0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

电子书阅读器内置锂电池供电自动切换电路

jf_iZR6mdqV 来源:电子设计联盟 2023-06-17 09:14 次阅读

ec7b3754-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

▲ 本文要分析的电路

很多内置有锂电池的便携电子设备,比如手机,通常采用这样的供电方式:

1、没有插入USB电源时,使用内置的锂电池供电。

2、当插入USB电源时,切换为由外置的USB电源供电,并对锂电池进行充电。

下图电路就是实现上述的功能,它来自一款电子书阅读器(Kindle同类产品):

eca558ae-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

这是已量产的电路,成熟稳定,实物电路板如下图所示,几个关键的元器件做了标注:

ecb4f2aa-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.jpg

本文要讲解的是“外置USB供电与内置锂电池供电的自动切换电路”,所以先把上述电路中不相关的电路隐藏。 也就是隐藏锂电池充电管理、电源滤波等电路:

ecdc9fc6-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.gif

隐藏后变成这样:

ecea80c8-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

这一下子,电路变得好简单,实现电源切换的功能,竟然只需要一个二极管、一个MOS管、一个电阻! 一、电路说明 将上述的“外置USB供电与内置锂电池供电自动切换电路”整理一下,弄好看点:

ec7b3754-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

功能逻辑是这样的:

1、当插着USB电源时,由外置的USB电源供电,即VBUS对VOUT供电。

2、当拔掉USB电源时,切换为由内置的锂电池供电,即VBAT对VOUT供电。

3、当重新插入USB电源时,切换为由外置的USB电源供电,即VBUS对VOUT供电。

二、原理分析 假设VBUS的电压为5V,VBAT的电压为3.7V,下面开始分析。 1、当插着USB电源时: VBUS通过肖特基二极管D9到达VOUT。

ed3bd284-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

肖特基二极管的导通压降约为0.3V,USB电压VBUS = 5V,所以: VOUT = 5V - 0.3V = 4.7V 由于VBAT为3.7V,MOS管Q4的s极为4.7V,g极为5V,由此可知: Vgs = 5V - 4.7V = 0.3V > 0 所以MOS管处于不导通状态,同时其体二极管也是反向截止。 由于电阻R155的存在,会浪费一些功耗,流过R155的电流为: 5V / 10Kohm = 0.5mA 2、当拔掉USB电源时: VBUS的电压会从5V开始往下降,电阻R155起到给VBUS放电的作用。 VBUS的电压需要快速下降,因为如果下降慢了,会导致MOS管Q4打开变慢,也就不能很快地切换为电池VBAT供电。 如下图,假设VBUS缓慢下降到4.9V,即MOS管Q4的g极为4.9V。电池电压VBAT通过MOS管Q4的体二极管后降低了约0.7V,变为3V,即MOS管的Vgs电压为: 4.9V - 3V = 1.9V > 0 MOS管仍然不导通,VOUT的供电没有完全切换为VBAT。

ed5eaa66-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

假设VBUS已经下降为1V,如下图。 则Vgs = 1V - 3V = -2V,MOS管已经逐渐打开。

ed666936-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

最终,VBUS会降到0V,MOS管也会完全打开,VOUT切换为用VBAT供电,VOUT电压变为3.7V:

ed95faf2-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

VBUS接的滤波电容会令其电压下降缓慢,如果发现VBUS的电压下降过慢,可以减小R155的阻值。但是这样会导致在插入USB电源时,流过R155的电流变大,增加了无谓的功耗。 所以R155的阻值不能过大也不能过小,需根据实际调试的效果来决定。 入USB电源时: 如下图,MOS管Q4的Vgs = 5V - 4.7V > 0,MOS管不导通,并且其体二极管也是反向偏置。 VOUT切换为用VBUS供电,Vout电压变为4.7V。

ed3bd284-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

三、性能提升 在拔掉USB电源的瞬间,有没有可能MOS管Q4来不及打开,导致VBAT的电压没有及时切过来? 是有可能的。 MOS管Q4没有快速打开,VBAT供电不能及时续上来,会导致VOUT电压下降过多,VOUT的负载电路就可能工作异常。如果电路的负载较重,拉取的电流较大,尤其容易出现在供电电源切换时VOUT电压下降过多的问题。 怎么办呢?

