前言

在實際產品設計中可以有多種電源方案，這里以一般的單片機產品為例，3.3V左右供電的系統，常見的有 USB供電、外接電源適配器供電 和 電池供電。

一般產品設計的時候，為了產品更加穩定和智能，我們都會預留其中2種甚至多種供電方式，一般每種電源單獨存在，都可以給產品供電，但是如果這些電源同時存在的情況，它們是如何選擇供電或者說設計者該如何設計成比較理想的情況呢，這就今天我們要聊聊的電源自動切換電路。

一、最簡單的二極管

最簡單的電源自動切換電路：二極管并聯。

兩個電源，根據供電電壓的高低自動選擇，哪邊電壓高用哪邊。

二極管可以選擇普通二極管（最大 0.7V 壓降）或者肖特基二極管（最大 0.3V 壓降）

1.1 都是5V電源

如果我們的系統是使用3.3V供電，而兩個電源都是5V（USB，外接適配器），后端需要接一個 LDO，那么這個電路使用哪種二極管都無所謂，如果是普通二極管要注意 LDO 的選項，得選擇低壓差的。

如果是系統中需要有5V供電，那么普通二極管基本不可行的，得使用肖特基二極管。

使用 5V電源經過肖特基二極管壓降后對于大部分要求 5V 供電的設備還是沒問題的。

在這種情況下，使用二極管并聯有一個好處，不局限于2路，比如實際中可能出現3種，再多也可以，但是一個產品我做過的最多就3路，如下圖：

1.2 帶電池電源

但是如果有一路電源是電池，不管是常見的 4.2V 鋰電池，還是 3.6V AA電池（有鋰電池，也有其他種類，比如鋰亞硫酰氯電池），使用普通二極管 0.7V壓降顯然不可以，那么必須得 選擇肖特基二極管。

即便這樣，對于電池來說這個壓降也還是太浪費了，但是至少是能夠使用起來的。

而且還得注意一個問題，使用肖特基二極管壓降越低，但是反向漏電流越大，那么在電池和其他電源同時存在的情況下，需要考慮到電池是否能夠“容忍”這個反向電流。

大部分鋰電池并不能接收電流直接流入的，為了安全起見，不建議電池和 5V直接使用該方式做自動切換電路。但實際上，如果產品的使用場景，已知電池和外接電源可能一起供電時間很少，注意好自己的負載需要的電壓，選擇合適的LDO或者電源處理方式。這個方式是實用的。

這里可能有人會說，我已知池和外接電源基本不會一起供電，我還加二極管干嘛？

這里我只是經驗之談，雙電源，二極管得加，一般加肖特基二極管，為了少點壓降。不能不加，因為考慮到產品的安全性，用戶可能的不正當操作等。

1.3 小結

適用場景，供電電源都是 5V的場合，供電電源為外接適配器，USB，是性價比最高的方案。

帶電池場景需要考慮額外的諸多問題，如果對自己的產品使用場景有底，可以針對的使用。

二、MOS管切換電路

2.1 經典電路

5V電源和電池的場合，使用一個MOS管作為備用電源（電池電源）的開關，有一個經典電路，原型如下（5V的電源不一定是USB，可以是外接適配器的5V）：

這經典的電路已經被許多博主工程師介紹過，我通過查閱大量的文章，發現大都是分享一個電路，說一下工作流程。這里我必須說明一些容易出錯的地方。

注意這里使用的PMOS，方向沒有畫反，因為需要用到 MOS管的體二極管。電池電壓通過體二極管到達 S 級，在沒有 VUSB 的時候使得 Vgs <0，MOS管導通，給Vout 供電。

那為什么不將 PMOS 管的 S 對著 VBat， D級對著 Vout 呢？

還是因為體二極管，如果有 VUSB 的時候，通過體二極管，VUSB 電壓直接到了電池，這是不允許的。

電路的流程簡單介紹一下：

當VUSB有電，PMOS管截止，即便有體二極管電流流過，但是因為VUSB會比 Vbat 電壓高，PMOS的Vgs>0 ,所以PMOS體二極管截止，負載由 VUSB 供電；

當VUSB沒電，PMOS導通，負載由 VBat 供電；

能否無縫自動切換？

無縫自動切換指的是，在有 VUSB 和 電池同時供電的情況下，忽然去掉一個，負載能否保持正常工作而不復位或者出異常。實際上大多情況都是去掉 VUSB 后能否切換至電源供電而不出問題。

關于這個問題，其實是比較復雜的，決定能否無縫自動切換的因數有很多，一般在使用的時候都是根據自己的情況調整一些元器件使得能夠實現無縫自動切換，這里說明一些可能影響能否無縫自動切換的因數：

