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发一款自己设计的“USB-电池”供电切换电路

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出0入0汤圆

发表于 2015-6-6 21:39:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
最近自己在业余时间设计一款小型的实验电源,采用单节锂电池供电,通过USB充电。于是,在经过了几轮设计、模拟、测试以后,选择了下面这款设计。

电路图,采用 P-MOSFET 作为开关管:


模拟电路图(图中的方块就是 P-MOSFET,OrCAD PSPICE 实在是绘图乏力):

模拟结果(绿色的曲线就是输出端的电压):


实验效果(实测效果与模拟结果完全吻合,可以放心使用):

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阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

一只鸟敢站在脆弱的枝条上歇脚,它依仗的不是枝条不会断,而是自己有翅膀,会飞。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-6 21:49:46 | 显示全部楼层
小型的实验电源,什么参数,输出可调的吗?还是固定几组常用的

出0入0汤圆

发表于 2015-6-6 22:03:25 | 显示全部楼层
只用二极管隔离也行吧。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-6 22:05:02 | 显示全部楼层
chaplin1999 发表于 2015-6-6 21:49
小型的实验电源,什么参数,输出可调的吗?还是固定几组常用的

参数目前是这样的:
  • USB-锂电池输入
  • USB 接入时同时给锂电池充电
  • 输出固定三组:3v(200ma)、5v(100ma)、-5v(100ma)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-6 22:06:35 | 显示全部楼层
carryonli 发表于 2015-6-6 22:03
只用二极管隔离也行吧。

锂电池用到 3.7v,输出还要保证 3v,再加二极管怕不稳定。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-6 23:57:04 来自手机 | 显示全部楼层
比较省元件

出0入0汤圆

发表于 2015-6-7 00:51:31 | 显示全部楼层
很好的设计呀,感谢分享

出0入0汤圆

发表于 2015-6-7 10:07:15 | 显示全部楼层
jonyzhu 发表于 2015-6-6 22:06
锂电池用到 3.7v,输出还要保证 3v,再加二极管怕不稳定。

IN5819压降只要200mv,电池电压到3.5V输出也有3.3.V啊。

出100入101汤圆

发表于 2015-6-7 10:47:05 | 显示全部楼层
接入USB,供电的同时给电池充电么?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-7 11:36:09 | 显示全部楼层
fengyunyu 发表于 2015-6-7 10:47
接入USB,供电的同时给电池充电么?

是的,USB 供电同时给电池充电。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-7 11:41:11 | 显示全部楼层
carryonli 发表于 2015-6-7 10:07
IN5819压降只要200mv,电池电压到3.5V输出也有3.3.V啊。

锂电池放电极限电压到 2.7v,当然我们不可能用到那个地步,不过,比 3.7v 低的时候也还是可以继续放电的,因此留出余量,此其一;以后说不定什么情况就会用到这样的超低压降开关(实测是 10mv 以下)呢,此其二;老是用二极管,不整点儿“高级”的,自己水平不能提高,此其三。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-7 13:36:49 | 显示全部楼层
我有个手持设备也用的这个电路。用锂电池,供电的同时给电池充电。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-7 15:06:46 | 显示全部楼层
jonyzhu 发表于 2015-6-7 11:41
锂电池放电极限电压到 2.7v,当然我们不可能用到那个地步,不过,比 3.7v 低的时候也还是可以继续放电的 ...

有个性自己玩吧。

出0入4汤圆

发表于 2015-6-7 20:49:31 来自手机 | 显示全部楼层
确定pmos管没有画反???

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-7 22:30:23 | 显示全部楼层
zqf441775525 发表于 2015-6-7 20:49
确定pmos管没有画反???

当然没有画反

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 12:23:32 来自手机 | 显示全部楼层
学习了,比较简洁

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 13:38:37 | 显示全部楼层
巧了,前天在看单节锂电池充电IC LN2054的规格书,刚好看到这样的电路。
没批量用过,也不知道能在量产的产品中用不?

