标签: 开关线路

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。