一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统的制作方法

1.本发明属于主备电源切换技术领域，具体涉及一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统。


背景技术：

2.随着电子技术的日益进步发展，电子电路及电子设备对供电的可靠性和稳定性要求也越来越严格。很多电路均要求由主用、备用两路电源供电以保证供电的稳定可靠。
3.现有技术中，传统的主备电源切换电路存在诸多不足之处：(1)在主备电源切换过程中存在电路自身消耗；(2)在主备电源切换过程中，主备电源压差大；(3)在主备电源切换过程中存在电源倒灌现象。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，其结构简单，设计合理，实现方便且成本低，能够有效应用在直流主备电源自动切换中，电路自身消耗小，切换压差小，能够防止电源倒灌，使用效果好，便于推广使用。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，包括主电源和备用电源，以及电路系统；所述主电源与电路系统之间接有主电源控制电路模块，所述备用电源与电路系统之间接有备用电源控制电路模块，所述主电源的输出端接有主电源欠压检测电路模块，所述主电源欠压检测电路模块的输出端与主电源控制电路模块和备用电源控制电路模块均连接。
6.上述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，所述主电源欠压检测电路模块包括欠压检测阈值，当主电源有电且主电源输出电压大于所述欠压检测阈值时，主电源欠压检测电路模块输出控制信号至主电源控制电路模块和备用电源控制电路模块，使能主电源并禁能备用电源，此时，电路系统由主电源供电，备用电源不工作；当主电源丢失或者主电源输出电压小于所述欠压检测阈值时，主电源欠压检测电路模块输出控制信号至主电源控制电路模块和备用电源控制电路模块，使能备用电源并禁能主电源，此时，电路系统由备用电源供电，主电源不工作。
7.上述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，所述主电源欠压检测电路模块包括欠压检测电路和欠压检测阈值设置电路。
8.上述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，所述欠压检测电路包括比较器tlv7021dbvr、非极性电容c9、电阻r4、电阻r6、电阻r16和电阻r19，所述比较器tlv7021dbvr的第3引脚通过电阻r16与主电源的电压输出端和电阻r19的一端均连接，所述电阻r19的另一端接地，所述比较器tlv7021dbvr的第4引脚为欠压检测阈值vref的输入端，所述比较器tlv7021dbvr的第5引脚与欠压检测阈值vref信号端连接，且通过非极性电容c9接地，所述比较器tlv7021dbvr的第2引脚接地，所述比较器tlv7021dbvr的第1引脚通过电
阻r6与比较器tlv7021dbvr的第3引脚连接，且通过电阻r4与电路电压vbat_sys连接，所述比较器tlv7021dbvr的第1引脚为所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch。
9.上述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，所述欠压检测阈值设置电路包括稳压器tl431acdbzr、电阻r7、电阻r17和电阻r18，所述稳压器tl431acdbzr的阴极端通过电阻r7与电路电压vbat_sys连接，所述稳压器tl431acdbzr的阳极端接地，所述稳压器tl431acdbzr的参考端与电阻r17的一端和电阻r18的一端均连接，所述电阻r18的另一端接地，所述电阻r17的另一端为所述欠压检测阈值设置电路的欠压检测阈值vref信号输出端，且与稳压器tl431acdbzr的阴极端连接。