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出0入4汤圆

发表于 2015-6-8 14:17:12 | 显示全部楼层
本帖最后由 clesun 于 2015-6-8 14:18 编辑


好吧,你再好好看看PMOS,照你这么弄,还不如两个二极管就搞定了,不用这么费事

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 14:23:12 | 显示全部楼层
请问一下,楼主你这个电路是怎么工作的?

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 15:43:55 | 显示全部楼层
阿 你设计的 貌似我也在用!  

出0入54汤圆

发表于 2015-6-8 15:51:34 | 显示全部楼层
楼主,BQ24073之类的充电IC自带路径管理。。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 15:53:33 | 显示全部楼层

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 15:54:43 | 显示全部楼层
没看懂USB怎么给BAT充电?

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 15:57:07 | 显示全部楼层
加上锂电池充电电路就很清晰了

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 16:14:25 | 显示全部楼层
谢谢,低成本的电池切换电路。以后可能用到

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-8 19:49:47 | 显示全部楼层
cocalli 发表于 2015-6-8 14:38
使用一个移动电源IC,全搞定了

请问有什么好用的移动电源 IC 推荐吗?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-8 19:54:31 | 显示全部楼层
lusson 发表于 2015-6-8 15:51
楼主,BQ24073之类的充电IC自带路径管理。。

谢谢!我看了一下BQ24073,就是这个意思 ,顺着 TI 的网站,又发现了几款类似的 IC,接下来可以研究研究。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-8 19:57:11 | 显示全部楼层
Eric_Xue 发表于 2015-6-8 13:38
巧了,前天在看单节锂电池充电IC LN2054的规格书,刚好看到这样的电路。
没批量用过,也不知道能在量产的产 ...

这款电路在 TP4056 的说明书里面也出现过,我当时没理睬,因为它的应用场景和我的不一样(没想到最后自己设计出来和他们的一样 ):
  • 他们是做 USB/电源适配器 切换给电池充电用的,利用的就是MOS管的体二极管导通,实现USB和电源适配器“谁电压高谁就给充电电路供电”的效果;
  • 我的电路,刚好相反,利用MOS管的体二极管的截止来防止USB给电池充电。


刚开始的设计,其实非常复杂:


而且效果也不好,不如现在这种简洁实用。

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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-8 19:58:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 jonyzhu 于 2015-6-8 20:01 编辑


好,谢谢!

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-8 20:00:39 | 显示全部楼层
xurenhui 发表于 2015-6-8 14:23
请问一下,楼主你这个电路是怎么工作的?

  • USB 接口同时接充电 IC 的电源
  • BAT 接口同时接充电 IC 的电池端
  • 没有接 USB 的时候,电池给外部电路供电,此时 MOS 管上面压降非常低(10mv以下)
  • 接上 USB,USB 给外部电路供电,电池被 MOS 管断开,从而可以开始充电。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 21:20:13 | 显示全部楼层
这个电路没办法给两路电压一样的电源做切换吧

出0入0汤圆

发表于 2015-6-8 21:26:17 | 显示全部楼层
分享的精神可贵,谢谢。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-8 21:27:44 | 显示全部楼层
sanjue 发表于 2015-6-8 21:20
这个电路没办法给两路电压一样的电源做切换吧

对的,两路一样电压就变成前面 TP4056 手册里面的输入切换电路了。因此,这个电路只用于 USB-单节锂电池。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-9 08:53:29 | 显示全部楼层
这种电路只能用于小电流范围吧,如果大于1A的话,MOS管和5819的压降会增大不少

出0入0汤圆

发表于 2015-6-9 08:59:57 | 显示全部楼层
jonyzhu 发表于 2015-6-8 19:57
这款电路在 TP4056 的说明书里面也出现过,我当时没理睬,因为它的应用场景和我的不一样(没想到最后自己 ...

