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prefacio
Es hora de una pequeña clase de circuitos nuevamente. En el diseño del producto real, hay varios esquemas de fuente de alimentación. Aquí hay un ejemplo de un producto general de un solo chip. El sistema alimentado por aproximadamente 3.3V es comúnmente alimentado por USB, adaptador de alimentación externo y batería
En el diseño general del producto, para que el producto sea más estable e inteligente, reservaremos dos o incluso múltiples métodos de fuente de alimentación. Generalmente, cada fuente de alimentación existe de forma independiente y puede suministrar energía al producto, pero si estas fuentes de alimentación existen en el Al mismo tiempo, son Cómo elegir la fuente de alimentación o cómo debe el diseñador diseñarla en una situación ideal, este es el circuito de conmutación automática de la fuente de alimentación del que vamos a hablar hoy.
1. El diodo más simple
El circuito de conmutación automática de potencia más simple: diodos en paralelo.
Las dos fuentes de alimentación se seleccionan automáticamente de acuerdo con el nivel del voltaje de la fuente de alimentación, qué lado se usa con el voltaje más alto.
Los diodos se pueden seleccionar entre diodos ordinarios (caída máxima de 0,7 V) o diodos Schottky (caída máxima de 0,3 V)
1.1 son todas las fuentes de alimentación de 5V
Si nuestro sistema está alimentado por 3,3 V, y ambas fuentes de alimentación son de 5 V (USB, adaptador externo), y es necesario conectar un LDO en el back-end, entonces no importa qué diodo se use en este circuito. es un diodo común, preste atención a la opción LDO. , debe elegir una caída baja.
Si se requiere una fuente de alimentación de 5 V en el sistema, entonces los diodos ordinarios son básicamente inviables y se deben usar diodos Schottky.
El uso de una fuente de alimentación de 5 V a través de la caída de voltaje del diodo Schottky está bien para la mayoría de los dispositivos que requieren una fuente de alimentación de 5 V.
En este caso, el uso de diodos en paralelo tiene una ventaja, no se limita a circuitos 2. Por ejemplo, puede haber tipos 3 en la práctica, y se pueden usar más, pero he hecho un circuito máximo de circuitos 3 para un producto, como se muestra en la siguiente figura:
1.2 Con fuente de alimentación de batería
Sin embargo, si hay una fuente de alimentación que es una batería, ya sea una batería de litio común de 4,2 V o una batería AA de 3,6 V (hay baterías de litio, hay otros tipos, como las baterías de cloruro de tionilo de litio), obviamente es imposible usar un diodo común con una caída de voltaje de 0.7 V. Entonces se debe elegir un diodo Schottky.
Aun así, esta caída de voltaje es demasiado derrochadora para la batería, pero al menos se puede aprovechar.
Y debemos prestar atención a un problema, cuanto menor sea la caída de voltaje del diodo Schottky, pero mayor sea la corriente de fuga inversa, entonces, en el caso de que la batería y otras fuentes de energía existan al mismo tiempo, es necesario considerar si la batería puede "tolerar" esta corriente inversa. .
La mayoría de las baterías de litio no pueden recibir corriente de entrada directa. Por razones de seguridad, no se recomienda que las baterías y los 5 V utilicen directamente este método como un circuito de conmutación automática. Pero, de hecho, si el producto se usa en un escenario, se sabe que la batería y la fuente de alimentación externa pueden suministrar energía juntas por muy poco tiempo. Preste atención al voltaje requerido por su carga y elija un LDO o procesamiento de energía apropiado. método. Este método es práctico.
Algunas personas aquí pueden decir, sé que la batería y la fuente de alimentación externa básicamente no suministran energía juntas, ¿por qué debería agregar un diodo?
Aquí solo hablo por experiencia. Para fuentes de alimentación duales, se deben agregar diodos. Generalmente, los diodos Schottky se agregan para reducir la caída de voltaje. No debe añadirse, ya que teniendo en cuenta la seguridad del producto, el posible manejo inadecuado del usuario, etc.
1.3 Resumen
Escenarios aplicables, donde la fuente de alimentación es de 5 V, la fuente de alimentación es un adaptador externo, USB, que es la solución más rentable.
Hay muchos problemas adicionales que deben tenerse en cuenta en los escenarios de batería. Si tiene un conocimiento sólido de los escenarios de uso de su producto, puede usarlos en consecuencia.
