一种双电源切换电路及电源设备的制作方法

本申请涉及到电源领域，具体涉及一种双电源切换电路及电源设备。

背景技术

目前很多电子产品均具有主电源(通过外部适配器或USB等各种电源)与辅助电源(备用电池)供电。其供电选择切换电路存在以下问题及缺点：

1)机械切换需要耗时；

2)电源选择电路往往使用二极管隔离，防止电源和电池互相倒灌，但二极管在正向导通时会产生较大压降，无疑会降低电源效率或电池使用寿命；

3)备用电源，即电池电压适配范围窄，仅适用于单节锂电池(供电电压为3.6v～4.2v)；

4)没有对负载消耗电流进行精确实时检测，如发现短路，过流，或者电压功率与负载不匹配时，及时切断供电回路；

5)现有部分技术方案对上述部分缺陷有所改进，但往往难以完全兼顾所有。

如图1所示现有电源切换电路的技术方案中，当VBAT电池电压大于5V时，切换电路失效；USB 5V支路串肖特基二极管(二极管产生较大的导通压降)降低了电源效率。

如ZL 201910554942.7的技术方案中存在以下缺点：

1)USB 5V供电支路上需经过二极管D1,然后通过Q2向负载供电，显然二极管D1具有一定的导通压降，降低电源使用效率；

2)当VBAT电池电压大于5V时，切换电路失效；

3)该技术方案中也只是间接地通过电阻分压实时采样USB电压，判断负载是否过载(即当负载开启时或工作过程中瞬间超出USB所提供的电流时会造成USB电压降低)，没有实时动态的测量负载电流。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本申请提供了一种双电源切换电路及电源设备，解决现有的电源切换电路中，USB 5V供电支路中需经过二极管为负载供电，而由于二极管产生较大的导通压降降低了电源使用效率的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种双电源切换电路，包括主电源供电支路及副电源供电支路；

所述主电源供电支路包括MOS管Q4和MOS管Q6；

所述MOS管Q4为P沟道MOS管，所述MOS管Q6为N沟道MOS管；

所述MOS管Q4的漏极连接于主电源，所述MOS管Q4的源极连接于负载，所述MOS管的栅极连接于MOS管Q6的漏极；

所述MOS管Q4上设置有第一体二极管，所述第一体二极管的阳极连接于主电源，所述第一体二极管的阴极连接于负载；

所述MOS管Q6的栅极连接于主电源，所述MOS管Q6的源极接地；

所述副电源供电支路包括MOS管Q1，所述MOS管Q1为P沟道MOS管，所述MOS管Q1的栅极连接于主电源，所述MOS管Q1的漏极连接于副电源，所述MOS管Q1的源极连接于负载。

