一種供電輸入源切換電路的製作方法
2024-04-12 10:12:05
1.本發明涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種供電輸入源切換電路。
背景技術：
2.在某些需要進行交流電源及直流電池切換供電的應用上，兩種不同的輸入工作電源之間切換；很多應用場合需要不掉的工作電壓，當交流供電電源斷開後，能快速切換到備用電池供電，並在供電切換過程中負載工作電壓穩定。需要先關閉一種輸入工作電源，再開啟另一種輸入工作電源，這種工作電源的切換過程必然使負載端的工作電壓掉電或大幅度波動，影響設備正常使用。
技術實現要素：
3.本發明提供了一種供電輸入源切換電路，以解決現有技術在切換供電源時，工作電壓不穩定的技術問題。
4.為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種供電輸入源切換電路，包括：開關電源電路、差分電壓檢測及電壓比較電路和dc-dc升降壓電路；
5.其中，所述開關電源電路用於將交流電源轉換為直流電源後，並通過變壓器將所述直流電源的輸出電壓轉換為工作電壓後，為負載電路供電；所述變壓器的次級線圈的正輸出端通過二極體與所述開關電源電路的正輸出端連接；
6.所述差分電壓檢測及電壓比較電路用於對所述二極體兩端的電壓差進行差分放大後得到第一電壓，並比較第一電壓與參考電壓的大小，根據比較結果，在交流電源斷開時，向所述dc-dc升降壓電路輸出高電平；在交流電源正常供電時，向所述dc-dc升降壓電路輸出低電平；
7.所述dc-dc升降壓電路受直流電池供電，用於在接收到高電平後，向所述負載電路提供工作電壓；以及用於在接收到低電平後，停止向所述負載電路提供工作電壓。
8.本發明通過開關電源電路進行交直流轉換後為負載電路供電，dc-dc升降壓電路作為第二種供電源可為負載電路供電；差分電壓檢測及電壓比較電路對開關電源電路中的二極體進行採樣，通過差分放大和電壓比較快速判斷開關電源電路是否出現掉電，並及時通過輸出高電平快速將供電源切換至dc-dc升降壓電路，為負載電路穩定提供工作電壓。
9.進一步地，所述開關電源電路的正輸出端與所述負載電路的正輸入端連接，所述開關電源電路的負輸出端與所述負載電路的負輸入端連接，所述開關電源電路的第一採樣端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的第一輸入端連接，所述開關電源電路的第二採樣端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的第二輸入端連接；所述差分電壓檢測及電壓比較電路的輸出端與所述dc-dc升降壓電路的輸入端連接；所述dc-dc升降壓電路的正輸出端與所述負載電路的正輸入端連接，所述dc-dc升降壓電路的負輸出端與所述負載電路的負輸入端連接；其中，所述差分電壓檢測及電壓比較電路通過所述開關電源電路的第一採樣端和第二採樣端獲取所述二極體兩端的電壓差。
10.進一步地，所述開關電源電路還包括：整流橋；
11.其中，所述整流橋的第一輸入端和所述整流橋的第二輸入端與交流電源連接，所述整流橋的第一輸出端與所述變壓器的初級線圈的正輸入端連接，所述整流橋的第二輸出端與所述變壓器的初級線圈的負輸入端連接；
12.所述變壓器的次級線圈的正輸出端與所述二極體的正極和所述開關電源電路的第一採樣端連接，所述變壓器的次級線圈的負輸出端與所述開關電源電路的負輸出端連接；
13.所述二極體的負極與所述開關電源電路的正輸出端和所述開關電源電路的第二採樣端連接。
14.本發明的開關電源電路通過整流橋進行交直流轉換，並通過變壓器提供負載電路所需的工作電壓，使用二極體一方面為差分電壓檢測及電壓比較電路提供用於判斷是否切換供電源的電壓差，另一方面在供電源切換時防止開關電源電路發生反灌，提高供電源切換時的電路穩定性。
15.進一步地，所述開關電源電路還包括：第一電容；
16.其中，所述第一電容的第一端與所述二極體的負極、所述開關電源電路的正輸出端和所述開關電源電路的第二採樣端連接；
17.所述第一電容的第二端與所述變壓器的次級線圈的負輸出端和所述開關電源電路的負輸出端連接。
18.本發明使用第一電容進行濾波，為負載電路提供穩定的工作電壓。
