电源切换电路和电子设备的制作方法

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源切换电路和电子设备。

背景技术：

基本所有的电子类产品都需要电源供应，可以说电源是电子类产品必须的组成部分。各类电子电路的控制板供电电源基本是直流供电，如由交流电源经整流输出的12v/24v直流电源，或者是采用电池供电方式等。目前，市面上的电子板卡的直流输入电源通常是采用dc-dc转换电路或者低压差线性稳压器(ldo)实现直流输入电源的降压或升压，分别如图1a和图1b所示，然后再给负载控制板上的各芯片及模块进行供电。

对于电子产品而言，控制板的电源效率参数是一个评判电源综合性能的重要指标，特别是对于产品待机功耗、能效等级要求较高的产品，使用电池供电的低功耗产品更尤为重要。然而，对于如图1a和图1b的电源拓扑结构，由于不同的电压转换电路在负载不同状态下的不同损耗，其系统电源整体效率并不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种电源切换电路和电子设备，该电源切换电路通过将低压差线性稳压器和dc-dc转换电路进行并联连接，并根据负载的不同状态来实现无缝切换，可以提高系统电源的总体效率等。

本发明实施例提供一种电源切换电路，包括：dc-dc转换电路、电子开关电路和低压差线性稳压器，所述dc-dc转换电路的输入端连接所述低压差线性稳压器的输入端，所述dc-dc转换电路的输入端用于连接直流电源；

所述dc-dc转换电路的输出端连接所述电子开关电路的输入端，所述dc-dc转换电路的使能端和所述电子开关电路的使能端均用于连接控制端；

所述电子开关电路的输出端连接所述低压差线性稳压器的输出端，所述电子开关电路的输出端用于连接负载，其中，所述dc-dc转换电路的输出电压大于所述低压差线性稳压器的最大输出电压；

所述控制端用于当负载为非轻载状态下，使所述dc-dc转换电路启动且使所述电子开关电路接通，以使所述dc-dc转换电路为所述负载供电；

所述控制端还用于当负载为轻载状态下，使所述dc-dc转换电路不启动且使所述电子开关电路断开，以使所述低压差线性稳压器为所述负载供电。

进一步地，在上述的电源切换电路中，还包括：作为所述控制端的电源管理芯片，所述dc-dc转换电路的使能端与所述电子开关电路的使能端均连接所述电源管理芯片。

进一步地，在上述的电源切换电路中，所述控制端为所述负载的主控芯片，所述dc-dc转换电路的使能端与所述电子开关电路的使能端均用于连接所述主控芯片。

进一步地，在上述的电源切换电路中，所述电子开关电路包括电子开关，所述电子开关为三极管、mos管或继电器。

进一步地，在上述的电源切换电路中，当所述电子开关为mos管时，所述mos管的栅极用于连接所述控制端，源极连接所述dc-dc转换电路的输出端，漏极用于连接所述负载。

进一步地，在上述的电源切换电路中，还包括：ac-dc适配器，所述ac-dc适配器的输入端用于连接交流电源，输出端连接所述dc-dc转换电路的输入端；

所述ac-dc适配器用于将所述交流电源转换为直流电源后输入所述dc-dc转换电路和所述低压差线性稳压器。

进一步地，在上述的电源切换电路中，还包括：用于连接电池的电池端子，所述电池端子连接所述dc-dc转换电路的输入端。

进一步地，在上述的电源切换电路中，还包括：与所述电池端子连接的电池，所述电池为干电池或蓄电池。

本发明的另一实施例还提出一种电子设备，包括上述的电源切换电路。

进一步地，在上述的电子设备中，所述电子设备为智能门锁或智能门铃。

本发明实施例的技术方案通过将dc-dc转换电路和低压差线性稳压器并联连接在负载端，并根据负载的不同状态进行无缝切换，可提高系统电源的总体效率等。而通过增加一电子开关电路可以有效地实现dc-dc转换电路和低压差线性稳压器的隔离，避免两者在切换过程中的相互影响，从而保证了该电源切换电路的可靠性等。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1a和图1b分别示出了现有的电源供电电路的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的电源切换电路的第一结构示意图；

