基于双PMOS应用的双电源自动切换电路[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211508702 U(45)授权公告日 2020.09.15

(21)申请号 201922399725.3(22)申请日 2019.12.27

(73)专利权人 天津同阳科技发展有限公司

地址 300384 天津市南开区天津滨海高新

区华苑产业区兰苑路五号A座-702(72)发明人 刘忠新　刘金星　聂朋　沈迺桐　

李玉芹　王禄松　孔凡兴　李超　(74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任

公司 11021

代理人 吴梦圆(51)Int.Cl.

H02J 9/06(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书2页 说明书6页 附图1页

(54)实用新型名称

基于双PMOS应用的双电源自动切换电路(57)摘要

一种基于双PMOS应用的双电源自动切换电路，包括开关电源输入接口、备用电源输入接口、备用电池切换控制单元、防反向保护单元和电源输出接口，其中，开关电源输入接口通过一个肖特基二极管与电源输出接口相连；防反向保护单元主要由两个PMOS管组成，用来隔离主电源和备用电池电源；备用电池切换控制单元，用于当主电源掉电到一定的阈值电压以下并关断时，将电源供电自动切换到备用电池电源供电。本实用新型结合PMOS的工作特性，采用PMOS做切换开关，配合三极管驱动电路，当主电源掉电到阈值电压以下并关断时，备用电源可以自动切换。CN 211508702 UCN 211508702 U

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1.一种双电源自动切换电路，其特征在于，包括开关电源输入接口、备用电源输入接口、备用电池切换控制单元、防反向保护单元和电源输出接口，其中，

开关电源输入接口通过一个肖特基二极管与电源输出接口相连；防反向保护单元主要由两个PMOS管组成，用来隔离主电源和备用电池电源，第一个PMOS源极接备电用电源输入接口，漏极接第二个PMOS管的漏极，第二个PMOS管的源极接电源输出接口；所述防反向保护单元的共栅极端与所述备用电池切换控制单元连接；

备用电池切换控制单元，用于当主电源掉电到一定的阈值电压以下并关断时，将电源供电自动切换到备用电池电源供电；其中，所述备用电池切换控制单元包括两个级联的三极管，其中第一三极管的基极端与开关电源输入连接，集电极端通过电阻与备用电源输入以及第二三极管的基极端连接，第二三极管的集电极端与所述防反向保护单元的共栅极端连接，所述第一三极管和第二三极管的发射极端均接地；或者

所述备用电池切换控制单元包括隔离光耦，光耦输入端连接开关电源输入接口，输出端的集电极接备用电源输入接口，发射极通过下接电阻连接到防反向保护单元的共栅极。

2.根据权利要求1所述的双电源自动切换电路，其特征在于，所述双电源自动切换电路还包括开关电源指示电路和备用电池电源指示电路；其中开关电源上电指示电路的一端与开关电源输入接口的一端连接，用来指示发光二极管提示开关电源上电且电压正常，备用电池电源指示电路的一端与备用电源输入接口的一端连接，用来指示发光二极管提示备用电源上电且电压正常。

3.根据权利要求2所述的双电源自动切换电路，其特征在于，所述开关电源上电指示电路包括第一电阻和第一LED指示灯，第一电阻的一端与开关电源输入接口的一端连接，第一电阻的另一端与第一LED指示灯的阳极连接，第一LED指示灯的阴极接地；

所述备用电池电源指示电路包括第四电阻和第二LED指示灯，第四电阻的一端与备用电池电源输入接口的一端连接，第四电阻的另一端与第二LED指示灯的阳极连接，第二LED指示灯的阴极接地。

4.根据权利要求1所述的双电源自动切换电路，其特征在于，所述备用电池切换控制单元包括第二电阻、第三电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、电容、第一三极管和第二三极管，其中，

所述第七电阻的一端与开关电源输入接口相连，另一端与电容、第九电阻、第一三极管的基极均相连，电容、第九电阻的另一端、第一三极管的发射极均接地；

所述第五电阻的一端连接到备用电源输入接口，另一端与第一三极管的集电极及第六电阻的一端均相连；

所述第六电阻的另一端与第八电阻及第二三极管的基极均相连；所述第八电阻的另一端与第二三极管的发射极均接地；所述第二三极管的集电极连接到第二电阻、第三电阻和所述两个PMOS管的共栅极，所述PMOS管包括第一PMOS管、第二PMOS管；

