一款双电源切换电路助力手机切换供电来源

今天我们来讨论一款经典的双电源切换电路。大家都知道，智能手机几乎都内置了一块可充电锂电池，能够通过USB接口进行充电。当没有使用USB接口充电时，手机自然是通过电池来供电，而当外接USB接口时，手机是通过电池还是外接电源供电的呢？大多数人当然希望是使用USB接口，这样即可以连续玩耍，又可以给手机充电，岂不快哉？但是手机是如何做到切换供电来源的呢？一种双电源切换电路就可以做到，相应的电路如下图所示：

图中USB_PWR表示外接的5V的USB直流电源，BAT_PWR表示锂电池供电电源（最大值4.2V），VCC则是电路系统的供电引脚，它来源于BAT_PWR或USB_PWR，而电路的核心是一个P沟道增强型场效应管，它的开关行为与PNP三极管相似，以相应的开关电路为例，当栅极输入为低电平“L”时，场效应管VT1处于导通状态，相当于一个处于闭合状态的开关，如下图所示：

当栅极输入为高电平“H”时，VT1处于截止状态，相当于一个处于断开状态的开关，如下图所示：

也就是说，只有当 栅-源电压（Gate Source Voltage, VGS） 为负值时，PMOS才会导通，数据手册中总会标注相应的阈值电压。某款PMOS的数据手册如下图所示，这意味着只有当VGS<-1.3V时才能导通，为保证电路稳定工作起见，应该保证VGS小于-2.5V。

当然，VGS也不可过小，否则可能会击穿绝缘层而损坏场效应管。某款场效应管的电气参数如下表所示，这意味着VGS的绝对值不应该大于12V。

下图所示的常用开关电路应该更容易理解PMOS作为开关的工作原理。

我们来分析一下双电源切换电路的工作原理。当仅有锂电池供电（USB_PWR为0）时，BAT_PWR（假设为3.7V）首先通过场效应管的寄生二极管到达VCC，其值比BAT_PWR小约一个二极管压降（此处暂定为0.7V），即3.7V-0.7V=3V，如下图所示。

此诚危急存亡之秋（3V的电压对于系统供电而言还是有些低，尽管通常VCC后面还会有升压电路，但毕竟对续航能力有很大的影响，此处且按下不表），由于VT1的栅极通过电阻R1下拉到公共地，所以VGS为负电压（-3V），继而使VT1处于导通状态，此时VCC与BAT_PWR之间的压差可以忽略不计，相应的状态如下图所示：

如果现在有外接USB_PWR（5V）供电，就会直接从肖特基二极管（假设压降为0.3V）通过，由于BAT_PWR总是不可能高于USB_PWR-0.3=4.7V，所以VT1的寄生二极管总是不会导通，相应的状态如下图所示。

简单地说，双电源切换电路总会自动将电压更高者（USB_PWR或BAT_PWR）切换给系统（VCC）供电。