2. Circuito de conmutación de tubo MOS
2.1 Circuito clásico
En el caso de la fuente de alimentación de 5V y la batería, se utiliza un tubo MOS como interruptor para la fuente de alimentación de respaldo (fuente de alimentación de la batería). Hay un circuito clásico. El prototipo es el siguiente (la fuente de alimentación de 5V no tiene que ser USB , pero puede ser de 5V desde un adaptador externo):
Este circuito clásico ha sido presentado por muchos blogueros e ingenieros, al consultar una gran cantidad de artículos, descubrí que la mayoría de ellos comparten un circuito y hablan sobre el flujo de trabajo. Aquí tengo que señalar algunas cosas que son propensas a error.
Tenga en cuenta que el PMOS utilizado aquí, la dirección no se invierte, porque se debe utilizar el diodo del cuerpo del tubo MOS. El voltaje de la batería alcanza el nivel S a través del diodo del cuerpo. Cuando no hay VUSB, Vgs <0, el transistor MOS se enciende y se suministra energía a Vout.
Entonces, ¿por qué no apuntar la S del tubo PMOS a VBat y el nivel D a Vout?
O por el diodo del cuerpo, si hay VUSB, a través del diodo del cuerpo, el voltaje del VUSB va directamente a la batería, lo cual no está permitido.
El flujo del circuito se presenta brevemente:
Cuando se alimenta VUSB, el tubo PMOS se apaga, incluso si la corriente del diodo del cuerpo fluye, pero debido a que VUSB será más alto que el voltaje Vbat, PMOS Vgs> 0, por lo que el diodo del cuerpo PMOS se corta y la carga es alimentada por VUSB;
cuando VUSB no está alimentado, PMOS se enciende, la carga está alimentada por VBat;
¿Es posible cambiar sin problemas y automáticamente?
El cambio automático continuo se refiere a si la carga puede mantener el funcionamiento normal sin reiniciar o anormal cuando uno se retira repentinamente cuando tanto el VUSB como la batería están alimentados al mismo tiempo. De hecho, en la mayoría de los casos, es posible cambiar a la fuente de alimentación sin problemas después de quitar el VUSB.
Con respecto a este problema, en realidad es bastante complicado. Hay muchos factores que determinan si se puede realizar una conmutación automática sin interrupciones. Generalmente, cuando se usan, algunos componentes se ajustan de acuerdo con sus propias condiciones para lograr una conmutación automática sin interrupciones. Aquí hay algunas posibles influencias. Factores para un cambio automático continuo:
1. Parámetros del tubo MOS
Sabemos que el tubo MOS tiene un voltaje de umbral. Cuanto menor sea el voltaje de umbral, más fácil se enciende el tubo MOS. Al seleccionar el tubo MOS, se puede ajustar de acuerdo con la situación adecuada:
2. La resistencia R2 en la figura anterior
En la figura anterior, hay una resistencia R2 desde el polo G del tubo MOS a GND. Cuanto menor sea la resistencia de este R2, mayor será la velocidad de conducción del tubo MOS.
Pero cabe señalar que este R2 siempre está consumiendo energía, si es demasiado pequeño, se desperdiciará el consumo extra de energía del sistema.
3. Condensador de filtro en el extremo Vout
De hecho, si hay un capacitor de filtro más grande en el extremo de Vout, el capacitor puede almacenar una cierta cantidad de energía, lo que hará que la conmutación continua sea más estable.
4. Capacitancia del terminal Vin
La capacitancia en el terminal Vin es en realidad la capacitancia en la entrada del VUSB, que está ausente en la imagen de arriba. Por supuesto, aquí se propone indicar que no se recomienda agregarlo, porque el apagado del VUSB es más lento, lo que resulta en un tiempo de conducción PMOS más largo. El principio es el mismo que el condensador de filtro para Vout anterior.
5. Consumo de energía de carga
No podemos cambiar el consumo de energía de la carga, pero sí afecta el cambio automático. Si el consumo de energía de la carga es demasiado grande, puede hacer que el sistema se reinicie. De todos modos, cuanto mayor sea el consumo de energía de la carga, más fácil es tener problemas cuando se cambia la alimentación. En este momento, en general, puede intentar aumentar el tamaño del condensador de filtro en el extremo Vout.
Entonces, en el uso real, preste atención a los factores anteriores, el circuito se puede cambiar automáticamente sin problemas.
El circuito anterior en realidad se puede usar normalmente en la fuente de alimentación dual de VUSB y batería, y es muy clásico y práctico.
2.2 Variantes de circuitos clásicos
Usamos PMOS en el circuito clásico anterior, y también mencionamos específicamente la dirección de PMOS, pero si solo desea invertir el PMOS, o ¿cómo compensarlo cuando lo diseña al revés?
