專(zhuān)利名稱：基于優(yōu)先級(jí)的切換電路與包含該電路的多路電源切換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多路電源切換系統(tǒng)，更具體地，涉及一種配置有基于優(yōu)先級(jí)的切
換電路的多路電源切換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
呼吸機(jī)、麻醉機(jī)等醫(yī)療電氣設(shè)備的供電系統(tǒng)常需要有備份電源，這樣輸入電源通常有兩路或兩路以上。 通常采用AC(220V)作為主要供電方式，內(nèi)置蓄電池供電作為備份供電方式，其中
AC供電有較高的優(yōu)先權(quán)，當(dāng)AC斷電，電池開(kāi)始供電，當(dāng)AC正常后，恢復(fù)AC供電。 為了提高安全和適應(yīng)性，有的呼吸機(jī)還可以使用外部蓄電池作為備份電源，這樣
就會(huì)有三路電源供電，并且有一定的供電優(yōu)先級(jí)別。 目前兩路電源切換最為常見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)也最為簡(jiǎn)單。AC輸入經(jīng)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)為DC后，使
電壓略高于電池電壓，兩路電源各串接一個(gè)二極管后并聯(lián)，由于AC輸出電壓較高，會(huì)優(yōu)先
供電，即可實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)先級(jí)的兩路電源切換。當(dāng)AC輸出電源有可能低于內(nèi)部電池電壓的情
況也可使用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能，用AC輸出接繼電器線圈，來(lái)控制內(nèi)部電池的通斷。 對(duì)于三路輸入電源切換常采用帶開(kāi)關(guān)插座的方式，在設(shè)備接外部蓄電池的接口處
設(shè)一個(gè)機(jī)械觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)，當(dāng)外部蓄電池插頭插入設(shè)備插座時(shí)會(huì)觸及該開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)
連接內(nèi)部蓄電池，從而達(dá)到斷開(kāi)內(nèi)部電池的作用，實(shí)現(xiàn)了電源的優(yōu)先級(jí)切換。這種方式當(dāng)外
部電池耗盡時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電池的自動(dòng)切換供電，不是一個(gè)真正的三路自動(dòng)切換電路。 另一種三路切換方式常采用繼電器互鎖的方式完成，但不能實(shí)現(xiàn)精確電壓判斷后
再進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判斷，由于采用了觸點(diǎn)繼電器，反應(yīng)時(shí)間慢，會(huì)產(chǎn)生電弧，壽命短，有機(jī)械噪音
等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決多路電源的優(yōu)先級(jí)切換問(wèn)題的多路電源切換系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高速的多路電源切換機(jī)制。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種基于優(yōu)先級(jí)的切換電路，包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元，各開(kāi)關(guān)單元具有彼此不同的預(yù)定的優(yōu)先級(jí)，多個(gè)開(kāi)關(guān)單元中的每一個(gè)均包括開(kāi)關(guān)管，串聯(lián)在多個(gè)電源中的一個(gè)與電源總線之間，并與外部控制裝置連接，用于接收來(lái)自外部控制裝置的控制信號(hào)，以控制開(kāi)關(guān)管的通斷，多個(gè)電源與多個(gè)開(kāi)關(guān)單元一一對(duì)應(yīng)。其中，從多個(gè)開(kāi)關(guān)單元中優(yōu)先級(jí)相對(duì)較高的開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)管與電源總線之間引出優(yōu)先級(jí)控制線，連接至優(yōu)先級(jí)相對(duì)較低的各開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)管處。 其中，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元中的每一個(gè)中還包括控制器件，外部控制裝置與從優(yōu)先級(jí)較高的開(kāi)關(guān)單元引出的優(yōu)先級(jí)控制線經(jīng)由所述控制器件連接至開(kāi)關(guān)管，控制器件用于接收控制信號(hào)，以及從優(yōu)先級(jí)較高的開(kāi)關(guān)單元引出的優(yōu)先級(jí)控制線的優(yōu)先級(jí)信號(hào)，以控制開(kāi)關(guān)管的通斷。