图3示出了本发明实施例的电源切换电路的第二结构示意图；

图4示出了本发明实施例的电源切换电路的第三结构示意图。

主要元件符号说明：

100-电源切换电路；10-dc-dc转换电路；20-电子开关电路；30-低压差线性稳压器；40-电源管理芯片；50-ac-dc适配器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1a所示，在该方案中，直流输入电源通过dc-dc转换电路输出给负载进行供电，通常地，该dc-dc转换电路的使能端en1基本为高电平，即与直流输入端连接，这样只要一上电，该dc-dc转换电路就可以进入工作状态。当然，该使能端en1也可以单独进行控制。对于该方案，当负载为轻载状态下，dc-dc转换电路的转换效率较低，通常地，在10ua的输出电流下其电源转换效率在20％以下。事实上，对于一些低功耗设备产品，如物联网智能硬件产品，其主控ic大部分时间都处于休眠状态，只有被唤醒才会进入正常供电模式，而对于此时待机消耗的电流可达到微安级别。可见，在待机状态下该dc-dc转换电路的转换效率很低，这将大大降低系统电源的整体效率。

如图1b所示，该方案中，直流输入电源通过低压差线性稳压器(即ldo)输出给负载进行供电，通常地，该ldo没有使能端，当电源满足ldo正常启动时，ldo就可以正常工作，输出目标电压。其中，ldo的输出在负载空闲或关断的情况下自身损耗很小。但是，当ldo在正常工作模式下，如10ma以上的输出电流时，自身损耗较大，其电源转换效率相比于dc-dc转换电路将大大降低。在设备转为正常工作模式后，负载电流将相对待机状态高出很多，甚至会在1000倍以上，故其正常工作模式下的电源效率同样不可忽视。

基于此，本发明提出一种电源切换电路，以实现优化系统电源架构去提高系统电源的总体效率。应当理解，本发明中，设备的待机状态、休眠状态、断开状态均统称为轻载状态。可以理解，在轻载状态下，负载所需电源的功率很小或为零，此时设备处于低功耗的状态。反之，非轻载状态可包括负载的正常工作状态，以及重载状态等。例如，若设备被外部事件唤醒后，则将由休眠状态转为正常工作状态，那么设备主控将会在全频下工作。以门锁设备为例，若接收到开门指令，门锁主控还将会驱动电机工作，此时瞬态负载电流会很大，可视为上述的重载状态。

实施例1

请参照图2，本实施例提出一种电源切换电路100，可应用于各类包含电源装置的电子设备中，如智能门锁、智能门铃等等。通过该电源切换电路100可以提高整个电子设备的总体效率等。下面对该电源切换电路100进行详细说明。

如图2所示，该电源切换电路100包括dc-dc转换电路10、电子开关电路20和低压差线性稳压器30。示范性地，dc-dc转换电路10的输入端连接该低压差线性稳压器30的输入端，dc-dc转换电路10的输入端用于连接直流电源，即dc-dc转换电路10和低压差线性稳压器30并联连接于同一直流电源。该dc-dc转换电路10的输出端连接该电子开关电路20的输入端，电子开关电路20的输出端连接低压差线性稳压器30的输出端，电子开关电路20的输出端用于连接负载，即dc-dc转换电路10经过电子开关电路后与低压差线性稳压器30并联连接于同一负载。

本实施例中，设置该dc-dc转换电路10的输出电压大于该低压差线性稳压器30的最大输出电压。示范性地，如图2所示，可设置dc-dc转换电路10的输出电压vout1略大于低压差线性稳压器30的最大输出电压vout2，例如，可设置大于0.1v左右。由于负载供电通常存在一定的电压范围，故只需保证vout1与vout2均在其电压范围内即可。

