一种基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路论文和设计-史志伟

全文摘要

本实用新型公开一种基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其包括：两个电源单元、比较输出单元以及两个可控开关管，电源单元包括BooT引脚和PH引脚；比较输出单元包括两个比较器，比较器的电源输入端正负极分别连接电源单元的BooT引脚和公共地；两比较器的反向输入端相连作为比较输出单元的比较输出端；电源单元的PH引脚通过可控开关管连接所述比较输出端，可控开关管的控制端连接比较器的输出端，且比较器输出端高电平可使得可控开关管导通；比较器的同相输入端电连接电源单元PH引脚与可控开关管之间的线路。利用本实用新型能够实现两路电源输出的热备用，加快电源切换速度，且电路成本较低。

主设计要求

1.一种基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，包括：两个电源单元，各电源单元分别包括BooT引脚、PH引脚和公共端引脚；比较输出单元包括两个比较器，各比较器的电源输入端正极分别连接两电源单元的BooT引脚，电源输入端负极接地；两比较器的反向输入端相连作为比较输出单元的比较输出端，即冗余热备用电源自动切换电路的电压输出端正极；以及两个可控开关管，各电源单元的PH引脚分别通过一个可控开关管连接比较输出单元的比较输出端，各可控开关管的控制端连接相应电源单元所连比较器的输出端，且比较器输出端输出高电平可使得可控开关管导通；电源单元的PH引脚与可控开关管连接的线路上设有电压采集端，所述电压采集端连接相应电源单元所连比较器的同相输入端。

设计方案

1.一种基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，包括：

两个电源单元，各电源单元分别包括BooT引脚、PH引脚和公共端引脚；

比较输出单元包括两个比较器，各比较器的电源输入端正极分别连接两电源单元的BooT引脚，电源输入端负极接地；两比较器的反向输入端相连作为比较输出单元的比较输出端，即冗余热备用电源自动切换电路的电压输出端正极；

以及两个可控开关管，各电源单元的PH引脚分别通过一个可控开关管连接比较输出单元的比较输出端，各可控开关管的控制端连接相应电源单元所连比较器的输出端，且比较器输出端输出高电平可使得可控开关管导通；

电源单元的PH引脚与可控开关管连接的线路上设有电压采集端，所述电压采集端连接相应电源单元所连比较器的同相输入端。

2.根据权利要求1所述的基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，还包括滤波单元，滤波单元包括滤波电感和滤波电容；滤波电感串接于电源单元的PH引脚与可控开关管之间，滤波电容一端连接在滤波电感与可控开关管之间，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，比较输出单元包括1组同时为两比较器提供工作电源的供电电源引脚，所述供电电源引脚分别通过二极管连接两个电源单元。

4.根据权利要求1所述的基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，电源单元的BooT引脚和PH引脚上还并接有电容Cbst。

5.根据权利要求1所述的基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，所述电源单元采用型号为LTC3835的DC\/DC电源芯片。

6.根据权利要求1所述的基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，所述比较输出单元采用型号为LM324A的运放比较器芯片。

7.根据权利要求1所述的基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，所述可控开关管为N沟道MOS开关管。

8.根据权利要求7所述的基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，其特征是，可控开关管的源极与漏极上还并接有保护二极管。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是一种基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路。

背景技术

随着电子电路的不断发展，电子产品也越加智能化，为了保证产品可靠运行，这些电子产品内部重要回路的供电电源一般情况下使用双电源冗余供电。当一路电源无输出时，可以无缝切换到另外一路供电；或者有一路输出异常时，可以无缝切换到另外一路供电。

目前，电子产品内部回路设计时，双电源供电回路一般使用肖特基二极管或者专用芯片来实现输出电源并联。使用肖特基二极管的回路，对输出电路的电流存在局限性，会导致大电流条件下器件的散热无法处理，从而影响到电源的转换效率。使用专用芯片的回路，芯片价格昂贵，并且专用芯片需要众多外围电路。因此需要既能满足双电源冗余供电的要求，又能简化电路，节约电源输出冗余电路的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，能够实现两路电源输出的热备用，加快电源切换速度，且电路成本较低。