10.上述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，所述主电源控制电路模块包括非极性电容c1、非极性电容c2、非极性电容c3、电阻r3、电阻r5、型号均为si2302的mos管q1和mos管q2，以及型号均为2n7002的mos管q3和mos管q4；所述mos管q4的栅极与所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch连接，所述mos管q4的源极接地，所述mos管q3的栅极、非极性电容c3的一端、电阻r5的一端和电阻r1的一端均与mos管q4的漏极连接，所述mos管q3的源极、非极性电容c3的另一端和电阻r5的另一端均接地，所述电阻r1的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q1的栅极、mos管q2的栅极、非极性电容c1的一端、电阻r3的一端和电阻r2的一端均与mos管q3的漏极连接，所述非极性电容c1的另一端和电阻r3的另一端均接地，所述mos管q1的漏极和电阻r2的另一端均与主电源的电压输出端连接，所述mos管q2的源极与mos管q1的源极连接，所述mos管q2的漏极与电路电压vbat_sys连接，且通过非极性电容c2接地。
11.上述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，所述备用电源控制电路模块包括非极性电容c5、非极性电容c6、非极性电容c7、非极性电容c8、电阻r11、电阻r12、电阻r14、电阻r15、型号均为si2302的mos管q5和mos管q6，以及型号均为2n7002的mos管q7、mos管q8和mos管q9；所述mos管q9的栅极与所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch连接，所述mos管q9的源极接地，所述mos管q8的栅极、非极性电容c8的一端、电阻r15的一端和电阻r12的一端均与mos管q9的漏极连接，所述mos管q8的源极、非极性电容c8的另一端和电阻r15的另一端均接地，所述电阻r12的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q7的栅极、非极性电容c7的一端、电阻r14的一端和电阻r10的一端均与mos管q8的漏极连接，所述mos管q7的源极、非极性电容c7的另一端和电阻r14的另一端均接地，所述电阻r10的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q5的栅极、mos管q6的栅极、非极性电容c5的一端、电阻r11的一端和电阻r8的一端均与mos管q7的漏极连接，所述非极性电容c5的另一端和电阻r11的另一端均接地，所述mos管q5的漏极和电阻r8的另一端均与备用电源的电压输出端连接，所述mos管q6的源极与mos管q5的源极连接，所述mos管q6的漏极与电路电压vbat_sys连接，且通过非极性电容c6接地。
12.本发明与现有技术相比具有以下优点：
13.1、本发明电路系统结构简单，设计合理，实现方便且成本低。
14.2、本发明采用超低功耗比较器及电源mos管实现主备电源自动切换，电路自身消耗小，几乎可以忽略不计。
15.3、本发明主电源控制电路模块和备用电源控制电路模块均采用了mos管，mos管内阻一般为15mω左右，保证了主电源、备用电源和电路系统之间的压差保持在一个很小的范
围之内，电流小的时候几乎可以忽略不计。
16.4、本发明主电源控制电路模块和备用电源控制电路模块均采用了双mos管，防止了电源倒灌。
17.5、本发明能够有效应用在直流主备电源自动切换中，使用效果好，便于推广使用。
18.综上所述，本发明电路系统结构简单，设计合理，实现方便且成本低，能够有效应用在直流主备电源自动切换中，电路自身消耗小，切换压差小，能够防止电源倒灌，使用效果好，便于推广使用。
19.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
20.图1为本发明的原理框图；
21.图2为本发明欠压检测电路的电路原理图；
22.图3为本发明欠压检测阈值设置电路的电路原理图；
23.图4为本发明主电源控制电路模块的电路原理图；
24.图5为本发明备用电源控制电路模块的电路原理图。
25.附图标记说明:
26.1—主电源；2—备用电源；
27.3—电路系统；4—主电源控制电路模块；
28.5—备用电源控制电路模块；6—主电源欠压检测电路模块。
具体实施方式
29.如图1所示，本发明的带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，包括主电源1和备用电源2，以及电路系统3；所述主电源1与电路系统3之间接有主电源控制电路模块4，所述备用电源2与电路系统3之间接有备用电源控制电路模块5，所述主电源1的输出端接有主电源欠压检测电路模块6，所述主电源欠压检测电路模块6的输出端与主电源控制电路模块4和备用电源控制电路模块5均连接。
