原创 两电池供电时的电源切换设计

两电池供电时的电源切换设计

问题现象：如下图，大电池BAT1和小电池BAT2一起给系统供电，当用到低电状态拔下大电池时，系统直接关机。

客户要求：当拔掉大电池后，系统还能工作一段时间。

问题分析：从电路来看，大电池和小电池是并联在一起的，它们充电一起充，放电一起放，到低电状态时两种电池都电压较低，所以系统供电不足直接关机。

设计思路：为符合客户要求，设计成当大电池接上时，就让小电池不供电，就是说当放电时只有大电池放电，当充电时两者都能充电。

设计要求：从PCB板布局空间和生产成本上要求电路尽量简单，所用元器件量最少。

设计电路1：

（1）如下图，大电池接口用的是刀片接口座，从上往下刀片对应原理图符号，第一片对应符号上的1、4，中间片对应符号上的3、6，第三片对应符号上的2、5。

（2）如下图是大电池及电池上的接口电路板，两个“+”号是连在一起的。

（3）没大电池时，刀口座上的第一片和中间片不会短路，即中间片是没电的，当接上电池后中间片有电压，应用这个功能来判断是否有大电池接入。

（4）在小电池供电上增加一个开关线路，用刀口座中间片来控制。尽量用最少元件的前提下，如下图新增一个PMOS管Q4，G极串一个电阻R86到刀片座中间片，当大电池接入时Q4的G极为高电平，此时Q4不导通，所以小电池不供电；当大电池拔掉时Q4的G极由R87拉为低电平，这时Q4导通，所以小电池可以正常给系统供电，由于大电池的存在，小电池没怎么耗电，所以可以正常工作一段时间。另外在充电中VBAT在给大电池充电的同时也可以通过Q4上的二极管导通过去给小电池充电，值得注意的是由于二极管有压降，所以小电池是充不满电的，但还是可以符合没大电池时可以工作一段时间。

上面的描述看起来还可以，但实际验证中，该电路行不通，那为什么呢？

原因一，在两个电池都为4.0V以上时，拔插大电池确实可以正常控制Q4的开断，但随着大电池的耗电，电压在逐渐变低，而小电池的电压还没变化，直到G极的电压小于小电池电压很多时，这时Q4就失去了关断作用，所以小电池也同时放电。

原因二，电池的静态电流变大了。

综上原因，电路1不可用。

设计电路2：

（1）如下图增加一个NMOS管Q3和一个三极管Q5，当没有大电池时Q3的G极由R88上拉到小电池电压为高电平，同时Q5也未开启，所以Q3导通，小电池给系统供电；当大电池接入时，Q5开启，Q3的G极被拉为低电平，Q3不导通，所以小电池不给系统供电。

另外在充电中VBAT在给大电池充电的同时也可以通过Q3上的二极管导通过去给小电池充电，值得注意的是由于二极管有压降，所以小电池是充不满电的，但还是可以符合没大电池时可以工作一段时间。

实际验证中，该电路行不通，拔掉大电池系统立马关机，如小电池电压是3.9V，拔掉电池后，电压经过Q3会变成2.9V。为什么呢？

希望读者可以去思考下原因。

设计电路3：

（1）如下图还是使用PMOS管Q4，但用两个三极管Q5和Q6来控制Q4的G极，当没有大电池时，Q5未开启，Q6由于R89上拉到小电池电压变为高电平，所以Q6开启，这时Q4的G极被拉低，所以Q4导通，小电池给系统供电；当大电池接上后，Q5开启，Q6的B极被拉低，Q6不开启，Q4的G极由R88拉到高电平，所以Q4不导通，小电池不给系统供电。

在充电中VBAT在给大电池充电的同时也可以通过Q4上的二极管导通过去给小电池充电，值得注意的是由于二极管有压降，所以小电池是充不满电的，但还是可以符合没大电池时可以工作一段时间。

实际验证中，该电路可以使用，但是R89这颗电阻和Q6的1、2脚构成一回路，静态电流较大，将R89的阻值增加到47K，静态电流减小很多，若再往上增加，则该电路开启不了，所以说只能加到47K左右。小电池为3.9V时，电流在80微安左右。能否还可以再将电流降点呢？

这里将Q6改成普通的三极管3904，如下图R87和R89构成电阻分压，这样就可以调大R89的阻值了，更改后静态电流降到40微安左右。

设计电路4：

（1）如下图用刀口座中间片控制三极管Q6，然后用主控芯片来检测是否有大电池接入，有的话，那就将电池电量检测的低电阀值自动降低，然后小电池还是可以工作一段时间。

综上，设计电路4是最经济的。这里大电池的容量是1850mAh，小电池的容量是200mAh，若系统工作电流在200mA之内该电路还是较实用的，但若系统工作电流在800~900mA，那么就算电源供电能切换过来，这小电池也带不动，因为瞬间就被系统将电压拉得很低了，可能工作个几秒钟就没了。所以一个电路的设计要考虑的因素很多。还是要多看些电路方面的知识来提高自己的资源储备。