进一步优化，所述MOS管Q6的栅极并联加速电容C5。

进一步优化，所述副电源供电支路上还包括MOS管Q2，所述MOS管Q2为P沟道MOS管；

所述MOS管Q2的栅极连接于主电源，所述MOS管Q2的源极连接于MOS管Q1的源极，所述MOS管Q2的漏极连接于负载。

进一步优化，还包括电流检测模块、开关模块及微控制器；

所述电流检测模块设置在负载的负极，所述电流检测模块用于检测负载负极的电流，并检测的电流反馈至微控制器；

所述开关模块的控制端连接于微控制器，所述开关模块用于接收微控制器的控制信号断开或者接通负载供电。

进一步优化，所述电流检测模块包括采样电阻及运算放大器；

所述采样电阻串联于负载的负极，所述运算放大器的输入端与采样电阻并联，所述运算放大器的输出端连接于微控制器。

进一步优化，所述采样电阻为四个阻值为0.1欧的电阻并联组成。

进一步优化，所述开关模块设置在负载的负极。

进一步优化，所述开关模块包括MOS管Q3，所述MOS管Q3为N沟道MOS管；

所述MOS管Q3的栅极连接于微控制器，所述MOS管Q3的源极接地，所述MOS管Q3的漏极连接于负载的负极。

进一步优化，所述MOS管Q3的栅极并联有加速电容C2。

还提供了另一个技术方案，一种电源设备，所述电源设备包括如上述所述双电源切换电路。

区别于现有技术，上述技术方案，当主电源接入时，通过P沟道的MOS管Q4上的第一体二极管达到负载，而由于MOS管Q6的栅极接通主电源，此时MOS管Q6导通，使得MOS管Q4的源极和栅极的压差大于MOS管Q4的Vgs(th)，MOS管Q4导通，由于MOS管Q4导通电阻很小，所以MOS管Q4上产生导通压降很小，消除了单靠体二极管导通压降大的问题；而当主电源与副电源同时接入时，副电源供电支路上的MOS管Q1处于截止状态，负载端由主电源进行供电，而当主电源断电后，则自动切换到副电源供电，副电源通过MOS管Q1上的第二体二极管为负载供电，此时Q1处于导通状态，消除了第二体二极管的压降大的问题。实现了主电源和副电源之间无缝切换，由主电源优先供电，主电源供电支路和副电源供电支路可以有效防止反灌，而且几乎不降低电源效率。

上述发明内容相关记载仅是本申请技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本申请的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本申请的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本申请的具体实施方式及附图进行说明。

附图说明

附图仅用于示出本申请具体实施方式以及其他相关内容的原理、实现方式、应用、特点以及效果等，并不能认为是对本申请的限制。

在说明书附图中：

图1为背景技术所述现有电源切换电路的一种电路原理图；

图2为具体实施方式所述双电源切换电路一种电路原理图；

图3为具体实施方式所述双电源切换电路另一种电路原理图；

图4为具体实施方式所述双电源切换电路另一种电路原理图；

图5为具体实施方式所述双电源切换电路一种结构原理图。

上述各附图中涉及的附图标记说明如下：

110、双电源切换电路，

120、负载，

130、主电源，

140、副电源，

150、电流检测模块，

160、开关模块，

170、微控制器。

具体实施方式

为详细说明本申请可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例并配合附图详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本申请中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。

除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本申请。

在本申请的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，表示：存在A，存在B，以及同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。

在本申请中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。

在没有更多限制的情况下，在本申请中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。

与《审查指南》中的理解相同，在本申请中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本申请实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

除非另有明确的规定或限定，在本申请实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本申请所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本申请实施例中的具体含义。

请参阅图2-5，本实施例提供了一种双电源切换电路110，包括主电源供电支路及副电源供电支路；

所述主电源供电支路包括MOS管Q4和MOS管Q6；

所述MOS管Q4为P沟道MOS管，所述MOS管Q6为N沟道MOS管；

所述MOS管Q4的漏极连接于主电源130，所述MOS管Q4的源极连接于负载120，所述MOS管的栅极连接于MOS管Q6的漏极；

所述MOS管Q4上设置有第一体二极管，所述第一体二极管的阳极连接于主电源130，所述第一体二极管的阴极连接于负载120；

所述MOS管Q6的栅极连接于主电源130，所述MOS管Q6的源极接地；

所述副电源供电支路包括MOS管Q1，所述MOS管Q1为P沟道MOS管，所述MOS管Q1的栅极连接于主电源130，所述MOS管Q1的漏极连接于副电源140，所述MOS管Q1的源极连接于负载120。

MOS管，是MOSFET的缩写。MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。一般是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。G：gate栅极；S：source源极；D：drain漏极。MOS管的source(源极)和drain(耗尽层)是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。场效应管分为PMOS管(P沟道型)和NMOS(N沟道型)管，属于绝缘栅场效应管。

