一种低损耗的供电切换电路的制作方法

本发明涉及电源技术，具体涉及一种低损耗的供电切换电路。

背景技术：

随着电子技术的进步，用户对电子设备的便携性能提出了新的要求，不仅期望电子设备能够接受外部或者内部的直流电源来供电，使得其在移动过程中能够正常工作，还期望电子设备具备多种供电电源之间的供电切换功能，使得直流电源电量不足时或者对直流电源进行充电时能够快速切换供电线路，切换至另一个直流电源，最终保证电子设备的连续、正常工作需求。

在当前的电源设计中，往往会为电子设备配备额外的诸如铅蓄电池、锂电池等直流电源，还会为电子设备设置交流电输入通道，以便在外部的交流电输入时，电子设备通过自身的交直流转换电路将输入的交流电转换为直流电，然后通过供电切换电路将供电线路切换至交流电源。目前，此类电子设备往往具有图1所示的供电切换系统，直流供电切换模块仅对直流电源具有供电控制作用，在无交流电源接入时，直流电源的电能通过一二极管后由V_OUT输出至负载；在交流电源接入时，直流供电切换模块切断直流电源的供电线路，由交流电源转换后的电能通过一二极管后由V_OUT输出至负载。通过图1可以看出，此类供电切换系统的组成结构复杂，辅助模块多，通电时功耗大，应用成本高；而且，直流供电切换模块仅对直流电源具有控制作用，具有交流电源的电能倒灌至直流电源中的风险，无法实现电源之间完全隔离的技术要求；此外，系统中还用到了二极管作为辅助元件，使得线路存在压降，在通过电流增大时会大大地增加电能损耗作用，不利于进一步地推广应用。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是如何降低现有供电切换电路在供电过程中的损耗，以及简化电路结构。为解决上述技术问题，本发明提供了一种低损耗的供电切换电路，包括：

第一供电电路，包括至少一路输出端，用于将接收到的电压转换为直流电压并输出；

第二供电电路，包括输出端，用于接收到的电压转换为直流电压并输出；

第一开关电路，包括输入端、输出端和第一控制端，所述第一开关电路第一控制端和输入端分别与所述第一供电电路输出端连接；所述第一开关电路用于当其第一控制端接收到第一供电电路输出的直流电压时，将所述第一开关电路输入端和输出端之间导通，以将所述第一开关电路输入端接收到直流电压通过其输出端输出至负载；

第二开关电路，包括输入端、输出端、第二控制端和第三控制端，所述第二开关电路第二控制端和输入端分别与所述第二供电电路的输出连接，第三控制端与所述第一供电电路的输出端连接；所述第二开关电路用于当其第二控制端接收到第二供电电路输出的直流电压，且第三控制端未接收到第一供电电路输出的直流电压时，将所述第二开关电路输入端和输出端之间导通，以将所述第二开关电路输入端接收到直流电压通过其输出端输出至负载。

所述第一供电电路包括两路输出端，其中一路输出端分别与所述第一开关电路的输入端、第一控制端连接，另一路输出端与所述第二开关电路的第三控制端连接。

所述第一供电电路为AC/DC电路，用于将其输入端接收到的交流电压转换为从所述至少一路输出端输出的直流电压；

所述第二供电电路为DC/DC电路，用于将其输入端接收到的直流电压转换为从其输出端输出的直流电压。

所述第一供电电路与所述第一开关电路的第一控制端连接的输出端的直流电压，等于所述第二供电电路输出端输出的直流电压，且小于或等于所述第一供电电路与所述第二开关电路的第三控制端连接的输出端的直流电压。

所述第一开关电路包括第一逻辑控制器和第一开关，所述第一逻辑控制器具有控制端和输出端，所述第一逻辑控制器的控制端作为所述第一控制端，其输出端与所述第一开关连接，用于控制第一开关的通断，当所述第一逻辑控制器的控制端接收到所述第一供电电路输出的直流电压时，其输出端输出一信号，来导通所述第一开关；所述第一开关具有控制端、输入端和输出端，所述第一开关的控制端与所述第一逻辑控制器的输出端连接，所述第一开关的输入端作为所述第一开关电路的输入端，所述第一开关的输出端作为所述第一开关电路的输出端；