本实用新型采取的技术方案为：一种基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，包括：

两个电源单元，各电源单元分别包括BooT引脚、PH引脚和公共端引脚；

电源单元的PH引脚与可控开关管连接的线路上设有电压采集端，所述电压采集端连接相应电源单元所连比较器的同相输入端。

在应用时，比较器同相输入端接入电源单元的PH脚输出电压，反相输入端接入切换电路的电压输出端电压，当比较器同相输入端电压高于反向输入端时，比较器输出端输出高电平，可使得所连接的可控开关管导通，从而使得电源单元PH脚输出电源到冗余热备用电源自动切换电路的电压输出端。对于任意一个当前处于不供电状态的电源单元，其相应的可控开关管为截至状态，另一个电源单元的PH脚输出电压至自动切换电路的电压输出端；当正在供电的电源单元电压下降并低于不供电状态的电源单元PH脚电压时，不供电状态的电源单元所连接的比较器输出高电平，相应可控开关管导通，该电源单元开始通过PH脚输出电压到自动切换电路的电压输出端，同时将导致原供电的电源单元所连比较器输出端输出低电平，相应开关管截至，即完成了电源的切换。

进一步的，还包括滤波单元，滤波单元包括滤波电感和滤波电容；滤波电感串接于电源单元的PH引脚与可控开关管之间，滤波电容一端连接在滤波电感与可控开关管之间，另一端接地。滤波单元可使得电源单元PH引脚输出的直流电压更稳定。

更进一步的，比较输出单元包括1组同时为两比较器提供工作电源的供电电源引脚，所述供电电源引脚分别通过二极管连接两个电源单元。也即两电源单元的BooT引脚分别通过不同的二极管连接比较输出单元的供电电源引脚，比较输出单元的供电电源输入可同时为其所包含的两个比较器提供工作电源。二极管的接入可防止两电源单元的BOOT引脚电压值不同时，电流从电压值高的DC\/DC电源单元BOOT引脚倒灌到电压值低的DC\/DC电源单元BOOT引脚。

更进一步的，电源单元的BooT引脚和PH引脚上还并接有电容Cbst。

优选的，所述电源单元采用型号为LTC3835的DC\/DC电源芯片。

优选的，所述比较输出单元采用型号为LM324A的运放比较器芯片。该芯片即包括两比较器，并具有一个直流电源正极输入端引脚，该引脚输入的电源通过芯片内部电路实现为两比较器单元同时供电。

优选的，所述可控开关管为N沟道MOS开关管。

更进一步的，可控开关管的源极与漏极上还并接有保护二极管。

有益效果

本实用新型通过比较器与可控开关管的结合实现电源的比较切换，能够实现两路输出的热备用，输出切换延时小，特别适用于降压型同步整流DC\/DC电源芯片并联输出电路，可实现电力系统乃至其他电子电路系统中需要双电源冗余供电的技术方案，电路结构简单，陈本交底，可靠性高。

附图说明

图1所示为本实用新型电源切换电路原理结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

参考图1所示，本发明一种基于比较反馈的冗余热备用电源自动切换电路，包括：

两个电源单元，各电源单元分别包括BooT引脚、PH引脚和公共端引脚；

电源单元的PH引脚与可控开关管连接的线路上设有电压采集端，所述电压采集端连接相应电源单元所连比较器的同相输入端。

实施例1

如图1所示的本实施例，冗余热备用电源自动切换电路包括2个电源单元即DC\/DC电源芯片1和DC\/DC电源芯片2，比较输出单元U1包括两个比较器U1A和U1B，两个可控开光管Q1和Q2。

