防止停电：从便宜到完全集成-电子发烧友网

考虑一个非常常见的场景：在开发与PC的USB 端口接口的外围设备的过程中，设计人员开始着手解决如何为其供电的问题。此电源可能会带来问题，因为外围设备必须在 PC 关闭以及启动和运行时运行。

从PC的USB端口获取电源是有意义的，但这种方法仅在PC运行时才允许操作。另一个明显的解决方案是标准的 110VAC 插座和 AC-DC 转换器，但该电源会使设备暴露于任何交流插座固有的噪声和电压波动中。因此，碱性或可充电电池虽然作为唯一的电源不实用，但如果外围设备是便携式的，则是必不可少的组件。第三种选择是利用所有三种电源。虽然牺牲了简单性，但这种安排使产品更加通用，并且并不像人们想象的那么困难或昂贵。

用于在适配器和 USB 端口之间切换的电路可以像 MOSFET 和二极管一样简单，也可以像两个电源转换器一样复杂。这两种情况都需要电池，用于备份和启用便携式操作。以下讨论介绍了利用所有三种电源优势的不同方法。每个选项都有优点和缺点，但每个选项都能完成工作。

只需一个二极管、一个FET和一个电阻即可构建一个基本的切换电路。图1的输入级显示了电路如何在USB端口和适配器之间实现无缝切换。当USB电源线上的电压下降时，FET将+5V适配器连接到电池充电器。在250mA负载下，当USB电压降至+4.3V时，就会发生这种连接。

图1。这种简单的电路通过无缝开关实现电源切换，但存在同时连接两个电源的风险。

低组件数使这种拓扑非常可靠，并且还简化了任何必要的调试和故障分析。该电路提供+1.25V至+5V电压，电流高达600mA，效率为95%。备用电池确保该输出不受电源噪声和压降的影响。以防万一设备不可携带，切换功能齐全，无需电池即可实现。

电池充电器仅在+4.35V至+6.5V输入电压范围内工作。当其电源电压降至+4.35V以下时，当在负载下尝试切换时，电池充电器与电池完全断开，只留下电池为负载供电。当适配器电压较低时，此电路可能无法干净切换。除非FET以0.5V门限关闭，否则它会轻微导通，并允许电池通过该连接放电至适配器输入。缓解这种担忧的一种简单方法是将二极管与适配器串联，从而消除反向电流的可能性。

多一点

图2的电路虽然稍微复杂一些，但其功能与图1大致相同。当USB电压下降时，该电路包括三个FET、一个电压检测器和一个逆变器，以确保在特定切换点连接，而不是一个FET连接适配器和电池充电器。

图2.为了保持无缝开关的优势，同时消除同时连接两个电源的可能性，可以用MOSFET代替图1中的二极管，并增加一个电压检测器（U1）和逆变器（U2）。由此产生的电路允许设计人员设置一个精确的开关点。

由于设计人员可以将电压检测器（U1）配置为以不同的电压进行开关，因此设计人员也可以定义切换期间看到的任何电压降。当 U1 的 VCC 降至内部基准电压以下时，/RESET变为低电平，并立即接通Q1和Q2。Q3立即被U2A关断，U500A的输入是/RESET线路。为了保护相关组件免受反向电流的影响，并确保为负载提供连续电源，逆变器的下降时间确保两个电源的连接最大时间仅为1ns。图1所示，该电路提供+25.5V至+600V电压，电流高达95mA，效率为<>%。电池可确保输出不受电源噪声和压降的影响，对于非便携式设计，切换功能齐全，无需电池。

从USB输入到适配器输入的精确切换消除了对输入进行严格调节的需要，并且还使设计人员能够确定可接受的压降水平。次级输入端的背靠背FET使电路能够阻断反向电流，否则反向电流可能会从电池流向任一输入端。FET 还可以防止 USB 输入和适配器输入之间任何电位差的影响。

初级输入端存在一个电压检测器和FET，次级输入端有两个FET，这增加了电路的复杂性和相对成本，并使该电路更难调试。两个FET的输入电压也比图0所示的单个FET高出约3.1V，这降低了USB和适配器输入的效率。同样，电池充电器仅在+4.35V至+6.5V输入电压范围内工作。

顶级产品

假设所讨论的外围设备是一个全球定位系统（GPS），在用户从PC下载地图后在汽车中运行。允许在多个源电压之间切换的电路至关重要。图3所示为一个鲁棒的通用电源/切换电路，与刚才讨论的电路设计相比，它具有许多优势。

图3.使用升压和降压转换器（U3和U4）使该电路能够保持图2的所有优点，同时以更高的效率工作。

DC-DC降压转换器U3（+2.7V至+14V）的输入范围允许连接到各种电源。两个有用的示例包括USB端口和12V汽车电源。U3在+1.1V至+25V输出电压范围内提供高达14A的输出电流，效率高达96%。在没有USB或适配器电压的情况下，电压检测器和逆变器（U1和U2）确保切换到DC-DC升压转换器（U4），该转换器由效率高达94%的电池供电。U4提供高达500mA的电流，输出范围为+2V至+5.5V。这种灵活性允许用户将信息下载到设备，将其从主电源上拔下，将其携带到汽车或其他电源上，然后重新插入，所有这些都不会中断操作。

U4的一个限制是，如果在消耗大于500mA的负载电流时断开电路与USB或适配器源的连接，则它无法支持操作。U4的输出电压将下降，负载将关闭。此外，电路中没有电池充电器要求用户定期更换电池。（作为替代方案，您可以简单地添加充电器和可充电电池。

完全集成

单个IC（图4）提供了一个完全集成的电路，可最大限度地减少电路板空间，并支持多种电源选项。MAX1774包含两个高效降压转换器，具有电池备份切换功能。它提供两个源自外部电源或主电池的输出电压。主输出电压可调范围为+2.6V至+5.5V，可提供超过2A的负载电流，效率高达95%。内核输出可调范围为+1V至+5V，可提供高达1.5A的负载电流，效率高达91%。如果 USB 和适配器输入均未激活，则主电池以这些高效率提供两个输出。如果主电池电量不足，MAX1774内部电路将负载切换至备用电池。IC的输入范围（+2.7V至+28V）允许其由标准的110V至5V ac-DC转换器或汽车的+12V电源供电。