30.本实施例中，所述主电源欠压检测电路模块6包括欠压检测阈值，当主电源1有电且主电源1输出电压大于所述欠压检测阈值时，主电源欠压检测电路模块6输出控制信号至主电源控制电路模块4和备用电源控制电路模块5，使能主电源1并禁能备用电源2，此时，电路系统3由主电源1供电，备用电源2不工作；当主电源1丢失或者主电源1输出电压小于所述欠压检测阈值时，主电源欠压检测电路模块6输出控制信号至主电源控制电路模块4和备用电源控制电路模块5，使能备用电源2并禁能主电源1，此时，电路系统3由备用电源2供电，主电源1不工作。
31.本实施例中，所述主电源欠压检测电路模块6包括欠压检测电路和欠压检测阈值设置电路。
32.本实施例中，如图2所示，所述欠压检测电路包括比较器tlv7021dbvr、非极性电容c9、电阻r4、电阻r6、电阻r16和电阻r19，所述比较器tlv7021dbvr的第3引脚通过电阻r16与主电源1的电压输出端和电阻r19的一端均连接，所述电阻r19的另一端接地，所述比较器tlv7021dbvr的第4引脚为欠压检测阈值vref的输入端，所述比较器tlv7021dbvr的第5引脚
与欠压检测阈值vref信号端连接，且通过非极性电容c9接地，所述比较器tlv7021dbvr的第2引脚接地，所述比较器tlv7021dbvr的第1引脚通过电阻r6与比较器tlv7021dbvr的第3引脚连接，且通过电阻r4与电路电压vbat_sys连接，所述比较器tlv7021dbvr的第1引脚为所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch。
33.具体实施时，欠压检测电路通过超低功耗比较器tlv7021dbvr实现，当主电源1的电压输出值大于比较器的门限电压时，信号输出端pwr_switch输出高电平，当主电源1的电压输出值小于比较器的门限电压时，信号输出端pwr_switch输出低电平。
34.本实施例中，如图3所示，所述欠压检测阈值设置电路包括稳压器tl431acdbzr、电阻r7、电阻r17和电阻r18，所述稳压器tl431acdbzr的阴极端通过电阻r7与电路电压vbat_sys连接，所述稳压器tl431acdbzr的阳极端接地，所述稳压器tl431acdbzr的参考端与电阻r17的一端和电阻r18的一端均连接，所述电阻r18的另一端接地，所述电阻r17的另一端为所述欠压检测阈值设置电路的欠压检测阈值vref信号输出端，且与稳压器tl431acdbzr的阴极端连接。
35.具体实施时，欠压检测阈值为vref，vref的值能够通过稳压器tl431acdbzr以及电阻r17和电阻r18进行设置，本实施例中所设置的vref值为3.6458v。
36.本实施例中，如图4所示，所述主电源控制电路模块4包括非极性电容c1、非极性电容c2、非极性电容c3、电阻r3、电阻r5、型号均为si2302的mos管q1和mos管q2，以及型号均为2n7002的mos管q3和mos管q4；所述mos管q4的栅极与所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch连接，所述mos管q4的源极接地，所述mos管q3的栅极、非极性电容c3的一端、电阻r5的一端和电阻r1的一端均与mos管q4的漏极连接，所述mos管q3的源极、非极性电容c3的另一端和电阻r5的另一端均接地，所述电阻r1的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q1的栅极、mos管q2的栅极、非极性电容c1的一端、电阻r3的一端和电阻r2的一端均与mos管q3的漏极连接，所述非极性电容c1的另一端和电阻r3的另一端均接地，所述mos管q1的漏极和电阻r2的另一端均与主电源1的电压输出端连接，所述mos管q2的源极与mos管q1的源极连接，所述mos管q2的漏极与电路电压vbat_sys连接，且通过非极性电容c2接地。
37.具体实施时，主电源控制电路模块4对主电源1实现开关，电路工作原理为：上电瞬间，mos管q1和mos管q2的栅极为高电平，mos管q1和mos管q2导通，导通后电路电压vbat_sys等于主电源1的输出电压值，此时，主电源欠压检测电路模块6开始工作，当欠压检测电路的信号输出端pwr_switch为高电平时，mos管q1和mos管q2保持导通状态；当欠压检测电路的信号输出端pwr_switch为低电平时，mos管q1和mos管q2不导通，电路电压vbat_sys由备用电源2提供。