本实施例中，该dc-dc转换电路10的使能端和电子开关电路20的使能端均用于连接一控制端。示范性地，该控制端可以是专用于电源管理的电源管理芯片，其中，该电源管理芯片能够用于监测连接的负载的工作状态。当然，该控制端也可以是连接的负载的主控芯片等等。

具体地，该控制端将用于当连接的负载为非轻载状态下，使能所述dc-dc转换电路10和所述电子开关电路20，即使dc-dc转换电路10启动且使电子开关电路20导通，以使该dc-dc转换电路10能够对接入的直流电源进行电压转换后为该负载供电。

该控制端还用于当连接的负载为轻载状态下，使dc-dc转换电路10不启动且使电子开关电路20断开，以使该低压差线性稳压器30对接入的直流电源进行电压转换后为该负载供电。

本实施例中，该电子开关电路20主要用于实现dc-dc转换电路10和低压差线性稳压器30的隔离。示范性地，该电子开关电路20包括电子开关，例如，该电子开关可为三极管、mos管或继电器等。其中，三极管又包括npn管和pnp管，mos管又包括p沟道mos管和n沟道mos管等。

例如，若该电子开关为p沟道mos管，如图3所示，该p沟道mos管的栅极用于连接作为控制端的电源管理芯片，源极连接该dc-dc转换电路10的输出端，漏极用于连接所述负载。当然，该p沟道mos管的栅极与电源管理芯片之间还可设置相应的限流电阻，具体可根据实际需求设置。

通常地，dc-dc转换电路10中，如boost升压电路、buck降压电路或boost-buck升降压电路等会包含一个相对较大的储能电容，当dc-dc转换电路10在关闭后，该储能电容会进行放电。有些dc-dc转换电路10内部自带快速放电电路，即让储能电容在关闭时迅速放电。如果dc-dc转换电路10与ldo是直接并联的连接关系，即没有通过该电子开关电路20进行隔离，此时当转为ldo进行供电后，那么ldo的输出电压大部分将会被该放电电路所吸收，从而增加了系统功耗，故而也就无法达到轻载高效的目的。因此，通过该电子开关电路20的设置可以有效地隔离ldo与dc-dc转换电路10在切换过程的相互影响，不仅保证了电路可靠性，同时也利于轻载状态下的高效实现，从而提高了系统电源的总体效率。

可选地，如图4所示，该电源切换电路100还包括电源管理芯片40，该电源管理芯片40作为上述的控制端，用于对dc-dc转换电路10和电子开关电路20的使能端进行相应控制。示范性地，dc-dc转换电路10的使能端与电子开关电路20的使能端均连接该电源管理芯片40。

由于dc-dc转换电路10的使能端和电子开关电路20的使能端具有相同的控制逻辑，优选地，该dc-dc转换电路10的使能端与电子开关电路20的使能端并联后连接到该电源管理芯片40，即两个使能端共用该电源管理芯片40的一个控制引脚，以减少对芯片引脚的占用等。

作为另一种可选的方案，上述的控制端为负载的主控芯片，即利用主控芯片来对dc-dc转换电路10和电子开关电路20的使能端进行控制。示范性地，dc-dc转换电路10的使能端与电子开关电路20的使能端均用于连接负载的主控芯片。或者，两者的使能端并联连接于该主控芯片的同一控制引脚。

可选地，该电源切换电路100还包括ac-dc适配器50，该ac-dc适配器50的输入端用于连接交流电源，输出端连接所述dc-dc转换电路10的输入端。该ac-dc适配器50用于将连接的交流电源转换为直流电源后分别输入到dc-dc转换电路10和低压差线性稳压器30中。可以理解，该ac-dc适配器50主要用于对接入的交流电源，如ac110v～220v等进行压降、整流及滤波等处理。

