专利名称：电源自动切换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电源切换装置，尤其是一种在^^携式电子设 备中对两路输入的直流电源进行自动切换的电源自动切换装置。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，MP3播放器、数码相机等便携式电子 设备已经被人们广泛使用。现有的大部分便携式电子设备都具有两路 直流电源供电，其中一路是由电池提供的直流电源，另外一路是由通 用串行总线(USB)提供的直流电源。当便携式电子设备只安装有电 池而没有连接通用串行总线时，便携式电子设备由电池供电；当便携 式电子设备既安装有电池又连接通用串行总线时，便携式电子设备会 切换由通用串行总线供电。现有的便携式电子设备较多使用专用的电 源管理单元(PMU)芯片进行电源切换，但这会增加便携式电子设备 的生产成本，并在便携式电子设备中占据较大的体积，不利于便携式 电子设备的小型化。因此，现有部分便携式电子设备使用两只二极管 来实现电源的自动切换。如图1所示，是由两只二极管构成的现有电 源自动切换装置的电原理图。图中二极管Dl、 D2的正极分别与两路 直流电源输入端口 Jl、 J2连接，其负极连接在一起，并连接到电源 输出端口 J4上。正常使用时，只有一路直流电源向端口 Jl提供一个 电压较低的直流电源，此时端口 Jl的电压比节点N电压高，二极管 Dl导通，用电系统20由该^^直流电源供电。当另一^各直流电源通过 端口 J2提供一个电压较高的直流电源时，端口 J2电压高于节点N的 电压，二极管D2导通，而节点N电压又高于端口 Jl电压，则此时二 极管D1截止，供电的直流电源自动切换为与端口 J2连接的一路直流 电源。但这种由两只二极管组成的电源自动切换装置存在两只二极管 本身耗电的问题，导致较大的能量损耗，不利于用电系统20的长时 间使用。同时，现有部分便携式电子设备可支持0TG (USB on-the-go，一种支持电子设备作为主机或从机双重角色转换的USB协议)功能，在这些便携式电子设备中，如不能对总线电源进行有效的管理， 可能导致串行通用总线通信错误，同时也会影响便携式电子设备的正 常工作。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提供一种成本低、体积小并且能量消 耗小的电源自动切换装置。
为实现上述目的，本实用新型提供的电源自动切换装置包括多个
并联的电源输入端口，用于与多路电源连接； 一个电源输出端口，用 于向用电器提供电源； 一 个判断多路电源状态并根据多路电源状态向 电压变换电路切换提供某一电源的转换电路； 一个连接在转换电路与 电源输出端口之间的电压变换电路，用于将转换电路提供的电源电压 变换为额定输出电压； 一个向电压变换电路提供电能的储能电路，该 储能电路的电能由所述转换电路提供。
较佳的实施方案是，转换电路包括一个二极管和一个第一场效应 管，二极管的正极连接到其中一个电源输入端口 Jl上，负极与储能 电路连接；第一场效应管连接在另一个电源输入端口 J2与电压变换 电路之间，其寄生二极管的正方向为由该电源输入端口到电压变换电 路。
由以上方案可见，本实用新型提供的电源自动切换装置与电源管 理模块相比，使用电子元件较少，降低了生产的成本，并且减少占据 的空间。同时，转换电路只使用一个二极管和场效应管，而场效应管 消耗的电能远小于二极管，故本实用新型提供的电源自动切换装置能 减少电能的消耗，有利于便携式电子设备的长时间使用。