所述第二开关电路包括第二逻辑控制器和第二开关，所述第二逻辑控制器具有两个控制端和输出端，所述第二逻辑控制器的一个控制端作为所述第二控制端，另一个控制端作为所述第三控制端，其输出端与所述第二开关连接，用于控制所述第二开关的通断，当所述第二逻辑控制器的一个控制端接收到所述第二供电电路输出的直流电压，且另一个控制端未接收到所述第一供电电路输出的直流电压时，所述第二逻辑控制器的输出端输出一信号，来导通所述第二开关；所述第二开关具有控制端、输入端和输出端，所述第二开关的控制端与所述第二逻辑控制器的输出端连接，所述第二开关的输入端作为所述第二开关电路的输入端，所述第二开关的输出端作为所述第二开关电路的输出端。

所述第一逻辑控制器包括三极管T1、电阻R1和R2，所述第一开关包括场效应管Q1；

所述三极管T1的基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端作为所述第一逻辑控制器的控制端，所述三极管T1的基极通过电阻R2与自身的发射极连接，所述三极管T1的发射极接地，所述三极管T1的集电极作为所述第一逻辑控制器的输出端；

所述场效应管Q1的控制端通过电阻R3与自身的输出端连接，所述场效应管Q1的输入端、输出端和控制端分别作为所述第一开关的输入端、输出端和控制端。

所述第二逻辑控制器包括三极管T2、三极管T3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，所述第二开关包括场效应管Q2和场效应管Q3；

所述三极管T2的基极与所述三极管T3的基极相连接，并连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端作为所述第二逻辑控制器中的与所述第二控制端相对应的控制端，所述三极管T2的集电极连接电阻R5的一端，所述三极管T3的集电极连接电阻R6的一端，电阻R5的另一端和电阻R6的另一端相连接并并作为所述第二逻辑控制器中的与所述第三控制端相对应的控制端以及所述第二逻辑控制器的输出端；

所述场效应管Q2的输出端与所述场效应管Q3的输入端连接，所述场效应管Q2的输入端作为所述第二开关的输入端，所述场效应管Q3的输出端作为所述第二开关输出端，所述场效应管Q2的控制端和所述场效应管Q3的控制端共同作为所述第二开关的控制端。

所述场效应管Q1、所述场效应管Q2和所述场效应管Q3均为PMOS管，所述三极管T1、所述三极管T2和所述三极管T3均为NPN型三极管。

所述的供电切换电路，还包括切换缓冲电路；

所述第一开关电路的输出端和所述第二开关电路的输出端作为负载的供电端，所述切换缓冲电路设于所述供电端的所在线路上，用于在所述第一供电电路和所述第二供电电路之间进行供电切换时负载不掉电。

所述切换缓冲电路包括电容C1，所述电容C1的一端与所述供电端连接，另一端接地。

本申请的有益效果是：

本申请实施例提供了一种低功耗的供电切换电路，包括第一供电电路、第二供电电路、第一开关电路和第二开关电路。一方面，由于第一供电电路输出两路直流电压分别至第一开关电路和第二开关电路，使得第一开关电路在接收到直流电压后能够进入导通状态，以允许第一供电电路输出的直流电压可输出至负载，同时使得第二开关电路在接收到直流电压后进入非导通状态，以对第二供电电路输出的直流电压进行隔离，防止第二供电电路对负载重复供电，从而达到了第一供电电路优先对负载进行供电的目的，进而使得该供电切换电路具备智能供电切换的功能；特别是在第一供电电路输入交流电而第二供电电路输入直流电的情况下，利于保障负载优先接收到交流电的电能。另一方面，由于采用场效应管和三极管等元件构成了第一开关电路和第二开关电路，使得第一开关电路和第二开关电路不但具有较小的工作阻抗，可有效降低电路的功耗，还具有较为简单的电路结构，保证优异的供电切换功能的同时，降低了生产成本，提升了其在集成电路领域的实用性能，具备广阔应用前景。

附图说明

图1为现有供电切换电路的结构简图；

图2为一种实施例的供电切换电路的结构图；

图3为另一种实施例的供电切换电路的结构图；

图4又一种实施例的供电切换电路的结构图；

图5为一种实施例的开关电路的电路图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

请参考图2，本申请公开了一种低损耗的供电切换电路，包括第一供电电路11、第二供电电路12、第一开关电路21和第二开关电路22，下面分别说明。

第一供电电路11包括至少一路输出端，用于将接收到的电压转换为直流电压并输出。在一实施例中，第一供电电路111包括两路输出端，分别为输出端111和输出端112，其中，输出端111分别与第一开关电路21的输入端210、第一控制端212连接，另一路输出端112与第二开关电路22的第三控制端223连接。在一具体实施例中，第一供电电路11可为AC/DC电路(即交流转直流电路)，用于将其输入端110接收到的交流电压Vac转换为从输出端输出的直流电压，从输出端111输出直流电压Vd1，从输出端112输出直流电压Vd2；并且，第一供电电路11与第一开关电路21的第一控制端212连接的输出端111的直流电压Vd1，等于第二供电电路12的输出端121输出的直流电压Vd3，且小于或等于第一供电电路11与第二开关电路22的第三控制端223连接的输出端112的直流电压Vd2，优选地，直流电压Vd2和直流电压Vd1的差值为VT(VT为场效应管的阈值电压，其数值大小因场效应管的型号而不同)。