佩服LZ的钻研和实践的精神。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-14 11:08:07 | 显示全部楼层
感谢分享,非常不错。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-16 00:17:22 来自手机 | 显示全部楼层
感谢分享,受教了

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-20 23:33:13 | 显示全部楼层
被 TPS54331 给坑了,等我以后再细说。

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出0入0汤圆

发表于 2015-6-21 07:42:14 | 显示全部楼层
学习了 ~~~支持一下

出0入0汤圆

发表于 2015-6-21 07:43:52 | 显示全部楼层
通过体二极管供电时  最大能走多大电流啊

出0入13汤圆

发表于 2015-6-21 08:26:38 来自手机 | 显示全部楼层
这方法不错

出0入0汤圆

发表于 2015-6-21 08:26:52 来自手机 | 显示全部楼层
mos管是没有画反的,画反了就出问题了!

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-21 17:44:30 | 显示全部楼层
本帖最后由 jonyzhu 于 2015-6-21 17:45 编辑
guanglv2008 发表于 2015-6-21 07:43
通过体二极管供电时  最大能走多大电流啊


MOS 管的体二极管是用来防止USB向电池灌电的,正常工作的时候是不走电流的。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-21 17:46:03 | 显示全部楼层
MDC012170 发表于 2015-6-21 08:26
mos管是没有画反的,画反了就出问题了!

出0入0汤圆

发表于 2015-6-21 23:00:50 | 显示全部楼层
体二极管是给MOS管导通提供初始偏压用的,MOS管导通后电流都通过MOS管了,流过体二极管的电流可以忽略不计。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-21 23:49:26 | 显示全部楼层
请教一下    没有接usb的时候  只有电池   这时候电池是通过体二极管给外面供电的吗

出10入18汤圆

发表于 2015-6-22 02:35:57 | 显示全部楼层
不理解USB如何给电池充电

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-23 22:35:17 | 显示全部楼层
wpy 发表于 2015-6-22 02:35
不理解USB如何给电池充电

不是用 USB 给电池充电,充电电路没有画出来。当 USB 接入的时候,USB 代替电池给电路供电,而电池则接入充电电路进行充电。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-6-23 22:36:44 | 显示全部楼层
guanglv2008 发表于 2015-6-21 23:49
请教一下    没有接usb的时候  只有电池   这时候电池是通过体二极管给外面供电的吗 ...

不是,体二极管是防止 USB 给电池倒灌电流的;不接 USB 的时候,MOS 管是导通的,因此电池电流主要通过 MOS 管而非体二极管给电路供电。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-23 22:58:54 | 显示全部楼层
zqf441775525 发表于 2015-6-7 20:49
确定pmos管没有画反???

+10010.
怎么感觉DS反一下才正常呢?

出0入8汤圆

发表于 2015-6-24 10:13:28 | 显示全部楼层
看了好几遍,先记下来~

出0入10汤圆

发表于 2015-7-3 09:02:02 | 显示全部楼层
这个电路简单,下次做设计尝试一下:)

出0入0汤圆

发表于 2015-7-29 16:56:58 | 显示全部楼层
这个电池通过mos管可以提供多大的电流啊?另外mos管本身在最大电流时的亚监视多少啊?

出0入0汤圆

发表于 2015-7-29 17:33:07 | 显示全部楼层
看了几遍  也是觉得PMOS画反了

出0入0汤圆

发表于 2015-7-29 17:48:00 | 显示全部楼层
如果USB电源上有滤波电容(通常情况下肯定会有),或者USB电源的输出端本身就有电容,当USB电源停止供电或者外部电源掉电但仍然与本电路保持连接,那么MOS管的导通时间会拉长,电容越大,导通时间越久。此时可能会出现USB与BAT均无法给Vout供电的现象。

