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          兩電池供電時的電源切換設計

          作者:wuliangu時間:2024-03-05來源:面包板社區收藏

          以下文章來源于面包板社區 ,作者wuliangu

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202403/456005.htm


          問題現象:如下圖,大電池BAT1和小電池BAT2一起給系統供電,當用到低電狀態拔下大電池時,系統直接關機。


          客戶要求:當拔掉大電池后,系統還能工作一段時間。

          問題分析:從電路來看,大電池和小電池是并聯在一起的,它們充電一起充,放電一起放,到低電狀態時兩種電池都電壓較低,所以系統供電不足直接關機。

          設計思路:為符合客戶要求,設計成當大電池接上時,就讓小電池不供電,就是說當放電時只有大電池放電,當充電時兩者都能充電。

          設計要求:板布局空間和生產成本上要求電路盡量簡單,所用元器件量最少。


          設計電路1:

          (1)如下圖,大電池接口用的是刀片接口座,從上往下刀片對應原理圖符號,第一片對應符號上的1、4,中間片對應符號上的3、6,第三片對應符號上的2、5。


          (2)如下圖是大電池及電池上的接口電路板,兩個“+”號是連在一起的。



          (3)沒大電池時,刀口座上的第一片和中間片不會短路,即中間片是沒電的,當接上電池后中間片有電壓,應用這個功能來判斷是否有大電池接入。


          (4)在小電池供電上增加一個開關線路,用刀口座中間片來控制。盡量用最少元件的前提下,如下圖新增一個PMOS管Q4,G極串一個電阻R86到刀片座中間片,當大電池接入時Q4的G極為高電平,此時Q4不導通,所以小電池不供電;當大電池拔掉時Q4的G極由R87拉為低電平,這時Q4導通,所以小電池可以正常給系統供電,由于大電池的存在,小電池沒怎么耗電,所以可以正常工作一段時間。另外在充電中VBAT在給大電池充電的同時也可以通過Q4上的二極管導通過去給小電池充電,值得注意的是由于二極管有壓降,所以小電池是充不滿電的,但還是可以符合沒大電池時可以工作一段時間。


          上面的描述看起來還可以,但實際驗證中,該電路行不通,那為什么呢?

          原因一,在兩個電池都為4.0V以上時,拔插大電池確實可以正??刂芉4的開斷,但隨著大電池的耗電,電壓在逐漸變低,而小電池的電壓還沒變化,直到G極的電壓小于小電池電壓很多時,這時Q4就失去了關斷作用,所以小電池也同時放電。


          原因二,電池的靜態電流變大了。

          綜上原因,電路1不可用。


          設計電路2:

          (1)如下圖增加一個NMOS管Q3和一個三極管Q5,當沒有大電池時Q3的G極由R88上拉到小電池電壓為高電平,同時Q5也未開啟,所以Q3導通,小電池給系統供電;當大電池接入時,Q5開啟,Q3的G極被拉為低電平,Q3不導通,所以小電池不給系統供電。


          另外在充電中VBAT在給大電池充電的同時也可以通過Q3上的二極管導通過去給小電池充電,值得注意的是由于二極管有壓降,所以小電池是充不滿電的,但還是可以符合沒大電池時可以工作一段時間。

          實際驗證中,該電路行不通,拔掉大電池系統立馬關機,如小電池電壓是3.9V,拔掉電池后,電壓經過Q3會變成2.9V。為什么呢?

          希望讀者可以去思考下原因。


          設計電路3:

          (1)如下圖還是使用PMOS管Q4,但用兩個三極管Q5和Q6來控制Q4的G極,當沒有大電池時,Q5未開啟,Q6由于R89上拉到小電池電壓變為高電平,所以Q6開啟,這時Q4的G極被拉低,所以Q4導通,小電池給系統供電;當大電池接上后,Q5開啟,Q6的B極被拉低,Q6不開啟,Q4的G極由R88拉到高電平,所以Q4不導通,小電池不給系統供電。


          在充電中VBAT在給大電池充電的同時也可以通過Q4上的二極管導通過去給小電池充電,值得注意的是由于二極管有壓降,所以小電池是充不滿電的,但還是可以符合沒大電池時可以工作一段時間。

          實際驗證中,該電路可以使用,但是R89這顆電阻和Q6的1、2腳構成一回路,靜態電流較大,將R89的阻值增加到47K,靜態電流減小很多,若再往上增加,則該電路開啟不了,所以說只能加到47K左右。小電池為3.9V時,電流在80微安左右。能否還可以再將電流降點呢?

          這里將Q6改成普通的三極管3904,如下圖R87和R89構成電阻分壓,這樣就可以調大R89的阻值了,更改后靜態電流降到40微安左右。


          設計電路4:

          (1)如下圖用刀口座中間片控制三極管Q6,然后用主控芯片來檢測是否有大電池接入,有的話,那就將電池電量檢測的低電閥值自動降低,然后小電池還是可以工作一段時間。


          綜上,設計電路4是最經濟的。這里大電池的容量是1850mAh,小電池的容量是200mAh,若系統工作電流在200mA之內該電路還是較實用的,但若系統工作電流在800~900mA,那么就算電源供電能切換過來,這小電池也帶不動,因為瞬間就被系統將電壓拉得很低了,可能工作個幾秒鐘就沒了。所以一個電路的設計要考慮的因素很多。還是要多看些電路方面的知識來提高自己的資源儲備。




          關鍵詞: PCB 電路設計

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