一款雙電源切換電路助力手機(jī)切換供電來源

今天我們來討論一款經(jīng)典的雙電源切換電路。大家都知道，智能手機(jī)幾乎都內(nèi)置了一塊可充電鋰電池，能夠通過USB接口進(jìn)行充電。當(dāng)沒有使用USB接口充電時，手機(jī)自然是通過電池來供電，而當(dāng)外接USB接口時，手機(jī)是通過電池還是外接電源供電的呢？大多數(shù)人當(dāng)然希望是使用USB接口，這樣即可以連續(xù)玩耍，又可以給手機(jī)充電，豈不快哉？但是手機(jī)是如何做到切換供電來源的呢？一種雙電源切換電路就可以做到，相應(yīng)的電路如下圖所示：

圖中USB_PWR表示外接的5V的USB直流電源，BAT_PWR表示鋰電池供電電源（最大值4.2V），VCC則是電路系統(tǒng)的供電引腳，它來源于BAT_PWR或USB_PWR，而電路的核心是一個P溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管，它的開關(guān)行為與PNP三極管相似，以相應(yīng)的開關(guān)電路為例，當(dāng)柵極輸入為低電平“L”時，場效應(yīng)管VT1處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一個處于閉合狀態(tài)的開關(guān)，如下圖所示：

當(dāng)柵極輸入為高電平“H”時，VT1處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于一個處于斷開狀態(tài)的開關(guān)，如下圖所示：

也就是說，只有當(dāng) 柵-源電壓（Gate Source Voltage, VGS） 為負(fù)值時，PMOS才會導(dǎo)通，數(shù)據(jù)手冊中總會標(biāo)注相應(yīng)的閾值電壓。某款PMOS的數(shù)據(jù)手冊如下圖所示，這意味著只有當(dāng)VGS<-1.3V時才能導(dǎo)通，為保證電路穩(wěn)定工作起見，應(yīng)該保證VGS小于-2.5V。

當(dāng)然，VGS也不可過小，否則可能會擊穿絕緣層而損壞場效應(yīng)管。某款場效應(yīng)管的電氣參數(shù)如下表所示，這意味著VGS的絕對值不應(yīng)該大于12V。

下圖所示的常用開關(guān)電路應(yīng)該更容易理解PMOS作為開關(guān)的工作原理。

我們來分析一下雙電源切換電路的工作原理。當(dāng)僅有鋰電池供電（USB_PWR為0）時，BAT_PWR（假設(shè)為3.7V）首先通過場效應(yīng)管的寄生二極管到達(dá)VCC，其值比BAT_PWR小約一個二極管壓降（此處暫定為0.7V），即3.7V-0.7V=3V，如下圖所示。

此誠危急存亡之秋（3V的電壓對于系統(tǒng)供電而言還是有些低，盡管通常VCC后面還會有升壓電路，但畢竟對續(xù)航能力有很大的影響，此處且按下不表），由于VT1的柵極通過電阻R1下拉到公共地，所以VGS為負(fù)電壓（-3V），繼而使VT1處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時VCC與BAT_PWR之間的壓差可以忽略不計(jì)，相應(yīng)的狀態(tài)如下圖所示：

如果現(xiàn)在有外接USB_PWR（5V）供電，就會直接從肖特基二極管（假設(shè)壓降為0.3V）通過，由于BAT_PWR總是不可能高于USB_PWR-0.3=4.7V，所以VT1的寄生二極管總是不會導(dǎo)通，相應(yīng)的狀態(tài)如下圖所示。

簡單地說，雙電源切換電路總會自動將電壓更高者（USB_PWR或BAT_PWR）切換給系統(tǒng)（VCC）供電。