第二供电电路12包括输出端121，用于将接收到的电压转换为直流电压并输出，优选地，第二供电电路12用于对输入的直流电压进行升压或降压的调节。在一具体实施例中，第二供电电路12可为DC/DC电路(即直流转直流电路)，用于将其输入端120接收到的直流电压Vdc转换为从其输出端121输出的直流电压Vd3。

在另一实施例中，第一供电电路11和第二供电电路12均为DC/DC电路，使得一个直流电源通过第一供电电路11为负载提供稳定地直流电压，而另一个直流电源可通过第二供电电路12为负载提供稳定地直流电压，从而使得负载可以选择性地接收两个直流电源中的一者。

需要说明的是，这里所采用的AC/DC电路，以及DC/DC电路均常见的电压转换类电路，例如，当负载(负载连接于见图2中所示的供电输出端30，负载用于接收直流电压Vload)为示波器的控制主板时，直流电压Vload应当为3V～7V的输出电压，那么，交流电压Vac可为220V的市电，则第一供电电路11为AC220V-DC5V的交流转直流电路，直流电压Vdc可为锂电池等储蓄电池输出的3V或12V电压，则第二供电电路11为DC3V-DC5V的直流转直流的稳压电路，此类电路在手机充电、笔记本电脑充电等场合中普遍应用，属于现有技术，因此，这里不再进行详细说明。

第一开关电路21包括输入端210、输出端211和第一控制端212，第一开关电路21的第一控制端212和输入端210分别与第一供电电路11的输出端111连接；第一开关电路21用于当其第一控制端111接收到第一供电电路11输出的直流电压时，将第一开关电路21的输入端210和输出端211之间导通，以将第一开关电路21的输入端接收到直流电压通过其输出端211输出至负载，负载连接至供电输出端30，接收来自第一开关电路21或者第二开关电路22的输出电压Vload。在一实施例中，见图2，第一开关电路21包括第一逻辑控制器21A和第一开关21B，第一逻辑控制器21A具有控制端和输出端，第一逻辑控制器21A的控制端作为第一控制端212，其输出端与第一开关21B连接，用于控制第一开关的通断，当第一逻辑控制器21A的控制端接收到第一供电电路11输出的直流电压Vd1时，其输出端输出一信号，来导通第一开关21B。第一开关21B具有控制端、输入端和输出端，第一开关21B的控制端与第一逻辑控制器的输出端连接，第一开关21B的输入端作为所述第一开关电路21的输入端210，第一开关21B的输出端作为所述第一开关电路21的输出端211。

第二开关电路22包括输入端220、输出端221、第二控制端222和第三控制端223，第二开关电路22的第二控制端222和输入端220分别与第二供电电路12的输出端121连接，第三控制端223与第一供电电路12的输出端121连接。第二开关电路22用于当其第二控制端222接收到第二供电电路12输出的直流电压，且第三控制端223未接收到第一供电电路112输出的直流电压时，将第二开关电路22的输入端220和输出端221之间导通，以将第二开关电路22的输入端220接收到直流电压通过其输出端221输出至负载。在一实施例中，第二开关电路22包括第二逻辑控制器22A和第二开关22B，第二逻辑控制器22A具有两个控制端和输出端，第二逻辑控制器22A的一个控制端作为第二控制端222，另一个控制端作为第三控制端223，其输出端与第二开关22B连接，用于控制第二开关22B的通断，当第二逻辑控制器22A的一个控制端接收到第二供电电路12输出的直流电压Vd3，且另一个控制端未接收到第一供电电路11输出的直流电压Vd2时，第二逻辑控制器22A的输出端输出一信号，来导通第二开关22B；第二开关22B具有控制端、输入端和输出端，第二开关22B的控制端与第二逻辑控制器22A的输出端连接，第二开关22B的输入端作为第二开关电路22的输入端220，第二开关22B的输出端作为第二开关电路22的输出端221。

