【圖文詳解】如何“實(shí)現(xiàn)”外置和內(nèi)置電源切換-KIA MOS管

外置和內(nèi)置電源切換

本文講解的是“外置USB供電與內(nèi)置鋰電池供電的自動(dòng)切換電路”，所以先把電路中不相關(guān)的電路隱藏。

也就是隱藏鋰電池充電管理、電源濾波等電路：

隱藏后變成這樣：

這一下子，電路變得好簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)電源切換的功能，竟然只需要一個(gè)二極管、一個(gè)MOS管、一個(gè)電阻！

一、電路說(shuō)明

將上述的“外置USB供電與內(nèi)置鋰電池供電自動(dòng)切換電路”整理一下：

功能邏輯是這樣的：

1、當(dāng)插著USB電源時(shí)，由外置的USB電源供電，即VBUS對(duì)VOUT供電。

2、當(dāng)拔掉USB電源時(shí)，切換為由內(nèi)置的鋰電池供電，即VBAT對(duì)VOUT供電。

3、當(dāng)重新插入U(xiǎn)SB電源時(shí)，切換為由外置的USB電源供電，即VBUS對(duì)VOUT供電。

二、原理分析

假設(shè)VBUS的電壓為5V，VBAT的電壓為3.7V，下面開始分析。

1、當(dāng)插著USB電源時(shí)：

VBUS通過(guò)肖特基二極管D9到達(dá)VOUT。

肖特基二極管的導(dǎo)通壓降約為0.3V，USB電壓VBUS = 5V，所以：

VOUT = 5V - 0.3V = 4.7V

由于VBAT為3.7V，MOS管Q4的s極為4.7V，g極為5V，由此可知：

Vgs = 5V - 4.7V = 0.3V > 0

所以MOS管處于不導(dǎo)通狀態(tài),同時(shí)其體二極管也是反向截止。

由于電阻R155的存在，會(huì)浪費(fèi)一些功耗，流過(guò)R155的電流為：

5V / 10Kohm = 0.5mA

2、當(dāng)拔掉USB電源時(shí)：

VBUS的電壓會(huì)從5V開始往下降，電阻R155起到給VBUS放電的作用。

VBUS的電壓需要快速下降，因?yàn)槿绻陆德耍瑫?huì)導(dǎo)致MOS管Q4打開變慢，也就不能很快地切換為電池VBAT供電。

如下圖，假設(shè)VBUS緩慢下降到4.9V，即MOS管Q4的g極為4.9V。

電池電壓VBAT通過(guò)MOS管Q4的體二極管后降低了約0.7V，變?yōu)?V，即MOS管的Vgs電壓為：

4.9V - 3V = 1.9V > 0

MOS管仍然不導(dǎo)通，VOUT的供電沒有完全切換為VBAT。

假設(shè)VBUS已經(jīng)下降為1V，如下圖。

則Vgs = 1V - 3V = -2V，MOS管已經(jīng)逐漸打開。

最終，VBUS會(huì)降到0V，MOS管也會(huì)完全打開，VOUT切換為用VBAT供電，VOUT電壓變?yōu)?.7V：

VBUS接的濾波電容會(huì)令其電壓下降緩慢，如果發(fā)現(xiàn)VBUS的電壓下降過(guò)慢，可以減小R155的阻值。但是這樣會(huì)導(dǎo)致在插入U(xiǎn)SB電源時(shí)，流過(guò)R155的電流變大，增加了無(wú)謂的功耗。

所以R155的阻值不能過(guò)大也不能過(guò)小，需根據(jù)實(shí)際調(diào)試的效果來(lái)決定。

3、當(dāng)重新插入U(xiǎn)SB電源時(shí)：

如下圖，MOS管Q4的Vgs = 5V - 4.7V > 0，MOS管不導(dǎo)通，并且其體二極管也是反向偏置。

VOUT切換為用VBUS供電，Vout電壓變?yōu)?.7V。

三、性能提升

在拔掉USB電源的瞬間，有沒有可能MOS管Q4來(lái)不及打開，導(dǎo)致VBAT的電壓沒有及時(shí)切過(guò)來(lái)？是有可能的。

MOS管Q4沒有快速打開，VBAT供電不能及時(shí)續(xù)上來(lái)，會(huì)導(dǎo)致VOUT電壓下降過(guò)多，VOUT的負(fù)載電路就可能工作異常。如果電路的負(fù)載較重，拉取的電流較大，尤其容易出現(xiàn)在供電電源切換時(shí)VOUT電壓下降過(guò)多的問(wèn)題。怎么辦呢？

1、可以加快MOS管打開導(dǎo)通的速度。方法是減小VBUS的濾波電容的容值，減小電阻R155的阻值，這都是讓VBUS快速掉電，從而讓Vgs快點(diǎn)到達(dá)令MOS管完全打開的電壓。

2、在VOUT增加濾波電容，但是效果不怎么明顯。

3、這是重點(diǎn)！可以給MOS管并聯(lián)一個(gè)肖特基二極管D1，如下圖所示：

該肖特基二極管D1的正向?qū)▔航导s為0.3V，比MOS管的體二極管要小。在MOS管完全打開之前，VBAT通過(guò)肖特基二極管D1對(duì)VOUT進(jìn)行供電，可以緩解VOUT電壓下降過(guò)多的問(wèn)題。

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