兩電池供電時(shí)的電源切換設(shè)計(jì)

問題現(xiàn)象：如下圖，大電池BAT1和小電池BAT2一起給系統(tǒng)供電，當(dāng)用到低電狀態(tài)拔下大電池時(shí)，系統(tǒng)直接關(guān)機(jī)。

客戶要求：當(dāng)拔掉大電池后，系統(tǒng)還能工作一段時(shí)間。

問題分析：從電路來看，大電池和小電池是并聯(lián)在一起的，它們充電一起充，放電一起放，到低電狀態(tài)時(shí)兩種電池都電壓較低，所以系統(tǒng)供電不足直接關(guān)機(jī)。

設(shè)計(jì)思路：為符合客戶要求，設(shè)計(jì)成當(dāng)大電池接上時(shí)，就讓小電池不供電，就是說當(dāng)放電時(shí)只有大電池放電，當(dāng)充電時(shí)兩者都能充電。

設(shè)計(jì)要求：從PCB板布局空間和生產(chǎn)成本上要求電路盡量簡(jiǎn)單，所用元器件量最少。

設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)原理圖符號(hào)，第一片對(duì)應(yīng)符號(hào)上的1、4，中間片對(duì)應(yīng)符號(hào)上的3、6，第三片對(duì)應(yīng)符號(hào)上的2、5。

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

（3）沒大電池時(shí)，刀口座上的第一片和中間片不會(huì)短路，即中間片是沒電的，當(dāng)接上電池后中間片有電壓，應(yīng)用這個(gè)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(gè)開關(guān)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(gè)PMOS管Q4，G極串一個(gè)電阻R86到刀片座中間片，當(dāng)大電池接入時(shí)Q4的G極為高電平，此時(shí)Q4不導(dǎo)通，所以小電池不供電；當(dāng)大電池拔掉時(shí)Q4的G極由R87拉為低電平，這時(shí)Q4導(dǎo)通，所以小電池可以正常給系統(tǒng)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(shí)間。另外在充電中VBAT在給大電池充電的同時(shí)也可以通過Q4上的二極管導(dǎo)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(shí)可以工作一段時(shí)間。

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

原因一，在兩個(gè)電池都為4.0V以上時(shí)，拔插大電池確實(shí)可以正常控制Q4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(shí)，這時(shí)Q4就失去了關(guān)斷作用，所以小電池也同時(shí)放電。

原因二，電池的靜態(tài)電流變大了。

綜上原因，電路1不可用。

設(shè)計(jì)電路2：

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

另外在充電中VBAT在給大電池充電的同時(shí)也可以通過Q3上的二極管導(dǎo)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(shí)可以工作一段時(shí)間。

實(shí)際驗(yàn)證中，該電路行不通，拔掉大電池系統(tǒng)立馬關(guān)機(jī)，如小電池電壓是3.9V，拔掉電池后，電壓經(jīng)過Q3會(huì)變成2.9V。為什么呢？

希望讀者可以去思考下原因。

設(shè)計(jì)電路3：

（1）如下圖還是使用PMOS管Q4，但用兩個(gè)三極管Q5和Q6來控制Q4的G極，當(dāng)沒有大電池時(shí)，Q5未開啟，Q6由于R89上拉到小電池電壓變?yōu)楦唠娖?，所以Q6開啟，這時(shí)Q4的G極被拉低，所以Q4導(dǎo)通，小電池給系統(tǒng)供電；當(dāng)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(dǎo)通，小電池不給系統(tǒng)供電。

在充電中VBAT在給大電池充電的同時(shí)也可以通過Q4上的二極管導(dǎo)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(shí)可以工作一段時(shí)間。

實(shí)際驗(yàn)證中，該電路可以使用，但是R89這顆電阻和Q6的1、2腳構(gòu)成一回路，靜態(tài)電流較大，將R89的阻值增加到47K，靜態(tài)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(shí)，電流在80微安左右。能否還可以再將電流降點(diǎn)呢？

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

設(shè)計(jì)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(cè)是否有大電池接入，有的話，那就將電池電量檢測(cè)的低電閥值自動(dòng)降低，然后小電池還是可以工作一段時(shí)間。

綜上，設(shè)計(jì)電路4是最經(jīng)濟(jì)的。這里大電池的容量是1850mAh，小電池的容量是200mAh，若系統(tǒng)工作電流在200mA之內(nèi)該電路還是較實(shí)用的，但若系統(tǒng)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(dòng)，因?yàn)樗查g就被系統(tǒng)將電壓拉得很低了，可能工作個(gè)幾秒鐘就沒了。所以一個(gè)電路的設(shè)計(jì)要考慮的因素很多。還是要多看些電路方面的知識(shí)來提高自己的資源儲(chǔ)備。

審核編輯 ：李倩