单片机系统之电源切换电路设计参考（一）

八卦谈佚名 ▪ 2024-02-13 14:27:06

一、前言

对于使用锂电池供电的单片机系统，我们在硬件设计上最好加入电源切换与保护电路，前者是为了区别开锂电池供电、USB供电并给锂电池充电这两种场景，后者则一般是对于短路时的保护处理。

本文罗列了一些经典的电源切换电路供读者参考。

二、电源切换电路参考设计

1.PMOS管切换电路1

如上图所示，这是最基础的一个电源切换电路。其中，VBAT为锂电池供电，VBUS则是USB供电， VCC_IN则是电源切换电路输出。当USB线插上时，电路切换为VBUS供电，断开VBAT；而USB线未接上时，使用VBAT供电。

对于这个电路，有几点是需要注意的。一是PMOS的接法，电路中需要利用到PMOS内的体二极管的单向导通特性，当VBUS存在时，PMOS内的体二极管应反偏，否则VBUS直连VBAT，这是不允许的。二是如何对元器件进行选型，避免电源自动切换时导致单片机掉电等异常：实际上，可以适当减小R1可以使得MOS管导通速度加快；选用阈值电压更小的PMOS管也可以加速导通；在电路输出端放置大的电容平滑切换过程。

基于这个基础电路的原理，前人开发了许多改进的电源切换电路，整理如下。

2. PMOS管切换电路2

在上一个参考电路中，在每一路中都串了一个二极管，如果系统的电流比较大，这个时候二极管上消耗的功率还是比较可观的，这个电路则是去掉了二极管。

(原文链接：https://blog.csdn.net/karaxiaoyu/article/details/110021989)

3.MAXIM应用笔记4840

上图是基于单节锂电池充电芯片MAX8814实现的双电源切换及充电电路，切换过程无需单片机的干预。当VDC_IN断开时，MAX8814的POK输出高，这时Q4和Q3打开以连接负载和电池。节点1通过R2偏置到电池电压，从而保持Q1和Q2关闭。当VDC_IN连接到外部电源时，Q1和Q2保持关闭，因为C1将节点1升高到VBATT+VDC。

当施加VDC_IN时，Q1和Q2的栅极立即产生高电平。为了防止POK输入端的损坏，Q5被配置为源极跟随器（电压缓冲器），其栅极被偏置到电池正极，POK脚不高于电池电压。当POK变低时，电流流过Q5并拉低Q1和Q2的栅极，使其导通，此时VDC_IN为负载供电，充电器IC（U1）为电池充电。C1和R1提供了一个短延迟，使Q3完全关闭，防止未调节的电流流入电池。