Aquí hay un circuito variante para el circuito anterior:
este circuito debe ser muy simple de entender, el principio es que Vgs < 0, el tubo PMOS está encendido, al igual que el circuito clásico anterior.
Luego se agrega un D2 para evitar la posibilidad de que VUSB cargue la batería.El procesamiento de esta parte es algo similar al método paralelo de diodo más simple mencionado anteriormente, pero es más confiable que la conexión paralela de diodo.
Comparado con el circuito clásico, este circuito necesita aceptar la caída de voltaje de un diodo D2 más de la batería.
Este circuito no tiene ventajas sobre los circuitos clásicos, pero necesitamos entender esta idea, con esta idea tenemos más posibilidades. Los dos circuitos anteriores solo son aplicables a la situación en la que Vbat debe ser menor que VUSB ¿Qué pasa si tienen el mismo voltaje u otras situaciones? Por supuesto, dos diodos se pueden conectar directamente en paralelo, pero lo que queremos mencionar aquí es el método de uso de MOS.
2.3 Actualización del circuito clásico
De acuerdo con el circuito clásico anterior y la idea de diseño de la variante del circuito clásico, podemos usar otro tubo MOS para reemplazar D2, por lo que el circuito queda de la siguiente manera:
en comparación con el circuito anterior, la diferencia de voltaje entre VUSB y VBat no es tan estricto La situación depende de la situación específica. La siguiente lógica se describe de acuerdo con el funcionamiento normal del diseño del circuito, por supuesto, no cualquier voltaje es adecuado. Aquí solo compartimos registros de circuito. Si hay algún problema, puede señalarlo en el área de comentarios.
En principio, sigue siendo un tubo MOS. Cuando VUSB está encendido, Q2 y Q1 están apagados, y VUSB está encendido. Cuando VUSB está apagado, Q2 y Q1 están encendidos, y VBat está encendido.
Por supuesto, es posible que Q2 se encienda y luego Q1 se apague, y luego la situación debe analizarse en detalle de acuerdo con la situación.
Pero, en general, la diferencia de voltaje entre VUSB y VBat no es tan estricta en comparación con el circuito clásico, y la conmutación se puede realizar con el mismo voltaje.
2.4 Otra forma de pensar
Además de las ideas de circuitos clásicos anteriores, utilicé el circuito anterior en mi proyecto, pero al escribir una publicación de blog, para hacer un resumen, busqué muchos artículos y encontré un circuito más favorito:
Aquí está el enlace al texto original: circuito de conmutación automática de fuente de alimentación principal y auxiliar muy delicado, y caída de voltaje "cero", invitado, ¿tiene la esencia? …
Donde Vin1 es la fuente de alimentación principal y Vin2 es la fuente de alimentación de respaldo.
Cuando Vin1 y Vin2 están alimentados, se usará Vin1. Siempre que haya Vin1, Q1 se enciende para que el polo G de Q2 esté conectado a tierra, y luego Q2 también se enciende. El polo G de Q3 está conectado a Vin1, y el polo S es básicamente Vin1 (uno más pequeño que Vin1). Un poco, decenas de mV), por lo que Q3 está desactivado y Vout proviene de Vin1.
Otros análisis detallados pueden ver el texto original, aquí solo hago un registro.
3. Chip de interruptor de encendido
Para algunas ocasiones especiales, también se puede usar un chip de interruptor de encendido. El chip de interruptor de encendido básicamente no tiene caída de voltaje, pero en términos relativos, el costo del chip de interruptor de encendido es demasiado alto.
Como la familia LTC441x.
En el proyecto real, realmente no he usado el chip de conmutación automática de la fuente de alimentación. Esto puede quedar registrado más adelante cuando tenga la oportunidad de usarlo.
Epílogo
Además de estos circuitos comunes mencionados en el artículo, habrá otros circuitos con triodos o más transistores MOS, pero personalmente, ¡no debería usar tantos componentes para un interruptor de encendido = =! No importa cuán ingenioso sea el circuito, básicamente rara vez lo analizo. Todavía estoy orientado a proyectos. A menos que sea realmente necesario en el futuro, actualizaré el artículo completo.
El artículo se basa principalmente en resumir y registrar circuitos, por lo que no se utiliza un análisis de datos detallado. En el uso real, de acuerdo con su propia situación, seleccione el esquema apropiado y realice los ajustes detallados necesarios para diseñar un esquema de circuito adecuado para usted.
¡gracias a todos!