38.本实施例中，如图5所示，所述备用电源控制电路模块5包括非极性电容c5、非极性电容c6、非极性电容c7、非极性电容c8、电阻r11、电阻r12、电阻r14、电阻r15、型号均为si2302的mos管q5和mos管q6，以及型号均为2n7002的mos管q7、mos管q8和mos管q9；所述mos管q9的栅极与所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch连接，所述mos管q9的源极接地，所述mos管q8的栅极、非极性电容c8的一端、电阻r15的一端和电阻r12的一端均与mos管q9的漏极连接，所述mos管q8的源极、非极性电容c8的另一端和电阻r15的另一端均接地，所述电阻r12的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q7的栅极、非极性电容c7的一端、电阻r14的一端和电阻r10的一端均与mos管q8的漏极连接，所述mos管q7的源极、非极性电容
c7的另一端和电阻r14的另一端均接地，所述电阻r10的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q5的栅极、mos管q6的栅极、非极性电容c5的一端、电阻r11的一端和电阻r8的一端均与mos管q7的漏极连接，所述非极性电容c5的另一端和电阻r11的另一端均接地，所述mos管q5的漏极和电阻r8的另一端均与备用电源2的电压输出端连接，所述mos管q6的源极与mos管q5的源极连接，所述mos管q6的漏极与电路电压vbat_sys连接，且通过非极性电容c6接地。
39.具体实施时，备用电源控制电路模块5对备用电源2实现开关，电路工作原理为：当主电源1有电切不欠压时，欠压检测电路的信号输出端pwr_switch为高电平，mos管q5和mos管q6不导通，电路电压vbat_sys由主电源1提供；当主电源1丢失或欠压时，欠压检测电路的信号输出端pwr_switch为低电平，mos管q5和mos管q6导通，电路电压vbat_sys由备用电源2提供。
40.本发明的工作过程是：主电源欠压检测电路模块6设置欠压检测阈值，并实时检测主电源1的输出电压值，当主电源1有电且主电源1输出电压大于所述欠压检测阈值时，主电源欠压检测电路模块6输出控制信号至主电源控制电路模块4和备用电源控制电路模块5，使能主电源1并禁能备用电源2；当主电源1丢失或者主电源1输出电压小于所述欠压检测阈值时，主电源欠压检测电路模块6输出控制信号至主电源控制电路模块4和备用电源控制电路模块5，使能备用电源2并禁能主电源1。
41.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，其特征在于：包括主电源(1)和备用电源(2)，以及电路系统(3)；所述主电源(1)与电路系统(3)之间接有主电源控制电路模块(4)，所述备用电源(2)与电路系统(3)之间接有备用电源控制电路模块(5)，所述主电源(1)的输出端接有主电源欠压检测电路模块(6)，所述主电源欠压检测电路模块(6)的输出端与主电源控制电路模块(4)和备用电源控制电路模块(5)均连接。2.按照权利要求1所述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，其特征在于：所述主电源欠压检测电路模块(6)包括欠压检测阈值，当主电源(1)有电且主电源(1)输出电压大于所述欠压检测阈值时，主电源欠压检测电路模块(6)输出控制信号至主电源控制电路模块(4)和备用电源控制电路模块(5)，使能主电源(1)并禁能备用电源(2)，此时，电路系统(3)由主电源(1)供电，备用电源(2)不工作；当主电源(1)丢失或者主电源(1)输出电压小于所述欠压检测阈值时，主电源欠压检测电路模块(6)输出控制信号至主电源控制电路模块(4)和备用电源控制电路模块(5)，使能备用电源(2)并禁能主电源(1)，此时，电路系统(3)由备用电源(2)供电，主电源(1)不工作。3.按照权利要求2所述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，其特征在于：所述主电源欠压检测电路模块(6)包括欠压检测电路和欠压检测阈值设置电路。4.按照权利要求3所述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，其特征在于：所述欠压检测电路包括比较器tlv7021dbvr、非极性电容c9、电阻r4、电阻r6、电阻r16和电阻r19，所述比较器tlv7021dbvr的第3引脚通过电阻r16与主电源(1)的电压输出端和电阻r19的一端均连接，所述电阻r19的另一端接地，所述比较器tlv7021dbvr的第4引脚为欠压检测阈值vref的输入端，所述比较器tlv7021dbvr的第5引脚与欠压检测阈值vref信号端连接，且通过非极性电容c9接地，所述比较器tlv7021dbvr的第2引脚接地，所述比较器tlv7021dbvr的第1引脚通过电阻r6与比较器tlv7021dbvr的第3引脚连接，且通过电阻r4与电路电压vbat_sys连接，所述比较器tlv7021dbvr的第1引脚为所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch。5.按照权利要求4所述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，其特征在于：所述欠压检测阈值设置电路包括稳压器tl431acdbzr、电阻r7、电阻r17和电阻r18，所述稳压器tl431acdbzr的阴极端通过电阻r7与电路电压vbat_sys连接，所述稳压器tl431acdbzr的阳极端接地，所述稳压器tl431acdbzr的参考端与电阻r17的一端和电阻r18的一端均连接，所述电阻r18的另一端接地，所述电阻r17的另一端为所述欠压检测阈值设置电路的欠压检测阈值vref信号输出端，且与稳压器tl431acdbzr的阴极端连接。6.按照权利要求5所述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，其特征在于：所述主电源控制电路模块(4)包括非极性电容c1、非极性电容c2、非极性电容c3、电阻r3、电阻r5、型号均为si2302的mos管q1和mos管q2，以及型号均为2n7002的mos管q3和mos管q4；所述mos管q4的栅极与所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch连接，所述mos管q4的源极接地，所述mos管q3的栅极、非极性电容c3的一端、电阻r5的一端和电阻r1的一端均与mos管q4的漏极连接，所述mos管q3的源极、非极性电容c3的另一端和电阻r5的另一端均接地，所述电阻r1的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q1的栅极、mos管q2的栅极、非极性电容c1的一端、电阻r3的一端和电阻r2的一端均与mos管q3的漏极连接，所述非极性电容c1的另一端和电阻r3的另一端均接地，所述mos管q1的漏极和电阻r2的另一端均与主电源(1)
的电压输出端连接，所述mos管q2的源极与mos管q1的源极连接，所述mos管q2的漏极与电路电压vbat_sys连接，且通过非极性电容c2接地。7.按照权利要求5所述的一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，其特征在于：所述备用电源控制电路模块(5)包括非极性电容c5、非极性电容c6、非极性电容c7、非极性电容c8、电阻r11、电阻r12、电阻r14、电阻r15、型号均为si2302的mos管q5和mos管q6，以及型号均为2n7002的mos管q7、mos管q8和mos管q9；所述mos管q9的栅极与所述欠压检测电路的信号输出端pwr_switch连接，所述mos管q9的源极接地，所述mos管q8的栅极、非极性电容c8的一端、电阻r15的一端和电阻r12的一端均与mos管q9的漏极连接，所述mos管q8的源极、非极性电容c8的另一端和电阻r15的另一端均接地，所述电阻r12的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q7的栅极、非极性电容c7的一端、电阻r14的一端和电阻r10的一端均与mos管q8的漏极连接，所述mos管q7的源极、非极性电容c7的另一端和电阻r14的另一端均接地，所述电阻r10的另一端与电路电压vbat_sys连接，所述mos管q5的栅极、mos管q6的栅极、非极性电容c5的一端、电阻r11的一端和电阻r8的一端均与mos管q7的漏极连接，所述非极性电容c5的另一端和电阻r11的另一端均接地，所述mos管q5的漏极和电阻r8的另一端均与备用电源(2)的电压输出端连接，所述mos管q6的源极与mos管q5的源极连接，所述mos管q6的漏极与电路电压vbat_sys连接，且通过非极性电容c6接地。

技术总结
本发明公开了一种带欠压检测的直流主备电源自动切换系统，包括主电源和备用电源，以及电路系统；主电源与电路系统之间接有主电源控制电路模块，备用电源与电路系统之间接有备用电源控制电路模块，主电源的输出端接有主电源欠压检测电路模块，主电源欠压检测电路模块的输出端与主电源控制电路模块和备用电源控制电路模块均连接。本发明电路系统结构简单，设计合理，实现方便且成本低，能够有效应用在直流主备电源自动切换中，电路自身消耗小，切换压差小，能够防止电源倒灌，使用效果好，便于推广使用。推广使用。推广使用。


技术研发人员：李科 张海清 王娜
受保护的技术使用者：陕西瑞海云昇信息科技有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/14