出0入0汤圆

发表于 2015-7-29 18:01:58 | 显示全部楼层
MOS管画反了。S极要接电池,D极输出。P-MOS导通条件是G极电压比S极电压低。你这个电路能工作估计是因为Vout端有个1uF电容,导致撤掉Vusb时,G比S电压低。你把1uF电容去掉,看这个电路还能正常工作不?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-7-31 23:07:19 | 显示全部楼层
miaoguoqiang 发表于 2015-7-29 17:33
看了几遍  也是觉得PMOS画反了

相信我,没有反;模拟和实际电路都可用。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-7-31 23:07:37 | 显示全部楼层
yangwc 发表于 2015-7-29 18:01
MOS管画反了。S极要接电池,D极输出。P-MOS导通条件是G极电压比S极电压低。你这个电路能工作估计是因为Vout ...

相信我,没有反;模拟和实际电路都可用。

出0入0汤圆

发表于 2015-8-1 10:16:14 | 显示全部楼层
jonyzhu 发表于 2015-7-31 23:07
相信我,没有反;模拟和实际电路都可用。

从原理上说不通。求科普

出0入0汤圆

发表于 2015-8-1 12:54:23 | 显示全部楼层
不错,或许以后我用的上

出0入0汤圆

发表于 2015-8-1 14:16:34 | 显示全部楼层
我觉得楼主精神值得称赞,不过有点麻烦,

直接USB->充电IC->锂电池->供电电路就可以了

出0入0汤圆

发表于 2015-8-2 01:01:51 来自手机 | 显示全部楼层
不错,如果四节干电池如何搞?要稳压

出0入0汤圆

发表于 2015-8-14 09:14:14 | 显示全部楼层
看了好多遍,我也觉得楼主的电路图有问题,PMOS绝对画反了。。。
把G和S换一下是否正常?
你的电路图能工作正常是因为PMOS里面有一个二极管在。

出0入0汤圆

发表于 2015-8-14 09:40:33 | 显示全部楼层

这种电路结构已经用在很多消费类电子产品上。


工作原理

        没有USB输入时,PMOS G极低电位,MOS饱和导通(MOS管是双向导通),电池电压输出至负载端。
        有USB输入时,PMOS G极高电位,MOS管截止,负载由USB 5V经过二极管供电。

很多人说MOS管放反了,其实也确实是防反了,通常理解为MOS导通时,电流方向是源极到漏极,实际上PMOS导通后沟道没有方向性,可以S to D也可以D to S。

        那么既然没有方向性为什么要反着放呢?

        这是为了避免USB 5V 电压经过PMOS内部寄生二极管直接对电池充电。


也有人说,直接用个二极管替代,当然可以,只是二极管压降比较大,需要消耗较多能量,用PMOS可以避免此问题。

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出0入0汤圆

发表于 2015-8-14 09:41:00 | 显示全部楼层
电池充电IC在哪里?没有这东西LZ就自己玩吧

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2015-8-14 19:41:03 | 显示全部楼层
pter 发表于 2015-8-14 09:40
这种电路结构已经用在很多消费类电子产品上。

【握手】:)

出0入0汤圆

发表于 2015-8-15 12:57:43 | 显示全部楼层
为什么图片全部看不到

出0入0汤圆

发表于 2015-9-14 09:27:15 | 显示全部楼层
楼主,如果你的电路BAT电压比USB的电压高的话,电路就不正常了吧?

出0入0汤圆

发表于 2015-11-12 15:03:55 | 显示全部楼层
miaoguoqiang 发表于 2015-8-1 10:16
从原理上说不通。求科普

http://www.amobbs.com/thread-5538679-1-1.html
可以看帖子里的内容

出0入0汤圆

发表于 2015-11-13 17:32:32 | 显示全部楼层
量产的产品中用了很多了,一样原理。

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出0入0汤圆

发表于 2015-11-13 18:12:50 | 显示全部楼层
赞!这个MOS管“反”用的巧妙!

