交流電與電池構(gòu)成的雙電源供電體系，經(jīng)常出現(xiàn)在便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。其中，電池和交流電源之間的平穩(wěn)電源切換是一個(gè)關(guān)鍵性的硬件設(shè)計(jì)課題。這個(gè)切換過程要求盡量避免用戶干預(yù)、保證能量損失最少，盡可能不在電池供電回路中插入串聯(lián)元件，以免在電池電壓較低時(shí)電流回路中引起額外的電壓降，從而降低總體轉(zhuǎn)換效率。盡可能減小電池電流回路中的電阻，可有效地延長電池壽命。當(dāng)接入交流電時(shí)，任何由電池供電的DC/DC電路應(yīng)從電池中吸取電流最小。下面，將介紹幾種符合上述要求的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)方案。

1．采用二極管隔離

交流電與電池構(gòu)成的雙電源供電體系，進(jìn)行電源切換的最簡單的方法就是利用兩個(gè)肖特基二極管隔離兩種電源，如圖1所示。這種電路要求交流適配器的輸出電壓必須高于電池DC/DC變換的輸出電壓。當(dāng)接入交流適配器時(shí)，二極管VD2被反偏，禁止電流從電池流向負(fù)載。當(dāng)去掉交流電源時(shí)，二極管VD1可防止電流從電池流入適配器。這種方案設(shè)計(jì)簡單，占用印制電路板面積小。但它存在兩個(gè)缺點(diǎn)：VD2的正向電壓（大約為0.4V）降低了DC/DC的輸出電壓，如果輸出電壓低于啟動(dòng)電壓，該方案將不適用；另外，VD2的正向電壓也浪費(fèi)了電池的功率，二極管VD2所耗散的功率等于負(fù)載電流乘以正向壓降。

圖1 用二極管隔離的交直流切換電路

2．利用MOSFET開關(guān)

在圖2中，用一個(gè)P溝道MOSFET代替圖1中的二極管VD2。切換到電池時(shí)，MOS-FET導(dǎo)通，電池向負(fù)載供電。接入交流適配器時(shí)，MOSFET的柵極電壓高于其源極電壓，處于關(guān)斷狀態(tài)，從而切斷了電池與負(fù)載的連接。對100mA的負(fù)載電流，一個(gè)導(dǎo)通電阻為50mΩ的P溝道MOSFET的電壓降為0.5mV，耗電僅0.5mW。而圖1所示的二極管配置方式，電壓降為400mV，功率損耗為40mW。MOSFET的導(dǎo)通電阻依賴于它的柵極偏置。在圖2中，當(dāng)去掉交流電源時(shí)，MOSFET的柵極電壓為零，源極為電池電壓。MOSFET的導(dǎo)通電阻應(yīng)在此偏壓下足夠低，保證在最大負(fù)載電流下能夠獲得所期望的輸出電壓。因此，應(yīng)盡量選用低閾值的MOSFET管。

圖2 采用MOSFET的交直流切換電路

3．使用帶交/直流切換的雙輸出集成IC

在圖3所示的電源設(shè)計(jì)方案中，有兩個(gè)輸出電壓：5V/600mA和3.3V/200mA，其輸入可以是交流電源或2節(jié)電池。此方案避免了以上兩圖中的一些缺點(diǎn)，特別是在電池供電回路中省去了二極管或MOSFET。U1（MAX608）是一個(gè)開關(guān)式DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，它的輸入是未經(jīng)穩(wěn)壓的直流（2～5V）輸出為5.1V的穩(wěn)定電壓。另一個(gè)開關(guān)型升壓轉(zhuǎn)換器（U2）內(nèi)含線性穩(wěn)壓器，它由轉(zhuǎn)換器的升壓輸出供電。將U1的輸出設(shè)置為5.1V的目的是為了確保U1的輸出高于U2的輸出，另外，為保證在交流適配器供電時(shí)由U1為U2的線性穩(wěn)壓器供電，需要將U1和U2的輸出連接在一起。U1可以提供300mA的負(fù)載電流，其效率為95%。在內(nèi)置線性穩(wěn)壓器輸出3.3V時(shí)，可提供200mA電流。為了防止電池的電流流入U(xiǎn)1，當(dāng)去掉交流適配器時(shí)，U2的LBI/LBO比較器關(guān)閉U1。若電池和交流電源一起供電，在U2的反饋端測得輸出電壓高于它的穩(wěn)壓值時(shí)將一直保持在空閑模式。

圖3 有交流切換功能的雙輸出DC/DC方案