出端均设置滤波电路，且需适应宽工作电压要求，以克服因电源切换或负载加电时电路输出端电压Vout波动带来的不利影响。
[0028]3)外部电源过压与欠压检测电路
[0029]电路的功能是判断外部电源电压值是否高于(过压)或低于(欠压)负载额定工作压范围，主要由2个电压比较器Cl和C2，以及6个电阻Rl?R6组成，如图4所示。
[0030]电路中Vref由第2)条所述基准电压芯片提供，电阻Rl、R2和R5、R6的作用是分压，目的是将Uin_l上的外部电源电压调整到电压比较器Cl和C2的阀值范围内，当Uin_l端电压低于负载额定工作电压下限时(欠压)，Cl的输出端Uol电压为OV低电平，当Uin_l端电压高于负载额定工作电压上限时(过压)，C2的输出端Uo2电压为OV低电平，当Uin_l端电压位于负载额定工作电压范围内时，Cl和C2的输出端Uol和Uo2均为高电平。
[0031]4)电池欠压检测电路
[0032]该电路的功能是判断电池电压值是否低于(欠压)负载额定工作电压下限，主要由I个电压比较器C3，3个电阻R7、R8、R9组成，如图5所示。
[0033]电路中Vref由第2)条所述基准电压芯片提供。电阻R7、R8的作用是分压，目的是将Uin_2上电池电压调整到电压比较器C3的阀值范围内，确保当Uin_2端电压低于负载额定工作电压下限时(欠压)，Cl的输出端Uo3为Vout高电平，否则Uo3为OV低电平。
[0034]5)电池过压检测电路
[0035]该电路的功能是判断电池电压值是否高于(过压)电池允许充电电压上限，主要由I个电压比较器C4，3个电阻R10、R11、R12组成，如图6所示。
[0036]电路中Vref由第2)条所述基准电压芯片提供。电阻Rll、R12的作用是分压，目的是将Uin_2上的电压调整到电压比较器C4的阀值范围内，确保当Uin_2端电压高于电池允许充电电压上限时(过压)，C4的输出端Uo4为OV低电平，否则Uo3为Vout高电平。
[0037]6)双电源供电自动切换电路
[0038]该切换电路的功能是完成外部电源与电池双电源供电无缝切换，确保当外部电源正常时负载仅由外部电源供电，当外部电源断电、欠压或过压且电池未欠压时，负载由电池供电，当外部电源恢复正常后再切换回外部电源供电状态。电路主要由第I)条所述基于双PMOS管的开关电路、第2)条所述基准参考电压电路、第3)条所述外部电源过压与欠压检测电路、第4)条所述电池欠压检测电路组成，此外还包括二极管Dl、D2和上拉电阻R16组成的“与”逻辑电路、二极管D5、D6和上拉电阻R19组成的“或”逻辑电路以及由电阻R17、R18和三极管Q2组成的“非”逻辑电路，如图7所示。
[0039]当外部电源电压正常时，Uol和Uo2均输出Vout高电平信号，经二极管Dl和D2和上拉电阻R16 “与”逻辑处理之后分2路输出，第I路输出至电阻R17、R18与三级管Q2组成的“非“逻辑电路，Q2导通，Q2输出端集电极电压约为0V，使得开关电路PMOS管VT3和VT4的栅-源电压Ugs ( Vt成立，则VT3和VT4导通；第2路与电池欠压检测输出端Uo3经二极管D5、D6和上拉电阻R19作逻辑“或”处理后输出至开关电路PMOS管VT5和VT6的栅极端。因此无论电池是否欠压，开关电路PMOS管VT5和VT6的栅极端均为Vout高电平，使得开关电路PMOS管VT5和VT6的栅-源电压Ugs ( Vt不成立，则VT5和VT6截止，负载仅由外部电源供电。
[0040]当外部电源电压不正常时(过压、欠压或断电)，Uol和Uo2之一输出OV低电平信号，经二极管Dl和D2和上拉电阻R16逻辑“与”之后分2路输出，第I路输出至三级管Q2的基极端，Q2截止其集电极电压为Vout高电平，使得开关电路PMOS管VT3和VT4的栅-源电压Ugs ( Vt不成立，则VT3和VT4截止；第2路输出与电池欠压检测输出端Uo3作“或”逻辑处理后输出至开关电路PMOS管VT5和VT6的栅极端，若电池欠压，Uo3输出Vout高电平，则VT5和VT6截止，外部电源和电池均不对负载供电，若电池电压正常，Uo3输出OV低电平，则VT5和VT6导通，负载仅由电池供电。