在另一实施例中，见图3，第一供电电路11包括一个输出端111，其将输入端110接收到的交流电压Vac转化为一路直流电压Vd1，并将该路直流电压Vd1从输出端111分别输出至第一开关电路21的第一控制端212和输入端210，以及输出至第二开关电路22的第三控制端223。如此，可实现第一供电电路11的一路直流电压Vd1就能够同时控制第一开关电路21和第二开关电路22的导通/关断状态。

在一实施例中，本申请公开了第一开关电路21和第二开关电路22的具体电路结构，请参考图2和图5，第一开关电路21包括第一逻辑控制器21A和第一开关21B，第二开关电路22包括第二逻辑控制器22A和第二开关22B，下面分别说明。

见图5，第一逻辑控制器21A包括三极管T1、电阻R1和R2，三极管T1的基极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端作为第一逻辑控制器21A的控制端(即第一开关电路21的第一控制端212)，三极管T1的基极通过电阻R2与自身的发射极连接，三极管T1的发射极接地，三极管T1的集电极作为第一逻辑控制器21A的输出端。

第一开关21B包括场效应管Q1，场效应管Q1的输入端和输出端分别作为第一开关21B的输入端和输出端(即分别作为第一开关电路21的输入端210和输出端211)，场效应管Q1的控制端与三极管T1的集电极连接并通过电阻R3与自身的输出端连接，并且，场效应管Q1的控制端作为第二开关21B的控制端。

第二逻辑控制器22A包括三极管T2、三极管T3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，第二开关22B包括场效应管Q2和场效应管Q3。三极管T2的基极与三极管T3的基极相连接，并连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端作为第二逻辑控制器中的与第二控制端相对应的控制端(即作为第二开关电路22的第二控制端222)，三极管T2的集电极连接电阻R5的一端，三极管T3的集电极连接电阻R6的一端，电阻R5的另一端和电阻R6的另一端相连接并作为第二逻辑控制器22A中的与第三控制端相对应的控制端(即作为第二开关电路22的第三控制端223)，以及作为第二逻辑控制器22A的输出端。

场效应管Q2的输出端与场效应管Q3的输入端连接，场效应管Q2的输入端和场效应管Q3的输出端分别作为第二开关22B的输入端和输出端(即分别作为第二开关电路的输入端220和输出端223)，场效应管Q2的控制端和场效应管Q3的控制端共同作为第二开关22B的控制端。

进一步地，场效应管Q1、场效应管Q2和场效应管Q3均为PMOS管，三极管T1、三极管T2和三极管T3均为NPN型三极管。那么在本实施例汇总，优选地将场效应管Q2和场效应管Q3的源极进行对接，将场效应管Q2的漏极和场效应管Q3的漏极分别作为第二开关电路的输入端220和输出端223，如此，可在两个场效应管处于不导通状态时，有效防止电流通过两个场效应管的体二极管时发生倒灌。

需要说明的是，本申请中所提到的场效应管的控制端即指代场效应管的栅极，而输入端、输出端和场效应管的漏极、源极之间没有固定的对应关系，仅表示电流的特定流向。例如，场效应管Q2和场效应管Q3导通时，电流从第二开关电路的输入端220流入并从输出端223流出，那么对于场效应管Q2而言，就认为场效应管Q2的漏极为自身的输入端，源极为自身的输出端；但对于场效应管Q3而言，就认为场效应管Q3的源极为自身的输入端，漏极为自身的输出端。

进一步地，本申请公开的供电切换电路还包括切换缓冲电路，详见图4。第一开关电路21的输出端211和第二开关电路22的输出端21相连接，并作为负载的供电端30，切换缓冲电路31设于供电端30的所在线路上，用于在第一供电电路11和第二供电电路12之间进行供电切换时负载不掉电。在一具体实施例中，见图5，切换缓冲电路包括电容C1，所电容C1的一端与供电端30连接，另一端接地。

下面将结合图4和图5对本申请一个实施例的供电切换电路的工作原理进行说明。

根据第一方面，参考图4，在交流电压Vac供电，而直流电压Vdc未供电的情况下，第一供电电路11将交流电压Vac转换为直流电压Vd1，第二供电电路12因未接收到直流电压Vdc而无输出的直流电产生，此时，Vd1≠0，Vd2≠0，Vd1<Vd2，Vd3＝0。参考图5，因第一控制端212处存在电压直流Vd1，三极管T1的基极电压为Vd1*R2/(R1+R2)，因三极管T1的基极和发射极之间的电压差大于0.7V，使得三极管T1的集电极和发射极之间导通，场效应管Q1的控制端的电压为0；而在上电瞬间，场效应管Q1的输出端的电压约为Vd1-0.7V，则场效应管Q1的输出端电压大于控制端电压，使得场效应管Q1导通，从而使得第一开关电路21的输出端211的电压等于Vd1，进而使得供电端30的电压Vload＝Vd1，负载接收供电端30的直流电压Vload并进行通电工作。此外，第二开关电路22的第三控制端223接收到直流电压Vd2，其输入端222的电压为0，其输出端221的电压为Vd1，则场效应管Q2因输出端电压小于控制端电压而不导通，场效应管Q3因输入端电压小于控制端电压而不导通，从而形成了直流电压Vd1和直流电压Vd3之间的供电隔离效果。

