Im Anschluss an eine frühere Frage suche ich nach einer Schaltung, bei der sie über USB mit Strom versorgt wird, wenn sie verfügbar ist, und die Batterie verwendet, wenn USB nicht angeschlossen ist.
Ich möchte, dass der Spannungsabfall minimal ist, wenn möglich Null. Daher ist die Verwendung von ORing-Dioden nicht möglich. Die in der Antwort erwähnten Mosfet-Leistungs-Oring-ICs sind extrem teuer (4 $ für 1 K), obwohl sie einen geringen Spannungsabfall aufweisen.
Ich suche nach einer diskreten Lösung, wo ich mit einfachen Schaltern oder sogar einem billigen LDO bauen kann. Ich habe nicht versucht, es zu bauen, aber ich dachte, ich könnte die Existenz des Vbus nutzen, um einen einfachen Schalter zu machen, um LDOs einen von VBus, den anderen von VBat zu steuern.
AKTUALISIEREN
Idealerweise ist ein Nullabfall erwünscht, jedoch können bis zu 100 mV toleriert werden.
Mein System hat 4 AA-Batterien, daher könnte es Fälle geben, in denen die Batteriespannung größer als 5 V ist, deshalb konzentriere ich mich auf die Existenz von VBus. Der kleine Abfall kommt von der Betriebsspannung eines der ICs, er muss 3,5 V (min) betragen und der größere Spannungsabfall frisst die Batterielebensdauer. (dh 4 Batterien, je 0,9, 3,6 V, 100 mV Abfall, ich kann die Batterien quetschen). Bei einem Abfall von 0,7 V kann ich nicht die volle Akkuleistung nutzen. (Ich muss das System irgendwann herunterfahren, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten, aber die Batterien haben noch viel Saft übrig)
Eine Schaltung, die das tut, was gewünscht wird, oder so viel wie gewünscht, wie offenbart wurde, ist unten gezeigt.
Diese Schaltung ist viel einfacher, als es sich anhörte, als müsste sie sein, da sich herausstellte, dass die USB-Stromversorgung problemlos eine Schottky-„Sperrdiode“ aufnehmen und dennoch die Vout-Anforderung erfüllen könnte. Wenn diese Diode einen zu hohen Spannungsabfall hatte, um akzeptabel zu sein, wäre eine Schaltung mit Zeitverzögerungen und Stromflussrichtungserkennung erforderlich gewesen. Es kann überraschend sein, wie viel Unterschied ein wenig mehr Information bei der Lösung eines Problems ausmachen kann.
Batteriezuführung oben. USB-Stromversorgung unten.
USB-Strom wird über die Schottky-Diode D1 zum Laden zugeführt. Die Stromversorgung kann je nach Wunsch über Ja und den LDO-Regler oder über JB erfolgen.
Wenn die Speisung über JB verwendet wird, muss der LDO mit externer Spannung an seinem Ausgang überleben, wenn er keinen Eingang hat. Bei Bedarf (abhängig vom LDO) würde das Hinzufügen einer weiteren Schottky-Diode über Ja "nach oben zeigend" die gleiche Spannung an beiden Seiten des LDO anlegen und den Ruhestrom (in den meisten Fällen) minimieren, wenn USB-Strom verwendet wird. Wenn unbedingt erforderlich, könnte ein anderer FET kann verwendet werden, um die USB-Einspeisung von LDO zu blockieren, sollte aber nicht benötigt werden. LDO könnte über Q3 gelegt werden, ABER dann liefert die Batterie jederzeit LDO-Ruhestrom = schlecht.
Wenn keine USB-Spannung vorhanden ist, wird Q3 = P-Kanal-MOSFET von R4 eingeschaltet und führt Batteriespannung zu LDO und von dort zu Vout.
Wenn die USB-Spannung vorhanden ist, wird Q1 von R2/R3 eingeschaltet und dies schaltet Q2 ein (normalerweise von R1 ausgeschaltet), wodurch das Q3-Gate hoch geklemmt und ausgeschaltet wird, wodurch die Batterieversorgung deaktiviert wird. USB-Stromzufuhr über D1 entweder über Ja und LDo oder Jb wie oben.
Batteriestrom bei angeschlossenem USB:
R1, R4, R5 auf jeweils nominal 1 Megaohm geändert, um die Batteriebelastung bei Verwendung von USB zu reduzieren. Ein kleiner MOSFET für Q2 und / oder etwas mehr Nachdenken reduzieren den erforderlichen Standby-Strom.
USB ein, Q1 ein, etwa 5 uA über R5, um Q2 einzuschalten. Etwa 5 uA über R4, um Q3 auszuschalten. R4 kann wahrscheinlich 10 MB betragen, wenn die langsame Reaktion in Ordnung ist. (Bei R4 = 10 Megaohm, wenn die Gate-Kapazität an Q3 beispielsweise 10 nF beträgt, dann ist die Zeitkonstante für das Einschalten = RC = 1E7 x 10E-9 = ~ 0,1 Sekunde. Abhängig von der =FET-Gate-Schwelle KANN es einige Zehntel Sekunden dauern für Batterie zum Einschalten, wenn USB nicht angeschlossen ist.Dies könnte zu einem Ausfall der gespeisten CCT führen, es sei denn, es wurde eine ausreichend große Ausgangskappe bereitgestellt.Bei R4 = 1m beträgt die Zeitkonstante etwa 10 Millisekunden, und eine "übliche" Art von Kappe auf der Ausgangsschiene würde ausreichen.
