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    現(xiàn)今很多便攜式電子產(chǎn)品，要求具有較高的穩(wěn)定性，比如常用的便攜式示波器，采集卡等。為了提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，我們?cè)谙到y(tǒng)供電設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)使用兩種或兩種以上的電源對(duì)系統(tǒng)供電。電池供電和外部供電需要無縫切換且必須保證系統(tǒng)正常工作，這樣在電源切換時(shí)不會(huì)因?yàn)殡娫辞袚Q導(dǎo)致系統(tǒng)掉電重啟。

    本文將從最簡(jiǎn)單的雙電源自動(dòng)切換電路入手，從原理上分析切換過程，關(guān)注切換過程中的電路參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定工作帶來的影響?，F(xiàn)如今能完成雙電源自動(dòng)切換功能的電路有很多，這里推薦一種雙電源自動(dòng)切換電路，兩種電源通過一條供電線路給負(fù)載供電，當(dāng)其中某一路電源移除或接入時(shí)能做到自動(dòng)切換，且在切換過程中設(shè)備穩(wěn)定正常工作。該電路已經(jīng)在我們的批量產(chǎn)品中得到比較成熟的應(yīng)用。

    1、電路原理分析

    雙電源自動(dòng)切換電路如上圖所示。其中R2為是模擬負(fù)載，C1為負(fù)載電容；V1，V2為模擬電源輸入電壓；M1和M2為PMOS開關(guān)管；D1為開關(guān)二極管；R1為1MΩ電阻。

    單獨(dú)供電時(shí)電路工作狀態(tài)如下：

    ① V1單獨(dú)供電：V1直接通過二極管給負(fù)載R2供電；此時(shí)M1和M2截止不工作。

    ② V2單獨(dú)供電：M2的G極電壓為GND，S極電壓為V2，此時(shí)M2的Vgs=-V2;只要V2電壓小于Vgs(th)（PMOS通常-2V至-0.5V）M2就能導(dǎo)通；V2通過M2后由M1的體二極管輸出到負(fù)載電阻R1。在M1體二極管導(dǎo)通后，M1的Vgs電壓滿足導(dǎo)通條件，此時(shí)M1導(dǎo)通，系統(tǒng)所需電流從M1的D、S極給到負(fù)載。

    雙電源供電時(shí)電路工作狀態(tài)如下：

    ① V1先單獨(dú)供電，然后接入V2（需注意這里V1必須大于等于V2），此時(shí)M2的柵極電壓為V1，源級(jí)電壓為V2，而PMOS管導(dǎo)通的條件Vgs<vgs(th)< font="">，顯然這里并不滿足導(dǎo)通條件，所以M2不導(dǎo)通，V2被阻斷不為負(fù)載供電，由V1單獨(dú)為負(fù)載供電。

    ② V2先單獨(dú)供電，然后接入V1，V1接入后M2的柵極電壓由GND變?yōu)?/span>V1，即Vgs=V1-V2>0,顯然不滿足MOS管M2的導(dǎo)通條件，M2關(guān)斷，V2被阻斷，改為由V1持單獨(dú)為負(fù)載供電。

    仿真效果如下圖所示。

    使用LTspice對(duì)電路進(jìn)行仿真，模擬的場(chǎng)景為V2（3V）電源一直接入，V1（5V）為一組周期10s占空比50%的方波，用來模擬V2電源頻繁接入和撤出。圖中的波形（綠線）為負(fù)載電阻R2處的電壓波形，可以看出，切換過程平滑，無明顯電壓過沖或跌落。

    2、主要器件參數(shù)選擇

    ① MOS管參數(shù)

    我們知道，MOS管導(dǎo)通條件需要滿足閾值電壓要求，閾值電壓越小，MOS管越容易導(dǎo)通。在MOS管選型的時(shí)候可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整：

    ② 上圖R1電阻

    在上圖中，電阻R1的阻值決定MOS管的開通速度。MOS管的 G 極到 GND 有一個(gè)電阻R1, 這個(gè)R1的阻值越小，MOS管導(dǎo)通速度越快，這里也和MOS的米勒電容大小直接相關(guān)。

    但需要注意的是，這個(gè)R1是一直在耗電的，如果阻值太小，那么系統(tǒng)額外白白浪費(fèi)的功耗就越多。

    ③ 輸出濾波電容

    輸出濾波電容用于儲(chǔ)能和濾波，在供電電源切換時(shí)會(huì)使得系統(tǒng)電源更加穩(wěn)定，實(shí)際應(yīng)用中通常選用100uF以上的極性電容（根據(jù)不同負(fù)載功耗電容容值可以做相應(yīng)調(diào)整）。

負(fù)載功耗在實(shí)際用于中對(duì)電源切換帶來的影響很大，如果負(fù)載功耗太大，那么就有可能導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。這時(shí)可以試著增加 Vout 端的濾波電容大小。

    在實(shí)際使用中，注意上面的幾個(gè)因數(shù)，系統(tǒng)是可以做到電源自動(dòng)切換的。

    我們根據(jù)上面幾條修改一下電路再仿真一下。

    可以看出在減小輸出電容和增大負(fù)載功率后切換過程出現(xiàn)明顯的過沖和跌落，所以要實(shí)現(xiàn)無縫切換上文中提到的參數(shù)，我們需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整到最佳。

    結(jié)論：實(shí)現(xiàn)雙電源自動(dòng)切換，在實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)自己的情況，選擇合適的方案，進(jìn)行必要的細(xì)節(jié)調(diào)整，才能設(shè)計(jì)出合適自己的電路方案!