当主电源130接入时，通过P沟道的MOS管Q4上的第一体二极管达到负载120，如果仅通过第一体二极管使主电源130接通到负载120端，无疑第一体二极管同样会产生压降，这和直接接入二极管效果相同，而由于MOS管Q6的栅极接通主电源130，此时MOS管Q6导通，使得MOS管Q4的源极和栅极的压差大于MOS管Q4的Vgs(th)，MOS管Q4导通，由于MOS管Q4导通电阻很小(十几毫欧)，所以MOS管Q4上产生导通压降很小，消除了单靠体二极管导通压降大的问题；而当主电源130与副电源140同时接入时，副电源供电支路上的MOS管Q1处于截止状态，负载120端由主电源130进行供电，而当主电源130断电后，则自动切换到副电源140供电，副电源140通过MOS管Q1上的第二体二极管为负载120供电，此时Q1处于导通状态，消除了第二体二极管的压降大的问题。实现了主电源130和副电源140之间无缝切换，由主电源130优先供电，主电源供电支路和副电源供电支路可以有效防止反灌，而且几乎不降低电源效率。

其中，主电源130可以负载120提供VCC 5V电源，可以通过USB接口提供，副电源140可以为电池为负载120提供电源，其中，电池可以为锂电池或者镍氢电池组。

在某些实施例中，为了加快MOS管Q6的导通，所述MOS管Q6的栅极并联加速电容C5。

请参阅图3，在某些实施例中，为了提高副电源140的电压的适配范围，可以采用比主电源130电压大的电源为负载120供电，所述副电源供电支路上还包括MOS管Q2，所述MOS管Q2为P沟道MOS管；

所述MOS管Q2的栅极连接于主电源130，所述MOS管Q2的源极连接于MOS管Q1的源极，所述MOS管Q2的漏极连接于负载120。

当由主电源130和副电源140同时接入时，若主电源130的电压为VCC 5V，而副电源140的电压为5.5V，则MOS管Q2源极和栅极的压差＝5.5V-5V＝0.5V＜VGS(th)，则MOS管Q2不会导通，仍然通过主电源130进行为负载120供电，提高了副电源140的电压适配范围，如当主电源130的电压为VCC 5V时，副电源140既可以适用于单节锂电池(3.6V～4.2V)，也可接入镍氢电池组(4.8V～5.5V)。

请参阅图5，在某些实施例中，还包括电流检测模块150、开关模块160及微控制器170；

所述电流检测模块150设置在负载120的负极，所述电流检测模块150用于检测负载120负极的电流，并检测的电流反馈至微控制器170；

所述开关模块160的控制端连接于微控制器170，所述开关模块160用于接收微控制器170的控制信号断开或者接通负载120供电。

通过电流检测模块150进行检测负载120负极的电流，微控制器170根据电流检测模块150反馈的电流判断负载120超出电源供电能力范围或者发生短路时，微控制器170向开关模块160输出控制信号，断开开关模块160，切断负载120供电回路，避免烧毁电源或者负载120。

请参阅图4，在某些实施例中，所述电流检测模块150包括采样电阻及运算放大器；

所述采样电阻串联于负载120的负极，所述运算放大器的输入端与采样电阻并联，所述运算放大器的输出端连接于微控制器170。其中，所述采样电阻为四个阻值为0.1欧的电阻并联组成。

再负载120负极(即负载120零电位参考端)与电源参考地之间串联毫欧级别的紧密电阻用于电流采用，其中，所述采样电阻为四个阻值为0.1欧的电阻并联组成；因此负载120负极与电源参考地之间的阻抗可以忽略不计。当负载120上产生较大电流时，采样电阻上产生微弱电压信号，此电压信号通过运算放大器U1A放大，运算放大器输出Itest信号送到微控制器170，微控制器170通过Itest信号精确计算出电流大小值，据此选择供电电源或计算负载120功耗情况。当负载120超出电源供电能力范围或者发生短路时，控制器立即输出VOUT信号关断开关模块160以切断负载120供电回路，避免烧毁电源或负载120。

在某些实施例中，所述开关模块160设置在负载120的负极。可以通过断开负载120的负极接地使得断开负载120的供电回路，而在其他实施例中，也可以设置在负载120的正极，通过断开负载120的正极接通电源断开负载120的拱顶回路。