Kann "gestimmt" werden. Q1 eingeschaltet entfernt die Spannung von R1. 10 uA im Ruhezustand, wenn USB eingeschaltet ist = ~ 90 mAh/Jahr. Das sind etwa 3 % der Kapazität des Akkupacks. Klein aber nervig.
Q1, Q2 = fast jeder Jellybean-Bipolar. Q3 = P-Kanal-MOSFET. VSchwelle << VBatterie. D1 = Schottky zB 1N5817. LDO passend.
Rollen Sie Ihren eigenen LDO mit MOSFET und zB TLV431 kann im Betrieb etwa 100 uA Ruhe und im Wesentlichen keine Dropout-Spannung haben. Kann mit niedrigerer Iq-Referenzdiode viel niedriger sein.
SONDERN
Wenn Sie z. B. den SEHR netten TC2104 LDO von Microchip für unter 50 Cent in 1 bekommen können, macht es weniger Sinn, Ihren eigenen zu machen.
Seit Okt. 2001: Der TC2104 scheint verschwunden zu sein. Die LM293x-Serie ist weit verbreitet – siehe z . B. Digikeys-Angebote hier
Oder hier sind LDOs mit 0,1 V oder weniger Dropout-Spannung – Digikey -Listenmenge 1.
Hinzugefügt 9/2015 Kar gefragt
... warum werden die BJTs benötigt?
Warum nicht einfach einen MOSFET und eine Diode haben, und das war's?
@ Kar Gute Frage.
Die MOSFET-Lösung ist gut, aber sie ist etwas anspruchsvoller, als es den Anschein haben mag, während die bipolare Lösung ein paar mehr Komponenten verwendet, aber den Betrieb unter allen Bedingungen leichter gewährleisten kann.
Um den MOSFET wie gezeigt zu verwenden, muss die Vgsth des FET passend gewählt werden.
Die maximale Batteriespannung (vorausgesetzt, seine AA-Zellen sind Alkaline) beträgt 1,65 V (neue Zellen) x 4 = 6,6 V.
In einigen Fällen sogar vielleicht 1,655 V, also sagen wir 6,8 V für 4.
USB ist sagen wir 5,3 V max, wenn es eingeschaltet ist, und 0 V, wenn es ausgeschaltet ist, nachdem sich alle Kondensatoren entladen haben.
Aber entscheidend ist hier nicht USB Vmax sondern USB_on_min
USB_on_min = sagen wir 4,8V.
Unter dieser Bedingung muss der FET ausgeschaltet sein, also
FET Vgs = (6,8-4,8) = ~~~~ 2 V im schlimmsten Fall.
Der FET DARF NICHT bei Vgs = 2V einschalten.
Die Batteriemindestspannung beträgt beispielsweise 4 V, und USB Low fällt "nach einer Weile" auf 0 V, sodass sich der FET bei Vgs = 4 V einschalten muss. Das bringt die FET Vgs_off_max und Vgs_on_min in einen ziemlich engen Bereich von 2 bis 4 V.
Dies ist sicherlich durch die richtige Wahl des FET machbar - aber das Datenblatt muss gechackt werden, um sicherzustellen, dass die Streuung im ungünstigsten Fall im gewünschten Bereich liegt.
Der Designer muss sich bewusst sein, dass Design erforderlich ist!
Im bipolaren Fall wird USB Von_min sehr leicht von Q1 aufgenommen, und wenn gewünscht, kann eine vollständige Abschaltung erfolgen, wenn V_USB beispielsweise 2 V beträgt, sodass der Wechsel zur Batterie besser definiert ist.
Insgesamt fügt die bipolare Addition 2 x Q und 4 x R (klein, aber nicht trivial) hinzu, um eine bessere Flexibilität und Designierbarkeit zu erreichen.
ABER die reine MOSFET-Lösung ist gut, solange die Komplexität, die mit der Einfachheit einhergeht, richtig verstanden wird.
Wir hatten vor einiger Zeit ein ähnliches Problem bei einem kleinen tragbaren Gerät. Wir haben eine Batterie (CR2032) verwendet, die garantiert eine niedrigere Spannung als jede gültige USB-Stromversorgung hat, und dann die Schottky-Diode mit dem niedrigsten Spannungsabfall verwendet, die wir in Reihe mit der Batterie finden konnten. Das war gut genug für diesen Fall.
In Ihrem Fall hört es sich so an, als könnten Sie sich nicht darauf verlassen, dass die Batterie eine niedrigere Spannung als die USB-Stromversorgung hat. Im allgemeinen Fall möchten Sie 0-Drop-Dioden, eine in Reihe mit jeder angeschlossenen Leistung. Eine Möglichkeit, dem nahe zu kommen, besteht darin, mit zwei Schottky-Dioden zu beginnen, aber jeweils einen FET darüber zu legen. Die Dioden sorgen dafür, dass die Schaltung eingeschaltet ist, solange eine der Spannungsquellen eingeschaltet ist. Die Schaltung kann dann erkennen, welche Leistung verwendet wird, und den entsprechenden FET einschalten, um diese Diode kurzzuschließen. Sie müssen die beiden Eingangsspannungen weiterhin überwachen und den FET ausschalten, wenn sich die Dinge ändern.
Bei Schaltnetzteilen wird dies als Synchrongleichrichtung bezeichnet .
Russell McMahon
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Frank
Russell McMahon
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Kevin Vermeer
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Russell McMahon