其中，外部控制裝置為單片機(jī)，控制器件為三極管或光耦，其連接至相應(yīng)的開(kāi)關(guān)管的源極和柵極。 本發(fā)明另一方面提供了一種多路電源切換系統(tǒng)，配置有權(quán)利要求1中所述的基于優(yōu)先級(jí)的切換電路。 其中，所述多路電源切換系統(tǒng)還包括控制裝置，具有采樣端口，用于對(duì)多路電源切換系統(tǒng)中的多個(gè)電源的每一個(gè)進(jìn)行電平采樣，并根據(jù)采樣結(jié)果分別向相應(yīng)的開(kāi)關(guān)單元輸出控制信號(hào)。 所述的根據(jù)采樣結(jié)果分別向相應(yīng)的開(kāi)關(guān)單元輸出控制信號(hào)的過(guò)程中，當(dāng)采樣結(jié)果不在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，控制裝置向相應(yīng)的開(kāi)關(guān)單元輸出用于關(guān)斷開(kāi)關(guān)單元的控制信號(hào)。
此外，多路電源切換系統(tǒng)還包括控制裝置電源模塊，用于將由多個(gè)電源并聯(lián)供給的電平轉(zhuǎn)換為控制裝置工作需要的電平。 本發(fā)明采用多路電源切換系統(tǒng)，從硬件電路和軟件方面解決了多路電源的優(yōu)先級(jí)切換問(wèn)題。此外，由于采用電子開(kāi)關(guān)，反應(yīng)速度快，無(wú)電弧，無(wú)磨損，壽命長(zhǎng)，將模擬電路優(yōu)先級(jí)控制方式和單片機(jī)程序化方式兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了高速、高可靠性、高精度的電源智能切換。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多路電源切換系統(tǒng)的整體示意 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于優(yōu)先級(jí)的切換電路的原理 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的單片機(jī)的外圍接線示意圖；以及
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的單片機(jī)內(nèi)部程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1總體地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多路電源切換系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由單片機(jī)MCU、單片機(jī)電源、以及包含了電子開(kāi)關(guān)1、電子開(kāi)關(guān)2、和電子開(kāi)關(guān)3的基于優(yōu)先級(jí)的切換電路組成。其中，電子開(kāi)關(guān)1的優(yōu)先級(jí)最高，電子開(kāi)關(guān)3的優(yōu)先級(jí)最低。每個(gè)電子開(kāi)關(guān)均控制一路電源。電子開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)來(lái)源有兩個(gè)，一種為較高級(jí)別電源直接輸出，屬于模擬方式，只要有較高級(jí)別電源供電，本路即為關(guān)斷；另一種是來(lái)自單片機(jī)的輸出控制，屬于程序控制(或軟件方式)，當(dāng)本路的電源電壓不正常時(shí)，本路即為關(guān)斷。 在電路框圖中可知，當(dāng)P1供電時(shí)，P1，P2兩路被禁止；當(dāng)P1突然斷電，P2與P3立刻開(kāi)始供電，但由于P3受控于P2，所以P3被禁止。從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)切換。此外，P1、P2、P3并聯(lián)地向單片機(jī)電源供電，而并未有優(yōu)先級(jí)的區(qū)分。單片機(jī)電源將多路電源電壓轉(zhuǎn)換為適用于單片機(jī)工作的電壓。 三路輸入電壓由單片機(jī)(ADC)實(shí)時(shí)采樣監(jiān)控，當(dāng)某一路電壓異常，如電網(wǎng)電壓過(guò)高或過(guò)低而導(dǎo)致AC轉(zhuǎn)DC電壓過(guò)高或過(guò)低、或外部蓄電池電壓耗盡，這時(shí)單片機(jī)10 口會(huì)輸出控制信號(hào)以關(guān)斷該路供電。也可同時(shí)由單片機(jī)將異常信息發(fā)送給主機(jī)或通過(guò)IO 口直接輸送到面板指示燈。如果有必要，也可通過(guò)面板設(shè)定通知單片機(jī)，改變當(dāng)前的電源切換優(yōu)先
4級(jí)別。 對(duì)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)切換的方法，可以參照?qǐng)D2進(jìn)行說(shuō)明。
在本實(shí)施例中，采用的是應(yīng)用于三個(gè)電源的電源切換電路，包括第一開(kāi)關(guān)單元，具有第一優(yōu)先級(jí)；以及第二開(kāi)關(guān)單元，具有低于所述第一優(yōu)先級(jí)的第二優(yōu)先級(jí)。
