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聊过电源转化,太阳能充电,今日得聊聊电源主动切换电路,
实践中需求运用并且用过,那就来总结阐明一下。

前言

又到了电路小讲堂时刻,在实践产品规划中能够有多种电源计划,这儿以一般的单片机产品为例,3.3V左右供电的体系,常见的有 USB供电、外接电源适配器供电 和 电池供电。

一般产品规划的时分,为了产品愈加稳定和智能,咱们都会预留其间2种乃至多种供电方法,一般每种电源单独存在,都能够给产品供电,可是假如这些电源一同存在的状况,它们是怎样挑选供电或许说规划者该怎样规划成比较抱负的状况呢,这就今日咱们要聊聊的电源主动切换电路。

一、最简略的二极管

最简略的电源主动切换电路:二极管并联。

聊聊电源自动切换电路(常用自动切换电路总结)

两个电源,依据供电电压的凹凸主动挑选,哪边电压高用哪边。

二极管能够挑选一般二极管(最大 0.7V 压降)或许肖特基二极管(最大 0.3V 压降)

1.1 都是5V电源

假如咱们的体系是运用3.3V供电,而两个电源都是5V(USB,外接适配器),后端需求接一个 LDO,那么这个电路运用哪种二极管都无所谓,假如是一般二极管要留意 LDO 的选项,得挑选低压差的。

假如是体系中需求有5V供电,那么一般二极管根本不可行的,得运用肖特基二极管。 运用 5V电源经过肖特基二极管压降后关于大部分要求 5V 供电的设备仍是没问题的。

在这种状况下,运用二极管并联有一个好处,不局限于2路,比如实践中或许呈现3种,再多也能够,可是一个产品我做过的最多就3路,如下图:

聊聊电源自动切换电路(常用自动切换电路总结)

1.2 带电池电源

可是假如有一路电源是电池,不管是常见的 4.2V 锂电池,仍是 3.6V AA电池(有锂电池,也有其他种类,比如锂亚硫酰氯电池),运用一般二极管 0.7V压降明显不能够,那么有必要得 挑选肖特基二极管。 即使这样,关于电池来说这个压降也仍是太浪费了,可是至少是能够运用起来的。

而且还得留意一个问题,运用肖特基二极管压降越低,可是反向漏电流越大,那么在电池和其他电源一同存在的状况下,需求考虑到电池是否能够“忍受”这个反向电流。

大部分锂电池并不能接收电流直接流入的,为了安全起见,不建议电池和 5V直接运用该方法做主动切换电路。但实践上,假如产品的运用场景,已知电池和外接电源或许一同供电时刻很少,留意好自己的负载需求的电压,挑选适宜的LDO或许电源处理方法。这个方法是有用的。

这儿或许有人会说,我已知池和外接电源根本不会一同供电,我还加二极管干嘛?

这儿我仅仅经验之谈,双电源,二极管得加,一般加肖特基二极管,为了少点压降。不能不加,由于考虑到产品的安全性,用户或许的不正当操作等。

1.3 小结

适用场景,供电电源都是 5V的场合,供电电源为外接适配器,USB,是性价比最高的计划。 带电池场景需求考虑额定的许多问题,假如对自己的产品运用场景有底,能够针对的运用。

二、MOS管切换电路

2.1 经典电路

5V电源和电池的场合,运用一个MOS管作为备用电源(电池电源)的开关,有一个经典电路,原型如下(5V的电源纷歧定是USB,能够是外接适配器的5V):

聊聊电源自动切换电路(常用自动切换电路总结)

这经典的电路现已被许多博主工程师介绍过,我经过查阅很多的文章,发现大都是共享一个电路,说一下作业流程。这儿我有必要阐明一些简略犯错的地方。

留意这儿运用的PMOS,方向没有画反,由于需求用到 MOS管的体二极管。电池电压经过体二极管抵达 S 级,在没有 VUSB 的时分使得 Vgs <0,MOS管导通,给Vout 供电。

那为什么不将 PMOS 管的 S 对着 VBat, D级对着 Vout 呢?

仍是由于体二极管,假如有 VUSB 的时分,经过体二极管,VUSB 电压直接到了电池,这是不允许的。

电路的流程简略介绍一下:

当VUSB有电,PMOS管截止,即使有体二极管电流流过,可是由于VUSB会比 Vbat 电压高,PMOS的Vgs>0 ,所以PMOS体二极管截止,负载由 VUSB 供电; 当VUSB没电,PMOS导通,负载由 VBat 供电;

能否无缝主动切换?

