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。