其中，第一開(kāi)關(guān)單元包括第一開(kāi)關(guān)管Ql，串聯(lián)在第一電源AC_DC24V與電源總線P0Wer_BUS之間；第一光耦Ul，連接至第一開(kāi)關(guān)管Ql，并與外部0FF1連接，用于接收來(lái)自外部0FF1的第一控制信號(hào)以控制所述第一開(kāi)關(guān)管Q1的通斷；以及第一優(yōu)先級(jí)控制線，從第一開(kāi)關(guān)管Ql與電源總線Power_BUS之間引出，通過(guò)限流電阻R5和二極管D6連接至第二光耦U2，以及通過(guò)限流電阻R8和二極管D10連接至第三光耦U3。 第二開(kāi)關(guān)單元包括第二開(kāi)關(guān)管Q2，串聯(lián)在第二電源EXT_DC與電源總線Power_BUS之間；第二光耦U2，連接至第二開(kāi)關(guān)管Q2，并與外部0FF2以及第一優(yōu)先級(jí)控制線連接，用于接收來(lái)自外部0FF2的第二控制信號(hào)和來(lái)自第一優(yōu)先級(jí)控制線的優(yōu)先級(jí)信號(hào)，以控制第二開(kāi)關(guān)管Q2的通斷；以及第二優(yōu)先級(jí)控制線，設(shè)置在第二開(kāi)關(guān)管Q2與電源總線Power_BUS之間，通過(guò)限流電阻R9和二極管D12連接至第三光耦U3。 以及，第三開(kāi)關(guān)單元包括第三開(kāi)關(guān)管Q3，串聯(lián)在第三電源INT_DC與電源總線Power—BUS之間；第三光耦U2，連接至第三開(kāi)關(guān)管Q3，并與外部0FF3以及第一優(yōu)先級(jí)控制線和第二優(yōu)先級(jí)控制線連接，用于接收來(lái)自外部0FF3的第三控制信號(hào)和來(lái)自第一優(yōu)先級(jí)控制線和第二優(yōu)先級(jí)控制線的優(yōu)先級(jí)信號(hào)，以控制第三開(kāi)關(guān)管Q3的通斷。
其中，當(dāng)電源AC—DC24V工作時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q1為導(dǎo)通狀態(tài)，電壓經(jīng)R5、D6、R3輸入至光耦U2，而光耦U2的另一端接地，兩端出現(xiàn)壓差，光耦導(dǎo)通，從而使得Q2截止，故實(shí)現(xiàn)了電子開(kāi)關(guān)1優(yōu)先于電子開(kāi)關(guān)2的效果。同理，可以實(shí)現(xiàn)電子開(kāi)關(guān)1優(yōu)先于電子開(kāi)關(guān)3、電子開(kāi)關(guān)2優(yōu)先于電子開(kāi)關(guān)3的效果。 優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)各路電源分別串接D1、D4、 D8而后并列輸入至單片機(jī)電源模塊Power_MCU，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的供電。 優(yōu)選地，每路電源的開(kāi)關(guān)管與電源總線PoWer_BUS之間分別串接有肖特基二極管D2、D5、D9，以實(shí)現(xiàn)低壓降的保護(hù)效果。
作為選擇，光耦可以被三極管替代。 圖3示出了單片機(jī)MCU的外圍設(shè)置。其中，A/D1、A/D2、A/D3分別為單片機(jī)的采樣
端口，分別經(jīng)分壓電路連接至各路電源。IO端口輸出用于關(guān)斷各開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)OFFl、
0FF2、 0FF3。而前文中提到的將異常數(shù)據(jù)發(fā)送至主機(jī)是通過(guò)RXD、 TXD完成的。 圖4示出了單片機(jī)MCU的內(nèi)部程序流程圖。單片機(jī)在清零初始化之后，執(zhí)行采樣命
令，對(duì)多路電源電壓進(jìn)行AD采樣，當(dāng)樣本信號(hào)在預(yù)定范圍外時(shí)，即，當(dāng)其中的電源電壓不正
常時(shí)，單片機(jī)執(zhí)行關(guān)斷命令，以使相應(yīng)IO端口輸出控制信號(hào)；而當(dāng)電源電壓樣本信號(hào)在預(yù)
定范圍內(nèi)時(shí)，不執(zhí)行關(guān)斷命令，保持電子開(kāi)關(guān)打開(kāi)。之后，可以通過(guò)串口向上位機(jī)報(bào)告(或
輸出)采樣和狀態(tài)信息，然后重新進(jìn)行AD采樣，判定各路電壓是否正常。 本實(shí)施例中，電源輸入只有三種，故只設(shè)計(jì)了三路，如果有更多路需求，只需將原
電路用同樣的方式擴(kuò)展即可。 從實(shí)施例和原理圖中可以看出，如果不使用單片機(jī)只使用模擬電路也可實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)切換，但這樣做不能實(shí)現(xiàn)每一路電壓的監(jiān)控和判斷，有可能讓故障電源供電。從原理上看，如果不采用模擬部分的每一路直接控制電子開(kāi)關(guān)，而只使用單片機(jī)來(lái)控制電子開(kāi)關(guān)同樣也能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)的切換，但是，由于單片機(jī)需要A/D采樣，需要運(yùn)行程序，它的反應(yīng)速度遠(yuǎn)不及模擬電路快，當(dāng)某一路電源突然掉電時(shí)，CPU監(jiān)測(cè)到再去打開(kāi)另一路備份電源時(shí)，這個(gè)mS級(jí)的延時(shí)有可能會(huì)產(chǎn)生電源波動(dòng)。因此采用模擬方案控制，反應(yīng)速度將控制在nS級(jí)以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了供電無(wú)縫切換。 使用單片機(jī)還可以通過(guò)串口或面板來(lái)指定某一路供電，用于檢查各路電源供電是否可靠?？傊褂媚M方式直接控制是為了速度，采用單片機(jī)是為了實(shí)現(xiàn)智能化。