基于切换芯片的双电池切换功能

只看该作者 · 2024-11-17 15:27

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@21小跑堂

基于切换芯片的双电池切换功能

电路的设计是为了实现客户的项目需求，因需求不同而电路的难易程度便也会不同，但作为工程师而言也是会想法尽量去简化电路而降低成本。下面就来记录下基于切换芯片的双电池切换功能设计分析。

项目功能需求：

1、主机在使用内部电池时，装上外部电池，主机需自动切换到外部电池（如果外部电池不取则优先使用外部电池电，并显示外部电池实时电量格数）。

2、把外部电池取掉，主机自动切换到内部电池（主机直接使用内部电池电并显示内部电池实时电量格数）。

3、当主机装上外部电池，使用外部电池没有电时，主机需自动切换到内部电池（此时主机上显示内部电池实时电量格数，直到内部电池电量用完，主机自动存档关机。

4、当DC5V接入使用充电功能时，只给内部电池充电，外部电池不用充电。

下图为基于切换芯片的双电池切换线路:

注：图中表格为切换芯片的输出控制逻辑表，后续表述统称逻辑表。

下图为外部电池电量检测线路:

下图为内部电池电量检测线路:

下图为外部电池的插入检测线路:

实现逻辑如下：

硬件上，

（1）当只有内部电池时，切换芯片U38的第2脚通过电阻R1598被拉高，没有接外部电池时，芯片U38的第1脚能过电阻R1601、R1371、R1370拉到地为低，这时通过逻辑表可以看出切换芯片只有VIN1导通，所以是内部电池供电，系统判断到没有外部电池且外部电池电量为小于3.5V低电时，打开内部电池电量检测功能，BAT_MSR网络检测到的电池电量数据同步对应到电量显示图标上，若BAT_MSR网络检测到电池电量为3.5V时，则系统进行低电提示，接着自动存档关机。

（2）当插入外部电池时，OUT_VBAT为外部电池电压，通过电阻R1601将切换芯片的第1脚拉高（此时系统通过电池插入检测到低电平时将内部电池电量检测关闭，检测到外部电池的电量高于3.5V时要将MCU_IO_CTL输出为低电平），OUT_VBAT再通过电阻R1605打开三极管Q26，Q26再将三极Q25的基极拉低而断开，切换芯片的第1脚保持高电平，因为第2脚也一直被内部电池拉高的，这时这时通过逻辑表可以看出切换芯片的VIN2导通，所以是外部电池供电。

低电检测情况：若OUTBAT_MSR网络检测到电池电量为3.5V以下时，这时让主控的MCU_IO_CTL输出高电平，通过二极管D45将三级管Q25打开使得切换芯片的第1脚拉成低电平，切换芯片由VIN2导通切换到VIN1导通，所以外部电池供电切换到了内部电池供电，同时系统判断到有外部电池插入且电量为低电时，系统将内部电池电量检测打开，并将电量数据同步对应到电量显示符号上，直到内部电池达到低电时系统再提示低电且自动存档关机。

（3）外部电池拔出时，系统判断到外部电池移除且外部电池电量为小于3.5V低电时，这时打开内部电池电量检测，且将MCU_IO_CTL输出高电平。OUT_VBAT在短时间内还存在有1.5V左右的电压，这时由电阻R1605和电阻R1606分压使得三极管Q26断开，三极管Q25的基极通过电阻R1603、二极管D14被VBAT内部电池拉成高电平，所以三极管Q25导通使得切换芯片的第1脚被拉低，从逻辑表可以看出为VIN1导通，由外部电池供电切换到了内部电池供电。电量检测过程按前面第（1）点的描述来实现。

（4）当外部USB或DC的5V电插入时，通过二极管D47、D48将MOS管Q27的第1脚拉高，这时Q27断开不导通，PWR上的电就不能串到电池上了。充电管理芯片只给内部电池充电。

（5）当外部USB或DC的5V电移除后，MOS管Q27导通，使得电池继续给系统供电维持正常工作。

注1：只要有外电池存在，就优先使用外部电池的电，判断低电时再自动切换到内部电池模式。

部分元件的使用说明：

①、电阻R1601、R1603、R1605、R1362的参数设置要考滤电池的静态功耗，阻值小了这静态功耗会增大。

②、电阻R1606的参数值不能取大了，因为外部电池去掉的短时间内OUT_BAT上还有电压存在，为使三极管Q26快速断开，所以此时R1605和R1606的分压要在0.5V以下，R1605和R1606的参数精度可以控制在1%左右。

③、二极管D44和D45的使用是为了隔离VBAT和MCU_IO_CTL的电压，其中D44这个二极管在理论上应该是可以去掉的，不过这里还是加上尽量避免两者电压的影响。

④、二极管D46的使用，是为了拔DC5V或USB5V的电时，能通过Q27电路尽快给PWR供上电，不加时可能会致使PWR瞬间掉电而使系统不工作。

电源供电的使用说明：

①、切换芯片的第2脚是通过电阻R1598上拉到VBAT电源，有的设计是如下图

图中用两个二极管通过VBAT和OUT_VBAT将第2脚拉高，其实从逻辑表功能来看，这里只用VBAT供电就可以满足需求了，所以这省掉了这二极管。

②、二极管D44用的电源是VBAT，就算考滤到内部电池损坏的情况下也不影响电路正常工作。

软件上，

（1）只有内部电池时，机器一上电开机，系统就优先打开外部电池的电量检测功能，然后再检测到没有外部电池插入（这时插入检测BATTERY_INSET_DET网络为高电平）和检测外部电池的电量小于3.5V，同时满足这两个条件时，再将内部电池的电量检测功能打开，且将电量数据同步对应到电量图标上，将MCU_IO_CTL这个IO输出高电平，内部电池的电量检测BAT_MSR网络检测到3.5V低电时，系统进行低电提示且自动存档关机。

（2）当外部电池插入时，系统通过BATTERY_INSET_DET网络检测到低电平和外部电池电量检测到大于3.5V，同时满足这两个条件时，将外部电池检测到的数据同步对应到电量显示图标上，将MCU_IO_CTL输出低电平，当外部电池电量检测OUTBAT_MSR网络检测到3.5V以下电压时，将内部电池的电量检测功能打开，同时将内部电池电量检测数据同步对应到电量显示图标上，将MCU_IO_CTL输出高电平，这时供电切换到内部电池供电，直到电池电量检测到低电再进行低电提示且自动存档关机。

注：外部电池电量检测功能是一直打开的，区别在于要不要将电量数据同步对应到电量显示图标上。

附：逻辑功能表

外部电池电量状态	外部电池插入检测状态	电池供电方式	对应电量显示图标	内部电池低电检测功能	MCU_IO_CTL输出
小于3.5V	高电平	内部电池	内部电量检测	打开	高电平
小于3.5V	低电平	内部电池	内部电量检测	打开	高电平
大于3.5V	低电平	外部电池	外部电量检测	关闭	低电平