一種自動(dòng)切換供電開(kāi)關(guān)方法及電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)間斷供電系統(tǒng)供電開(kāi)關(guān)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種自動(dòng)切換供 電開(kāi)關(guān)方法及電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常常會(huì)碰到需要配置后備電池的情況，這時(shí)候需要實(shí)現(xiàn)雙電源切換。 當(dāng)外部電源正常時(shí)，使用外部電源；而當(dāng)外部電源斷電的情況下，使用備用電池?zé)o間斷供 電，一旦外部電源正常，可以自動(dòng)切換回外部電源。為實(shí)現(xiàn)在電路損耗盡量小的情況下，具 有幾乎為零的關(guān)斷時(shí)間，就需要對(duì)無(wú)間斷供電系統(tǒng)的供電開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)主要有兩種供電開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)方案：
[0004] 方案1 :圖1為現(xiàn)有技術(shù)方案1電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，利用二極管的單向 導(dǎo)通性，兩供電干路分別串聯(lián)以單向二極管。方案1的設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0005] (1)電路簡(jiǎn)單明了，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷供電，且完成了雙電源供電時(shí)供電次序要求；
[0006] (2)利用瞬間抑制二極管（簡(jiǎn)稱TVS二極管）Z1有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載端的過(guò)壓保護(hù)， TVS二極管可有效吸收會(huì)造成器件損壞的脈沖，并能消除由總線之間開(kāi)關(guān)所引起的干擾，防 止負(fù)載因瞬間脈沖或浪涌電壓所導(dǎo)致的失靈。
[0007] 然而，方案1的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，具有如下缺點(diǎn)：
[0008] (1)二極管的壓降VF>1V，當(dāng)工作電流I= 10A時(shí)，此時(shí)二極管的功耗大于10W， 相對(duì)于總功率其功耗太大，對(duì)電池的利用率太低；并且二極管發(fā)熱量大，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定 性；
[0009] (2)負(fù)載中存在電容電感，在充放電瞬間會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，巨大的浪涌電流有可能 對(duì)損壞接插件、導(dǎo)線、二極管和模塊的輸入電容；
[0010] (3)電路沒(méi)有過(guò)流保護(hù)，出現(xiàn)過(guò)流時(shí)容易燒壞器件，電路整體穩(wěn)定性不好；
[0011] (4)反向電流有可能擊穿二極管，造成對(duì)輸入電源的損壞。
[0012] 方案2 :方案1導(dǎo)通時(shí)二極管作用在干路，存在功耗大，散熱量大等問(wèn)題，導(dǎo)致其不 具有實(shí)用性，但二極管可以保證雙電源的供電次序，簡(jiǎn)單可靠。圖2為現(xiàn)有技術(shù)方案2的 電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示為解決二極管功耗問(wèn)題，在二極管上并聯(lián)一個(gè)短路開(kāi)關(guān)，上電 瞬時(shí)干路通過(guò)二極管供電，保證了供電次序，但瞬間短路開(kāi)關(guān)通過(guò)控制實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，短路二極 管，這樣即實(shí)現(xiàn)了供電次序，又解決了二極管的大功耗問(wèn)題。
[0013]由于M0S管具備較大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非常快的開(kāi)關(guān)速度。其 最顯著的特性是開(kāi)關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開(kāi)關(guān)的電路中，例如開(kāi)關(guān)電源和 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也有照明調(diào)光。M0S管的導(dǎo)通電阻只有幾毫歐，假設(shè)為10毫歐，在I= 10A時(shí)， M0S管功耗為1W〈〈10W，極大降低了損耗，而且降低了工作溫度。
[0014] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)方案2的一種常用設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，為方案 2的一種常用設(shè)計(jì)，在此設(shè)計(jì)中將M0S管加入到了電路中。PM0S電路工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜， PM0S作為開(kāi)關(guān)管，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，包含了方案1的優(yōu)點(diǎn)，最大好處是解決了方案1中的二極 管的功耗問(wèn)題。然而仍舊存在以下問(wèn)題：
