雙電源切換應(yīng)用電路

1、功率P-FET控制器LTC4414 LTC4414是一種功率P-EFT控制器，主要用于控制電源的通、斷及自動切換，也可用作高端功率開關(guān)。該器件主要特點(diǎn)：工作電壓范圍寬，為3.536V；電路簡單，外圍元器件少；靜態(tài)電流小，典型值為30A；能驅(qū)動大電流P溝道功率MOSFET；有電池反極性保護(hù)及外接P-MOSFET的柵極箝位保護(hù)；可采用微制器進(jìn)行控制或采用手動控制；節(jié)省空間的8引腳MSOP封裝；工作溫-40+125。 圖1 LTC4414的引腳排列引腳排列及功能 LTC4414的引腳排列如圖1所示，各引腳功能如表1所示。 圖2 LTC4414結(jié)構(gòu)及外圍器件框圖基本工作原理這里通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及外接元

2、器件組成的電源自動切換電路來說明其工作原理。內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及外圍元器件組成的電路如圖2所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由放大器A1、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路、電源選擇器（可由VIN端或SENSE端給內(nèi)部電路供電）、模擬控制器、比較器C1、基準(zhǔn)電壓源（0.5V）、線性柵極驅(qū)動器和柵極電壓箝位保護(hù)電路、開漏輸出FET及在CTL內(nèi)部有3.5A的下拉電流源等組成。外圍元器件有P溝道功率MOSFET、肖特基二極管D1、上拉電阻RPU、輸入電容CIN及輸出電容COUT。圖2中有兩個可向負(fù)載供電的電源（主電源及輔電源），可以由主電源單獨(dú)供電，也可以接上輔電源，根據(jù)主、輔電源的電壓由LTC4414控制實現(xiàn)自動切換。這兩種供電情況分

3、別如下。 1 主電源單獨(dú)供電主電源單獨(dú)供電時，電流從LTC4414的VIN端輸入到電源選擇器，給內(nèi)部供電。放大器A1將VIN和VSENSE的差值電壓放大，并經(jīng)過電壓/電流轉(zhuǎn)換，輸出與VINVSESNSE之值成比例的電流輸入到模擬控制器。當(dāng)VINVSESNE>20mV時，模擬控制器通過線性柵極驅(qū)動器及箝位保護(hù)電路將GATE端的電壓降到地電平或到柵極箝位電壓（保證-VGS8.5V），使外接P-MOSFET導(dǎo)通。與此同時，VSESNE被調(diào)節(jié)到VSESNE=VIN20mV，即外接P-MOSFET的VDS=20mV。P-MOSFET的損耗為ILOAD×20mV。在P-MOSFET導(dǎo)通時，

4、模擬控制器給內(nèi)部FET的柵極送低電平，F(xiàn)ET截止，STAT端呈高電平（表示P-MOSFET導(dǎo)通）。2 加上輔電源當(dāng)加上輔電源（如交流適配器）后，如果VSESNE> VIN+20mV，則內(nèi)部電源選擇器由SENSE端向內(nèi)部電路供電。模擬控制器使GATE端電壓升高到VSENSE，則P-MOSFET截止，輔電源通過肖特基二極管D1向負(fù)載供電。這種電源切換是自動完成的。在輔電源向負(fù)載供電時，模擬控制器給內(nèi)部FET的柵極送高電平，F(xiàn)ET導(dǎo)通，STAT端呈低電平（表示輔電源供電）。上拉電阻RPU的阻值要足夠大，使流過FET的電流小于5mA。在上述兩種供電方式時，CTL端是接地或懸空的。CTL的控制功能

