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一、电源切换电路的背景

在电子产品设计中，经常会有这样的需求，设备需要同时兼容USB供电和电池供电，组成主备双电源架构，实现供电源无缝自动切换、设备不间断运行，规避意外断电、电压波动等问题

电池供电与USB供电不能直接并联，要想实现供电无缝切换，需要设计电源切换电路，下面以电池和USB双供电为背景进行电源切换电路的介绍

二、几种电源切换电路介绍

1、双二极管电源切换电路

（1）下图所示的是双二极管电源切换电路的原理图。

（2）双二极管电源切换电路的工作原理：

①由于USB供电电压略高于电池供电电压，当USB和电池同时供电时，USB供电电流优先通过二极管D3流向负载，而电池侧的二极管D5截止（具体计算方法可参考《模拟电路》课程），切断电池的供电。也就是说，当USB和电池同时供电时，设备优先使用USB供电。

②当USB供电断电后，电池侧电压高于USB侧电压，二极管D5导通，电路自动切换为电池供电。

（3）这种方案电路结构简单，成本低，但二极管在导通时存在压降，在功耗和压降比较敏感的场合不适用。

2、二极管&MOS管电源切换电路

（1）二极管在导通时存在压降，这对电池供电来说不太友好，一节满电的低电压电池，还要有一部分能量浪费在二极管的导通压降上，这在对功耗要求高的场合是不可接受的，为了解决这个问题，可以将电池侧的二极管替换为一对背靠背的PMOS管。

（2）下图所示的是二极管&MOS管电源切换电路的原理图。

（3）二极管&MOS管电源切换电路的工作原理：

①当USB和电池同时供电时，USB供电通过二极管D1向后级负载输出，MOS管Q2和Q3的栅极电位被拉高，栅极电位接近源极电位（栅源电压近似为零），Q2和Q3截止，切断电池的供电。也就是说，当USB和电池同时供电时，设备优先使用USB供电。

②当USB供电断电后，MOS管Q2和Q3的栅极电位被拉低，栅极电位低于源极电位（栅源电压为负），Q2和Q3导通，电路自动切换为电池供电。

（4）MOS管的导通电阻通常在几十毫欧，导通压降非常小，对功耗有一定改善，但这种方案的适用场景并没有扩大太多，仍然存在供电效率和功耗的问题。

3、双MOS管电源切换电路

（1）既然电池侧的开关元件替换为了MOS管，那么USB侧的开关元件一样可以替换为MOS管，进一步降低损耗。

（2）下图所示的是双MOS管电源切换电路的原理图，MOS管Q4和Q5分别控制电池供电回路和USB供电回路，MOS管Q6用于控制USB供电和电池供电的优先级。

（3）双MOS管电源切换电路的工作原理：

①当USB和电池同时供电时，MOS管Q4的栅极电位被拉高，栅源电压近似为零，Q4截止，切断电池的供电；MOS管Q6的栅极电位被拉高，栅极电压高于源极电压，Q6导通，进而MOS管Q5的栅极电位被拉低，栅极电压低于源极电压，Q5导通，此时优先使用USB供电。

②当USB供电断电后，MOS管Q4的栅极电位被拉低，栅极电压低于源极电压，Q4导通，MOS管Q6的栅极电位被拉低，栅源电压近似为零，Q6截止，MOS管Q5的栅极电位被拉高，栅源电压近似为零，Q5截止，电路自动切换为电池供电。

（4）使用该电路时需注意，如果后级负载的瞬时功率过大，需要在MOS管Q4和Q5上并联二极管，以保护Q4和Q5的体二极管。

4、电源控制芯片切换电路

（1）当前已有许多厂家设计了成熟的双电源控制芯片，以LTC4415为例，它包含两个电源通路（分别为主电源通路和次电源通路），通路开关器件均使用理想二极管，正向导通电阻在50mΩ左右，反向电流小于1μA。

（2）LTC4415的功能定义：

①通道的输出电流限值可以通过配置连接CLIM1/CLIM2的电阻阻值，在0.5A~4A之间调节。

②当芯片温度接近热停机门限，或者输出负载超过电流门限时，对应通道的报警引脚WARN1/WARN2将被拉低至低电平。

③在通道正常工作时，通道对应的状态输出引脚STAT1/STAT2会输出低电平。

（3）下图所示的是使用LTC4415搭建的电源控制芯片切换电路的原理图。