[0015] (1)仍舊沒(méi)有解決浪涌電流和限流保護(hù)問(wèn)題；
[0016] (2)直接用電源驅(qū)動(dòng)PM0S管，不僅沒(méi)有解決欠過(guò)壓保護(hù)，而且該電路只要有外接 電源，無(wú)論其是否欠壓過(guò)壓都會(huì)有選擇外接電源供電情況，在電壓欠過(guò)壓情況下系統(tǒng)不能 正常工作；
[0017] (3)由于PM0S管的IF很小，對(duì)大規(guī)?？刂齐娐冯y以滿足要求；而且PM0S的導(dǎo)通 電阻相對(duì)較大，對(duì)功率要求高的系統(tǒng)也難以滿足要求。
[0018] 現(xiàn)有技術(shù)方案1、2均未解決對(duì)浪涌電流、過(guò)流、欠過(guò)壓的保護(hù)，導(dǎo)致其不具有實(shí)用 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，設(shè)計(jì)出具有較好實(shí)用性的無(wú)縫自 動(dòng)切換供電開(kāi)關(guān)。
[0020] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)切換供電開(kāi)關(guān)電路，包括：第一 供電單元、第二供電單元和切換單元；其中，
[0021] 第一供電單元用于在電路為初始狀態(tài)下時(shí)，為負(fù)載供電；當(dāng)?shù)谝还╇妴卧幱诘?一工作模式時(shí)，切換單元開(kāi)啟第二供電單元為負(fù)載供電；當(dāng)?shù)谝还╇妴卧幱诘诙ぷ髂?式時(shí)，切換單元開(kāi)啟第一供電單元為負(fù)載供電，以及關(guān)閉第二供電單元停止為負(fù)載供電。
[0022] 在上述電路中，切換單元為三極管；其中，
[0023] 第一供電單元與三極管的基極相連，第二供電單元與三極管的集電極相連，三極 管的發(fā)射極接地；當(dāng)?shù)谝还╇妴卧獮樨?fù)載供電時(shí)，三極管導(dǎo)通，第二供電單元的第二電源欠 壓，第二供電單元停止工作；當(dāng)?shù)谝还╇妴卧Ｖ篂樨?fù)載供電時(shí)，第二供電單元的第二電源 工作正常，第二供電單元為負(fù)載供電。
[0024] 在上述電路中，第一供電單元處于第一工作模式是指第一供電單元處于非工作狀 態(tài)，包括電源故障或人為關(guān)閉。
[0025] 在上述電路中，第一供電單元處于第二工作模式是指第一供電單元處于工作狀 ??τ〇
[0026] 在上述電路中，第一供電單元包括第一檢測(cè)電阻、第一M0S管、第一二極管和第一 熱插拔控制器；其中，第一檢測(cè)電阻用于與第一M0S管串聯(lián)，并限制第一M0S管電流的大?。?第一M0S管與第一二極管并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)作用，第一二極管導(dǎo)通瞬間，第一M0S管在第一熱 插拔控制器內(nèi)設(shè)的電壓栗驅(qū)動(dòng)下導(dǎo)通，第一熱插拔控制器的輸入端接入第一電源。
[0027] 在上述電路中，第一M0S管包括NM0S管、PM0S管。
[0028] 在上述電路中，第一供電單元還包括第一功率限制電阻、第一分壓電阻和第一定 時(shí)器電容器；其中，
[0029] 第一功率限制電阻用于接入第一熱插拔控制器的PR0G端，通過(guò)改變第一功率限 制電阻的阻值限制第一M0S管的功率；第一分壓電阻用于對(duì)第一電源分壓，并將分壓獲得 的第一欠壓電壓輸入到第一熱插拔控制器的欠壓輸入端，以及將分壓獲得的第一過(guò)壓電壓 輸入到第一熱插拔控制器的過(guò)壓輸入端，通過(guò)控制第一分壓電阻的阻值實(shí)現(xiàn)欠過(guò)壓保護(hù)； 第一定時(shí)器電容器用于接入第一熱插拔控制器的定時(shí)器輸入端，通過(guò)控制第一定時(shí)器電容 器電容設(shè)置負(fù)載的充電時(shí)間。
[0030] 在上述電路中，第二供電單元包括第二檢測(cè)電阻、第二M0S管、第二二極管和第二 熱插拔控制器；其中，
[0031] 第二檢測(cè)電阻用于與第二M0S管串聯(lián)，第二檢測(cè)電阻用于限制第二M0S管電流的 大小；第二M0S管與第二二極管并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)作用，第二二極管導(dǎo)通瞬間，第二M0S管在第 二熱插拔控制器內(nèi)設(shè)的電壓栗驅(qū)動(dòng)下導(dǎo)通，第二熱插拔控制器的輸入端接入第二電源。
[0032] 在上述電路中，第二M0S管包括NM0S管、PM0S管。
[0033] 在上述電路中，第二供電單元還包括第二功率限制電阻、第二分壓電阻和第二定 時(shí)器電容器；其中，
[0034] 第二功率限制電阻用于接入第二熱插拔控制器的PR0G端，通過(guò)改變第二功率限 制電阻的阻值限制第二M0S管的功率；第二分壓電阻用于對(duì)第二電源分壓，并將分壓獲得 的第二欠壓電壓輸入到第二熱插拔控制器的欠壓輸入端，以及將分壓獲得的第二欠壓電壓 輸入到第二熱插拔控制器的過(guò)壓輸入端，通過(guò)控制第二分壓電阻的阻值實(shí)現(xiàn)欠過(guò)壓保護(hù)； 第二定時(shí)器電容器用于接入第二熱插拔控制器的定時(shí)器輸入端，通過(guò)控制第二定時(shí)器電容 器電容設(shè)置負(fù)載的充電時(shí)間。
[0035] 在上述電路中，切換單元為