第二电阻的另一端与第一PMOS管漏极均连接到备用电池电源输入端；第三电阻与第二PMOS的源极均连接到电源输出接口。

5.根据权利要求4所述的双电源自动切换电路，其特征在于，所述第一PMOS管的漏极连接到备用电源输入接口和第二电阻的一端，第一PMOS管的源极连接到第二PMOS管的漏极；

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所述第二PMOS管的源极和第三电阻的一端均连接到电源输出接口；所述第一PMOS管的栅极、第二PMOS管的栅极、第二电阻和第三电阻的另一端均连接到第二三极管的集电极。

6.根据权利要求4所述的双电源自动切换电路，其特征在于，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。

7.根据权利要求1所述的双电源自动切换电路，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。

8.根据权利要求1所述的双电源自动切换电路，其特征在于，所述开关电源输入接口、备用电源输入接口和电源输出接口的工作电压均为DC 10.8～12.6V。

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基于双PMOS应用的双电源自动切换电路

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技术领域

[0001]本实用新型涉及PMOS开关管的驱动控制技术领域，具体涉及一种基于双PMOS应用的双电源自动切换电路。

背景技术

[0002]随着电子持术的不断发展，电子产品电源系统和可靠性要求越来越高，在一些便携式电子产品中，双电源供电应用越来越多，如何能实现双电源电子产品的电源稳定可靠自动切换是双电源电子产品的技术关键。由主电源切换到备用电源，现有的自动切换技术中，有的采用继电器或接触器进行切换，由于其响应时间都是ms级的，适用于某些对电源切换时间要求不高的场合，对于某些要求很高的供电电源无缝切换情况就不适用了。也有的利用PMOS管做通断开关用的电源切换实例，由于PMOS管导通或关断响应时间一般为ns级，快速响应特性使得其完全满足某些对供电电源无缝切换要求很高的应用需求。但其也存在以下两个缺点：其一，因为 PMOS管带有寄生反并二极管，无论PMOS管用来切断哪一路供电(电池或直流电源)或两路均带有PMOS管，关断后都可能通过反并二极管向被切断器件放电，这是不合理的。比如：PMOS管切断电池供电，直流电源输出至负载，如果直流电源输出电压高于电池，则将通过PMOS管反并二极管向电池充电。其二，一般主电源输入端和电池的输入端都有储能和滤波电容，这会导致主电源掉电时发生延时，继而导致备用电源上电发生延时，这样就会发生用电设备短时间的掉电可重起现象。实用新型内容

[0003]有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种基于双PMOS应用的双电源自动切换电路，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。[0004]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于双PMOS应用的双电源自动切换电路，包括开关电源输入接口、备用电源输入接口、备用电池切换控制单元、防反向保护单元和电源输出接口，其中，

[0005]开关电源输入接口通过一个肖特基二极管与电源输出接口相连；[0006]防反向保护单元主要由两个PMOS管组成，用来隔离主电源和备用电池电源，第一个PMOS源极接备电用电源输入接口，漏极接第二个PMOS 管的漏极，第二个PMOS管的源极接电源输出接口；所述防反向保护单元的共栅极端与所述备用电池切换控制单元连接；[0007]备用电池切换控制单元，用于当主电源掉电到一定的阈值电压以下并关断时，将电源供电自动切换到备用电池电源供电；其中，所述备用电池切换控制单元包括两个级联的三极管，其中第一三极管的基极端与开关电源输入连接，集电极端通过电阻与备用电源输入以及第二三极管的基极端连接，第二三极管的集电极端与所述防反向保护单元的共栅极端连接，所述第一三极管和第二三极管的发射极端均接地；[0008]除所述电路外，还可以用隔离光耦替换两级三极管，光耦输入端连接开关电源输入接口，输出端的集电极接备用电源输入接口，射极通过下接电阻连接到防反向保护单元

