Umschalten zwischen USB-Stromversorgung und einzelner Alkalibatterie

Ich habe die zahlreichen anderen Fragen zu diesem Thema gelesen, bin mir aber nicht sicher, ob eine davon auf meine Situation zutrifft.

Ich entwerfe ein Gerät, das mit einer Versorgungsspannung von 3,0-3,3 V betrieben wird und im aktiven Zustand nicht mehr als 40 mA zieht. Wenn das Gerät an einen USB-Anschluss angeschlossen ist, sollte es seinen Strom aus dem Bus beziehen. Wenn keine Busspannung vorhanden ist, möchte ich, dass das Gerät von einer einzelnen 1,5-V-AAA-Batterie mit Strom versorgt wird, die mit einem Aufwärtswandler wie einem TPS61097 oder einem TLV61225 auf ~ 3,3 V erhöht wird .

Ich möchte nicht nur Dioden oder die beiden Versorgungen zusammen: Wenn die USB-Stromversorgung angeschlossen ist, sollte der Aufwärtswandler außer Betrieb sein und (idealerweise) kein Strom aus der Batterie gezogen werden. Im Idealfall sollte der Strom des Geräts im inaktiven Zustand < 10 µA betragen, daher möchte ich keinen weiteren "teuren" Chip wie den LTC4412 hinzufügen.

Ich denke, die richtige Antwort besteht darin, die Batteriespannung durch einen MOSFET im Verarmungsmodus zu leiten, der sich abschaltet, wenn die 5-V-USB-Versorgung am Gate anliegt, aber ich habe Probleme, mich mit einigen dieser Konzepte zu befassen, und das bin ich Ich bin mir nicht sicher, wie ich bei der Auswahl eines Teils vorgehen würde.

Also, meine Fragen sind?

  • Was setze ich anstelle des Fragezeichens im Diagramm unten ein? Wenn es sich um einen MOSFET handelt, wie kann ich das richtige Teil auswählen?
  • Wenn ich einen LDO verwende, um 3,3 V vom USB-Bus zu erhalten, müsste ich eine Schutzdiode darauf setzen, richtig?
  • Auch wenn kein Eingangsstrom zum Aufwärtswandler fließt, brauche ich trotzdem eine Schutzdiode an seinem Ausgang?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Einfach: Verwenden Sie einen Boost-Konverter mit einem Shutdown-Pin - wenn er an USB angeschlossen ist, schaltet der USB den Boost-Konverter ab. Oh schau - beide, die du aufgelistet hast, haben einen.
@Majenko-notGoogle Vorbehalt, er muss möglicherweise den USB 5V invertieren, um ihn zum richtigen logischen Sinn für die Aktivierung zu machen
Ich stellte mir einen Widerstand vor, der EN auf VIN (1,5 V) hochzieht, und dann einen NPN, der ihn vom USB-5-V-Eingang auf LOW schaltet. Ich werde eine Antwort mit einem Schaltplan erstellen.
Ich weiß, dass TI zwei Eingangs-Buck/Boosts haben sollte, die bereits intern über eine Eingangsauswahllogik verfügen.

Antworten (2)

Beide von Ihnen aufgelisteten Boost-Regler haben einen EN- Eingang. Dies wird verwendet, um den Regler zu aktivieren oder zu deaktivieren, und kann sehr einfach über die Eingangsleistung des USB gesteuert werden:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Bei normalem Batteriebetrieb zieht R3 den EN-Pin hoch, sodass der Boost-Regler aktiviert ist. Wenn Sie den USB-Strom anschließen, fließt er durch R1 und schaltet Q1 ein. dies zieht EN nach unten. R2 wird verwendet, um sicherzustellen, dass Q1 abschaltet, wenn keine USB-Verbindung besteht, sodass R3 EN wieder hochziehen kann.

Möglicherweise möchten Sie die beiden Dioden trotzdem behalten, um einen Stromrückfluss durch den Regler zu verhindern, der derzeit nicht verwendet wird.

Hinweis: Ich habe die Widerstände mit Ballpark-Figuren gewählt. Möglicherweise müssen Sie Anpassungen vornehmen, um sicherzustellen, dass der EN-Pin die richtigen Spannungen / Ströme zum Aktivieren erhält, und Ihren Ruhestrom durch R3 so niedrig wie möglich halten, während der USB angeschlossen ist.

Ich glaube nicht, dass der EN-Pin beim TPS61097 verwendet werden kann - im Datenblatt heißt es: "Wenn der IC deaktiviert ist (EN = VIL), wird der Bypass-Schalter eingeschaltet, um eine direkte Verbindung mit niedriger Impedanz von der Eingangsspannung bereitzustellen ( am L-Pin) an die Last (VOUT)." Ich bin mir ziemlich sicher, dass das kein erwünschtes Verhalten ist. Wenn Sie sich das Blockdiagramm des TLV61225 ansehen, kann er möglicherweise mit Rückstrom gut umgehen. Ich denke, ich werde mir einfach ein paar Teile besorgen und es ausprobieren müssen.
Mit den Dioden dort würde das Umgehen des Boost-Reglers nur 1,5 V an der Anode von D2 darstellen, was blockiert wäre, da die Kathode höher ist, sodass nichts fließt.
Ah ich sehe. Könnte ich einen MOSFET wie einen 2N7002 verwenden, um den EN-Pin auf Low zu ziehen, damit ich R1 und R2 nicht brauche? Wird die Existenz von D2 zu einer signifikanten Verkürzung der Standby-Batterielebensdauer führen?
Sie möchten auch mit einem MOSFET immer noch R1 und R2 - R2 soll das Gate auf Low ziehen, wenn kein USB vorhanden ist, und R1, um den Einschaltstrom des USB zu begrenzen. R1 ist weniger kritisch, aber immer noch gut zu haben. D2 wird die Spannung ein wenig absenken, es sollte den Strom nicht beeinflussen.

Nach einigem Experimentieren entschied ich mich für den Aufwärtswandler MCP16251, da er einen niedrigen Ruhestrom, eine echte Ausgangstrennung und niedrige Kosten hat.

Ich stellte jedoch fest, dass selbst bei niedrig gezogenem Abschaltstift und R3 = 1 MΩ die Stromaufnahme aus der Batterie etwa 2 µA betrug. Da idealerweise kein Strom aus dem Akku gezogen werden soll, wenn das Gerät über USB betrieben wird, habe ich wie beschrieben einen p-Kanal MOSFET (ich habe einen Si2305DS verwendet, aber der FDN340P scheint auch eine gute Wahl zu sein) als Lastschalter verwendet in diesem Artikel .

Ich verwende einen LDK220M36R LDO, um die USB-Busspannung auf 3,6 V zu regeln, und eine 1SS367-Schottky-Diode, die an seinen Ausgang angeschlossen ist. Die Schaltung scheint ohne eine Diode am Ausgang des MCP16251 ordnungsgemäß zu funktionieren.

Umschalten zwischen USB-Stromversorgung und einzelner Alkalibatterie
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