使用二极管或逻辑在电池和 USB 之间切换

电器工程 数字逻辑 二极管 交换
2022-01-14 07:32:51

我有一个 Raspberry Pi,它由三星充电器的 USB 电缆供电。现在由于我的大学经常停电,我设计了一个基本开关,使用二极管或门在便携式移动电池和 USB 电源之间自动切换。该电路已从此处获取,如下所示:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

所以现在,考虑到这是实现我的目的的一种非常简单的方法,我想知道的是当两者都连接时哪个电源正在被用完。也许通过一些 LED 指示灯或其他东西。该电路的主要基础是我的输入V1电压高于来自BAT. 然而,两个输入源之间的差异是微不足道的。例如,我的 2.1 A 三星充电器输出约 5.3 V,而我的便携式电池输出约 5.1 V。但是,这种差异似乎适用于此处给出的电路。但是,可以肯定的是,我想要一些指示器来检查当前哪个输入处于活动状态。

4个回答

您正在寻求添加 LED 指示灯的帮助,但您的电路还有其他一些问题。当 Pi电压低于 5.0 伏时,它会变得不稳定,并且 1N4007 二极管的压降为 0.8 或 0.9 伏。一种解决方案是使用只有 0.3 伏降的肖特基二极管,例如 1N5820。

可以为 Pi 提供更好电压的二极管替代方案是以下电路:

Pi 电源

当主电源下降时,这里使用 P 沟道 MOSFET 将电池与 Pi 连接。比较器 (LM293) 将电池电压与主电源电压进行比较。当主电压低于电池电压时,MOSFET 开启,LED 点亮。IRF4905的低导通电阻确保当 MOSFET Vgs=-5V 时电池的电压降低于 0.1 伏。电池将为 Pi 供电,直到主电压恢复,因为比较器随后将关闭 MOSFET。

编辑:一些细节。

电路中存在一些误差源,使其不够精确,但足以达到预期目的。10k 电阻器的容差和比较器偏移电压可以稍微改变开关点。需要 1k 电阻(不是 220 欧姆),因为 LM293 不能吸收太多电流。当 Vgs 为 -5.0 伏特时,MOSFET Q1 必须具有低电阻(IRF7410 是一个极好的选择,但仅可用于表面贴装)。当 Vbat 和 Vin 几乎相等时,由于可变 Pi 处理产生的噪声可能会导致 MOSFET 快速开启和关闭。这可能会在 MOSFET 中引起不必要的热量。其中一个分压器上的电容器将停止任何快速振荡(但会减慢对下降的 Vin 的响应)。此外,电路已经快速设计,没有模拟或测试......

编辑3:更正。

如果电源 Vin 比 Vbat 高 700 mV 以上,MOSFET 中的集成反向偏置二极管将导通并尝试从电源为电池充电。这可能不是你想要的。与 Q1 串联的肖特基二极管可以防止反向电流,但这会破坏 MOSFET 的作用!我应用了背靠背 MOSFET 的巧妙技巧通过安装 2 个具有公共漏极或公共源极的 MOSFET,可以阻止体二极管电流泄漏。该对将具有两倍的电阻(Rds on),但这在此应用中并不重要。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

您可以在二极管之前的每个电源输入路径上串联一个 10mΩ 或 100mΩ 的小电阻(称为分流电阻),并使用双封装通用运算放大器,并使用其中两个独立监控分流电阻。当一些任意电流流过电阻器(例如,200mA)时,您的运算放大器将能够通过 LED 提供/吸收电流,以指示哪个输入正在供电。

如果你有 100mΩ 电阻,并且有 200mA 电流通过它,那么它两端的电压将为 20mV。您需要放大它,以使运算放大器的第二级更可靠、更容易充当比较器。也许第一个运算放大器的输出增益为 20。这意味着您在“ON”条件下的比较电压将为 0.4V。

然后,您的第二级运算放大器将使用来自 5V 轨的分压器参考作为运算放大器反相输入的输入。0.4V 基本上是 1/11,因此您可以找到适用于此的任何电阻值,可能是 10KΩ 和 100KΩ 之类的简单电阻(给您 0.091 的比率)。同相输入是第一个运算放大器的输出级,在没有反馈的情况下,运算放大器将处于开环状态(巨大的增益,基本上是基于比较输入的 ON 或 OFF)。

最后,第二个运算放大器的输出将通过一个电阻器和 LED,以便简单地指示流过该特定输入的分流电阻器的电流。一个非常简单的廉价通用运算放大器就可以解决这个问题,而且电路非常简单。你应该能够在你的大学里找到所有的零件和原型板,并且让这一切都很快工作。

另一种解决方案是下面的电路。之前在Stackexchange中也有讨论过。

在此处输入图像描述

我只是不确定与 CarpetPython 提供的电路相比,使用该电路有什么优缺点。

也许有人可以澄清这一点?

使用 LTC4412 检查该电路。它完成整个工作提供“电池供电”指示器。

https://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/design-notes/dn1003f.pdf