请参阅图4，在某些实施例中，所述开关模块160包括MOS管Q3，所述MOS管Q3为N沟道MOS管；

所述MOS管Q3的栅极连接于微控制器170，所述MOS管Q3的源极接地，所述MOS管Q3的漏极连接于负载120的负极。

当微控制器170根据电流检测反馈的电流向MOS管Q3的栅极输出VOUT信号，使得MOS管3断开，进而切断负载120供电回路。在其他实施例中，开关模块160也可以采用三极管或者继电器等。

其中，为了加快MOS管Q3的导通速度，所述MOS管Q3的栅极并联有加速电容C2。

实现了主电源130(VCC_5V)和副电源140(备用电池)无缝切换，主电源130具有优先供电权，两供电支路既可以防止反灌又几乎不降低电源效率(mos管极小的导通压降很小)，备用电源适用范围宽，既适用于单节锂电池(3.6V～4.2V)，也可接入镍氢电池组(4.8V～5.5V)。此外，可对负载120电流进行实时精确检测，根据负载120功耗在主电源130和备用电池之间选择供电方式，如果负载120短路，或者电源带载能力与负载120不匹配时，及时切断供电回路，避免损坏负载120和电源。

请参阅图2-5，还提供了另一个技术方案，一种电源设备，所述电源设备包括如上述所述双电源切换电路110。

双电源切换电路110包括主电源供电支路及副电源供电支路；

所述主电源供电支路包括MOS管Q4和MOS管Q6；

所述MOS管Q4为P沟道MOS管，所述MOS管Q6为N沟道MOS管；

所述MOS管Q4的漏极连接于主电源130，所述MOS管Q4的源极连接于负载120，所述MOS管的栅极连接于MOS管Q6的漏极；

所述MOS管Q4上设置有第一体二极管，所述第一体二极管的阳极连接于主电源130，所述第一体二极管的阴极连接于负载120；

所述MOS管Q6的栅极连接于主电源130，所述MOS管Q6的源极接地；

所述副电源供电支路包括MOS管Q1，所述MOS管Q1为P沟道MOS管，所述MOS管Q1的栅极连接于主电源130，所述MOS管Q1的漏极连接于副电源140，所述MOS管Q1的源极连接于负载120。

MOS管，是MOSFET的缩写。MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。一般是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。G：gate栅极；S：source源极；D：drain漏极。MOS管的source(源极)和drain(耗尽层)是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。场效应管分为PMOS管(P沟道型)和NMOS(N沟道型)管，属于绝缘栅场效应管。

当主电源130接入时，通过P沟道的MOS管Q4上的第一体二极管达到负载120，如果仅通过第一体二极管使主电源130接通到负载120端，无疑第一体二极管同样会产生压降，与直接接入二极管效果相同，但在本设计中由于MOS管Q6的栅极接通主电源130，此时MOS管Q6导通，使得MOS管Q4的源极和栅极的电压差大于MOS管Q4的Vgs(th)，MOS管Q4导通，由于MOS管Q4导通电阻很小(十几毫欧)，所以MOS管Q4上产生导通压降很小，消除了单靠体二极管导通压降大的问题；而当主电源130与副电源140同时接入时，副电源供电支路上的MOS管Q1处于截止状态，负载120端由主电源130进行供电，而当主电源130断电后，则自动切换到副电源140供电，副电源140通过MOS管Q1上的第二体二极管为负载120供电，此时Q1处于导通状态，消除了第二体二极管的压降大的问题。实现了主电源130和副电源140之间无缝切换，由主电源130优先供电，主电源供电支路和副电源供电支路可以有效防止反灌，而且几乎不降低电源效率。

其中，主电源130可以负载120提供VCC 5V电源，可以通过USB接口提供，副电源140可以为电池为负载120提供电源，其中，电池可以为锂电池或者镍氢电池组。

在某些实施例中，为了加快MOS管Q6的导通，所述MOS管Q6的栅极并联加速电容C5。

请参阅图3，在某些实施例中，为了提高副电源140的电压的适配范围，可以采用比主电源130电压大的电源为负载120供电，所述副电源供电支路上还包括MOS管Q2，所述MOS管Q2为P沟道MOS管；

