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一款双电源切换电路助力手机切换供电来源

冬至子 来源:电子制作站 作者:jackie long 2023-11-10 14:06 次阅读

今天我们来讨论一款经典的双电源切换电路。大家都知道,智能手机几乎都内置了一块可充电锂电池,能够通过USB接口进行充电。当没有使用USB接口充电时,手机自然是通过电池来供电,而当外接USB接口时,手机是通过电池还是外接电源供电的呢?大多数人当然希望是使用USB接口,这样即可以连续玩耍,又可以给手机充电,岂不快哉?但是手机是如何做到切换供电来源的呢?一种双电源切换电路就可以做到,相应的电路如下图所示:

图片

图中USB_PWR表示外接的5V的USB直流电源,BAT_PWR表示锂电池供电电源(最大值4.2V),VCC则是电路系统的供电引脚,它来源于BAT_PWR或USB_PWR,而电路的核心是一个P沟道增强型场效应管,它的开关行为与PNP三极管相似,以相应的开关电路为例,当栅极输入为低电平“L”时,场效应管VT1处于导通状态,相当于一个处于闭合状态的开关,如下图所示:

图片

当栅极输入为高电平“H”时,VT1处于截止状态,相当于一个处于断开状态的开关,如下图所示:

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也就是说,只有当 -源电压(Gate Source Voltage, VGS 为负值时,PMOS才会导通,数据手册中总会标注相应的阈值电压。某款PMOS的数据手册如下图所示,这意味着只有当VGS<-1.3V时才能导通,为保证电路稳定工作起见,应该保证VGS小于-2.5V。

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当然,VGS也不可过小,否则可能会击穿绝缘层而损坏场效应管。某款场效应管的电气参数如下表所示,这意味着VGS的绝对值不应该大于12V。

图片

下图所示的常用开关电路应该更容易理解PMOS作为开关的工作原理

图片

我们来分析一下双电源切换电路的工作原理。当仅有锂电池供电(USB_PWR为0)时,BAT_PWR(假设为3.7V)首先通过场效应管的寄生二极管到达VCC,其值比BAT_PWR小约一个二极管压降(此处暂定为0.7V),即3.7V-0.7V=3V,如下图所示。

图片

此诚危急存亡之秋(3V的电压对于系统供电而言还是有些低,尽管通常VCC后面还会有升压电路,但毕竟对续航能力有很大的影响,此处且按下不表),由于VT1的栅极通过电阻R1下拉到公共地,所以VGS为负电压(-3V),继而使VT1处于导通状态,此时VCC与BAT_PWR之间的压差可以忽略不计,相应的状态如下图所示:

图片

如果现在有外接USB_PWR(5V)供电,就会直接从肖特基二极管(假设压降为0.3V)通过,由于BAT_PWR总是不可能高于USB_PWR-0.3=4.7V,所以VT1的寄生二极管总是不会导通,相应的状态如下图所示。

图片

简单地说,双电源切换电路总会自动将电压更高者(USB_PWR或BAT_PWR)切换给系统(VCC)供电。

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