考慮一個非常常見的場景：在開發(fā)與PC的USB端口接口的外圍設(shè)備的過程中，設(shè)計人員開始著手解決如何為其供電的問題。此電源可能會帶來問題，因為外圍設(shè)備必須在 PC 關(guān)閉以及啟動和運行時運行。

從PC的USB端口獲取電源是有意義的，但這種方法僅在PC運行時才允許操作。另一個明顯的解決方案是標(biāo)準(zhǔn)的 110VAC 插座和 AC-DC 轉(zhuǎn)換器，但該電源會使設(shè)備暴露于任何交流插座固有的噪聲和電壓波動中。因此，堿性或可充電電池雖然作為唯一的電源不實用，但如果外圍設(shè)備是便攜式的，則是必不可少的組件。第三種選擇是利用所有三種電源。雖然犧牲了簡單性，但這種安排使產(chǎn)品更加通用，并且并不像人們想象的那么困難或昂貴。

用于在適配器和 USB 端口之間切換的電路可以像 MOSFET 和二極管一樣簡單，也可以像兩個電源轉(zhuǎn)換器一樣復(fù)雜。這兩種情況都需要電池，用于備份和啟用便攜式操作。以下討論介紹了利用所有三種電源優(yōu)勢的不同方法。每個選項都有優(yōu)點和缺點，但每個選項都能完成工作。

只需一個二極管、一個FET和一個電阻即可構(gòu)建一個基本的切換電路。圖1的輸入級顯示了電路如何在USB端口和適配器之間實現(xiàn)無縫切換。當(dāng)USB電源線上的電壓下降時，F(xiàn)ET將+5V適配器連接到電池充電器。在250mA負載下，當(dāng)USB電壓降至+4.3V時，就會發(fā)生這種連接。

圖1。這種簡單的電路通過無縫開關(guān)實現(xiàn)電源切換，但存在同時連接兩個電源的風(fēng)險。

低組件數(shù)使這種拓撲非?？煽浚⑶疫€簡化了任何必要的調(diào)試和故障分析。該電路提供+1.25V至+5V電壓，電流高達600mA，效率為95%。備用電池確保該輸出不受電源噪聲和壓降的影響。以防萬一設(shè)備不可攜帶，切換功能齊全，無需電池即可實現(xiàn)。

電池充電器僅在+4.35V至+6.5V輸入電壓范圍內(nèi)工作。當(dāng)其電源電壓降至+4.35V以下時，當(dāng)在負載下嘗試切換時，電池充電器與電池完全斷開，只留下電池為負載供電。當(dāng)適配器電壓較低時，此電路可能無法干凈切換。除非FET以0.5V門限關(guān)閉，否則它會輕微導(dǎo)通，并允許電池通過該連接放電至適配器輸入。緩解這種擔(dān)憂的一種簡單方法是將二極管與適配器串聯(lián)，從而消除反向電流的可能性。

多一點

圖2的電路雖然稍微復(fù)雜一些，但其功能與圖1大致相同。當(dāng)USB電壓下降時，該電路包括三個FET、一個電壓檢測器和一個逆變器，以確保在特定切換點連接，而不是一個FET連接適配器和電池充電器。

圖2.為了保持無縫開關(guān)的優(yōu)勢，同時消除同時連接兩個電源的可能性，可以用MOSFET代替圖1中的二極管，并增加一個電壓檢測器（U1）和逆變器（U2）。由此產(chǎn)生的電路允許設(shè)計人員設(shè)置一個精確的開關(guān)點。

由于設(shè)計人員可以將電壓檢測器（U1）配置為以不同的電壓進行開關(guān)，因此設(shè)計人員也可以定義切換期間看到的任何電壓降。當(dāng) U1 的 VCC 降至內(nèi)部基準(zhǔn)電壓以下時，/RESET變?yōu)榈碗娖剑⒘⒓唇油≦1和Q2。Q3立即被U2A關(guān)斷，U500A的輸入是/RESET線路。為了保護相關(guān)組件免受反向電流的影響，并確保為負載提供連續(xù)電源，逆變器的下降時間確保兩個電源的連接最大時間僅為1ns。圖1所示，該電路提供+25.5V至+600V電壓，電流高達95mA，效率為<>%。電池可確保輸出不受電源噪聲和壓降的影響，對于非便攜式設(shè)計，切換功能齊全，無需電池。