作为另一种可选的方案，该电源切换电路100还包括用于连接电池的电池端子，该电池端子连接该dc-dc转换电路10的输入端和低压差线性稳压器30的输入端。可选地，该电源切换电路100还包括与上述的电池端子连接的电池，该电池将作为直流电源输入到dc-dc转换电路10和低压差线性稳压器30。示范性地，该电池可采用干电池或蓄电池等，具体如锂电池、aa/aaa电池等等。

示范性地，结合图2，下面对该电源切换电路100的工作原理进行说明。

(1)当负载为轻载状态，如待机状态、休眠状态等，控制端将使dc-dc转换电路10不启动，即不工作，并且使电子开关电路20为断开状态，如具体可通过设置使能端en1和en2均为低电平，此时ldo输出电压为负载进行供电。

可以理解，当负载为轻载状态时，此时负载所需电流为0或者非常小的电流，如纳安级别或毫安级别以下，而此时ldo消耗的是自身的静态电流，该静态电流值极低，故损耗很小，从而保证了系统电源的高效率。

(2)当负载转为非轻载状态时，如正常工作状态等，控制端将使能dc-dc转换电路10及电子开关电路20，即启动dc-dc转换电路10且使电子开关电路20导通，如具体可通过设置使能端en1和en2均为高电平，此时dc-dc转换电路10的输出电压vout1经过电子开关电路20后为负载进行供电。

如图2所示，忽略电子开关电路20中电子开关的导通损耗，此时dc-dc转换电路10输出电压vout1近乎等于电子开关电路20的输出电压vout1_1，即vout1≈vout1_1>ldo的最大输出电压vout2。由于dc-dc转换电路10的输出电压vout1会小于其输入端接入的直流电源电压，故ldo不会出现电流倒灌现象，其输出电压依赖负载电流来调节。若ldo的输出电压被连接的负载拉高至最大输出电压vout2，由于设置了vout1>vout2，故ldo将不会进入工作状态。可以理解，此时只有dc-dc转换电路10为负载进行高效率供电。

(3)当负载重新转为轻载状态时，控制端再次设置使能端en1和en2均为低电平，系统将重新转化为ldo输出。

于是，根据负载的状态变化如此反复，实现dc-dc转换电路10与ldo供电的无缝切换，相比于现有的两种电源供电方案，提高了系统电源的总体效率。

相比于如图1a的现有方案，本实施例的电源切换电路100还可有效防止dc-dc转换电路10的电磁干扰问题。这是因为，对于如图1a的方案，为了达到轻载高效目的，dc-dc转换电路10通常会在轻载状态下降低内部开关的工作频率。由于负载由轻载到非轻载状态或者由非轻载到轻载状态的转变会引起工作频率的变化，此外，dc-dc转换电路10在电流连续模式(ccm)与断续模式(dcm)之间相互变化，这两种变化都极易引起电磁干扰问题。而本实施例的该电源切换电路100通过控制ldo与dc-dc转换电路10在轻载与非负载状态之间进行无缝切换，而ldo在轻载模式下的噪声非常低，故在很大程度上避免了电磁干扰的问题。

本实施例的电源切换电路通过将dc-dc转换电路和低压差线性稳压器并联连接在负载端，并根据负载的不同状态进行无缝切换，可提高系统电源的总体效率。此外，电子开关电路的设置可以有效地实现dc-dc转换电路和低压差线性稳压器的隔离，避免两者在切换过程中的相互影响，从而保证了该电源切换电路的可靠性等。

请参照图2，本发明的另一实施例提出一种电子设备，该电子设备可采用上述实施例1的电源切换电路100作为电源架构。可以理解，上述实施例1中的可选项同样适用于本实施例的电子设备，故在此不再详述。

其中，该电子设备可以采用交流电源供电，此时该电源切换电路100应包含ac-dc适配器50，当然，本实施例的电子设备也可以是利用电池这类直流电源进行供电的设备，以及对电源综合效率要求较高的设备。示范性地，可包含但不限于为智能门锁、智能门铃、数字时钟、笔记本电脑等等。通过该电源切换电路提高了该电子设备系统电源的总体效率。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。