1、MOS管參數

我們知道，MOS管有一個閾值電壓，閾值電壓越小，MOS管越容易導通。在MOS管選型的時候可以根據適當情況調整：

2、上圖R2電阻

在上圖中，MOS管的 G 極到 GND 有一個電阻R2, 這個R2的阻值越小，MOS管導通速度越快。

但需要注意的是，這個R2是一直在耗電的，如果太小，那么系統額外白白浪費的功耗就越多。

3、VouT 端濾波電容

實際上，Vout端如果有大一點的濾波電容，電容可以儲存一定的能量，會使得無縫切換更加穩定，大一點的電容我實際使用的至少都是100uF以上的。

4、Vin 端電容

Vin端的電容實際上就是 VUSB 入口處的電容，在上圖中是沒有的，當然這里提出來也是說明不建議加，因為加了VUSB的掉電更緩慢，導致 PMOS 導通時間加長。原理同上面Vout的濾波電容一樣。

5、負載功耗

負載功耗這個倒是我們無法改變的，但是他確實會影響自動切換，如果負載功耗太大，那么是有可能會導致系統復位的。反正就是負載功耗越大，越容易在電源切換的時候出問題。這時候一般來說，可以試著增加 Vout 端的濾波電容大小。

所以在實際使用中，注意上面的幾個因數，電路是可以做到無縫自動切換的。

上面的這個電路在VUSB 和電池 雙電源供電的實際上已經可以正常使用，而且很經典實用。

2.2 經典電路變種

我們上面經典電路使用 PMOS ，還特意提到了 PMOS 的方向，但是如果就是想把PMOS反過來，或者設計的時候畫反了怎么彌補？

這里就針對上面電路做了一個變種電路：

這個電路理解起來應該也很簡單，原理也就是 Vgs < 0, PMOS管導通，和上面經典電路一樣。

然后加了一個D2，防止了VUSB給電池充電的可能，這部分的處理有點類似與上面提到的最簡單的二極管并聯方式，但是會比二極管并聯更加可靠。

相對于經典電路，這個電路要接受電池多一個 D2 二極管的壓降。

這個電路相對經典電路并沒有什么優勢，但是我們要理解這個思路，有了這個思路，我們就有更多的可能。前面的兩個電路，都是只能適用于Vbat 必須小于VUSB的情況，如果他們兩個電壓相等或者其他情況的時候怎么處理？當然可以直接用兩個二極管并聯，但是我們這里要提到的是使用MOS的方法。

2.3 經典電路升級

根據前面的經典電路，和經典電路變種的設計思路，我們可以再用一個MOS管代D2，于是電路變成下面這樣：

相對于上面的電路來說 VUSB 與 VBat 的 壓差就沒有那么嚴格，具體的情況視具體情況而定。下面的邏輯是按照電路設計正常工作情況來說明，當然不是任何電壓都適合。我們這里只是電路記錄分享，如果有問題，可以評論區指出。

原理上來說還是MOS管，當VUSB有電的時候，Q2，Q1截止，VUSB供電，當VUSB沒電的時候，Q2，Q1導通，VBat 供電。

當然或許會有可能Q2會導通，然后Q1截止，然后需要再根據情況詳細分析的情況。

但是整體上，相對于經典電路來說 VUSB 與 VBat 的 壓差就沒有那么嚴格，在同樣的電壓下也可以做到切換。

2.4 另一種思路

除了上面經典電路思想，我項目中確實用的也是上面的電路，但是在寫博文的時候，為了做總結，查找了好多文章，發現了一款比較中意的電路：

這里是原文的鏈接：非常精妙的主副電源自動切換電路，并且“零”壓降，客官你GET到精髓了嗎？…

其中 Vin1 是主電源，Vin2 是備用電源。

當 Vin1 和 Vin2 都有電的時候會使用Vin1，只要有 Vin1 ，Q1導通使得 Q2 的 G 極接地，然后Q2也導通，Q3的 G極連接 VIn1，S極基本也是Vin1（比Vin1小一點點，幾十mV），所以Q3截止，Vout 來自 Vin1。

其他的詳細分析可以查看原文，這里我只是做個記錄。

三、電源切換芯片

對于某些特除的場合，也可以使用電源切換芯片，電源切換芯片相對來說基本無壓降，但是相對來說，電源切換芯片的成本太高了。

比如 LTC441x 系列。

實際項目中，我倒確實還沒用過電源自動切換芯片，這個或許等以后有機會用到再來記錄。

結語

除了文中提到的這些常用電路，還會有其他的一些帶上三極管或者更多MOS管的電路，但是我個人而言，我是應該不會去用那么多的元器件做一個電源切換的= =！即便電路多么巧妙，我基本上都很少去分析,我還是實際項目為導向的，除非以后確實項目需要，我會來更新完成文章。

文章以總結記錄電路為主，所以并沒有用詳細數據分析，實際使用根據自己的情況，選擇合適的方案，進行必要的細節調整，才能設計出合適自己的電路方案！