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的共栅极，同样能够实现。[0009]其中，所述双电源自动切换电路还包括开关电源指示电路和备用电池电源指示电路；其中开关电源上电指示电路的一端与开关电源输入接口的一端连接，用来指示发光二极管提示开关电源上电且电压正常，备用电池电源指示电路的一端与备用电源输入接口的一端连接，用来指示发光二极管提示备用电源上电且电压正常；[0010]其中，所述开关电源上电指示电路包括第一电阻和第一LED指示灯，第一电阻的一端与开关电源输入接口的一端连接，第一电阻的另一端与第一LED指示灯的阳极连接，第一LED指示灯的阴极接地；

[0011]所述备用电池电源指示电路包括第四电阻和第二LED指示灯，第四电阻的一端与备用电池电源输入接口的一端连接，第四电阻的另一端与第二LED指示灯的阳极连接，第二LED指示灯的阴极接地。[0012]其中，所述备用电池切换控制单元包括第二电阻、第三电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、电容、第一三极管和第二三极管，其中，[0013]所述第七电阻的一端与开关电源输入接口相连，另一端与电容、第九电阻、第一三极管的基极均相连，电容、第九电阻的另一端、第一三极管的发射极均接地；[0014]所述第五电阻的一端连接到备用电源输入接口，另一端与第一三极管的集电极及第六电阻的一端均相连；

[0015]所述第六电阻的另一端与第八电阻及第二三极管的基极均相连；[0016]所述第八电阻的另一端与第二三极管的发射极均接地；[0017]所述第二三极管的集电极连接到第二电阻、第三电阻和所述两个 PMOS管的共栅极，所述PMOS管包括第一PMOS管、第二PMOS管；

[0018]第二电阻的另一端与第一PMOS管漏极均连接到备用电池电源输入端。第三电阻与第二PMOS的源极均连接到电源输出接口。[0019]其中，所述第一PMOS管的漏极连接到备用电源输入接口和第二电阻的一端，第一PMOS管的源极连接到第二PMOS管的漏极；

[0020]所述第二PMOS管的源极和第三电阻的一端均连接到电源输出接口；[0021]所述第一PMOS管的栅极、第二PMOS管的栅极、第二电阻和第三电阻的另一端均连接到第二三极管的集电极。[0022]其中，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。[0023]其中，所述二极管为肖特基二极管。[0024]其中，所述开关电源输入接口、备用电源输入接口和电源输出接口的工作电压均为DC 10.8～12.6V。

[0025]一种采用如上所述的双电源自动切换电路的电子产品电源系统。[0026]基于上述技术方案可知，本实用新型的基于双PMOS应用的双电源自动切换电路相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：[0027]1、本实用新型结合PMOS的工作特性，采用PMOS做切换开关，配合三极管驱动电路，当主电源掉电到阈值电压以下并关断时，备用电源可以自动切换；[0028]2、本实用新型的PMOS开关频率非常快(nS级)，实现设备不间断电源切换；[0029]3、本实用新型的PMOS管导通电阻非常小(mΩ级)，压降非常低，基本可以做到电源

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电压的无损切换；[0030]4、本实用新型采用背靠背PMOS结构，消除因单PMOS管寄生反并联二极管，使得高电压侧向低电压侧放电情况，使得主电源和备用电源完全隔离。附图说明

[0031]图1为本实用新型实施例基于双PMOS应用的双电源自动切换电路的电路结构示意图。

[0032]上述附图中，附图标记含义如下：[0033]VIN1、开关电源输入接口；VIN2、备用电源输入接口；[0034]VOUT、电源输出接口；R1、第一电阻；[0035]R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；[0036]R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；R9、第九电阻；[0037]LED1、第一LED指示灯；LED2、第二LED指示灯；[0038]C1、电容；T1、第一三极管；T2、第二三极管；[0039]D1、二极管；Q1、第一PMOS管；Q2、第二PMOS管。具体实施方式

[0040]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。[0041]本实用新型针对现有技术的切换时间慢、反向充电、电源切换掉电重起的缺陷，提供一种基于双PMOS管应用的双电源自动切换电路，当主电源关断时自动切换到备用电源，主电源开通时自动关断备用电源切换到主电源。[0042]具体的，本实用新型公开了一种基于双PMOS应用的双电源自动切换电路，包括开关电源输入接口、备用电源输入接口、备用电池切换控制单元、防反向保护单元和电源输出接口，其中，