本实施例还包括滤波单元，滤波单元包括滤波电感LX1和LX2，以及滤波电容C1和C2；滤波电感LX1\/LX2串接于DC\/DC电源芯片1\/ 2的PH引脚与可控开关管Q1\/Q2之间，滤波电容C1\/C2一端连接在滤波电感LX1\/LX2与可控开关管Q1\/Q2之间，另一端接公共地。

电源单元即DC\/DC电源芯片1和DC\/DC电源芯片2的BooT引脚分别通过二极管D1和D2连接比较输出单元U1的电源输入端，从而为比较器U1A和U1B提供工作电源。二极管的接入可防止两电源单元的BOOT引脚电压值不同时，电流从电压值高的DC\/DC电源单元BOOT引脚倒灌到电压值低的DC\/DC电源单元BOOT引脚。

即DC\/DC电源芯片1和DC\/DC电源芯片2的BooT引脚和PH引脚上还并接有电容Cbst。

本实施例中电源单元采用型号为LTC3835的DC\/DC电源芯片。比较输出单元采用型号为LM324A的运放比较器芯片，其具有一组供电电源引脚，同时为两比较器提供工作电源。可控开关管采用N沟道MOS开关场效应管，其源极与漏极上还并接有保护二极管。

参考图1，本实施例的工作原理为：DC\/DC电源芯片1的PH管脚输出电压，经过LX1和C1后输出稳定的直流电压Vph1。直流电压Vph1分别接到场效应管Q1的源极和比较运放器U1A的同相输入端IN+，自动切换电路的并联输出电压Vout，即运放比较器芯片的输出端电压分别接入到场效应管Q1的漏极和比较器U1A的IN-端，比较器U1A的输出端经串阻R1连接场效应管Q1的栅极。当比较运放器U1A的IN+端的电压值大于IN-端的电压值时，比较器U1A的输出为高电平，从而场效应管Q1导通，输出电压值Vout近似为Vph1；当比较运放器U1A的IN+端的电压值小于IN-端的电压值时，比较运放器U1A的输出为低电平，从而场效应管Q1截止。

同理，DC\/DC电源芯片2的PH管脚输出，经过LX2和C2后输出稳定的直流电压Vph2。直流电压Vph2分别接到场效应管Q2的源极和比较运放器U1B的IN+端，并联输出电压Vout分别接入到场效应管Q2的漏极和比较运放器U1B的IN-端，比较运放器U1B的输出端经串阻接场效应管Q2的栅极。当比较运放器U1B的IN+端的电压值大于IN-端的电压值时，比较器U1B的输出为高电平，从而场效应管Q2导通，输出电压值Vout近似为Vph2；当比较运放器U1B的IN+端的电压值小于IN-端的电压值时，比较运放器U1B的输出为低电平，从而场效应管Q2截止。

由于输出电压Vout分别接入场效应管Q1的漏极和场效应管Q2漏极，也说明输出电压Vout可以由DC\/DC电源芯片1或者DC\/DC电源芯片2的PH脚供电。当直流电压Vph1大于直流电压Vph2时，输出电压Vout由DC\/DC电源芯片1供电；当直流电压Vph1小于直流电压Vph2时，输出电压Vout由DC\/DC电源芯片2供电；当直流电压Vph1等于直流电压Vph2时，输出电压Vout由DC\/DC电源芯片1和DC\/DC电源芯片2同时供电。

比较器U1的供电电源引脚经过二极管D1和D2分别接到DC\/DC电源芯片1和DC\/DC电源芯片2的BOOT管脚。当BOOT1的电压值大于BOOT2的电压值，由BOOT1给比较器U1供电；当BOOT1的电压值小于BOOT2的电压值，由BOOT2给比较器U1供电；当BOOT1的电压值等于BOOT2的电压值，BOOT1和BOOT2同时给比较器U1供电。二极管D1和D2为了防止电压BOOT1和BOOT2电压值不同，电流从BOOT电压值高的DC\/DC电源芯片倒灌到BOOT电压值低的DC\/DC电源芯片。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

设计图

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