從USB輸入到適配器輸入的精確切換消除了對輸入進行嚴格調(diào)節(jié)的需要，并且還使設(shè)計人員能夠確定可接受的壓降水平。次級輸入端的背靠背FET使電路能夠阻斷反向電流，否則反向電流可能會從電池流向任一輸入端。FET 還可以防止 USB 輸入和適配器輸入之間任何電位差的影響。

初級輸入端存在一個電壓檢測器和FET，次級輸入端有兩個FET，這增加了電路的復(fù)雜性和相對成本，并使該電路更難調(diào)試。兩個FET的輸入電壓也比圖0所示的單個FET高出約3.1V，這降低了USB和適配器輸入的效率。同樣，電池充電器僅在+4.35V至+6.5V輸入電壓范圍內(nèi)工作。

頂級產(chǎn)品

假設(shè)所討論的外圍設(shè)備是一個全球定位系統(tǒng)（GPS），在用戶從PC下載地圖后在汽車中運行。允許在多個源電壓之間切換的電路至關(guān)重要。圖3所示為一個魯棒的通用電源/切換電路，與剛才討論的電路設(shè)計相比，它具有許多優(yōu)勢。

圖3.使用升壓和降壓轉(zhuǎn)換器（U3和U4）使該電路能夠保持圖2的所有優(yōu)點，同時以更高的效率工作。

DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器U3（+2.7V至+14V）的輸入范圍允許連接到各種電源。兩個有用的示例包括USB端口和12V汽車電源。U3在+1.1V至+25V輸出電壓范圍內(nèi)提供高達14A的輸出電流，效率高達96%。在沒有USB或適配器電壓的情況下，電壓檢測器和逆變器（U1和U2）確保切換到DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器（U4），該轉(zhuǎn)換器由效率高達94%的電池供電。U4提供高達500mA的電流，輸出范圍為+2V至+5.5V。這種靈活性允許用戶將信息下載到設(shè)備，將其從主電源上拔下，將其攜帶到汽車或其他電源上，然后重新插入，所有這些都不會中斷操作。

U4的一個限制是，如果在消耗大于500mA的負載電流時斷開電路與USB或適配器源的連接，則它無法支持操作。U4的輸出電壓將下降，負載將關(guān)閉。此外，電路中沒有電池充電器要求用戶定期更換電池。（作為替代方案，您可以簡單地添加充電器和可充電電池。

完全集成

單個IC（圖4）提供了一個完全集成的電路，可最大限度地減少電路板空間，并支持多種電源選項。MAX1774包含兩個高效降壓轉(zhuǎn)換器，具有電池備份切換功能。它提供兩個源自外部電源或主電池的輸出電壓。主輸出電壓可調(diào)范圍為+2.6V至+5.5V，可提供超過2A的負載電流，效率高達95%。內(nèi)核輸出可調(diào)范圍為+1V至+5V，可提供高達1.5A的負載電流，效率高達91%。如果 USB 和適配器輸入均未激活，則主電池以這些高效率提供兩個輸出。如果主電池電量不足，MAX1774內(nèi)部電路將負載切換至備用電池。IC的輸入范圍（+2.7V至+28V）允許其由標(biāo)準(zhǔn)的110V至5V ac-DC轉(zhuǎn)換器或汽車的+12V電源供電。

圖4.這種完全集成的方法允許最寬的輸入電壓范圍，包括主電池和備用電池。其雙輸出使IC非常通用。

上面概述了用于電源切換的四種不同電路拓撲，每個選項都提供備用電池，以實現(xiàn)便攜性和掉電保護。第一個示例僅使用MOSFET和二極管實現(xiàn)電源切換，第四個示例是完全集成的選項，可縮短整體上市時間。在這些極端之間有許多電路變化，以實現(xiàn)相同的目的。這些示例旨在作為起點，針對特定應(yīng)用程序進行優(yōu)化。

審核編輯：郭婷