[0043]开关电源输入接口通过一个肖特基二极管与电源输出接口相连；[0044]防反向保护单元主要由两个PMOS管组成，用来隔离主电源和备用电池电源，第一个PMOS源极接备电用电源输入接口，漏极接第二个PMOS 管的漏极，第二个PMOS管的源极接电源输出接口；所述防反向保护单元的共栅极端与所述备用电池切换控制单元连接；[0045]备用电池切换控制单元，用于当主电源掉电到一定的阈值电压以下并关断时，将电源供电自动切换到备用电池电源供电；其中，所述备用电池切换控制单元包括两个级联的三极管，其中第一三极管的基极端与开关电源输入连接，集电极端通过电阻与备用电源输入以及第二三极管的基极端连接，第二三极管的集电极端与所述防反向保护单元的共栅极端连接，所述第一三极管和第二三极管的发射极端均接地；[0046]除所述电路外，还可以用隔离光耦替换两级三极管，光耦输入端连接开关电源输入接口，输出端的集电极接备用电源输入接口，射极通过下接电阻连接到防反向保护单元的共栅极，同样能够实现。[0047]其中，所述双电源自动切换电路还包括开关电源指示电路和备用电池电源指示电路；其中开关电源上电指示电路的一端与开关电源输入接口的一端连接，用来指示发光二

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极管提示开关电源上电且电压正常，备用电池电源指示电路的一端与备用电源输入接口的一端连接，用来指示发光二极管提示备用电源上电且电压正常；[0048]其中，所述开关电源上电指示电路包括第一电阻和第一LED指示灯，第一电阻的一端与开关电源输入接口的一端连接，第一电阻的另一端与第一LED指示灯的阳极连接，第一LED指示灯的阴极接地；

[0049]所述备用电池电源指示电路包括第四电阻和第二LED指示灯，第四电阻的一端与备用电池电源输入接口的一端连接，第四电阻的另一端与第二LED指示灯的阳极连接，第二LED指示灯的阴极接地。[0050]其中，所述备用电池切换控制单元包括第二电阻、第三电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、电容、第一三极管和第二三极管，其中，[0051]所述第七电阻的一端与开关电源输入接口相连，另一端与电容、第九电阻、第一三极管的基极均相连，电容、第九电阻的另一端、第一三极管的发射极均接地；[0052]所述第五电阻的一端连接到备用电源输入接口，另一端与第一三极管的集电极及第六电阻的一端均相连；

[0053]所述第六电阻的另一端与第八电阻及第二三极管的基极均相连；[0054]所述第八电阻的另一端与第二三极管的发射极均接地；[0055]所述第二三极管的集电极连接到第二电阻、第三电阻和所述两个 PMOS管的共栅极，所述PMOS管包括第一PMOS管、第二PMOS管；[0056]第二电阻的另一端与第一PMOS管漏极均连接到备用电池电源输入端。第三电阻与第二PMOS的源极均连接到电源输出接口。[0057]其中，所述第一PMOS管的漏极连接到备用电源输入接口和第二电阻的一端，第一PMOS管的源极连接到第二PMOS管的漏极；

[0058]所述第二PMOS管的源极和第三电阻的一端均连接到电源输出接口；[0059]所述第一PMOS管的栅极、第二PMOS管的栅极、第二电阻和第三电阻的另一端均连接到第二三极管的集电极。[0060]其中，所述第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管。[0061]其中，所述二极管为肖特基二极管。[0062]其中，所述开关电源输入接口、备用电源输入接口和电源输出接口的工作电压均为DC 10.8～12.6V。

[0063]下面通过具体实施例结合附图对本实用新型的技术方案进一步说明。[0064]如图1所示，本实用新型的一种基于双PMOS应用的双电源自动切换电路，包括一个开关电源输入接口VIN1、备用电源输入接口VIN2、电源输出接口VOUT。该一种基于PMOS应用的双电源自动切换电路包括开关电源上电指示电路、备用电池电源指示电路、备用电池切换控制单元和防反向保护单元。开关电源输入接口VIN1用于接入主电源即开关电源，备用电池电源输入接口VIN2用于接入备用电池电源，电源输出接口VOUT 为设备电源的输入电源接口。其中，开关电源指示电路的一端与开关电源输入接口VIN1的一端连接、用于以发光二极管提示开关电源上电且电压正常；备用电池电源指示电路的一端与备用电池电源输入接口VIN2的一端连接、用于以发光二极管提示备用电池电源上电且电压正常。备用电池切换控制单元的一端与开关电源接口连接、一端与备用电池电源接口连接、一端与防反向保