19.進一步地，所述二極體為肖特基二極體。
20.本發明使用肖特基二極體，在降低功耗的同時，利用反向恢復時間短的特點進一步實現快速穩定的供電源切換。
21.進一步地，所述差分電壓檢測及電壓比較電路包括：差分放大電路和電壓比較電路；
22.其中，所述差分放大電路用於按預設的放大係數，對所述二極體兩端的電壓差進行差分放大，得到所述第一電壓，並將所述第一電壓輸入至所述電壓比較電路；
23.所述電壓比較電路用於比較所述第一電壓與所述參考電壓的大小，當所述第一電壓小於所述參考電壓時，輸出高電平至所述dc-dc升降壓電路；當所述第一電壓大於等於所述參考電壓時，輸出低電平至所述dc-dc升降壓電路；
24.所述差分放大電路的輸入正端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的第一輸入端連接，所述差分放大電路的輸入負端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的第二輸入端連接，所述差分放大電路的輸出端與所述電壓比較電路的輸入負端連接；
25.所述電壓比較電路的輸入正端與所述參考電壓電連接，所述電壓比較電路的輸出端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的輸出端連接。
26.本發明通過差分放大電路對二極體的電壓差進行放大，並配合電壓比較電路將放大後的電壓差，即第一電壓，與參考電壓進行比較；在交流電源掉電時通過第一電壓小於參考電壓，及時向dc-dc升降壓電路輸出高電平，並使供電源切換至dc-dc升降壓電路通過直流電池提供的工作電壓，提高了供電源切換時工作電壓的穩定性。
27.進一步地，所述差分放大電路包括：第一運算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電
阻、第四電阻和第二電容；
28.其中，所述第一運算放大器的同相端與所述第一電阻的第一端和所述第二電阻的第一端連接；
29.所述第一運算放大器的反相端與所述第三電阻的第一端和所述第四電阻的第一端連接；所述第一電阻與所述第三電阻的阻值相同，所述第二電阻與第四電阻的阻值相同；
30.所述第一運算放大器的輸出端與所述第四電阻的第二端、所述第二電容的第一端和所述差分放大電路的輸出端連接；
31.所述第一運算放大器的正電源端與內部工作電壓源連接；
32.所述第一運算放大器的負電源端與所述第二電阻的第二端和電路地連接；
33.所述第一電阻的第二端與所述差分放大電路的輸入正端連接；
34.所述第三電阻的第二端與所述差分放大電路的輸入負端連接；
35.所述第二電容的第二端與電路地連接。
36.進一步地，所述電壓比較電路包括：第二運算放大器、第五電阻、第六電阻和第三電容；
37.所述第二運算放大器的同相端與所述第五電阻的第一端、所述第六電阻的第一端、所述第三電容的第一端連接；
38.所述第二運算放大器的反相端與所述電壓比較電路的輸入負端連接；
39.所述第二運算放大器的正電源端與內部工作電壓源連接；
40.所述第二運算放大器的負電源端與電路地連接；
41.所述第二運算放大器的輸出端與所述電壓比較電路的輸出端連接；
42.所述第五電阻的第二端與內部工作電壓源連接；
43.所述第六電阻的第二端與所述第三電容的第二端和電路地連接。
44.進一步地，所述dc-dc升降壓電路包括：dc-dc變換電路、直流電池和第七電阻；
45.所述直流電池與所述dc-dc變換電路連接，用於為所述dc-dc變換電路提供第二電壓；
46.所述dc-dc變換電路用於將所述第二電壓轉換為工作電壓，並在接收到所述差分電壓檢測及電壓比較電路輸出的高電平時，輸出工作電壓；在接收到差分電壓檢測及電壓比較電路輸出的低電平時，停止輸出工作電壓；
47.所述dc-dc變換電路的輸入端與所述第七電阻的第一端和所述dc-dc升降壓電路的輸入端連接；
48.所述dc-dc變換電路的正輸出端與所述dc-dc升降壓電路的正輸出端連接；
49.所述dc-dc變換電路的負輸出端與所述dc-dc升降壓電路的負輸出端連接；
50.所述第七電阻的第二端與內部工作電壓源連接。
51.進一步地，所述直流電池為bat電池。
