CN203151203U - 一种电源切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电源切换装置，包括第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元包括第一电源和第一开关，所述第二供电单元包括第二电源和第二开关，所述第一电源和第二电源分别通过所述第一开关和第二开关与负载连接；还包括用于检测所述第一供电单元中第一节点或第二节点的电流或电压并依据检测到的值控制所述第一开关或第二开关导通或截止的检测控制单元。实施本实用新型的电源切换装置，具有以下有益效果：热设计难度较小、系统的体积较小、成本较低。

Description

一种电源切换装置

技术领域

本实用新型涉及供电领域，更具体地说，涉及一种电源切换装置。

背景技术

目前，市场上的医疗设备都带有双电源供电功能，即支持外接交流电源和电池进行供电，交流电经过AC/DC电源模块或者交流适配器变换为DC电源，该DC电源电压一般略大于电池最大电压，因此DC电源既可以给电池充电，又可以给整机系统供电。当使用DC电源供电时，内部电池不供电。目前，医疗设备在使用DC电源和电池供电时，均采用二极管进行两者之间的切换，该切换方法存在以下缺陷：由于二极管发热大，加大整机内部温升，增加了系统的热设计的难度；当设备的功率较大时，例如：需要持续3A或4A的供电电流时，二极管将会发热过大，需要给二级管安装散热片，增大了系统的体积和成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述热设计难度较大、系统的体积较大、成本较高的缺陷，提供一种热设计难度较小、系统的体积较小、成本较低的电源切换装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电源切换装置，包括第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元包括第一电源和第一开关，所述第二供电单元包括第二电源和第二开关，所述第一电源和第二电源分别通过所述第一开关和第二开关与负载连接；还包括用于检测所述第一供电单元中第一节点或第二节点的电流或电压并依据检测到的值控制所述第一开关或第二开关导通或截止的检测控制单元。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述第一电源为DC电源或电池，所述第二电源为电池或DC电源。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述DC电源的电压大于所述电池的电压。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述第一开关为第一MOS管，所述第二开关为第二MOS管；所述第一MOS管的漏极与所述DC电源的输出端连接，栅极与所述检测控制单元的一输出端连接，源极经过所述第一节点分别与所述检测控制单元的一输入端和负载连接；所述第二MOS管的漏极与所述电源的正极连接，栅极与所述检测控制单元的另一输出端连接，源极与所述负载连接，其还经过所述第二节点与所述检测控制单元的另一输入端连接，所述第一节点和第二节点短接。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述第一供电单元还包括设置在所述第一节点和第二节点之间的第一电阻。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述第一供电单元还包括第三MOS管，所述第三MOS管的栅极与所述检测控制单元的一输出端连接，源极经过所述第二节点与所述检测控制单元的另一输入端连接，漏极与所述负载连接。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述第一供电单元还包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻并接在所述第一MOS管的栅极和源极之间，所述第二电容并接在所述第二MOS管的栅极和源极之间。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述第一供电单元还包括第一电容和第三电阻，所述第一电容与所述第二电阻并联，所述第三电阻与所述第二电容并联。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管同为带有寄生二极管的P沟道MOS管。

在本实用新型所述的电源切换装置中，所述DC电源是由交流电通过内置或外置的AC/DC电源模块或交流适配器转换得到。

实施本实用新型的电源切换装置，具有以下有益效果：由于第一供电单元包括第一电源和第一开关，第二供电单元包括第二电源和第二开关，第一电源和第二电源分别通过第一开关和第二开关与负载连接；检测控制单元通过检测第一供电单元中第一节点或第二节点的电流或电压并依据检测到的值控制第一开关或第二开关导通或截止，从而实现第一电源和第二电源之间的切换，此外，由于第一开关和第二开关的功耗较小，采用自然散热即可，减小了系统体积，降低了成本，同时由于第一开关和第二开关的导通电阻小，其功耗较小，对系统的热设计可以忽略不计，降低了系统的设计难度；所以其电池续航能力较好、热设计难度较小、系统的体积较小、成本较低。

附图说明

图1是本实用新型电源切换装置在第一实施例中的结构示意图；

图2是所述第一实施例中电源切换装置的电路原理示意图；

图3是第二实施例中电源切换装置的电路原理示意图。

具体实施方式

为了便于本领域的普通技术人员能够理解并实施本实用新型，下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。

在第一实施例中，电源切换装置的结构示意图如图1所示。图1中，该电源切换装置包括第一供电单元01、第二供电单元02和检测控制单元03；其中，第一供电单元01包括第一电源和第一开关，第二供电单元02包括第二电源和第二开关，第一电源和第二电源分别通过第一开关和第二开关与负载连接；检测控制单元03用于检测第一供电单元01中第一节点或第二节点（请参见图2中的1、2）的电流或电压并依据检测到的值控制第一开关或第二开关导通或截止。本第一实施例中，第一电源为DC电源，第二电源为电池，且DC电源的电压大于电池的电压。值得一提的是，本第一实施例中，电源切换装置不包括负载，为了方便描述，顾将负载也画在了图中。