出10入10汤圆

发表于 2015-11-13 19:08:07 | 显示全部楼层
标记一下,会用到

出0入0汤圆

发表于 2015-11-13 19:12:45 | 显示全部楼层
说MOS管画反了的应平心静气,细心思考,为何设计者会这样连接,而不是大声说"接反了"。这样做只表明自身学艺不精,模电技术水平不足。

出0入0汤圆

发表于 2015-11-13 21:30:38 | 显示全部楼层
好贴已收藏~

出0入13汤圆

发表于 2016-5-3 11:40:41 | 显示全部楼层
这电路刚好需要,伸手拿走

出0入0汤圆

发表于 2017-11-20 15:28:58 | 显示全部楼层
我准备用两个5819二极管,不行再用你给出的

出0入8汤圆

发表于 2017-11-20 15:41:38 | 显示全部楼层
hanshiruo 发表于 2017-11-20 15:28
我准备用两个5819二极管,不行再用你给出的

1N5819的压降 和电流有关  1A的电流 压降大约是0.6V  3A的压降大约在0.9V 。

出0入4汤圆

发表于 2018-1-14 14:36:47 | 显示全部楼层
mark,学通吃透了!!!!!

出0入0汤圆

发表于 2018-3-15 12:13:38 | 显示全部楼层
有个板子要用到,学习了,谢谢楼主。。
内部二极管的截止非常巧妙

出0入0汤圆

发表于 2018-3-15 14:35:02 | 显示全部楼层
这个电路作为电源路径选择基本没什么问题.电池供电时,PMOS可以使路径上二极管导致的压降降低.特别需要注意的是二极管反相电流会使G级电压上升导致PMOS导通不完全,所以G级电阻不能太大.

出0入0汤圆

发表于 2018-3-29 15:24:57 | 显示全部楼层
手持设备上可能会用的到,收藏,谢谢;

出0入0汤圆

发表于 2018-7-17 09:15:19 | 显示全部楼层
用得到收藏

出0入0汤圆

发表于 2018-7-17 14:49:31 | 显示全部楼层
支持下,谢谢分享

出0入25汤圆

发表于 2018-7-17 15:02:17 | 显示全部楼层
lz 好样的!!!支持一下。 pmos  就是 学校里教学的产物。   大部分学生都搞不懂pmos的内部结构。 直到我看了清华大学的模电基础,才知道 pmos 反着用,没毛病!  s和d是对等的。  只不过把衬底 和 某个极性相连, 然后相连的那个极性 就是s

出0入0汤圆

发表于 2018-10-30 09:02:25 | 显示全部楼层
建议用两个PMOS管,背靠背,这样可以避免体二管带来的问题

出0入53汤圆

发表于 2018-11-6 12:23:54 | 显示全部楼层
想不通 AO3401除了内部二极管,mos在这里起到什么作用? Pmos还能D电流流向S?

出0入0汤圆

发表于 2018-12-6 22:01:02 | 显示全部楼层
楼主的图没问题的,用了好多年了

出0入0汤圆

发表于 2018-12-14 09:09:22 | 显示全部楼层
顶!收藏以后备用!

出0入0汤圆

发表于 2019-9-25 17:58:22 | 显示全部楼层
顶一下!感谢分享!

出40入18汤圆

发表于 2019-12-28 17:13:41 | 显示全部楼层
才在找这个电路就看到了经验分享,谢谢大家的讨论

出0入0汤圆

发表于 2020-1-2 10:38:56 | 显示全部楼层
标记下双路电源切换,电池

出0入0汤圆

发表于 2020-1-2 13:45:51 | 显示全部楼层
图是正确的,我们手环手表一直这样用,,有些人说要把PMOS反过来,你反过来USB的5V就直接灌进锂电池了,电池就保护了

出0入0汤圆

发表于 2020-1-2 14:14:10 | 显示全部楼层
pter 发表于 2015-8-14 09:40
这种电路结构已经用在很多消费类电子产品上。

解释的很好

曾经也因为PMOS是否放反的问题,跟朋友讨论了很久,关键就是那个体二极管
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