如果便携式电子设备支持0TG功能，本实用新型的电源自动切换 装置还进一步包括驱动通用串行总线的外部总线电源， 一夺电池的电能 转换为外部总线电源的总线驱动装置，检测和控制便携式电子设备在 通信中的状态并向总线驱动装置和切换装置发送检测信号的通用串行 总线控制器，通用串行总线控制器能根据便携式电子设备在通信中的 角色控制选择由外部总线电源还是电池供电。
可见，电源自动切换装置通过总线驱动装置和通用串4亍总线控制 器对总线电源进行有效管理，确保便携式电子设备的正常工作。
图1是由两只二极管构成的现有电源自动切换装置的电原理图； 图2是使用本实用新型的便携式电子设备部分功能模块的连接示 意框图3是本实用新型的第一实施例的电原理图； 图4是本实用新型的第二实施例的电原理图； 图5是本实用新型的第三实施例的电原理图。
以下结合附图及各实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见图2,图2揭示了使用了本实用新型的便携式电子设备部 分功能模块的连接示意框图。便携式电子设备包括两路直流电源，分 别为第一直流电源1和第二直流电源2,这两3各直流电源可以是电 池、通用串行总线等。本实用新型的电源自动切换装置包括转换电路 11、储能电路12、电压变换电路13以及电源输出端口 J4。
便携式电子设备工作时，转换电路11判断两路直流电源的状 态，若只有一^各直流电源存在，则由该^^直流电源供电；若两^Jl流 电源都存在，则判断两路直流电源中哪一路的电压较高，由电压较高 的一路供电。同时，转换电路11还会在两路直流电源中实现自动切 换。由于切换过程中，两路直流电源均不能正常地供电，此时储能电 路12将短时间地代替两路直流电源供电，以保证便携式电子设备的 正常工作。在切换完成后，处于工作状态的一路直流电源通过转换电 路11向储能电路12供电，以补充储能电路12在切换过程中消耗掉 的能量。同时，转换电路11对两路电源切换的时间是短暂的，储能 电路12代替两路直流电源工作的时间也是短暂的，因此本实用新型 的对储能电路12的储存容量要求不高，普通的电容元件^使可实现。
由于电池提供的电压一般为1. 2伏至1. 5伏，通用串行总线提供 的电压一般为5伏，而便携式电子设备的工作电压一般为3伏，因此
在转换电路11或储能电路12向电子系统14供电前，需要通过电压
变换电路13对输入的直流电源的电压进行转换，再输出到电源输出 端口J4上去。电压变换电路13主要包括一升压电路、降压电路以及 电压判断电路，该电压判断电路判断输入的电压是否在3伏以上，若 在3伏以上则进行降压处理，若在3伏以下则进行升压处理。
参见图3，图3是本实用新型第一实施例的电原理图。本实施例 中，两路直流电源分别是通用串行总线和电池，Jl和J2分别是连接 通用串行总线的端口和连接电池的端口 ， Pl是连接系统电源的端 口，系统电源是指由便携式电子设备其他功能模块提供的电源，当电 池安装到该便携式电子设备上时，系统电源便获得3伏的电压，并向 端口 pi输出该3伏电压。电阻Rl、 R2、 R3、 二极管D3以及N型场 效应管Ql、 Q2组成了本实施例的转换电路，储能电路为电容C。 二 极管D3的正极与端口 Jl连接，其负极与电容C连接；场效应管Ql 的源极sl与端口n连接，漏极dl与电容C连接，栅极gl通过电阻 Rl与端口 Pl连4妻，并且与场效应管Q2的漏极d2连接；场效应管Q2 的源极s2接地，栅极g2通过电阻R2与端口 Jl连接，并且通过电阻 R3接地。