无缝主动切换指的是,在有 VUSB 和 电池一同供电的状况下,忽然去掉一个,负载能否保持正常作业而不复位或许出异常。实践上大多状况都是去掉 VUSB 后能否切换至电源供电而不出问题。

关于这个问题,其实是比较复杂的,决议能否无缝主动切换的因数有很多,一般在运用的时分都是依据自己的状况调整一些元器件使得能够实现无缝主动切换,这儿阐明一些或许影响能否无缝主动切换的因数:

1、MOS管参数

咱们知道,MOS管有一个阈值电压,阈值电压越小,MOS管越简略导通。在MOS管选型的时分能够依据适当状况调整:

聊聊电源自动切换电路(常用自动切换电路总结)

2、上图R2电阻

在上图中,MOS管的 G 极到 GND 有一个电阻R2, 这个R2的阻值越小,MOS管导通速度越快。 但需求留意的是,这个R2是一直在耗电的,假如太小,那么体系额定白白浪费的功耗就越多。

3、VouT 端滤波电容

实践上,Vout端假如有大一点的滤波电容,电容能够储存一定的能量,会使得无缝切换愈加稳定,大一点的电容我实践运用的至少都是100uF以上的。

4、Vin 端电容

Vin端的电容实践上便是 VUSB 入口处的电容,在上图中是没有的,当然这儿提出来也是阐明不建议加,由于加了VUSB的掉电更缓慢,导致 PMOS 导通时刻加长。原理同上面Vout的滤波电容相同。

5、负载功耗

负载功耗这个倒是咱们无法改变的,可是他的确会影响主动切换,假如负载功耗太大,那么是有或许会导致体系复位的。 横竖便是负载功耗越大,越简略在电源切换的时分出问题。 这时分一般来说,能够试着添加 Vout 端的滤波电容大小。

所以在实践运用中,留意上面的几个因数,电路是能够做到无缝主动切换的。

上面的这个电路在VUSB 和电池 双电源供电的实践上现已能够正常运用,而且很经典有用。

2.2 经典电路变种

咱们上面经典电路运用 PMOS ,还特意说到了 PMOS 的方向,可是假如便是想把PMOS反过来,或许规划的时分画反了怎样补偿?

这儿就针对上面电路做了一个变种电路:

聊聊电源自动切换电路(常用自动切换电路总结)

这个电路理解起来应该也很简略,原理也便是 Vgs < 0, PMOS管导通,和上面经典电路相同。

然后加了一个D2,防止了VUSB给电池充电的或许,这部分的处理有点类似与上面说到的最简略的二极管并联方法,可是会比二极管并联愈加牢靠。

相关于经典电路,这个电路要接受电池多一个 D2 二极管的压降。

这个电路相对经典电路并没有什么优势,可是咱们要理解这个思路,有了这个思路,咱们就有更多的或许。前面的两个电路,都是只能适用于Vbat 有必要小于VUSB的状况,假如他们两个电压持平或许其他状况的时分怎样处理? 当然能够直接用两个二极管并联,可是咱们这儿要说到的是运用MOS的方法。

2.3 经典电路升级

依据前面的经典电路,和经典电路变种的规划思路,咱们能够再用一个MOS管代D2,于是电路变成下面这样:

聊聊电源自动切换电路(常用自动切换电路总结)

相关于上面的电路来说 VUSB 与 VBat 的 压差就没有那么严格,详细的状况视详细状况而定。下面的逻辑是依照电路规划正常作业状况来阐明,当然不是任何电压都适合。咱们这儿仅仅电路记载共享,假如有问题,能够谈论区指出。

原理上来说仍是MOS管,当VUSB有电的时分,Q2,Q1截止,VUSB供电,当VUSB没电的时分,Q2,Q1导通,VBat 供电。

当然或许会有或许Q2会导通,然后Q1截止,然后需求再依据状况详细剖析的状况。

可是整体上,相关于经典电路来说 VUSB 与 VBat 的 压差就没有那么严格,在相同的电压下也能够做到切换。

2.4 另一种思路

除了上面经典电路思想,我项目中的确用的也是上面的电路,可是在写博文的时分,为了做总结,查找了很多文章,发现了一款比较中意的电路:

聊聊电源自动切换电路(常用自动切换电路总结)

其间 Vin1 是主电源,Vin2 是备用电源。

当 Vin1 和 Vin2 都有电的时分会运用Vin1,只要有 Vin1 ,Q1导通使得 Q2 的 G 极接地,然后Q2也导通,Q3的 G极衔接 VIn1,S极根本也是Vin1(比Vin1小一点点,几十mV),所以Q3截止,Vout 来自 Vin1。

其他的详细剖析能够检查原文,这儿我仅仅做个记载。

三、电源切换芯片

关于某些特除的场合,也能够运用电源切换芯片,电源切换芯片相对来说根本无压降,可是相对来说,电源切换芯片的成本太高了。

比如 LTC441x 系列。

实践项目中,我倒的确还没用过电源主动切换芯片,这个或许等以后有机会用到再来记载。

结语

除了文中说到的这些常用电路,还会有其他的一些带上三极管或许更多MOS管的电路,可是我个人而言,我是应该不会去用那么多的元器件做一个电源切换的= =! 即使电路多么奇妙,我根本上都很少去剖析,我仍是实践项目为导向的,除非以后的确项目需求,我会来更新完结文章。

文章以总结记载电路为主,所以并没有用详细数据剖析,实践运用依据自己的状况,挑选适宜的计划,进行必要的细节调整,才干规划出适宜自己的电路计划!

谢谢大家!