CN202059208U - 便携式低成本的电源切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了便携式低成本的电源切换装置，包括：交流电转接器、电源芯片、充电芯片、电池、系统电源，所述的交流电转接器通过电源芯片前级直流转直流电源转换后，再通过P型晶体管与肖特基二极管的组合开关电路实现与电池供电的切换；同时，充电芯片用来完成电池的充电；系统电源由电池提供电源。本实用新型可以实现电源适配器和电池供电的切换。有效地避免在插拔电源适配器插拔时出现的供电“死区”，使电子设备始终工作在稳定状态，具有成本低、移植性强等优点。

Description

便携式低成本的电源切换装置

技术领域

本实用新型涉及电子设备领域，尤其涉及便携式低成本的电源切换装置。利用PMOSFET和肖特基二极管实现了便携式电子设备中适配器和电池的供电电源切换功能，同时还具备适配器通过充电电路给电池充电的实效功能。 

背景技术

随着便携式电子产品的普及，功能逐步增强，人们对电源的供电要求也日趋严格，希望得到更长时间和更加稳定的供电系统。举个例子讲，一台使用电池供电的便携设备，我们希望它既可以通过外接电源适配器或者电脑USB口供电，同时切断电池供电并给电池充电；反之，在电源适配器或USB接口拔出的时候，继续由电池供电。为了满足这样的需求，电源适配器和电池供电的切换电路应运而生。目前，市面上存在很多类型的切换电路大都集成于充电芯片或电源管理芯片内，应用的灵活性不是很高，不利于先期产品的预研调试。即便是采用带有切换供电功能的芯片也存在价格较高、选型面窄、移植性较差等局限。还有一类切换电路由分立元件组成，电路结构简单，供电电源切换时负载供电电压波动较大，使得应用场合受到限制。 

发明内容

针对已有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种便携式低成本的电源切换装置。 

本实用新型所解决的技术问题是： 

便携式低成本的电源切换装置，包括：交流电转接器、电源芯片、充电芯片、电池、系统电源，所述的交流电转接器通过电源芯片转换后，再通过P型晶体管与肖特基二极管的组合开关电路实现与电池供电的切换；充电芯片用来完成电池的充电。系统电源由电池提供电源。 

所述的采用P型晶体管和肖特基二极管组合实现电池与适配器独立给负载系统供电。这种电路有很强的移植性，可以和现有大部分电子产品线路搭配使用，完成供电切换。由于采用一般常用的MOS和二极管使得设计者在器件选型上更为广泛，器件成本较低；另外，可以通过选择不同性能的管子来搭配不同功耗的负载，在功能应用上比较灵活；电路设计中充分考虑一些苛刻的应用场景，通过外加元件来提高系统的稳定性。 

附图说明

图1是本实用新型结构示意图； 

图2是本实用新型肖特基二极管D102的I-V特性曲线示意图； 

图3是本实用新型PMOS的导通电阻曲线示意图。 

图中标号说明 

1-交流电转接器    2-电源芯片    3-充电芯片    4-电池 

5-系统电源 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

如图1所示，交流电转接器1通过电源芯片2转换后，再通过P型晶体管与肖特基二极管的组合开关电路实现与电池4供电的切换；充电芯片3用来完成电池4的充电。系统电源5由电池4提供电源。 

如附图2所示，V_BAT表示电池电压，VDD_DCDC是由DC/DC(芯片选用AAT1153)将AC_IN降压转换后的输出电压。VDD_DCDC的输出电压要求高于4.2V+VF，VF是肖特基二极管的导通电压。当插入电源适配器时，VDD_DCDC电压输出为4.61V，高于电池电压，Vgs＞0，MOSFET Q101处于截止状态。此时，系统电源VSYS由电源适配器提供。同时，电源适配器还通过充电芯片和周边电路给电池充电。肖特基二极管D102的I-V特性曲线。 

这里肖特基二极管的作用是为了防止电源适配器拔出后，电池向适配器倒灌电流。在这颗管子的选型上要考虑到负载电流的变化，由于负载可能是模块、路由器或是别的无线通信模组，在正常工作时负载会随着工作模式的切换，电流也会变化，此时肖特基二极管的过流能力要满足系统能正常工作。需要指出：这颗肖特基二极管选型时要注意负载系统的供电范围，要保证二极管在最大压降下系统仍能维持正常工作(具体由I-V特性曲线决定)。 

以本实用新型选用的P型二极管为例：型号为PMEG2020EJ。当负载系统工作电流达到1A时，在P型二极管上会产生约370～430mV的压降。 

当拔去电源适配器时，VDD_DCDC电压输出为零，PMOSFET栅极电压变为零；由于MOSFET内部的寄生二极管使源极电压近似为电池电压，导致栅源电压Vgs小于Vgsth，PMOSFET处于导通状态，系统电源VSYS由电池提供。根据系统负载需求和PMOS的导通电阻曲线(见图6)可以计算出PMOS管上的压降。 

如图3所示，本实用新型中选用的PMOSFET管持续过流能力最大为2.6A，可以提供后级3G模块在射频工作时需要的最大尖峰电流。用户可以根据负载的工作电流范围来选择不同过流能力的PMOSFET，在选型时还需要注意管子的开启时间td(on)(此指标反映MOS管的响应速度)。较短的开启时间可以有效改善电源适配器与电池切换瞬间出现的供电死区现象。 

针对供电切换可能出现的“死区”(当适配器插入，DC/DC的输出会有时延，但是此时的输出电压已经达到PMOS的开关门槛电压，PMOS被关断，切断了电池对负载的供电，导致负载系统出现断电情况；在适配器拔出时，PMOS打开时间过慢，负载系统出现断电情况。)，本实用新型在PMOSFET外部从D极到S极添加了一个普通二极管。当拔出电源适配器的时候，导电沟道还没有完全形成，PMOS的沟道电阻大于外部二极管内阻，电池通过外部增加的二极管向负载供电；当导电沟道形成后，D极到S极的压降仅为0.04V，小于二极管的导通压降0.7V(以硅管为例)，这时电池通过导电沟道向负载供电。通过实验我们发现：在不加外部的二极管时，负载系统也可以在电源适配器与电池切换供电时正常工作。所以这颗二极管可以备选，根据用户实际所接负载性能和实验来决定是否需要。 

Claims (1)

1.便携式低成本的电源切换装置，包括：交流电转接器、电源芯片、充电芯片、电池、系统电源，其特征在于：所述的交流电转接器通过电源芯片转换；再通过P型晶体管与肖特基二极管的组合开关电路实现与电池供电的切换；充电芯片完成电池的充电；系统电源由电池提供电源。 

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