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  • 電池供電切換電路,雙電源供電電路介紹
    • 發(fā)布時間:2025-06-30 17:40:42
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    電池供電切換電路,雙電源供電電路介紹
    電池供電切換電路設(shè)計詳解
    在電池供電系統(tǒng)中,為實現(xiàn)交流適配器與電池之間的靈活切換,常見的電路設(shè)計采用了兩個肖特基二極管來隔離兩種電源,具體電路圖如圖1所示。
    電池供電切換電路
    該電路設(shè)計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。當接入交流適配器時,二極管VD2處于反偏狀態(tài),從而有效阻止電流從電池流向負載,確保負載由交流適配器供電。而當交流電源被斷開時,二極管VD1則發(fā)揮防止電流從電池流入適配器的作用,避免電池能量的無謂損耗。
    電池供電切換電路
    從設(shè)計角度來看,這種電路具有設(shè)計簡單、占用印制電路板面積小的優(yōu)勢。然而,它也存在兩個較為明顯的缺點:一是VD2的正向電壓(大約為0.4V)會導致DC/DC的輸出電壓降低。如果輸出電壓低于設(shè)備的啟動電壓,該方案將無法滿足實際應(yīng)用需求。二是VD2的正向電壓會造成電池功率的浪費,其耗散的功率等于負載電流乘以正向壓降,這在一定程度上影響了電池的使用效率。
    針對上述基于肖特基二極管的電源切換電路的局限性,圖2展示了一種改進方案,即用一個P溝道MOSFET替代圖1中的二極管VD2。當切換到電池供電時,MOSFET導通,使電池能夠向負載正常供電。而當接入交流適配器時,MOSFET的柵極電壓高于其源極電壓,MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài),從而切斷了電池與負載之間的連接,確保負載由交流適配器供電。
    以100mA的負載電流為例,對于一個導通電阻為50mΩ的P溝道MOSFET,其電壓降僅為0.5mV,耗電僅0.5mW。相比之下,圖1所示的二極管配置方式,電壓降為400mV,功率損耗高達40mW。由此可知,MOSFET在降低電壓降和減少功率損耗方面具有顯著優(yōu)勢。不過,需要注意的是,MOSFET的導通電阻依賴于它的柵極偏置。
    在圖2所示電路中,當交流電源被斷開時,MOSFET的柵極電壓為零,源極為電池電壓。為確保在最大負載電流下能夠獲得所期望的輸出電壓,MOSFET的導通電阻應(yīng)在此偏壓下足夠低。因此,在實際選型中,應(yīng)盡量選用低閾值的MOSFET管。
    雙電源電路圖及原理
    電池供電切換電路
    該雙電源電路由1個P-MOS、1個二極管(推薦使用肖特基二極管,因其壓降小)、1個適當阻值的下拉電阻組成。
    假設(shè)USB電源電壓為5.0V,交流適配器的電壓為5.5V,略高于USB電源電壓。
    當僅有交流適配器的5.5V接入時,二極管導通,電路自動切換為交流適配器供電模式,此時用電端電壓約為5.5V減去二極管的正向壓降(約0.3V),即約為5.2V。
    當僅有USB-5V單獨接入時,P-MOS的DS寄生二極管首先導通,S極電壓約為5V減去二極管正向壓降(約0.7V),即約為4.3V。此時,P-MOS的G極被下拉電阻拉低至0V,因此Vgs=0V-4.3V=-4.3V。由于-4.3V低于P-MOS的GS最低導通門限電壓,P-MOS隨之導通,用電端電壓則為5V減去P-MOS的導通壓降。通常情況下,MOS的導通電阻較低,約幾十mΩ,且一般電路電流不會超過2A,因此P-MOS的導通壓降幾乎可以忽略不計,能夠高效地將5V電壓輸出至用電端。
    當交流適配器的5.5V與USB-5V同時接入時,肖特基二極管D1導通,此時P-MOS的G極電壓為5.5V,S極電壓為5.2V,Vgs=5.5V-5.2V=0.3V。由于0.3V高于P-MOS的GS最低導通門限電壓,P-MOS處于關(guān)斷狀態(tài),電路便自動切換為由輸入電壓較高的交流適配器供電,確保設(shè)備優(yōu)先使用交流電源,從而有效延長電池使用壽命并提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。
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