基于 MOS 管的双电源自动切换电路设计方案

出处:网络整理时间:2025-04-27
  双电源自动切换电路起着至关重要的作用,它能够确保设备在不同电源之间实现无缝切换,保证设备的稳定运行。传统的双电源自动切换电路可能存在一些局限性,而基于 MOS 管的设计则为解决这些问题提供了新的思路。本文将详细介绍两种基于 MOS 管的双电源自动切换电路设计方案,并对其工作原理进行深入分析。
  方案一:利用单个 PMOS 管的双电源切换电路  我们主要围绕下面这个电路图展开分析。在该电路中,VUSB 为外部 USB 供电,VBAT 为锂电池供电,Q1 为 PMOS 管,D1 为二极管

  该电路的工作设计目标是:当外部电源供电时,锂电池的供电关断;当外部供电断开时,由锂电池供电。  当 VUSB 进行供电(电压为 5V)时,PMOS 管的 G 端电压为 5V。根据 PMOS 管的导通特性,此时 PMOS 管不导通,电压经过二极管 D1 直接到达 VCC。

  当 VUSB 断开后,PMOS 管 G 端的电压(原本为 5V)由电阻 R1 下拉到 GND。此时,PMOS 管的 S 端电压比 G 端高,满足导通条件,PMOS 管导通,VCC 由 VBAT(锂电池)供电。

  需要说明的是,在 MOS 管还未导通之前,S 端的电压比 G 端的要高,因此 MOS 管会导通。导通以后,MOS 管的寄生二极管会短路,不再起作用。
  方案二:0 压降实现主副电源自动切换电路  前面的电路中加入了 D1 二极管,由于二极管存在压降(约为 0.3V),很难实现 0 压降。而下面这个电路利用了 MOS 管的低导通 RDS(on)特性,提高了电路的效率。

  该电路利用了 3 个 MOS 管进行设计。  当 VIN1(主电源)为 3.3V 时,Q1 的 NMOS 导通,接着拉低了 Q3 PMOS 的栅极,Q3 开始导通。此时 Q2 MOS 的 G - S 之间的电压等于 Q3 PMOS 的导通压降,大概为几十 mV,因此 Q2 MOS 管关闭,VIN2(外部电源)断开,VOUT 由 VIN1 进行供电,此时 VOUT = 3.3V。

  此时电路的静态功耗 I1 + I2 = 20uA。
  当 VIN1(主电源)断开,Q1 NMOS 截止,Q2 PMOS 的栅极通过 R1 下拉,Q2 导通;Q3 PMOS 的栅极通过 R2 上拉,Q3 截止。此时 Q1 和 Q3 截止,VOUT 由 VIN2 供电,为 3.3V,并且当电路由 VIN2(外部电源)供电时,静态功耗 “消失了”,直接为 0。整个电路几乎不存在压降,除非电流很大。由此可以得出,在这个电路中,外部电源供电是更好的选择。
  不过,需要注意的是,该电路中的三个 MOS 管都应该具备低导通电阻与低压的特性。此外,有网友反应,这个电路在主电源下降过程中,可能会存在一些问题:Q3 未完全关断而 Q2 就开始导通,外电源通过 Q2、Q3 形成通路,阻止了主电源的降低。
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