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电池/充电器负载开关接近理想二极管是怎么处理的?

来源:analog 发布时间:2023-08-03

摘要: 描述了两种电路。第一种是使用由锂电池充电器IC (MAX8814)的电源OK (POK)输出驱动的外部mosfet,在电池和充电源之间切换负载,而无需微控制器或系统软件的干预。对于没有POK输出的充电器ic(如MAX1507),第二个电路使用mosfet和比较器(MAX920)进行相同的开关。

大多数可充电电池供电系统包括一个开关,将负载连接到电池或充电电源。如果没有它,电池耗尽的系统在插入时可能无法立即运行。开关电路还允许系统在电池充电时使用适配器电源。

这种电池/适配器电源切换的最简单和成本最低的方法是二极管或连接。负载通过单独的肖特基二极管连接到每个电源(电池和适配器),因此电源由更高电压的电池或适配器施加。这种方法的缺点是电池服务负载时产生的功率损耗(P(D) = I(电池)V(二极管))和电压降(V(二极管)= 0.350V, 0.5A,来自PMEG2010AEH数据表)。这种损失对于高压多芯电池来说可能并不显著,但对于1芯锂电池或2-4芯镍氢电池,功率损失的百分比和二极管在阻塞二极管上的下降是相当可观的。

图1的电路在0.5A时切换负载,电压降仅为45mV,这是350mV - 45mV = 305mV的头部空间改进。与二极管-或连接(175mW vs. 22.5mW)相比,节电152.5mW。在较低的电流下,压降电压甚至更低。例如,在100mA时,二极管下降约270mV,但图1电路仅下降10mV。


图1所示、该电路将负载连接到电池电压或V(直流IN),这取决于哪个电压更高。

图1电路在没有微控制器或系统软件干预的情况下管理负载切换。当使用电池并断开V(DC IN)时,MAX8814的POK (Power OK)输出高。这种情况通过打开Q4和Q3连接负载和电池。节点1通过R2偏置电池电压,使Q1和Q2保持OFF。当V(DC IN)连接到直流电源时,由于C1将节点1提升到V(BATT) + V(DC),因此Q1和Q2保持OFF。

当施加V(直流输入)时,Q1和Q2栅极处立即产生高电压。为了防止POK输入端的损坏,Q5被配置为电源跟随器(电压缓冲器)。由于栅极偏置于电池电压,POK看不到高于电池电压的电压。当POK变低时,电流流过Q5并拉下Q1和Q2的闸管,使它们导通。V(DC IN)为负载供电,充电器IC (U1)为电池充电。C1和R1提供了一个短延迟,允许Q3时间关闭,防止非调节电流流入电池。

去掉V(DC IN)后,POK成为高阻节点,电池电流流过Q3的本体二极管。负载电压为V(BATT) - V(二极管)。由于Q5的栅极在电池电压处偏置,Q5导通直到POK达到足以通过打开Q4和Q3来服务负载的电压水平。图2显示了图1电路的响应(安装了电池),而V(直流IN)被施加和移除。


图2、当负载从直流电源切换到电池电源,再切换回直流电源时,这些波形说明了图1电路的行为。(CH1为跨负载电压,CH2为直流电源电压,CH3为有效低POK输出,CH4为电池电流。)

修改后的电路(图3)适用于电池充电ic,如MAX1507,它不提供POK输出。比较器(U3)通过比较V(直流IN)和电池电压提供POK输出。与图2类似,图4显示了在安装了电池的图3电路中,施加和移除V(DC IN)时负载的电压。


图3、对于没有POK输出的电池充电器ic,该电路执行与图1相同的功能。


图4、当负载从直流电源切换到电池电源,再切换回直流电源时,这些波形说明了图3电路的行为。(CH1为跨负载电压,CH2为直流电源电压,CH3为有效低POK输出,CH4为电池电流。)



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