设计一个简单的电源选择电路要怎么做?
猿来如此ISee 2023-03-31

前言在一款开发板的原理图上,看到一个简单的电源选择电路,于是乎想跟大家分享一下这方面的内容。


原理分析


这个电源选择电路非常简单,由一个 PMOS 和 几个电阻组成。

  • VUSB 是 USB 接口的 5V 电源

  • VBAT 是锂电池 4.2V 电源

  • VCC 是开发板的主电源

外接 USB 供电时,VUSB = 5V,PMOS 不导通,此时使用 USB接口提供的 5V 电源作为主电源为开发板供电。

没有外接 USB 供电时,VUSB = 0V,PMOS 导通,此时使用锂电池提供的 4.2V 电源作为主电源为开发板供电。



改进与优化


上面这个电路图有个不足的地方,VUSB 和 VCC 之间只有一个 0欧电阻隔开,使用锂电池作为主电源供电时,电源会向 VUSB 倒灌,使得 USB 接口带电。

改进的办法很简单,只需要将 VUSB 和 VCC 之间的 0欧姆电阻替换成二极管即可,利用二极管单向导通的特性,电流只会从 VUSB 流向 VCC。

最大工作电流

假设后级电路峰值电流是 1A,选择二极管和 MOS管时,就要选择工作电流大于 1A 的器件;另外,二极管要选择压降较小的肖特基二极管。

PMOS电流方向

PMOS 的漏极接 VBAT,源极接 VCC,采用这种接法时,PMOS 的体二极管的正极就会接到 VBAT,负极接到 VCC。

当外接 USB 供电时,VUSB = 5V,PMOS 不导通,由于 USB 的 5V 电压高于锂电池的 4.2V 电压,因此PMOS 的体二极管也处于反向截止状态,VBAT端不会向外放电,VUSB 的电流无法倒灌到 VBAT 端;当移除 USB 供电时,VBAT端通过 PMOS 和 PMOS 的体二极管向 VCC 供电。

由于 PMOS 导通压降一般小于体二极管的导通压降,因此当 VBAT 向 VCC 供电时,绝大部分电流都是通过 PMOS 流经 VCC的。


为什么要使用电源选择电路


经过上述分析,我们已经了解了这个电源选择电路的工作原理,那么现在可能就有小伙伴会心生疑问了,我知道这个电路可以用来选择电源,那选择电源的意义是什么呢?


兼容多种供电方式

当设备有多种供电方式时,需要通过电源选择电路将不同的电源域送到相应的电源电路进行处理。

例如设备有 12V DC 和  5V USB 两种供电方式。当使用 USB 供电时,直接将 5V 经过 LDO 降压到 3.3V 即可给 MCU 供电;当使用 12V DC 供电时,需要先将 12V 降到 5V ,再将 5V 降到 3.3V 给MCU 供电。


使设备在充电时能够正常使用

从锂电池充放电原理来说,锂电池充电状态和放电状态不能同时存在,也就是说,锂电池要么处于充电状态,要么处于放电状态,充电时锂电池是不能够向后级电路供电的。

带有电池的设备,接入充电器时,一部分电流用于为电池充电,另一部分电流则用于维持后级电路正常工作,这也就是带电池的设备可以边充电边用的原因。


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