本实施例中，通用串行总线的供电电压比电池的供电电压高，即 两路直流电源同时存在时，由通用串行总线电源供电。在1更携式电子 设备工作过程中，大部分时间只有电池存在，即端口 J2有约1.5伏 的电压输入，端口 Jl没有电压输入。此时，二才及管D3和场效应管 Q2截止。电池通过端口 J2向场效应管Ql的源极sl提供约1. 5伏的 电压，系统电源通过端口 Pl向场效应管Ql的栅极gl提供约3伏的 电压，则场效应管Ql的栅极gl的电压比源极sl的电压高，场效应 管Ql导通，电池通过端口 J2、场效应管Ql向电压变换电3各13提供 电能，并向电容C充电。
便携式电子设备在连接上电池的同时，再连接上通用串行总线电 源后，端口 Jl、 J2均有电压输入。则此时通用串4亍总线通过端口 Jl 提供约5伏的电压，经过电阻R2与R3分压后，通用串行总线电源 向场效应管Q2的栅极g2加载的电压仍高于端口 J2处的电压，而场
效应管Q2的源极S2接地，电压为零，故场效应管Q2导通，其漏极 d2有电流输出，该电流流经电阻Rl时，在电阻Rl两端产生4交大的 压降，从而使加载在场效应管Ql的栅极gl的电压降^f氐，场效应管 Ql截止。同时，通用串行总线电源通过端口 Jl、 二级管D3向电压变 换电路13提供电能。
在上述的电源切换过程中，电容C会短暂的向电压变换电路提供 电能，以便携式电子设备的正常工作。当通用串行总线电源供电的电 压稳定后，电容C停止供电并开始储存电能。
本实施例中电容C可以为有极性电容或无极性电容，若为有极性 电容，则其正极与二极管D3连接，其负极接地。
, 本实施例中，转换电^各包括一个二极管和两个场效应管，在本实 用新型实际应用过程中，转换电路可以只使用 一个二极管和一个场效 应管，例如图4中所示的本实用新型的第二实施例。本实施例与第一 实施例相同的是，端口 Jl也是与通用串行总线连接，端口 J2与电池 连接，储能装置也是电容C。而本实施例中，转换电路由电阻R4、 R5、 二极管D3和P型场效应管Q3组成。二极管D3的正极也是与端 口J1连接，负极与电容C连接。场效应管Q3的漏极d3与端口 J2连 接，源极s3与电容C连接，栅极g3通过电阻R4与端口 Jl连接，并 通过电阻R5与电容C和接地。
当便携式电子设备中只有电池存在时，电池通过端口 J2向场效 应管Q3的源极s3提供1. 5伏的电压，而端口 Jl没有电压输入，场 效应管Q3的栅极g3则与地GND等电位，为低电平。此时由于场效应 管Q3的寄生二极管的存在，电池通过该寄生二极管的漏电使场效应 管Q3的源极s3电压升高，使栅极g3与源极s3之间的压降小于场效 应管Q3的夹断电压，场效应管Q3导通，电池通过端口 J2、场效应 管Q3向电压变换电路13供电，并对电容C充电。
当便携式电子设备同时连接上电池和通用串行总线后，通用串行 总线向端口 Jl提供5伏的电压，并经电阻R4和R5分压后，在场效 应管Q3的栅极g3处的电压高于端口 J2的电压，此时场效应管Q3的 栅极g3的电压比源极s3的电压高，场效应管Q3截止，电池输入的
电压无法通过场效应管Q3输送到电压变换电路13上。而通用串行总
线通过端口 Jl、 二极管D3向电压变换电路13供电。
在本实施例电源切换过程中电容C也是短暂地向电压变换电路 ll提供电能，保证电子系统14的正常工作。
从上述两个实施例可以看到，本实用新型的转换电路能有效自动 地对两路直流电源进行切换，并且在切换过程中使用电容C供电避免 了电压抖动的问题。同时，本实用新型提供的电源自动切换装置只是 由几个电阻、 一个电容、 一个二才及管、 一个或两个场效应管组成，生 产成本低，占据空间小，并且消耗的电能比使用两个二极管的方式
现有的部分便携式电子设备支持0TG功能，可以通过协议或者连 线类型获知自己是处于主机还是处于从机的角色，并可以判断与自己 连接的设备是支持0TG功能的设备还是只能做主机的纯主机设备，如 计算机等。对于支持0TG的便携式电子设备，对总线电源的管理更是 十分重要。本实用新型提供的电源自动切换装置也能有效的管理总线 电源，保证便携式电子设备的正常工作。