52.本發明的dc-dc變換電路將直流電池提供的第二電壓轉換至負載電路穩定運行所需的工作電壓，並在交流電源掉電時響應差分電壓檢測及電壓比較電路輸出的高電平，快速為負載電路提供工作電壓，實現快速穩定的供電源切換。
附圖說明
53.圖1為本發明提供的供電輸入源切換電路的一種實施例的結構示意圖；
54.圖2為本發明提供的供電輸入源切換電路的另一種實施例的結構示意圖。
55.其中，說明書附圖的附圖標記如下：
具體實施方式
56.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
57.實施例一
58.請參照圖1，為本發明提供的供電輸入源切換電路的一種實施例的結構示意圖，包括：開關電源電路、差分電壓檢測及電壓比較電路和dc-dc升降壓電路；
59.其中，所述開關電源電路用於將交流電源轉換為直流電源後，並通過變壓器將所述直流電源的輸出電壓轉換為工作電壓後，為負載電路供電；所述變壓器的次級線圈的正輸出端通過二極體與所述開關電源電路的正輸出端連接；
60.所述差分電壓檢測及電壓比較電路用於對所述二極體兩端的電壓差進行差分放大後得到第一電壓，並比較第一電壓與參考電壓的大小，根據比較結果，在交流電源斷開時，向所述dc-dc升降壓電路輸出高電平；在交流電源正常供電時，向所述dc-dc升降壓電路輸出低電平；
61.所述dc-dc升降壓電路受直流電池供電，用於在接收到高電平後，向所述負載電路提供工作電壓；以及用於在接收到低電平後，停止向所述負載電路提供工作電壓。
62.在本實施例中，開關電源電路和dc-dc升降壓電路分別為負載電路的兩個供電源或供電輸入源；在開關電源電路中，二極體一方面為差分電壓檢測及電壓比較電路提供用於判斷交流電源的供電輸入情況，或者，是否切換供電源所需的電壓差，另一方面防止在將供電源切換至dc-dc升降壓電路後，開關電源電路出現反灌現象。
63.進一步地，所述開關電源電路的正輸出端與所述負載電路的正輸入端連接，所述開關電源電路的負輸出端與所述負載電路的負輸入端連接，所述開關電源電路的第一採樣端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的第一輸入端連接，所述開關電源電路的第二採樣端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的第二輸入端連接；所述差分電壓檢測及電壓比較電路的輸出端與所述dc-dc升降壓電路的輸入端連接；所述dc-dc升降壓電路的正輸出端與所述負載電路的正輸入端連接，所述dc-dc升降壓電路的負輸出端與所述負載電路的負輸入端連接；其中，所述差分電壓檢測及電壓比較電路通過所述開關電源電路的第一採樣端和第二採樣端獲取所述二極體兩端的電壓差。
64.在本實施例中，二極體的正極和負極可分別與第一採樣端和第二採樣端連接；差分電壓檢測及電壓比較電路通過第一採樣端和第二採樣端獲取二極體的電壓差，並根據該電壓差與參考電壓的大小判斷是否開啟dc-dc升降壓電路為負載電路供電。
65.在本實施例中，dc-dc升降壓電路在直流電池的電壓大於工作電壓時，進行降壓，在直流電池的電壓小於工作電壓時，進行升壓；以使dc-dc升降壓電路在開啟後，向負載電
路提供穩定的工作電壓。
66.請參照圖2，為本發明提供的供電輸入源切換電路的另一種實施例的結構示意圖，其中，開關電源模塊電路為本發明實施例的開關電源電路，所述開關電源電路還包括：整流橋；
67.其中，所述整流橋的第一輸入端和所述整流橋的第二輸入端與交流電源連接，所述整流橋的第一輸出端與所述變壓器t1的初級線圈的正輸入端連接，所述整流橋的第二輸出端與所述變壓器t1的初級線圈的負輸入端連接；
68.所述變壓器t1的次級線圈的正輸出端與所述二極體d1的正極和所述開關電源電路的第一採樣端連接，所述變壓器t1的次級線圈的負輸出端與所述開關電源電路的負輸出端連接；
69.所述二極體d1的負極與所述開關電源電路的正輸出端和所述開關電源電路的第二採樣端連接。
70.在本實施例中，整流橋在對交流電源進行交直流轉換後，通過變壓器t1將整流橋轉換得到的直流電源調整為負載電路所需的工作電壓。
71.本發明的開關電源電路通過整流橋進行交直流轉換，並通過變壓器t1提供負載電路所需的工作電壓，使用二極體d1一方面為差分電壓檢測及電壓比較電路提供用於判斷是否切換供電源的電壓差，另一方面在供電源切換時防止開關電源電路發生反灌，提高供電源切換時的電路穩定性。