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护单元连接，用于对备用电池提供自动切换的电源通断控制。防反向保护单元将备用电池电源与电源输出接口隔离，用于对开关电源和备用电池提供反向充电保护功能。这样，就能通过备用电池切换控制单元实现自动切换的电源通断控制，通过防反向保护单元实现双路电源的完全隔离，所以其能避免出现反向充电问题。[0065]值得一提的是，本实施例中，开关电源输入接口VIN1、备用电池电源输入接口VIN2和电源输出接口VOUT的工作电压均为DC 10.8～12.6V。[0066]本实施例中，开关电源上电指示电路包括第一电阻R1和第一LED指示灯LED1，第一电阻R1的一端与开关电源输入接口VIN1连接，第一电阻R1另一端与第一LED指示灯LED1的阳极连接，第一LED指示灯的阴极接地。当开关电源上电且电压正常时，第一LED指示灯LED1点亮。本实施例中，备用电池电源上电指示电路包括第四电阻R4和第二LED指示灯LED2，第四电阻R4的一端与备用电池电源输入接口VIN2连接，第四电阻R4另一端与第二LED指示灯LED2的阳极连接，第二LED指示灯的阴极接地。当备用电池电源上电且电压正常时，第二LED指示灯 LED2点亮。[0067]本实施例中，备用电池切换控制单元包括第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、电容C1、第一三极管T1、第二三极管T2，所述第七电阻R7一端与开关电源输入接口VIN1相连、另一端与第一电容C1、第九电阻R9、第一三极管T1基极相连，第一电容C1、第九电阻R9的另一端与第一三极管T1 的射极均连接到GND。第五电阻R5的一端连接到备用电池电源输入接口 VIN2、第五电阻R5另一端与第一三极管T1的集电极、第六电阻R6的一端相连。第六电阻R6的另一端与第八电阻R8、第二三极管T2的基极相连。第八电阻T8的另一端、第二三极管T2的射极均连接到GND。第二三极管T2的集电极连接到第二电阻R2、第三电阻R3和第一PMOS管 Q1、第二PMOS管Q2的栅极。第二电阻R2的另一端与第一PMOS管 Q1漏极均连接到备用电池电源输入端。第三电阻R3与第二PMOS管Q2 的源极均连接到电源输出接口。当开关电源输入接口VIN1和备用电池电源输入VIN2上电且电压正常时，第一PMOS管Q1和第二PMOS管Q2 关断，开关电源电压通过肖特基二极管D1输出到电源输出接口VOUT。当开关电源输入接口关断时，第一三极管T1截止、第二三极管T2导通、使得第一PMOS管Q1和第二PMOS管Q2的栅极为低电平，Q1和Q2导通，备用电池电源输出到电源输出接口VOUT。当开关电源由断电状态恢复供电时，Q1和Q2截止，开关电源电压通过肖特基二极管D1输出到电源输出接口VOUT。这样实现双电源的自动切换功能。[0068]本实施例中，防反向保护单元包括包括第一PMOS管Q1、第二PMOS 管Q2。Q1的漏极连接到备用电池电源输入接口VIN2和第二电阻R2的一端、Q1的源极连接到Q2的漏极。Q2的源极、第三电阻R3的一端均连接到电源输出接口VOUT。Q1、Q2的栅极、第二电阻R2和第三电阻R3 的另一端均连接到第二三极管T2的集电极。通过两个背靠背PMOS电路，使得备用电池电源与开关电源的完全隔离，消除电压波动。[0069]除所述电路外，还可以用隔离光耦替换两级三极管，光耦输入端连接开关电源输入接口，输出端的集电极接备用电源输入接口，射极通过下接电阻连接到防反向保护单元的共栅极，同样可以实现。[0070]总之，在本实施例中，一种基于PMOS应用的双电源自动切换电路实现了双路直流电源的自动切换功能，实现对电源输出VOUT的电源无缝切换供电，使得用电设备工作正常，未发生掉电重启现象，完全满足电源无缝切换的功能需求。

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以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一

步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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图1

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