参见图5,图5揭示了本实用新型第三实施例的电原理图。与第 二实施例相比，本实施例增加了外部总线电源(图中未示)以及与外 部总线电源连接的端口 J3。外部总线电源是设置在便携式电子设备 内部的电源，可以由计算4几驱动，也可以由电池转4奐而来，用于驱动 通用串行总线并向端口 Jl提供5伏电压。另外，本实施例还增加总 线驱动装置15、通用串行总线控制器16、 P型场效应管Q4、 N型场 效应管Q5以及电阻R6、 R7、 R8。通用串行总线控制器16检测和控 制便携式电子设备在通信中的状态并向总线驱动装置15和切换装置 11发送检测信号，总线驱动装置15根据通用串行总线控制器16发 出的信号判断是否需要将电池供电转换为外部总线供电。本实施例的 转换电^各包括电阻R4、 R5、 R6、 R7、 R8、 二极管D3与场效应管Q3、 Q4、 Q5。场效应管Q4的源极s4与端口 J3连接，漏极d4与端口 Jl 连接，；胁极g4通过电阻R6与端口 J3连接，并且与场效应管Q5的漏
极d5连接；场效应管Q5的源极s5接地，栅极g5通过电阻R7与通 用串行总线控制器16连接，并通过电阻R8与接地。
当便携式电子设备没有与其它设备连接时，其工作过程与前述的 第二实施例相同，不再赘述。
当便携式电子设备与计算机连接，则便携式电子设备作为计算机 的从机，外部总线电源由计算机驱动，并通过端口 J3向场效应管Q4 的源极s4加载5伏的电压。此时，通用串行总线控制器16检测到便 携式电子设备与计算机连接并处于从机的角色，向总线驱动装置15 发出低电平的检测信号，总线驱动装置15停止将电池的电能转换成 外部总线电源。同时，通用串行总线控制器16通过电阻R7向场效应 管Q5发出高电平信号，使场效应管Q5导通，其漏极d5向场效应管 Q4的栅极g4发出低电平信号，场效应管Q4也导通，外部总线便通 过端口 J3、场效应管Q4向端口 Jl提供5伏的电压，再通过二极管 D3向电压变换电^各13、电容C供电。
若便携式电子设备作为主机与其它支持0TG的电子设备连接时， 通用串行总线控制器16向总线驱动装置15发出信号，让其将电池的 电能转换成外部总线电源。当便携式电子设备的电池有足够的电力， 转换后的外部总线电源为具有足够驱动能力的5伏电源，并作为与该 便携式电子设备连接的从机的电源。同时，通用串行总线控制器16 通过电阻R7向场效应管Q5发出低电平信号，^使场效应管Q4、 Q5截 止。电池还通过端口 J2、场效应管Q3向电压变换电路13、电容C供 电，从而实现利用自身的电池供电。
当便携式电子设备的电池没有足够的电力，总线驱动装置15将 电池的电能转换为受限的5伏外部总线电源，此时与便携式电子设备 连接的从机均需要由自身的电池以及主机提供的受限的5伏电源共同 支持其工作。便携式电子设备自身仍然由自己的电池供电。这样可以 避免因供电通路的效率低下而造成通用串行总线的误操作。
若便携式电子设备作为从机与其它支持0TG功能的电子设备连接 时，其外部总线在任何时刻都是无条件的由主机驱动。当主机提供的 外部总线是有足够驱动能力的5伏电源时，总线驱动装置15停止将
电池的电能转换成外部总线电源，通用串行总线控制器16向场效应
管Q5的栅极g5发出高电平信号，使场效应管Q4、 Q5导通，外部总 线通过场效应管Q4、 二极管D3向电压变换电路13、电容C供电。当 主机提供的是受限的5伏外部总线时，通用串行总线控制器16控制 总线驱动装置15停止将电池供电转换成外部总线供电，并向场效应 管Q5发出低电平信号，使场效应管Q4、 Q5截止，便携式电子设备有 自身的电池供电。
