常用电源自动切换电路原理图讲解

前言

在实际产品设计中可以有多种电源方案，这里以一般的单片机产品为例，3.3V左右供电的系统，常见的有 USB供电、外接电源适配器供电 和 电池供电。

一般产品设计的时候，为了产品更加稳定和智能，我们都会预留其中2种甚至多种供电方式，一般每种电源单独存在，都可以给产品供电，但是如果这些电源同时存在的情况，它们是如何选择供电或者说设计者该如何设计成比较理想的情况呢，这就今天我们要聊聊的电源自动切换电路。

一、最简单的二极管

最简单的电源自动切换电路：二极管并联。

两个电源，根据供电电压的高低自动选择，哪边电压高用哪边。

二极管可以选择普通二极管（最大 0.7V 压降）或者肖特基二极管（最大 0.3V 压降）

1.1 都是5V电源

如果我们的系统是使用3.3V供电，而两个电源都是5V（USB，外接适配器），后端需要接一个 LDO，那么这个电路使用哪种二极管都无所谓，如果是普通二极管要注意 LDO 的选项，得选择低压差的。

如果是系统中需要有5V供电，那么普通二极管基本不可行的，得使用肖特基二极管。

使用 5V电源经过肖特基二极管压降后对于大部分要求 5V 供电的设备还是没问题的。

在这种情况下，使用二极管并联有一个好处，不局限于2路，比如实际中可能出现3种，再多也可以，但是一个产品我做过的最多就3路，如下图：

1.2 带电池电源

但是如果有一路电源是电池，不管是常见的 4.2V 锂电池，还是 3.6V AA电池（有锂电池，也有其他种类，比如锂亚硫酰氯电池），使用普通二极管 0.7V压降显然不可以，那么必须得 选择肖特基二极管。

即便这样，对于电池来说这个压降也还是太浪费了，但是至少是能够使用起来的。

而且还得注意一个问题，使用肖特基二极管压降越低，但是反向漏电流越大，那么在电池和其他电源同时存在的情况下，需要考虑到电池是否能够“容忍”这个反向电流。

大部分锂电池并不能接收电流直接流入的，为了安全起见，不建议电池和 5V直接使用该方式做自动切换电路。但实际上，如果产品的使用场景，已知电池和外接电源可能一起供电时间很少，注意好自己的负载需要的电压，选择合适的LDO或者电源处理方式。这个方式是实用的。

这里可能有人会说，我已知池和外接电源基本不会一起供电，我还加二极管干嘛？

这里我只是经验之谈，双电源，二极管得加，一般加肖特基二极管，为了少点压降。不能不加，因为考虑到产品的安全性，用户可能的不正当操作等。

1.3 小结

适用场景，供电电源都是 5V的场合，供电电源为外接适配器，USB，是性价比最高的方案。

带电池场景需要考虑额外的诸多问题，如果对自己的产品使用场景有底，可以针对的使用。

二、MOS管切换电路

2.1 经典电路

5V电源和电池的场合，使用一个MOS管作为备用电源（电池电源）的开关，有一个经典电路，原型如下（5V的电源不一定是USB，可以是外接适配器的5V）：

这经典的电路已经被许多博主工程师介绍过，我通过查阅大量的文章，发现大都是分享一个电路，说一下工作流程。这里我必须说明一些容易出错的地方。

注意这里使用的PMOS，方向没有画反，因为需要用到 MOS管的体二极管。电池电压通过体二极管到达 S 级，在没有 VUSB 的时候使得 Vgs <0，MOS管导通，给Vout 供电。

那为什么不将 PMOS 管的 S 对着 VBat， D级对着 Vout 呢？

还是因为体二极管，如果有 VUSB 的时候，通过体二极管，VUSB 电压直接到了电池，这是不允许的。

电路的流程简单介绍一下：

当VUSB有电，PMOS管截止，即便有体二极管电流流过，但是因为VUSB会比 Vbat 电压高，PMOS的Vgs>0 ,所以PMOS体二极管截止，负载由 VUSB 供电；

当VUSB没电，PMOS导通，负载由 VBat 供电；

能否无缝自动切换？

无缝自动切换指的是，在有 VUSB 和 电池同时供电的情况下，忽然去掉一个，负载能否保持正常工作而不复位或者出异常。实际上大多情况都是去掉 VUSB 后能否切换至电源供电而不出问题。

关于这个问题，其实是比较复杂的，决定能否无缝自动切换的因数有很多，一般在使用的时候都是根据自己的情况调整一些元器件使得能够实现无缝自动切换，这里说明一些可能影响能否无缝自动切换的因数：

1、MOS管参数

我们知道，MOS管有一个阈值电压，阈值电压越小，MOS管越容易导通。在MOS管选型的时候可以根据适当情况调整：