双电源自动切换与充电电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及双电源切换与充电技术领域，特别是一种双电源自动切换与充电电路。
【背景技术】
[0002]火箭测发控系统、医疗急救系统和安保系统等领域对关键设备的持续供电能力有较高要求，设计师常采用双电源为其提供稳定持续的工作电压。其中一个电源由设备外电源提供，称之为外部电源；另一个由设备自带电池提供。当外部电源工作正常时，设备仅由外部电源供电；当外部电源出现掉电时，则无缝切换到设备自带电池供电；当外部电源恢复正常时，再无缝切换回外部电源供电状态。为此，需设计一种体积小、功耗低、可靠性高和切换时间短的双电源自动切换电路。此外，为降低电池保障难度，上述电路还应具有利用外部电源为电池自动充电的功能。
[0003]常用的双电源切换做法是采取继电器切换或二极管并联切换方式，但上述切换方式都存在弊端。通常继电器的反应时间均在ms级，容易导致设备在电源切换过程中重启，难以适应对可靠性要求较高的场合。二极管虽没有电源切换时间问题，但大电流工作时的发热功率较大，给散热设计带来较大困难。此外，现有的双电源自动切换电路未考虑供电欠压与过压保护问题，也未设计电池自动充电电路，这给装备维护保障带来较大困难。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的技术解决问题是:提供一种双电源切换与充电电路，可为设备提供稳定而持续的工作电压。
[0005]本实用新型的技术解决方案是:
[0006]所述双电源自动切换与充电包括2个电源输入端Uin_l和Uin_2，I个工作电路输出端Uout，I个基准电压芯片，2个滤波电容Ul和U2，4个电压比较器Cl?C4，2个NPN型三极管Ql和Q2，6个PMOS管VTl?VT6，12个二极管Dl?D12以及20个电阻Rl?R20 ；电路输出端Uout接基准电压芯片的输入端，Vref为基准电压芯片的输出端，滤波电容Ul —端接基准电压芯片的输入端，另一端接地线GND，滤波电容U2 —端接基准电压芯片输出端Vref，另一端接地线GND ；Uin_l为外部电源的输入端，Uin_2为外部电池的输入端；Uin_l共分4路输出，第I路接PMOS管VT3的漏极和二极管D9的正极，第2路经电阻R15接PMOS管VTl的漏极和二极管D7的正极，第3路经Rl和R2接地线GND，Rl和R2的连接端接电压比较器Cl的同相“ + ”输入端，电压比较器Cl的反相输入端接基准电压芯片输出端Vref，第4路经R5和R6接地线GND，R5和R6的连接端接电压比较器C2的反相输入端，电压比较器C2的同相“ + ”输入端接基准电压芯片输出端Vref ;Uin_2共分4路输出，第I路接PMOS管VT5的漏极和二极管Dll的正极，第2路经Rll和R12接地线GND，Rll和R12的连接端接电压比较器C4的反相输入端，电压比较器C4的同相“ + ”输入端接基准电压芯片输出端Vref，第3路经R7和R8接地线GND，R7和R8的连接端接电压比较器C3的反相输入端，电压比较器C3同相“ + ”输入端接基准电压芯片输出端Vref，第4路接PMOS管VT2的漏极和二极管D8的正极；电压比较器Cl的输出端Uol共分2路输出，第I路经上拉电阻R3接电路输出端Uout，第2路接二极管Dl的负极；电压比较器C2的输出端Uo2共分2路输出，第I路经上拉电阻R4接电路输出端Uout，第2路接二极管D2的负极；电压比较器C3的输出端Uo3共分2路输出，第I路经上拉电阻R9接电路输出端Uout，第2路接二极管D5的正极；电压比较器C4的输出端Uo4共分2路输出，第I路经上拉电阻RlO接电路输出端Uout，第2路接二极管D3的负极；二极管Dl、D2共正极且分4路输出，第I路经上拉电阻R16接电路输出端Uout，第2路经限流电阻R17接三极管Q2基极，第3路接二极管D6的正极，第4路接二极管D4的负极；二极管D3、D4共正极且分2路输出，第I路经上拉电阻R20接电路输出端Uout，第2路经限流电阻R13接三极管Ql基极；二极管D5、D6共负极且分2路输出，第I路经下拉电阻R19接地线GND，第2路接PMOS管VT5和VT6的栅极；PMOS管VT4与VT6的漏极接电路输出端Uout ;三极管Ql的射极接地线GND，基极分2路输出，第I路经上拉电阻R14接电路输出端Uout，第2路接PMOS管VTl和VT2的栅极；三极管Q2的射极接地线GND，基极分2路输出，第I路经上拉电阻R18接电路输出端Uout，第2路接PMOS管VT3和VT4的栅极；二极管D7和D8的负极端接PMOS管VTl和VT2的源极，二极管D9和DlO的负极端接PMOS管VT3和VT4的源极，二极管Dll和D12的负极端接PMOS管VT5和VT6的源极，二极管DlO的正极端接PMOS管VT4的漏极，二极管D12的正极端接PMOS管VT6的漏极；电路输出端Uout接负载。
[0007]所述参考电压Vref由基准电压集成电路芯片提供，所述基准电压集成电路芯片的输入输出端加滤波电路。
[0008]本实用新型与现有技术相比的优点在于:
[0009](I)本发明的双电源自动切换与充电电路可实现外部电源与内部电池供电的自动无缝切换功能。
[0010](2)本发明的双电源自动切换与充电电路能够实现利用外部电源向电池自动充电，并具有防电池过充电功能。
[0011](3)本发明的双电源自动切换与充电电路可实现供电电路过压与欠压保护功能。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的电路原理图；
[0013]图2为本实用新型的基于双PMOS管的开关电路；
[0014]图3为本实用新型的基准参考电压电路；
[0015]图4为本实用新型外部电源过压与欠压检测电路；
[0016]图5为本实用新型电池欠压检测电路；
[0017]图6为本实用新型的电池过压检测电路；
[0018]图7为本实用新型的双电源供电自动切换电路；
[0019]图8为本实用新型的电池充电与防过充电保护电路。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型是一种基于PMOS管和电压比较器的双电源(外部电源与内部电池)供电自动切换与充电电路，可为设备提供稳定而持续的工作电压。
[0021]图1为本实用新型的电路原理图，从电路图中可以看出，双电源自动切换与充电电路包括2个电源输入端Uin_l和Uin_2，I个工作电路输出端Uout，I个基准电压芯片，2个滤波电容Ul和U2，4个电压比较器Cl?C4，2个NPN型三极管Ql和Q2，6个PMOS管VTl?VT6，12个二极管Dl?D12以及20个电阻Rl?R20。电路输出端Uout接基准电压芯片的输入端，Vref为基准电压芯片的输出端，滤波电容Ul —端接基准电压芯片的输入端，另一端接地线GND，滤波电容U2 —端接基准电压芯片输出端Vref，另一端接地线GND ；Uin_l为外部电源的输入端，Uin_2为外部电池的输入端；Uin_l共分4路输出，第I路接PMOS管VT3的漏极和二极管D9的正极，第2路经电阻R15接PMOS管VTl的漏极和二极管D7的正极，第3路经Rl和R2接地线GND，R1和R2的连接端接电压比较器Cl的同相“ + ”输入端，电压比较器Cl的反相输入端接基准电压芯片输出端Vref，第4路经R5和R6接地线GND，R5和R6的连接端接电压比较器C2的反相输入端，电压比较器C2的同相“ + ”输入端接基准电压芯片输出端Vref ；Uin_2共分4路输出，第I路接PMOS管VT5的漏极和二极管Dll的正极，第2路经Rll和R12接地线GND，R11和R12的连接端接电压比较器C4的反相