图2是本第一实施例电源切换装置的电路原理示意图，图2中，第一开关为第一MOS管Q1，第二开关为第二MOS管Q2；第一MOS管Q1的漏极D与DC电源的输出端连接（即与DC电源的正极连接），其栅极G与检测控制单元03的一输出端连接，其源极S经过第一节点1分别与检测控制单元03的一输入端和负载连接。第二供电单元02还包括第二MOS管Q2，第二MOS管Q2的漏极D与电源Battery的正极连接，其栅极G与检测控制单元03的另一输出端连接，其源极S与负载连接，第二MOS管Q2的源极S还经过第二节点2与检测控制单元03的另一输入端连接。第一供电单元01还包括设置在第一节点1和第二节点2之间的第一电阻R1。

本第一实施例中，第一供电单元01还包括第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第二电容C2；其中，第二电阻R2并接在第一MOS管Q1的栅极G和源极S之间，第二电容C2并接在第二MOS管Q2的栅极G和源极S之间，第一电容C1与第二电阻R2并联，第三电阻R3与第二电容C2并联。第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第二电容C2对电路起防护作用，可根据实际情况，将第二电阻R2或/和第三电阻R3的阻值进行调整，或者不需要接入第二电阻R2或/和第三电阻R3；当然，可根据实际情况，将第一电容C1和第二电容C2的容值进行调整，或者不需要接入第一电容C1和第二电容C2。也即根据实际需要，可选择相应的电阻或电容对电路进行防护。值得一提的是，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2同为带有寄生二极管的P沟道MOS管。当然，在本第一实施例的另外一些情况下，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2也可以同为带有寄生二极管的N沟道MOS管，当然这时应将DC电源和电池的负极分别与第一MOS管的漏极D和第二MOS管的漏极D连接。

本第一实施例中，DC电源的电压大于电池Battery的电压。DC电源是由交流电通过内置的AC/DC电源模块或交流适配器转换得到。本第一实施例中，AC/DC电源模块或交流适配器设置在设备内部，不需要DC电源热插拔控制功能。在具体实施时，检测控制单元03为电流传感器件，用于检测第一节点1或第二节点2的电流，并通过计算将电流转换第一节点1和第二节点2之间的电压差值（也即第一电阻R1两端的电压），并依据电压差值可得出第一节点1的电压U1和第二节点2的电压U2之间的大小关系。

当设备未接入DC电源时（即未接入交流电时），检测控制单元03检测第一节点1或第二节点2的电流并通过计算后得到U2>U1，这时，检测控制单元03控制使第一MOS管Q1截止，并使第二MOS管Q2导通，V_out由电池Battery供电，也即负载通过电池Battery供电。当设备未接入电池Battery且接入DC电源时（即接入交流电时），通过检测得到U1>U2，检测控制单元03控制使第二MOS管Q2截止，并使第一MOS管Q1导通，这时V_out由DC电源供电。当设备接入DC电源和电池Battery时，通过检测得到U1>U2，也即检测控制单元03检测到DC电源接入，控制使第二MOS管Q2截止，并使第一MOS管Q1导通，这时，V_out由DC电源供电。DC电源和电池Battery均接入时，如果交流电突然断开，由于第二MOS管Q2带有一个寄生二极管，在交流电突然断开的瞬间，电池Battery通过第二MOS管Q2的寄生二极管给负载供电，接着检测控制单元03通过检测得到U2>U1,断定DC电源断开，检测控制单元03控制使第一MOS管Q1截止，并使第二MOS管Q2导通，由于第二MOS管Q2的寄生二极管的阻抗高于第二MOS管Q2导通时的导通阻抗，此时电池Battery通过第二MOS管Q2向负载供电（不通过第二MOS管Q2的寄生二极管）。当DC电源和电池Battery均接入时，如果电池Battery突然断开，这时系统不动作，继续保持V_out（负载）由DC电源供电。当电池Battery供电时，如果DC电源突然接入，此时DC电源通过第一MOS管Q1的寄生二极管输出，由于第一MOS管Q1的寄生二极管输出的DC电源的电压高于电Battery电压，即U1>U2,此时V_out由DC电源的通过第一MOS管Q1的寄生二极管供电，当检测控制单元03检测到DC电源供电时，控制使第二MOS管Q2截止，并使第一MOS管Q1导通，V_out由DC电源供电（不通过第一MOS管Q1的寄生二极管）。当DC电源供电时，突然接入电池Battery，此时系统不动作，继续保持V_out由DC电源供电。

