4G断电报警器的外部供电与电池供电切换电路设计
电路一点通
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2023-09-25
设计了一个用于4g断电报警器供电的切换电路,
报警器在市电停止,外部供电切断时,需要通过3.7v的锂电池供电,给服务器上报事件,由服务器拨打电话给用户。现分享给大家。最简单的切换电路可以由两个SS14的二极管搭建,如下图:
上图中的D1,D2是肖特基二极管SS14,其正向导通电压大概为0.3V。当用外部电源供电时,LDO输出4.3V的电压,D1导通,D1的负极电压为4.0V。此时,D2两端的电压差达不到正向导通电压的要求,D2截止,4g模块由LDO供电。当没有外部电源时,LDO输出0V,D2导通,3.7V的锂电池输出的电压经过D2给4g模块供电。此时,D2负极电压为2.2V-3.7V。锂电池的供电电压不是一个恒定值,当充满电时,其电压可高达4.2V。当放电至锂电池的保护电压时,其电压仅为2.5V,如下图电池电压与电池容量的关系图。
电池电压与电池容量的关系图如上图,如果以0.5C的速度放电(即2小时放完电),放完80%的电之后的电压大概为3.4V。如果以0.5C的速度放电(即0.5小时放完电),放完80%的电之后的电压大概为3.6V。如果以0.3C的速度放电(即0.3小时放完电),放完80%的电之后的电压大概为3.7V。4g模块的可靠工作电压范围为3.5V-4.3V,加上D2二极管的压降,只有当电池的电压在3.8V-4.2V之间时,4g模块才能可靠工作。从上图可以知道,电池仅仅放完10%的电量,4g模块就不能可靠工作了。可见二极管D2的压降对电池的续航工作时间有巨大的影响。怎么消除这个影响呢?我想到了MOS管,MOS管的导通电阻小,压降小,不会影响电池的续航工作时间。我对电路作了如下改进:
改进后的双电源切换电路图+4.3V为外部供电的电源电压,+4.0V为给4g模块供电的电压。VBAT+为电池的供电电压。Q7为P沟通MOS管,其栅极电压(G,2脚)低于源级电压(S, 3脚)时,漏极(G, 1脚)与源极(S, 3脚)导通,导通电阻大概为几十毫欧。当外接电源输出电压时,标号+4.3V的节点输出0V, D4导通,D4负极为+4.0V,Q7的体二极管截止,其G极电压高于源级电压,Q7截止,由外接电源供电。当外接电源断电时,D4截止,Q7的体二极管先导通,使得G极电压低于S极电压,PMOS Q7导通。电池通过导通的漏极和源极向4g模块供电。由于PMOS导通电阻仅为几十毫欧,当4g模块工作电流达到最大的2A时,其压降也仅为几十毫伏,可以忽略不计。经过这样的改动之后,电池放电完80%的容量,电压为3.5V左右时,4g模块还能工作。大大延长了电池的续航时间。
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