72.進一步地，所述開關電源電路還包括：第一電容c1；
73.其中，所述第一電容c1的第一端與所述二極體d1的負極、所述開關電源電路的正輸出端和所述開關電源電路的第二採樣端連接；
74.所述第一電容c1的第二端與所述變壓器t1的次級線圈的負輸出端和所述開關電源電路的負輸出端連接。
75.本發明使用第一電容c1進行濾波，為負載電路提供穩定的工作電壓。
76.進一步地，所述二極體d1為肖特基二極體d1。
77.本發明使用肖特基二極體d1，在降低功耗的同時，利用反向恢復時間短的特點進一步實現快速穩定的供電源切換。
78.在本實施例中，所述差分電壓檢測及電壓比較電路包括：差分放大電路和電壓比較電路；
79.其中，所述差分放大電路用於按預設的放大係數，對所述二極體d1兩端的電壓差進行差分放大，得到所述第一電壓，並將所述第一電壓輸入至所述電壓比較電路；
80.所述電壓比較電路用於比較所述第一電壓與所述參考電壓的大小，當所述第一電壓小於所述參考電壓時，輸出高電平至所述dc-dc升降壓電路；當所述第一電壓大於等於所述參考電壓時，輸出低電平至所述dc-dc升降壓電路；
81.所述差分放大電路的輸入正端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的第一輸入端連接，所述差分放大電路的輸入負端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的第二輸入端連接，所述差分放大電路的輸出端與所述電壓比較電路的輸入負端連接；
82.所述電壓比較電路的輸入正端與所述參考電壓電連接，所述電壓比較電路的輸出端與所述差分電壓檢測及電壓比較電路的輸出端連接。
dc升降壓電路；而在第一電壓大於參考電壓時，第二運算放大器u2輸出低電平，關閉dc-dc升降壓電路，以使交流電源通過開關電源電路為負載電路正常供電。
104.進一步地，圖2中的dc-dc直流升壓或降壓模塊電路即為本發明實施例的dc-dc升降壓電路，所述dc-dc升降壓電路包括：dc-dc變換電路、直流電池和第七電阻r7；
105.所述直流電池與所述dc-dc變換電路連接，用於為所述dc-dc變換電路提供第二電壓；
106.所述dc-dc變換電路用於將所述第二電壓轉換為工作電壓，並在接收到所述差分電壓檢測及電壓比較電路輸出的高電平時，輸出工作電壓；在接收到差分電壓檢測及電壓比較電路輸出的低電平時，停止輸出工作電壓；
107.所述dc-dc變換電路的輸入端與所述第七電阻r7的第一端和所述dc-dc升降壓電路的輸入端連接；
108.所述dc-dc變換電路的正輸出端與所述dc-dc升降壓電路的正輸出端連接；
109.所述dc-dc變換電路的負輸出端與所述dc-dc升降壓電路的負輸出端連接；
110.所述第七電阻r7的第二端與內部工作電壓源連接。
111.本發明的dc-dc變換電路將直流電池提供的第二電壓轉換至負載電路穩定運行所需的工作電壓，並在交流電源掉電時響應差分電壓檢測及電壓比較電路輸出的高電平，快速為負載電路提供工作電壓，實現快速穩定的供電源切換。
112.進一步地，所述直流電池為bat電池。
113.在本實施例中，供電輸入源切換電路配合作為蓄電池的bat電池，可廣泛應用於各種載具的啟動、照明功能，以及用作通訊系統、計算機系統的電源。
114.本發明通過開關電源電路進行交直流轉換後為負載電路供電，dc-dc升降壓電路作為第二種供電源可為負載電路供電；差分電壓檢測及電壓比較電路對開關電源電路中的二極體d1進行採樣，通過差分放大和電壓比較快速判斷開關電源電路是否出現掉電，並及時通過輸出高電平快速將供電源切換至dc-dc升降壓電路，為負載電路穩定的、波動較小的提供工作電壓。
115.以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，應當理解，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍。特別指出，對於本領域技術人員來說，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。