1、可以加快MOS管打开导通的速度。方法是减小VBUS的滤波电容的容值,减小电阻R155的阻值,这都是让VBUS快速掉电,从而让Vgs快点到达令MOS管完全打开的电压。

2、在VOUT增加滤波电容,但是效果不怎么明显。

3、这是重点!可以给MOS管并联一个肖特基二极管D1,如下图所示:

edc499e8-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png   该肖特基二极管D1的正向导通压降约为0.3V,比MOS管的体二极管要小。在MOS管完全打开之前,VBAT通过肖特基二极管D1对VOUT进行供电,可以缓解VOUT电压下降过多的问题。 这个方法非常实用,该电路与方法已经被申请了实用新型专利。其实很多再普通不过的电路都被申请了实用新型专利,尽管这些电路被大众长期使用在先,具体就不展开了。 四、应用案例 除了上述的电子书阅读器有应用之外,还有大量的产品使用了这个切换电路。 比如MicroPython领域著名的01Studio公司,其出品的多款开发板都有这个切换电路。 以其中的一款型号为“pyWiFi-ESP32”的开发板举例,其电源部分的电路图如下:

edd0b232-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

其中,电源切换相关的电路在这里:

ee0b8bf0-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.png

标注对应的实物图:

ee190d3e-0ca6-11ee-962d-dac502259ad0.jpg
责任编辑:彭菁

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 锂电池
    +关注

    关注

    260

    文章

    8098

    浏览量

    169943
  • 阅读器
    +关注

    关注

    0

    文章

    301

    浏览量

    27917
  • 切换电路
    +关注

    关注

    0

    文章

    29

    浏览量

    9409

原文标题:USB供电与内置锂电池供电自动切换电路,经典电路必须掌握

文章出处:【微信号:电子设计联盟,微信公众号:电子设计联盟】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    外置USB供电内置锂电池供电自动切换电路深度解析

    : 1、没有插入USB电源时,使用内置锂电池供电。 2、当插入USB电源时,切换为由外置的USB电源供电,并对
    发表于 04-01 14:03 1.9w次阅读
    外置USB<b class='flag-5'>供电</b>与<b class='flag-5'>内置</b><b class='flag-5'>锂电池</b><b class='flag-5'>供电</b><b class='flag-5'>自动</b><b class='flag-5'>切换</b><b class='flag-5'>电路</b>深度解析

    外置USB供电内置锂电池供电自动切换电路介绍

    本文要讲解的是“外置USB供电内置锂电池供电自动切换电路
    发表于 08-03 09:41 3076次阅读

    2017全球电子书阅读器市场发展现状及未来趋势概述

    电子阅读器是一种采用LCD、电子纸为显示屏幕的新式数字阅读器,可以阅读网上绝大部分格式的电子书
    发表于 11-09 14:05

    外置USB供电内置锂电池供电自动切换电路深度解析

    插入USB电源时,使用内置锂电池供电。2、当插入USB电源时,切换为由外置的USB电源供电,并对锂电池
    发表于 05-12 09:14

    USB与锂电池电源自动切换电路的资料分享

    当我们的电路既可以由外部USB电源供电,也可以由锂电池供电时,我们需要进行如下的逻辑设置:1、外部电源供电时,断掉
    发表于 11-12 08:49

    Marvell进军电子书阅读器市场与E-ink合作系统单芯片

    Marvell进军电子书阅读器市场与E-ink合作系统单芯片 美芯片设计商Marvell表示已和厂商共同合作,希望增加其芯片于电子书阅读器市场扮演的角色。 Marvell表示目前
    发表于 11-04 09:03 878次阅读

    电子书阅读器的微控制类型

    电子书阅读器的微控制类型             
    发表于 12-23 10:18 1087次阅读

    电子书阅读器液晶屏

    电子书阅读器液晶屏              液晶屏指
    发表于 12-23 10:27 1195次阅读

    电子书阅读器的数据传输接口

    电子书阅读器的数据传输接口              电子书阅读器
    发表于 12-23 10:40 1235次阅读

    掌上阅读器常用电子书格式

    掌上阅读器常用电子书格式    
    发表于 12-23 10:59 2175次阅读

    飞思卡尔新芯片压低电子书阅读器成本

    飞思卡尔新芯片压低电子书阅读器成本  据彭博(Bloomberg)报导,飞思卡尔(Freescale)表示,该公司推出的新处理能让厂商压低电子书
    发表于 03-02 09:39 967次阅读

    电子书阅读器带来阅读的革命

    电子书阅读器带来阅读的革命 “世界读书日调查显示,工作忙为职场人不读书最大借口。其实,在抵御金融危机时,人们的心灵更需要慰藉”,而
    发表于 03-27 09:58 592次阅读

    多功能电子书阅读器的设计

    多功能电子书阅读器的设计
    发表于 09-25 09:06 16次下载
    多功能<b class='flag-5'>电子书</b><b class='flag-5'>阅读器</b>的设计

    电子书阅读器入门神器,当属当当阅读器新锐版

    在现代快节奏的都市生活中,随着碎片化时间的增加,人们的阅读习惯也悄然发生了变化,电子书阅读器从小众的阅读方式变成为当下阅读的流行趋势。想要体
    发表于 11-26 13:47 3909次阅读

    Drishti低成本盲人电子书阅读器

    电子发烧友网站提供《Drishti低成本盲人电子书阅读器.zip》资料免费下载
    发表于 02-01 10:15 0次下载
    Drishti低成本盲人<b class='flag-5'>电子书</b><b class='flag-5'>阅读器</b>