所述MOS管Q2的栅极连接于主电源130，所述MOS管Q2的源极连接于MOS管Q1的源极，所述MOS管Q2的漏极连接于负载120。

当由主电源130和副电源140同时接入时，若主电源130的电压为VCC_5V，而副电源140的电压为5.5V，则MOS管Q2源极和栅极的电压差＝5.5V-5V＝0.5V＜VGS(th)，则MOS管Q2不会导通，仍然通过主电源130进行为负载120供电，提高了副电源140的电压适配范围，如当主电源130的电压为VCC 5V时，副电源140既适用于单节锂电池(3.6V～4.2V)，也可接入镍氢电池组(4.8V～5.5V)。

请参阅图4-5，在某些实施例中，还包括电流检测模块150、开关模块160及微控制器170；

所述电流检测模块150设置在负载120的负极，所述电流检测模块150用于检测负载120负极的电流，并检测的电流反馈至微控制器170；

所述开关模块160的控制端连接于微控制器170，所述开关模块160用于接收微控制器170的控制信号断开或者接通负载120供电。

通过电流检测模块150进行检测负载120负极的电流，微控制器170根据电流检测模块150反馈的电流判断负载120超出电源供电能力范围或者发生短路时，微控制器170向开关模块160输出控制信号，断开开关模块160，切断负载120供电回路，避免烧毁电源或者负载120。

在某些实施例中，所述电流检测模块150包括采样电阻及运算放大器；

所述采样电阻串联于负载120的负极，所述运算放大器的输入端与采样电阻并联，所述运算放大器的输出端连接于微控制器170。其中，所述采样电阻为四个阻值为0.1欧的精密电阻并联组成，采样电阻需承受大电流，故采用较大封装如1206。

在负载120负极(即负载120零电位参考端)与电源参考地之间串联毫欧级别的精密电阻用于电流采样，其中，所述采样电阻为四个阻值为0.1欧的电阻并联组成；因此负载120负极与电源参考地之间的阻抗可以忽略不计。当负载120上产生较大电流时，采样电阻上产生微弱电压信号，此电压信号通过运算放大器U1A放大，运算放大器输出Itest信号送到微控制器170，微控制器170通过Itest信号精确计算出电流值，据此选择供电电源或计算负载120功耗情况。当负载120超出电源供电能力范围或者发生短路时，控制器立即输出VOUT信号关断开关模块160以切断负载120供电回路，避免烧毁电源或负载120。

在某些实施例中，所述开关模块160设置在负载120的负极。可以通过断开负载120的负极接地使得断开负载120的供电回路，而在其他实施例中，也可以设置在负载120的正极，通过断开负载120的正极接通电源断开负载120的供电回路。

在某些实施例中，所述开关模块160包括MOS管Q3，所述MOS管Q3为N沟道MOS管；

所述MOS管Q3的栅极连接于微控制器170，所述MOS管Q3的源极接地，所述MOS管Q3的漏极连接于负载120的负极。

当微控制器170根据电流检测反馈的电流向MOS管Q3的栅极输出VOUT信号，使得MOS管3断开，进而切断负载120供电回路。在其他实施例中，开关模块160也可以采用三极管或者继电器等。

其中，为了加快MOS管Q3的导通速度，所述MOS管Q3的栅极并联有加速电容C2。

实现了主电源130(VCC_5V)和副电源140(备用电池)无缝切换，主电源130具有优先供电权，两供电支路既可以防止反灌又几乎不降低电源效率(mos管极小的导通压降很小)，备用电源适用范围宽，既适用于单节锂电池(3.6V～4.2V)，也可接入镍氢电池组(4.8V～5.5V)。此外，可对负载120电流进行实时精确检测，根据负载120功耗在主电源130和备用电池之间选择供电方式，如果负载120短路，或者电源带载能力与负载120不匹配时，及时切断供电回路，避免损坏负载120和电源。

最后需要说明的是，尽管在本申请的说明书文字及附图中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本申请的专利保护范围。凡是基于本申请的实质理念，利用本申请说明书文字及附图记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本申请的专利保护范围之内。