本第一实施例中，通过控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的通断实现了双电源切换，根据实际中不同功能的需求，其设计可进行相应调整。本第一实施例较适合DC电源是在设备内部由交流电通过AC/DC电源模块或交流适配器转换过来，但不需要支持DC电源的热插拔功能的情况。在本第一实施例的另外一些情况下，例如：当检测控制单元03为带AD的MCU或者其他能够检测电压的器件时，这时第一节点1和第二节点2短接，检测控制单元03只需检测第一节点1或第二节点2的电压值，并依据该电压值得出是DC电源还是电池Battery供电，然后再进行具体的控制相应的MOS管截止还是导通。值得一提的是，在本第一实施例的一些情况下，上述DC电源和电池Battery的位置可互换。

现有技术中，由于二极管的导通压降随电流的增大而增大，一般二极管的最大压降可以达到0.75V(例如：MBR20100CT)，如果1A的持续电流，则在二极管上的功耗为0.75W，这样大大减小了电池续航能力，导致电池续航能力变差；本第一实施例中，由于第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的导通电阻小，其功耗较小，所以对电池的续航能力影响较小，即电池的续航能力较好。

图3是第二实施例中电源切换装置的电路原理示意图。第二实施例与第一实施例不同的是，第一供电单元01还包括第三MOS管Q3，省去了第一电容C1和第三电阻R3；第三MOS管Q3的栅极与检测控制单元03的一输出端连接，其源极S经过第二节点2与检测控制单元03的另一输入端连接，其漏极D与负载连接，第二电容C2并接在第三MOS管Q3的栅极G和源极S之间。值得一提的是，根据实际情况需要，第二电阻R2或/和第二电容C2的值可进行相应调整或者将其去掉。本第二实施例中，AC/DC电源模块或交流适配器在设备的外部，DC电源是由交流电通过外置的AC/DC电源模块或交流适配器转换得到的。第三MOS管Q3也为带有寄生二极管的P沟道MOS管。当然，在本第二实施例的另外一些情况下，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和第三MOS管Q3也可同为带有寄生二极管的N沟道MOS管，当然这时应将DC电源和电池的负极分别与第一MOS管的漏极D和第二MOS管的漏极D连接。

具体实施时，当设备未接入DC电源时（即未接入交流电时），检测控制单元03通过检测第一节点1或第二节点2的电流并得出U2>U1，检测控制单元03控制使第一MOS管Q1和第三MOS管Q3截止，并使第二MOS管Q2导通，这时V_out由电池Battery供电。当设备未接电池Battery且接入DC电源时（没有插拔过程），检测控制单元03通过检测第一节点1或第二节点2的电流并得出U1>U2，检测控制单元03控制使第二MOS管Q2截止，并使第一MOS管Q1和第三MOS管Q3导通，这时V_out由DC电源供电。当设备未接电池Battery且接入DC电源（有插拔过程，突然插入DC电源）时，DC电源首先通过第一MOS管Q1的寄生二极管导通，此时第二MOS管Q2和第三MOS管Q3截止，V_out没有输出，检测控制单元03检测到DC电源输入后，控制使第二MOS管Q2截止，并使第一MOS管Q1和第三MOS管Q3导通，V_out由DC电源供电；由于在插拔过程中，DC电源不是立即输出到V_out,而是有延时，通过检测控制单元03来控制使第一MOS管Q1和第三MOS管Q3导通，相当于起到了缓冲作用，有效防止了热插拔对负载的影响，所以支持电源热插拔。当DC电源和电池Battery均接入时（没有插拔过程），检测控制单元03检测到DC电源接入，控制使第二MOS管Q2截止，并使第一MOS管Q1和第三MOS管Q3导通，V_out由DC电源Battery供电。DC电源和电池Battery均接入，当交流电突然断开时，由于第二MOS管Q2带有一个寄生二极管，在交流电突然断开瞬间，V_out由电池Battery通过第二MOS管Q2的寄生二极管供电；接着检测控制单元03检测到DC电源断开，控制使将第一MOS管Q1和第三MOS管Q3截止，并使第二MOS管Q2导通，由于第二MOS管Q2的寄生二极管阻抗高于第二MOS管Q2导通时的导通阻抗，此时V_out由电池Battery经过第二MOS管Q2供电（不经过第二MOS管Q2的寄生二极管）。DC电源和电池Battery均接入，当电池Battery突然断开时，系统不动作，继续保持V_out由DC电源供电。当DC电源供电时，突然接入电池Battery，系统不动作，继续保持V_out由DC电源供电。