输入端，电压比较器C4的同相“ + ”输入端接基准电压芯片输出端Vref，第3路经R7和R8接地线GND，R7和R8的连接端接电压比较器C3的反相输入端，电压比较器C3同相“ + ”输入端接基准电压芯片输出端Vref，第4路接PMOS管VT2的漏极和二极管D8的正极；电压比较器Cl的输出端Uol共分2路输出，第I路经上拉电阻R3接电路输出端Uout，第2路接二极管Dl的负极；电压比较器C2的输出端Uo2共分2路输出，第I路经上拉电阻R4接电路输出端Uout，第2路接二极管D2的负极；电压比较器C3的输出端Uo3共分2路输出，第I路经上拉电阻R9接电路输出端Uout，第2路接二极管D5的正极；电压比较器C4的输出端Uo4共分2路输出，第I路经上拉电阻RlO接电路输出端Uout，第2路接二极管D3的负极；二极管D1、D2共正极且分4路输出，第I路经上拉电阻R16接电路输出端Uout，第2路经限流电阻R17接三极管Q2基极，第3路接二极管D6的正极，第4路接二极管D4的负极；二极管D3、D4共正极且分2路输出，第I路经上拉电阻R20接电路输出端Uout，第2路经限流电阻R13接三极管Ql基极；二极管D5、D6共负极且分2路输出，第I路经下拉电阻R19接地线GND，第2路接PMOS管VT5和VT6的栅极；PM0S管VT4与VT6的漏极接电路输出端Uout ;三极管Ql的射极接地线GND，基极分2路输出，第I路经上拉电阻R14接电路输出端Uout，第2路接PMOS管VTl和VT2的栅极；三极管Q2的射极接地线GND，基极分2路输出，第I路经上拉电阻R18接电路输出端Uout，第2路接PMOS管VT3和VT4的栅极；二极管D7和D8的负极端接PMOS管VTl和VT2的源极，二极管D9和DlO的负极端接PMOS管VT3和VT4的源极，二极管Dll和D12的负极端接PMOS管VT5和VT6的源极，二极管DlO的正极端接PMOS管VT4的漏极，二极管D12的正极端接PMOS管VT6的漏极；电路输出端Uout接负载。
[0022]上述电路可分为7个功能电路:双PMOS管开关电路、基准参考电压电路、外部电源过压与欠压检测电路、电池欠压检测电路、电池过压检测电路、双电源自动切换电路、电池充电与防过充电保护电路，下文分别详述其实施方式和基本功能。
[0023]I)双PMOS管的开关电路
[0024]开关电路作为本实用新型的执行级电路，应具有开关切换时间短和损耗电压小的特点。基于双PMOS管的开关电路原理图如图2所示。
[0025]从图2可以看出，该开关电路由2个PMOS管采取背对背共源级的形式串联，每个PMOS管在漏-源端并联I个二极管。2个二极管除用于为PMOS管源端提供初始电压外，还有防止电流倒灌的作用，当Ugs ( Vt (Vt:PM0S管的开启电压)时，2个PMOS管导通，也即2个PMOS管的漏极间电路导通，当Ugs > Vt时，2个PMOS管关断，则2个PMOS管的漏极间电路截断。由此通过控制Ugs的大小即可控制两PMOS管漏极端电流的通断，其导通压降及功耗优于二极管开关电路，导通时间远小于继电器触点的反应时间。
[0026]2)基准参考电压电路
[0027]基准参考电压Vref是电路否执行开关动作的判断门限，其值必须稳定且不受电源切换动作的影响。本案选用基准电压芯片为电路提供参考电压Vref，电路如图3所示。基准电压芯片的工作电压由双电源自动切换与充电电路的输出端Uout提供，电路输出端Uout端电压Vout?供电电源电压。基准电压芯片电源输入端和基准电压Vref输