从本实施例可以看出，不管便携式电子设备作为主机还是从机与 其他支持0TG功能的电子设备连接时，其外部总线、通用串行总线和 电池均得到有效的管理，这样降低了通用串行总线在通信时出错的风 险，并能保证便携式电子设备的正常工作。
当然，在前述的实施例中，转换电路是由二极管和场效应管组
成，在本实用新型的实际应用中，晶体三极管也可以替代场效应管作
为本实用新型的切换装置。
同样，本实用新型不限于对两路直流电源进行切换，在不脱离本
实用新型的发明宗旨的情况下，本实用新型也可以对三路或更多路直 流电源进4亍切:換。
需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如各功能模块 的组成元件的改变、各电子元件之间的连接方式改变等微小的变化也 应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1、电源自动切换装置，包括多个并联的电源输入端口，用于与多路电源连接；一个电源输出端口，用于向用电器提供电源；其特征在于一个判断所述多路电源状态并根据所述多路电源状态向电压变换电路切换提供某一电源的转换电路；一个连接在所述转换电路与所述电源输出端口之间的电压变换电路，用于将所述转换电路提供的电源电压变换为额定输出电压；一个向所述电压变换电路提供电能的储能电路，所述储能电路的电能由所述转换电路提供。
2、 根据权利要求l所述的电源自动切换装置，其特征在于 所述转换电^各包括一二极管和一第一场效应管； 所述二极管的正极与其中一个所述电源输入端口 Jl连接，负极与所述储能电路连接；所述第一场效应管连接在另一个所述电源输入端口 J2与电压变 换电路之间，其寄生二极管的正方向为由该电源输入端口到电压变换 电路。
3、 根据权利要求1所述的电源自动切换装置，其特征在于还包括一个第二场效应管，所述第二场效应管的正方向为由地到 第一场效应管的栅极。
4、 根据权利要求1至3任一项所述的电源自动切换装置，其特 征在于所述电源输入端口 Jl与电池连接，另一电源输入端口 J2与通用 串行总线连接。
5、 根据权利要求4所述的电源自动切换装置，其特征在于 所述第二场效应管的栅极与所述电源输入端口 Jl连接，并根据所述电池的状态控制所述第 一场效应管的通断。
6、 根据权利要求1或2所述的电源自动切换装置，其特征在还包括驱动所述通用串行总线的外部总线电源； 将电池的电能转换为所述外部总线电源的总线驱动装置； 检测和控制所述便携式电子设备在通信中的状态并向所述总线驱 动装置和所述转换电路发送检测信号的通用串行总线控制器。
7、根据权利要求6所述的电源自动切换装置，其特征在于 所述转换电路还包括第三场效应管，所述第三场效应管的寄生二 极管的正方向为由所述外部总线电源到所述通用串行总线的输入端 口 ，并根据所述便携式电子设备在通信中的状态选择是否从所述外部 总线电源供电。
专利摘要本实用新型提供一种电源自动切换装置，包括多个并联的电源输入端口，用于与多路电源连接；一个电源输出端口，用于向用电器提供电源；一个判断多路电源状态并根据多路电源状态向电压变换电路切换提供某一电源的转换电路；一个连接在转换电路与电源输出端口之间的电压变换电路，用于将转换电路提供的电源电压变换为额定输出电压；一个向电压变换电路提供电能的储能电路，该储能电路的电能由所述转换电路提供。本实用新型提供的电源自动切换装置生产成本低，在便携式电子设备中占据提交小，并且工作时消耗电能不多。
文档编号H02J7/00GK201066794SQ200720053930
公开日2008年5月28日 申请日期2007年7月5日 优先权日2007年7月5日
发明者鑫 李, 顾明仁 申请人:炬力集成电路设计有限公司