当然，在本第二实施例的一些情况下，例如：当检测控制单元03为带AD的MCU或者其他能够检测电压的器件时，这时第一节点1和第二节点2短接，检测控制单元03只需检测第一节点1或第二节点2的电压值，并依据该电压值得出是DC电源还是电池Battery供电，然后再进行具体的控制相应的MOS管截止还是导通。值得一提的是，在本第二实施例的一些情况下，上述DC电源和电池Battery的位置可互换。当DC电源是从设备外部输入时，则需要支持该DC电源的热插拔功能，则采用本第二实施例的方案，如果DC电源是从设备内部输入，即DC电源是有设备内部转换而来时，则既可以采用第一实施例中的方案也可以采用第二实施例中的方案。现有技术中，当AC/DC电源模块外置或者外接交流适配器时，DC电源的输入需要热插拔，使用双二极管不能支持电源热插拔的要求，因此，需要增加额外的电源热插拔电路，本第二实施例中，通过在第一供电单元中01设置第一MOS管Q1和第三MOS管Q3且两者的寄生二极管的阴极连接，当DC电源在热插拔时，通过检测控制单元03来控制使第一MOS管Q1和第三MOS管Q3导通，起到了缓冲作用，有效防止了热插拔对负载的影响，支持电源的热插拨功能。

总之，在上述实施例中，检测控制单元03主要是检测电压和控制上述第一MOS管Q1或第二MOS管Q2或第三MOS管的通断，其可由MCU或者相应功能的芯片或者分立器件构成，V_out是电池Battery或者DC电源给设备供电输出。如果检测控制单元03由电流传感器件构成，则需图2和图3中的第一电阻R1，如果检测控制单元03由电压检测器件构成：如带AD的MCU或者其他能够检测电压的器件，则图2和图3中的第一电阻R1可去掉，直接将第一节点1和第二节点2短接。上述实施例采用MOS管来实现电源之间的切换，主要有以下优点：MOS导通时的导通电阻较小，例如：SI7619DN导通时的导通最大电阻为0.021Ω，对于一般的医疗设备，当持续电流为3A或4A时，MOS管的功耗为0.084W，这么小的功耗对一般监护仪的电池续航能力影响很小，所以电池的续航能力较好；对于MOS来说，不到0.1W的功耗，采用自然散热即可，不需要另加散热片，所以减小了系统体积，降低了成本；MOS管自身消耗的功耗较小，对于系统的热设计可以忽略不计，其降低了系统的设计难度。在第二实施例中，由于增加了第三MOS管Q3，起到了缓冲作用，所以支持电源热插拔。同时，根据实际情况的需要，可选择相应的MOS管以及相应的防护电路。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电源切换装置，其特征在于，包括第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元包括第一电源和第一开关，所述第二供电单元包括第二电源和第二开关，所述第一电源和第二电源分别通过所述第一开关和第二开关与负载连接；还包括用于检测所述第一供电单元中第一节点或第二节点的电流或电压并依据检测到的值控制所述第一开关或第二开关导通或截止的检测控制单元；所述第一开关经过所述第一节点分别与所述检测控制单元的一输入端和负载连接，所述第二开关与所述负载连接，所述第二开关还经过所述第二节点与所述检测控制单元的另一输入端连接。

2.根据权利要求1所述的电源切换装置，其特征在于，所述第一电源为DC电源或电池，所述第二电源为电池或DC电源。

3.根据权利要求2所述的电源切换装置，其特征在于，所述DC电源的电压大于所述电池的电压。

4.根据权利要求3所述的电源切换装置，其特征在于，所述第一开关为第一MOS管，所述第二开关为第二MOS管；所述第一MOS管的漏极与所述DC电源的输出端连接，栅极与所述检测控制单元的一输出端连接，源极经过所述第一节点分别与所述检测控制单元的一输入端和负载连接；所述第二MOS管的漏极与所述电源的正极连接，栅极与所述检测控制单元的另一输出端连接，源极与所述负载连接，其还经过所述第二节点与所述检测控制单元的另一输入端连接，所述第一节点和第二节点短接。

5.根据权利要求4所述的电源切换装置，其特征在于，所述第一供电单元还包括设置在所述第一节点和第二节点之间的第一电阻。

6.根据权利要求4或5所述的电源切换装置，其特征在于，所述第一供电单元还包括第三MOS管，所述第三MOS管的栅极与所述检测控制单元的一输出端连接，源极经过所述第二节点与所述检测控制单元的另一输入端连接，漏极与所述负载连接。

7.根据权利要求4或5所述的电源切换装置，其特征在于，所述第一供电单元还包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻并接在所述第一MOS管的栅极和源极之间，所述第二电容并接在所述第二MOS管的栅极和源极之间。

8.根据权利要求7所述的电源切换装置，其特征在于，所述第一供电单元还包括第一电容和第三电阻，所述第一电容与所述第二电阻并联，所述第三电阻与所述第二电容并联。

9.根据权利要求8所述的电源切换装置，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管同为带有寄生二极管的P沟道MOS管。

10.根据权利要求9所述的电源切换装置，其特征在于，所述DC电源是由交流电通过内置或外置的AC/DC电源模块或交流适配器转换得到。

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