本帖最后由 王小琪 于 2025-3-24 18:03 编辑
#申请原创# @21小跑堂 我们在做产品设计的时候，经常会遇到有锂电池和外部供电都存在的情况，需要进行电源的切换，下面是电源切换电路的一些参考设计。 一、基于PMOS管的切换电路 [color=rgba(0, 0, 0, 0.85)] 24V 为外部电源，VBAT[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]为[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]锂电池。[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]VOUT为后续电路供电。[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]当外部电源接入时，VOUT接24V；当外部电源不接入时，VOUT接VBAT。[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]工作原理如下： - [color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]当24V接入的时候
[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)] PMOS 管 M2 的栅极接 24V，源极接 VBAT（需要低于 24V），此时栅源电压（Vgs）接近 24V，大于 M2 的开启电压，M2 截止，锂电池 VBAT 无法向 VOUT 供电。- [color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]当24V没有接入的时候
[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)] 栅极通过R1接 GND，[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)] PMOS 导通，主要依靠 PMOS 的沟道导通让锂电池供电。注意事项： 1.D1型号为 SR560，正向导通压降为0.7V，当切换为外部电源供电时，VOUT为24-0.7=23.3V 2.Q2型号为IRF9530NPBF-VB，VGS耐压范围为 ±20V，所以 VBAT 相对 24V的电压不能超过 20V。 开启电压（VGS (th)）范围一般在 - 1V 到 - 2.5V，确保外部电源 24V 断开后，栅极电压接近 0V，那么 VBAT 至少要大于 2.5V 左右，才能让 PMOS完全可靠导通。 所以VBAT 的范围大致在4V - 21.5V 较为合适 缺点：1、D1会有一定的压降。2、锂电池电量无法检测。3、电源切换瞬间会有电压波动和电流冲击。4、电源切换后，VOUT变化较大，毕竟一个是24V供电，一个是VBAT供电。
二、USB供电与锂电池供电自动切换电路 USB 供电时[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)] 当 VBUS（连接 USB 供电）接入电源时，肖特基二极管 D导通，电流经 D1 流向 VOUT，为后续电路供电。同时对于Q1这个PMOS管来看，[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)] 栅极电压高于源极电压，Q1截止，[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)] 切断了锂电池 VBAT 向 VCC 的供电通路，确保此时由 USB 供电，同时由于Q1的存在，锂电池不会向 VBUS 反向放电。
锂电池供电时
Q1的栅极经过R1和R2下拉到GND，栅极和源极形成负压，[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)] Q1 导通。锂电池 VBAT 的电流通过 Q1 流向 VOUT，实现了从 USB 供电到锂电池供电的自动切换 。
照理看一下Q1的规格书
1、VGS和VDS分别为±10V和﹣16V，而usb电压为5V，所以没什么问题。
2、VGS (th)范围在-0.4~-1之间，锂电池范围一般在3.3-4.2V之间，而usb为5V，也可以满足这个要求。
下面为SS24规格书，可以看到正向压降为0.55V
缺点：1、D1导致的电压损耗。2、缺乏电量检测。3、没有抗冲击的保护电路。
三、基于TPS2121芯片的自动切换电路
TPS2121通过内部比较器和外部电压基准（XREF）来判断两个输入电源（IN1和IN2）的电压高低，从而决定输出连接到哪个电源。当IN1电压高于IN2时，芯片自动将输出切换到IN1；反之，则切换到IN2。此外，TPS2121还支持手动切换模式，可以通过GPIO或外部信号控制切换操作。
- 输入电压范围：2.7V至22V，支持多节电池串联供电。
- 输出电压最小值：VOUT的最小值为VIN2 + VURB（UVCL），其中VURB是内部设定的最小压降（典型值为25mV）。
- 软启动功能：通过外部电容（CSS）设置软启动时间，防止输入电压突变对芯片造成冲击。
- 过压保护：通过分压电阻网络设置输入电压上限值（UREF），确保输入电压不会超过安全范围。
- 限流保护：内置限流保护功能，可防止因负载突变导致的电流冲击
注意：这个芯片只是在整理电源切换电路发现的这个芯片，请酌情选择。
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