在电源切换电路的设计中,我们首先要关注常见简单电源切换电路所存在的问题。以图 1 所示的电路为例,其应用条件存在明显的限制和缺陷。一方面,该电路对电池电压和外部电压有严格要求,电池电压 VBAT 不能大于外部电压 VIN。例如,当常见的电池电压处于 3.7 - 4.2V 时,与 5V 的 USB 外部电压搭配使用没有问题,但一旦电池电压升高到 7.2V 就无法正常工作了,因为其电路结构会使高电池电压干扰电源切换逻辑,导致电路无法运行。
肖特基二极管虽能实现单向导通,但仍有零点几伏的压降,5V 外部电压经其降压后仅剩 4V 多,这造成的功率损耗会影响设备性能。而且外部电源供电时,会通过 P 型 MOS 管的体二极管对电池非正规充电,虽可通过翻转 Q4缓解,但不能彻底解决问题。
为此,项目中会采用复杂些的改进电路(如图 2 所示)。当外部电源 VIN 接入,三极管 Q7 导通,Q6 截止,Q3 因栅源接电池电压 VBAT 而截止,电池电压无法到输出端 VCC。同时,VIN 经 Q1寄生二极管到输出端 VCC,Q2 导通使 Q1 栅极拉低,Q1 导通且其寄生二极管截止,VIN 经 Q1 到 VCC,Q5 和其体二极管均截止,从而有效地防止了外部电源 VIN 对电池的非正规充电。
而当没有外部电源 VIN 时,Q7 截止,Q6 导通,Q3 栅极电压变为低电平其栅源电压小于 0 且达到导通阈值电平,Q3 导通,然后经过 Q5 寄生二极管到输出端 VCC,此时的Q5 栅极也为低电平所以导通,且其寄生二极管截止,电池电压到 VCC。