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  • 交流電和電池雙電源供電切換電路詳解
    • 發(fā)布時(shí)間:2022-04-14 18:15:36
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    交流電和電池雙電源供電切換電路詳解
    電池和交流電源之間的平穩(wěn)電源的切換過程要求盡量避免用戶干預(yù)、保證能量損失最少,盡可能不在電池供電回路中插入串聯(lián)元件,以免在電池電壓較低時(shí)電流回路中引起額外的電壓降,從而降低總體轉(zhuǎn)換效率。
    盡可能減小電池電流回路中的電阻,可有效地延長電池壽命。當(dāng)接入交流電時(shí),任何由電池供電的DC/DC電路應(yīng)從電池中吸取電流最小。
    1.采用二極管隔離
    交流電與電池構(gòu)成的雙電源供電體系,進(jìn)行電源切換的最簡單的方法就是利用兩個(gè)肖特基二極管隔離兩種電源,如圖1所示。
    這種電路要求交流適配器的輸出電壓必須高于電池DC/DC變換的輸出電壓。當(dāng)接入交流適配器時(shí),二極管VD2被反偏,禁止電流從電池流向負(fù)載。當(dāng)去掉交流電源時(shí),二極管VD1可防止電流從電池流入適配器。
    這種方案設(shè)計(jì)簡單,占用印制電路板面積小。但它存在兩個(gè)缺點(diǎn):VD2的正向電壓(大約為0.4V)降低了DC/DC的輸出電壓,如果輸出電壓低于啟動電壓,該方案將不適用;
    另外,VD2的正向電壓也浪費(fèi)了電池的功率,二極管VD2所耗散的功率等于負(fù)載電流乘以正向壓降。
    電源 切換電路
    圖1 用二極管隔離的交直流切換電路
    2.利用MOSFET開關(guān)
    在圖2中,用一個(gè)P溝道MOSFET代替圖1中的二極管VD2。切換到電池時(shí),MOS-FET導(dǎo)通,電池向負(fù)載供電。接入交流適配器時(shí),MOSFET的柵極電壓高于其源極電壓,處于關(guān)斷狀態(tài),從而切斷了電池與負(fù)載的連接。
    對100mA的負(fù)載電流,一個(gè)導(dǎo)通電阻為50mΩ的P溝道MOSFET的電壓降為0.5mV,耗電僅0.5mW。而圖1所示的二極管配置方式,電壓降為400mV,功率損耗為40mW。MOSFET的導(dǎo)通電阻依賴于它的柵極偏置。
    在圖2中,當(dāng)去掉交流電源時(shí),MOSFET的柵極電壓為零,源極為電池電壓。MOSFET的導(dǎo)通電阻應(yīng)在此偏壓下足夠低,保證在最大負(fù)載電流下能夠獲得所期望的輸出電壓。因此,應(yīng)盡量選用低閾值的MOSFET管。
    電源 切換電路
    圖2 采用MOSFET的交直流切換電路
    3.使用帶交/直流切換的雙輸出集成IC
    在圖3所示的電源設(shè)計(jì)方案中,有兩個(gè)輸出電壓:5V/600mA和3.3V/200mA,其輸入可以是交流電源或2節(jié)電池。
    此方案避免了以上兩圖中的一些缺點(diǎn),特別是在電池供電回路中省去了二極管或MOSFET。U1(MAX608)是一個(gè)開關(guān)式DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器,它的輸入是未經(jīng)穩(wěn)壓的直流(2~5V)輸出為5.1V的穩(wěn)定電壓。
    另一個(gè)開關(guān)型升壓轉(zhuǎn)換器(U2)內(nèi)含線性穩(wěn)壓器,它由轉(zhuǎn)換器的升壓輸出供電。將U1的輸出設(shè)置為5.1V的目的是為了確保U1的輸出高于U2的輸出,另外,為保證在交流適配器供電時(shí)由U1為U2的線性穩(wěn)壓器供電,需要將U1和U2的輸出連接在一起。
    U1可以提供300mA的負(fù)載電流,其效率為95%。在內(nèi)置線性穩(wěn)壓器輸出3.3V時(shí),可提供200mA電流。為了防止電池的電流流入U(xiǎn)1,當(dāng)去掉交流適配器時(shí),U2的LBI/LBO比較器關(guān)閉U1。
    若電池和交流電源一起供電,在U2的反饋端測得輸出電壓高于它的穩(wěn)壓值時(shí)將一直保持在空閑模式。
    電源 切換電路
    圖3 有交流切換功能的雙輸出DC/DC方案
    以上,就是幾種符合上述要求的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)方案。
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