邏輯電路器件。 4 .如申請專利範圍第1項所述之電源切換裝置，其中，所述 檢測單元包括一檢測端與一輸出端，所述邏輯與門之兩輸 入端分別與所述微控制器之第一控制端及所述檢測單元之 輸出端相連，所述邏輯與門之輸出端與所述第一晶體三極 體之基極相連，所述第一晶體三極體之發射極接地，所述 第一晶體三極體的集電極與所述第二晶體三極體之基極相 連，所述第二晶體三極體之發射極與所述第一電壓源相連 096120767 表單編號A0101 第17頁/共21頁 1003150517-0 1345699 __ 100年04|) 23日按正替换頁 ，所述第一電壓源由所述第二晶體三極體之集電極輸出， 所述第三晶體三極體的發射極與所述第二電壓源相連，所 述第二電壓源由所述第三晶體三極體之集電極輸出。 5 .如申請專利範圍第4項所述之電源切換裝置，其中，所述 邏輯與門包括一第一二極體與一第二二極體，所述第一二 極體之正極與所述檢測單元之輸出端相連，所述第一二極 體之負極與所述第二二極體之正極相連並連接至所述第一 晶體三極體之基極，所述第二二極體之負極與所述第一控 制端相連。 < 6 .如申請專利範圍第1項所述之電源切換裝置，其中，所述 邏輯與門爲二極體、晶體三極體或互補金屬氧化物半導體 器件。 7 .如申請專利範圍第4項所述之電源切換裝置，其中，所述 晶體三極體爲電晶體-電晶體邏輯電路器件或互補金屬氧 化物半導體器件。 096120767 表單編號A0101 第18頁/共21頁 1003150517-0