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于優(yōu)先級(jí)的切換電路，包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元，各所述開(kāi)關(guān)單元具有彼此不同的預(yù)定的優(yōu)先級(jí)，其特征在于，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元中的每一個(gè)均包括開(kāi)關(guān)管，串聯(lián)在多個(gè)電源中的一個(gè)與電源總線之間，并與外部控制裝置連接，用于接收來(lái)自所述外部控制裝置的控制信號(hào)，以控制所述開(kāi)關(guān)管的通斷，所述多個(gè)電源與所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元一一對(duì)應(yīng)，其中，從所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元中優(yōu)先級(jí)相對(duì)較高的開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)管與所述電源總線之間引出優(yōu)先級(jí)控制線，連接至優(yōu)先級(jí)相對(duì)較低的各開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)管處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)先級(jí)的切換電路，其特征在于，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)單元中 的每一個(gè)中還包括控制器件，所述外部控制裝置與從優(yōu)先級(jí)較高的開(kāi)關(guān)單元引出的優(yōu)先級(jí) 控制線經(jīng)由所述控制器件連接至所述開(kāi)關(guān)管，所述控制器件用于接收所述控制信號(hào)，以及 從優(yōu)先級(jí)較高的開(kāi)關(guān)單元引出的優(yōu)先級(jí)控制線的優(yōu)先級(jí)信號(hào)，以控制所述開(kāi)關(guān)管的通斷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于優(yōu)先級(jí)的切換電路，其特征在于，所述外部控制裝置 為單片機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于優(yōu)先級(jí)的切換電路，其特征在于，所述的控制器件為 三極管或光耦，連接至相應(yīng)的開(kāi)關(guān)管的源極和柵極。
5. —種多路電源切換系統(tǒng)，其特征在于，配置有權(quán)利要求l中所述的基于優(yōu)先級(jí)的切 換電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多路電源切換系統(tǒng)，其特征在于，所述多路電源切換系統(tǒng)還 包括控制裝置，具有采樣端口，用于對(duì)所述多路電源切換系統(tǒng)中的多個(gè)電源的每一個(gè)進(jìn)行 電平采樣，并根據(jù)采樣結(jié)果分別向相應(yīng)的開(kāi)關(guān)單元輸出控制信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多路電源切換系統(tǒng)，其特征在于，所述的根據(jù)采樣結(jié)果分別 向相應(yīng)的開(kāi)關(guān)單元輸出控制信號(hào)的過(guò)程中，當(dāng)所述采樣結(jié)果不在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，所述控制 裝置向相應(yīng)的開(kāi)關(guān)單元輸出用于關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)單元的控制信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多路電源切換系統(tǒng)，其特征在于，所述多路電源切換系統(tǒng)還 包括控制裝置電源模塊，用于將由所述多個(gè)電源并聯(lián)供給的電平轉(zhuǎn)換為所述控制裝置工作 所需要的電平。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于優(yōu)先級(jí)的切換電路，包括多個(gè)開(kāi)關(guān)單元，各開(kāi)關(guān)單元具有彼此不同的預(yù)定的優(yōu)先級(jí)，多個(gè)開(kāi)關(guān)單元中的每一個(gè)均包括開(kāi)關(guān)管，串聯(lián)在多個(gè)電源中的一個(gè)與電源總線之間，并與外部控制裝置連接，用于接收來(lái)自外部控制裝置的控制信號(hào)，以控制開(kāi)關(guān)管的通斷，多個(gè)電源與多個(gè)開(kāi)關(guān)單元一一對(duì)應(yīng)。其中，從多個(gè)開(kāi)關(guān)單元中優(yōu)先級(jí)相對(duì)較高的開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)管與電源總線之間引出優(yōu)先級(jí)控制線，連接至優(yōu)先級(jí)相對(duì)較低的各開(kāi)關(guān)單元的開(kāi)關(guān)管處。
文檔編號(hào)H02J9/06GK101771292SQ20081024750
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者劉冬, 徐文, 郭偉 申請(qǐng)人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司