5、將在下面的應(yīng)用電路介紹。典型應(yīng)用電路1主、輔電源自動切換電路圖3是一種減少功耗的主、輔電源自動切換電路，其功能與圖2電路相同，不同之處是用一只輔P-MOSFET（Q2）替代了圖2中的D1，可減少電壓降及損耗。其工作原理與圖2完全相同。 圖3 主、畏電源自動切換電路 圖4 由微控制器控制的電源切換電路2 由微控制器控制的電源切換電路由微控制器（C）控制的電源切換電路如圖4所示。此圖中的主、輔P-MOSFET都采用了兩個背對背的P-MOSFET組成，其目的是主電源或輔電源中的P-MOSFET截止時，均不會通過P-MOSFET內(nèi)部的二極管向負(fù)載供電。其缺點(diǎn)是電源要通過兩個P-MOSFET才能向負(fù)載供

6、電，損耗增加一倍，并增加成本。圖4虛線框中的穩(wěn)壓二極管（一般取810V）連接在輔P-MOSFET的極限-VGSS時，由于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓<-VGS，穩(wěn)壓二極管被擊穿使P-MOSFET的-VGS箝位于810V，從而進(jìn)行保護(hù)。主、輔電源的電壓若等于或小于 C的工作電壓時，主、輔電源可直接連接C的ADC接口；若主、輔電源的電壓大于C的工作電壓時，則電源電壓要經(jīng)過電阻分壓器分壓后才能輸入 C的ADC（圖4中，主輔電源直接與C接口）。C的I/O口與LTC4414的CTL端連接。當(dāng)在CTL端施加邏輯低電平時（低于0.35V）時，主電源向負(fù)載供電（不管輔電源的電壓高低）；當(dāng)C向CTL端施加高電平（

7、高于0.9V）時，則由輔電源向負(fù)載供電（也不管其電壓比主電源高還是低）。一旦輔電源供電，主電源可移去。只有當(dāng)主電源高于輔電源并且在CTL端置低電平時才能使主電源恢復(fù)供電。為了在切換的瞬間使輸出電壓變化較小，輸出電容COUT要有足夠的電容量。這電路切換的過程是：CTL=H時，GATE端的電壓與SENSE端的電壓相等，使主P-MOSFET的-VGS=0而截止；與此同時STAT端為低電平，使輔P-MOSFET的-VGSVout而導(dǎo)通。在實際使用時，主電源往往由電池供電，主電源低閾值電壓（切換電壓）先設(shè)定好并存入C中，C檢測主要電源的電壓，一旦主電源的電壓低于設(shè)定的低閾值電壓，C向CTL端輸出高電平，

8、則主P-MOSFET截止；STAT端輸出低電平，輔P-MOSFET導(dǎo)通，電源切換成輔電源供電。此時可移去主電源的電池，更換充好電的電池再裝入。C可檢查主電源的電壓，若VIN>VSENEN超過20mV，C會自動切換到主電源供電。C還可以通過I/O口驅(qū)動不同顏色的LED，顯示主、輔電源的供電狀態(tài)。 圖5 高端功率開關(guān)3 高端功率開關(guān)圖5 是由LTC4414組成的高端功率開關(guān)電路。由CTL端施加邏輯電平來控制P-MOSFET的通、斷。該電路可由C控制、電路控制或手動控制。CTL=L時，開關(guān)導(dǎo)通；CTL=H時，開關(guān)關(guān)斷。外圍元器件的選擇LTC4414的主要外圍元器件是P-MOSFET、輸入、輸電

9、容器CIN和COUT。1 P-MOSFET的選擇為滿足電路工作的可靠性，要選VDSS>VIN(max)及RDS(on)小的P-MOSFET。在VIN低、ILOAD大時，要保證ID>ILOAD(max)及RDS(on) ×I LOAD(max) 20mV。2 C IN及C OUT的選擇為保證在電源切換及負(fù)載有較大變化時輸出電壓穩(wěn)定，選擇合適的CIN及COUT很重要。C IN一般在0.110F范圍內(nèi)選擇，C OUT在147F范圍內(nèi)選取。C IN及C OUT可選用多層陶瓷電容器（MLCC），其電容量大小是否合適最好通過實驗來調(diào)整。在使用MLCC電容器時，因其ESR低，自身諧振頻率及Q值高，有可能在AC適配器供電插拔瞬單間生高壓脈沖而損壞LTC4414。因此，凌特公司建議