[0041]当外部电源恢复正常时，电路可将负载供电状态由电池供电无缝切换回外部电源供电状态。
[0042]7)电池充电与防过充电保护电路
[0043]该电路的功能是在外部电源电压正常时实现外部电源为电池自动充电，并在电池电压高于充电允许门限时自动切断充电电流，防止出现过充电。如图8所示，电路主要由第I)条所述基于双PMOS管的开关电路、第2)条所述基准参考电压电路、第3)条所述外部电源过压与欠压检测电路、第5)条所述电池过压检测电路组成。此外还包括二极管Dl和D2和上拉电阻R16组成的“与”逻辑电路、二极管D3和D4和上拉电阻R20组成的“与”逻辑电路以及由电阻R13、R14与三极管Ql组成的“非”逻辑电路。
[0044]外部电源欠压检测输出端Uol、外部电源过压检测输出端Uo2和电池过压检测输出端Uo4经二极管Dl、D2、D3、D4和上拉电阻R16、R20 “与”逻辑处理后输出至“非”逻辑电路(电阻R13、R14与三级管Ql组成)。当外部电源电压正常时，Uol和Uo2均输出Vout高电平信号，若电池电压低于允许充电电压，则Uo4输出Vout高电平，Uol、Uo2和Uo4 “与”处理后输出Vout高电平，三极管Ql导通，Ql集电极电压约为0V，使得开关电路PMOS管VTl和VT2的栅-源电压Ugs ( Vt成立，则VTl和VT2导通，外部电源经电阻R15、VTl和VT2为电池持续充电，电阻R15的作用是限制充电电流。若电池电压高于允许充电电压(电池过压)，则Uo4输出OV低电平，UoU Uo2和Uo4 “与”处理后输出OV低电平，三极管Ql截止，Ql集电极电压为Vout高电平，使得开关电路PMOS管VTl和VT2的栅-源电压Ugs < Vt不成立，则VTl和VT2截止，外部电源停止向电池充电。
[0045]当外部电源电压不正常时(过压、欠压或断开)，Uol和Uo2之一输出OV低电平，UoK Uo2和Uo4经“与”处理后输出均为OV低电平，三极管Ql截止，Ql集电极电压为Vout高电平，使得开关电路PMOS管VTl和VT2的栅-源电压Ugs ( Vt不成立，VTl和VT2截止，则无论电池电压是否低于允许充电电压，外部电源均不能向电池充电。
[0046]本实用新型未详细说明的部分属本领域技术人员公知的常识。
【主权项】
1.双电源自动切换与充电电路，其特征在于，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 一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，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；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。2.根据权利要求1所述的双电源自动切换与充电电路，其特征在于，所述基准电压芯片输出端Vref的电压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。
【专利摘要】针对常用双电源自动切换电路的不足，本实用新型提出一种基于P沟道功率MOSFET(简称PMOS管)和电压比较器的外部电源和电池供电的双电源自动切换与充电电路。该电路利用分压电阻将外部电源电压和电池电压调整至电压比较器的阀值范围内，通过电压比较器分别比较外部电源电压和电池电压与参考电压的大小，根据比较结果控制PMOS管开关电路的通断，从而既能够完成双电源供电自动无缝切换，又能够利用外部电源向电池自动充电，同时具备供电过压、欠压保护和防电池过充电的功能。可用于火箭测发控系统、医疗急救系统、安保系统等对设备持续不间断供电要求较高的领域。
【IPC分类】H02J9/06
【公开号】CN204721079
【申请号】CN201520241516
【发明人】刘仁浩, 刘志华, 梁婕, 郭城
【申请人】北京航天自动控制研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年4月20日