根据第二方面，参考图4，在交流电压Vac不供电，而直流电压Vdc供电的情况下，第一供电电路11因未接收到交流电压Vac而无输出的直流电产生，第二供电电路12将直流电压Vdc转换为直流电压Vd3，此时，Vd1＝Vd2＝0，Vd3≠0。参考图5，因第二控制端222处存在直流电压Vd3，三极管T2和三极管T3的基极电压也为Vd3，由于三极管T2和三极管T3的基极和发射极之间的电压差均大于0.7V，使得三极管T1和三极管T3的集电极和发射极之间均导通，场效应管Q2和场效应管Q3的控制端的电压均为Vd2＝0；而在上电瞬间，场效应管Q2的输出端的电压约为Vd3-0.7V，场效应管Q3的输入端的电压也约为Vd3-0.7V，则场效应管Q2的输出端和场效应管Q3的输入端电压均大于各自的控制端电压，使得场效应管Q2和场效应管Q3均导通，从而使得第二开关电路22的输出端221的电压等于Vd3，进而使得供电端30的直流电压Vload＝Vd3，负载接收供电端30的直流电压Vload并进行通电工作。此外，第一开关电路21的第一控制端212和输入端210的电压均为0，其输出端211的电压为Vd3，则电阻R3两端电压相等，致使场效应管Q1因输出端电压等于控制端电压而不导通，从而形成了直流电压Vd1和直流电压Vd3之间的供电隔离效果。

根据第三方面，参考图4，在交流电压Vac供电，且直流电压Vdc也供电的情况下，第一供电电路11将交流电压Vac转换为直流电压Vd1，第二供电电路12将直流电压Vdc转换为直流电压Vd3，此时，Vd1≠0，Vd2≠0，Vd3≠0，Vd1<Vd2。参考图5，因第一开关电路21的输入端210和第一控制端212处存在直流电压Vd1，则三极管T1的集电极和发射极之间导通，致使场效应管Q1的控制端的电压为0；而在上电瞬间，场效应管Q1的输出端的电压约为Vd1-0.7V，则场效应管Q1的输出端电压大于控制端电压，使得场效应管Q1导通，从而使得第一开关电路21的输出端211的电压等于Vd1，进而使得供电端30的电压Vload＝Vd1，负载接收供电端30的直流电压Vload并进行通电工作。此外，因场效应管Q2和场效应管Q3的控制端的电压均为Vd2，第二开关电路22的输入端220的电压为Vd3，输出端221的电压为Vd1，则场效应管Q2的输出端和场效应管Q3的输入端的电压均为Vd3-0.7V，则场效应管Q2因输出端电压小于控制端电压而不导通，场效应管Q3因输入端电压小于控制端电压而不导通，由于场效应管Q2的输出端和场效应管Q3的输入端之间的对接作用，有效防止了电流通过两个场效应管的体二极管倒灌，从而形成了直流电压Vd1和直流电压Vd3之间的供电隔离效果。

本领域的技术人员应当理解，图4和图5所提供的技术方案具有供电切换功能，在交流电压Vac或直流电压Vbc单一供电的情况下，将通过第一开关电路21和第二开关电路22自动隔离未供电的一路线路；在交流电压Vac和直流电压Vbc同时供电的情况下，将通过第二开关电路22自动隔离直流电压Vbc的转换直流电压Vb3，形成仅有交流电压Vac为负载供电的情形。在由直流电压Vbc供电切换至交流电压Vac供电的过程中，或者由交流电压Vac因停止供电而切换至直流电压Vbc供电的过程中，供电端30的直流电压Vload可能存在瞬间下降甚至为0的情形，将对负载的供电稳定性造成巨大影响。为消除这种影响，在供电端30的所在线路上设置电容C1作为切换缓冲电路来消除电压波动，详见图5，在第一开关电路21的输出端211发生电压波动时，电容C1会因电压下降而放电、电压升高而充电的特性来补充线路中的电能，以达到维持供电端30的直流电压Vload保持稳定的目的。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。