Переключение между батареей и питанием от USB

Схема, которая будет делать то, что требуется, или столько, сколько требуется, как было показано, показана ниже.

Эта схема намного проще, чем казалось, из-за открытия, что подача питания USB может легко вместить «блокирующий диод Шоттки» и при этом соответствовать требованиям Vout. Если бы этот диод имел слишком высокое падение напряжения, чтобы быть приемлемым, тогда потребовалась бы схема с временными задержками и определением направления тока. Удивительно, насколько большую разницу в решении проблемы может иметь немного больше информации.

Подача аккумулятора сверху. Питание USB снизу.
Питание USB подается на нагрузку через диод Шоттки D1. Питание может подаваться через Ja и регулятор LDO или через JB по желанию.

Если используется питание через JB, LDO должен работать с внешним напряжением на его выходе, когда он не имеет входа. Если необходимо (зависит от LDO), добавление еще одного диода Шоттки к Ja, «направленного вверх», подаст одинаковое напряжение на обе стороны LDO и сведет к минимуму ток покоя (в большинстве случаев), когда используется питание USB. Если абсолютно необходимо, другой полевой транзистор может использоваться для блокировки USB-потока от LDO, но в этом нет необходимости. LDO можно было бы поставить выше Q3, НО тогда батарея постоянно обеспечивает ток покоя LDO = плохо.

Когда напряжение USB отсутствует, Q3 = P-канальный MOSFET включается резистором R4, подавая напряжение батареи на LDO, а оттуда на Vout.

Когда напряжение USB присутствует, Q1 включается R2/R3, и это включает Q2 (обычно удерживаемый R1), который фиксирует высокий уровень затвора Q3, отключая его, тем самым отключая питание от батареи. Питание USB подается через D1 либо через Ja и LDo, либо через Jb, как указано выше.

Ток батареи при подключении USB:

R1, R4, R5 изменены на номинальные 1 МОм каждый, чтобы уменьшить нагрузку на батарею при использовании USB. Небольшой полевой МОП-транзистор для Q2 и/или другие размышления уменьшат требуемый ток в режиме ожидания.

USB включен, Q1 включен, около 5 мкА через R5 для включения Q2. Около 5 мкА через R4, чтобы выключить Q3. R4, вероятно, может быть 10M, если медленный отклик в порядке. (При R4 = 10 МОм, если емкость затвора на Q3 составляет, скажем, 10 нФ, то постоянная времени включения = RC = 1E7 x 10E-9 =~ 0,1 секунды. В зависимости от порога затвора =FET МОЖЕТ занять несколько десятых секунды для Батарея для включения, когда USB отключен.Это может привести к отключению питания cct, если не будет предоставлен достаточно большой выходной колпачок.При R4 = 1 м постоянная времени составляет около 10 миллисекунд, и «обычного» типа колпачка на выходной шине будет достаточно.

Можно "настроить". Q1 on снимает напряжение с R1. 10 мкА в состоянии покоя при включенном USB =~ 90 мАч/год. Это около 3% емкости аккумуляторной батареи. Маленький, но раздражающий.

Q1, Q2 = почти любой биполярный мармелад. Q3 = МОП-транзистор с каналом P. Vпорог << Vbattery. D1 = Шоттки, например, 1N5817. LDO в соответствии.

Сверните свой собственный LDO с MOSFET, и, например, TLV431 может иметь около 100 мкА в состоянии покоя при работе и практически нулевое падение напряжения. Может быть намного ниже с более низким диодом Iq ref.

НО

Когда вы можете получить, например, ОЧЕНЬ хороший LDO TC2104 от Microchip менее чем за 50 центов за 1, делать свой собственный не имеет смысла.
Добавлено, октябрь 2001 г.: TC2104, похоже, исчез. Серия LM293x широко доступна - см., например , списки Digikeys здесь

Или, вот, LDO с падением напряжения 0,1 В или меньше — число в списках Digikey 1.

Добавлено 9/2015 Кар спросил

... зачем нужны БЮТ?
Почему бы просто не использовать MOSFET и диод, и все?

@Кар Хороший вопрос.
Решение с полевым МОП-транзистором является хорошим, но оно немного более требовательно к конструкции, чем может показаться, в то время как биполярное решение использует несколько больше компонентов, но его легче обеспечить работу в любых условиях.

Чтобы использовать полевой МОП-транзистор, как показано, Vgsth полевого транзистора должен быть выбран в соответствии с требованиями.
Максимальное напряжение батареи (при условии, что его элементы AA щелочные) составляет 1,65 В (новые элементы) x 4 = 6,6 В.
В некоторых случаях даже может быть 1,655 В, скажем, 6,8 В для 4.
USB, скажем, 5,3 В макс, когда он включен, и 0 В, когда он выключен после разряда любых конденсаторов.
Но критично тут не USB Vmax а USB_on_min
USB_on_min = скажем 4,8В.
В этом случае полевой транзистор должен быть выключен, поэтому
полевой транзистор Vgs = (6,8-4,8) =~~~~ 2 В в худшем случае.
FET НЕ ДОЛЖЕН включаться при Vgs = 2В.
Минимум батареи составляет, скажем, 4 В, а низкий уровень USB падает до 0 В «через некоторое время», поэтому полевой транзистор должен включаться при Vgs = 4 В. Это помещает полевые транзисторы Vgs_off_max и Vgs_on_min в довольно узкий диапазон от 2 до 4 В.
Это, безусловно, выполнимо при правильном выборе полевого транзистора, но необходимо проверить таблицу данных, чтобы гарантировать, что разброс в худшем случае находится в желаемом диапазоне.
Дизайнер должен осознавать, что дизайн нужен!

В биполярном случае USB Von_min очень легко согласуется с Q1, и при желании полное отключение может произойти, когда V_USB составляет, скажем, 2 В, поэтому переключение на батарею лучше определено.
Таким образом, биполярное добавление добавляет 2 x Q и 4 x R (маленький, но не тривиальный) ради большей гибкости и удобства проектирования.
НО единственное решение MOSFET является хорошим, если правильно понять сложность, которая сочетается с простотой.

Некоторое время назад у нас была похожая проблема с небольшим портативным устройством. Мы использовали батарею (CR2032), которая гарантированно имеет более низкое напряжение, чем любая действующая мощность USB, а затем использовали диод Шоттки с самым низким падением напряжения, который мы могли найти последовательно с батареей. Этого было достаточно для того случая.

В вашем случае это звучит так, как будто вы не можете полагаться на то, что батарея имеет более низкое напряжение, чем питание USB. В общем случае вы хотите использовать диоды с нулевым отводом, по одному последовательно с каждой подключенной мощностью. Один из способов приблизиться к этому — начать с двух диодов Шоттки, но поставить полевой транзистор на каждый. Диоды будут следить за тем, чтобы цепь была включена, пока один из источников напряжения включен. Затем схема может содержать определение того, какая мощность используется, и включать соответствующий полевой транзистор для короткого замыкания этого диода. Вы должны продолжать контролировать два входных напряжения и отключать полевой транзистор, когда что-то меняется.

В импульсных источниках питания это называется синхронным выпрямлением .