双电源切换应用电路

1、功率P-FET控制器LTC4414LTC4414 是一种功率P-EFT 控制器，主要用于控制电源的通、断及自动切换，也可用作高端功率开关。该器件主要特点：工作电压范围宽，为3.5 36V ；电路简单，外围元器件少；静态电流小，典型值为30 A ；能驱动大电流P 沟道功率MOSFET ；有电池反极性保护及外接 P-MOSFET 的栅极箝位保护；可采用微制器进行控制或采用手动控制；节省空间的 8 引脚 MSOP 封装；工作温 -40 +125 。图 1 LTC4414 的引脚排列引脚排列及功能LTC4414 的引脚排列如图1 所示，各引脚功能如表1 所示。精选文库图 2 LTC4414 结构及外围

2、器件框图基本工作原理这里通过内部结构框图及外接元器件组成的电源自动切换电路来说明其工作原理。内部结构框图及外围元器件组成的电路如图2 所示。其内部结构是由放大器A1 、电压 /电流转换电路、电源选择器（可由VIN 端或 SENSE 端给内部电路供电） 、模拟控制器、比较器C1、基准电压源（ 0.5V ）、线性栅极驱动器和栅极电压箝位保护电路、开漏输出FET 及在 CTL内部有3.5 A 的下拉电流源等组成。外围元器件有P 沟道功率MOSFET 、肖特基二极管D1 、上拉电阻RPU、输入电容CIN 及输出电容COUT 。图 2 中有两个可向负载供电的电源（主电源及辅电源），可以由主电源单独供电，

3、也可以接上辅电源，根据主、辅电源的电压由LTC4414 控制实现自动切换。这两种供电情况分别如下。1 主电源单独供电主电源单独供电时，电流从LTC4414 的 VIN 端输入到电源选择器，给内部供电。放大器 A1 将 VIN 和 VSENSE 的差值电压放大，并经过电压 /电流转换， 输出与 VIN VSESNSE之值成比例的电流输入到模拟控制器。当VIN VSESNE>20mV时，模拟控制器通过线性栅极驱动器及箝位保护电路将GATE 端的电压降到地电平或到栅极箝位电压（保证-VGS 8.5V ），使外接 P-MOSFET 导通。与此同时， VSESNE 被调节到 VSESNE=VIN

4、20mV ，即外接 P-MOSFET 的 VDS=20mV 。P-MOSFET 的损耗为 ILOAD ×20mV 。在 P-MOSFET 导通时，模拟控制器给内部 FET 的栅极送低电平， FET 截止，STAT 端呈高电平 （表示 P-MOSFET 导通）。2 加上辅电源当加上辅电源（如交流适配器）后，如果VSESNE> VIN+20mV，则内部电源选择器由SENSE 端向内部电路供电。模拟控制器使GATE 端电压升高到VSENSE ，则 P-MOSFET 截止，辅电源通过肖特基二极管D1 向负载供电。这种电源切换是自动完成的。在辅电源向负载供电时，模拟控制器给内部FET 的

5、栅极送高电平，FET 导通， STAT 端呈低电平（表示辅电源供电） 。上拉电阻 RPU 的阻值要足够大， 使流过 FET 的电流小于 5mA 。在上述两种供电方式时， CTL 端是接地或悬空的。 CTL 的控制功能将在下面的应用电-2精选文库路介绍。典型应用电路1 主、辅电源自动切换电路图 3 是一种减少功耗的主、辅电源自动切换电路，其功能与图2 电路相同， 不同之处是用一只辅 P-MOSFET （ Q2）替代了图2 中的 D1，可减少电压降及损耗。其工作原理与图2完全相同。图 3 主、畏电源自动切换电路图 4 由微控制器控制的电源切换电路2 由微控制器控制的电源切换电路由微控制器 （ C）

6、控制的电源切换电路如图4 所示。 此图中的主、 辅 P-MOSFET 都采用了两个背对背的P-MOSFET 组成，其目的是主电源或辅电源中的P-MOSFET 截止时，均不会通过 P-MOSFET 内部的二极管向负载供电。 其缺点是电源要通过两个 P-MOSFET 才能向负载供电，损耗增加一倍，并增加成本。图 4 虚线框中的稳压二极管（一般取 8 10V ）连接在辅 P-MOSFET 的极限 -VGSS 时，由于稳压二极管的击穿电压 <-VGS ，稳压二极管被击穿使 P-MOSFET 的-VGS 箝位于 810V ，从而进行保护。主、辅电源的电压若等于或小于C 的工作电压时， 主、辅电源可

7、直接连接C 的 ADC接口； 若主、辅电源的电压大于 C 的工作电压时， 则电源电压要经过电阻分压器分压后才能输入 C 的 ADC （图 4 中，主辅电源直接与 C 接口）。-3精选文库 C 的 I/O 口与 LTC4414 的 CTL 端连接。 当在 CTL 端施加逻辑低电平时 （低于 0.35V ）时，主电源向负载供电 （不管辅电源的电压高低） ；当 C 向 CTL 端施加高电平 （高于 0.9V ）时，则由辅电源向负载供电（也不管其电压比主电源高还是低）。一旦辅电源供电，主电源可移去。只有当主电源高于辅电源并且在CTL 端置低电平时才能使主电源恢复供电。为了在切换的瞬间使输出电压变化较小

8、，输出电容COUT 要有足够的电容量。这电路切换的过程是：CTL=H时， GATE 端的电压与SENSE 端的电压相等，使主P-MOSFET 的-VGS=0 而截止； 与此同时 STAT 端为低电平， 使辅 P-MOSFET 的 -VGS Vout 而导通。在实际使用时，主电源往往由电池供电，主电源低阈值电压（切换电压）先设定好并存入 C 中， C 检测主要电源的电压，一旦主电源的电压低于设定的低阈值电压，C 向CTL 端输出高电平，则主P-MOSFET 截止； STAT 端输出低电平，辅P-MOSFET 导通，电源切换成辅电源供电。此时可移去主电源的电池，更换充好电的电池再装入。C 可检查主

9、电源的电压，若 VIN>VSENEN 超过 20mV ， C 会自动切换到主电源供电。 C 还可以通过 I/O 口驱动不同颜色的 LED ，显示主、辅电源的供电状态。图 5 高端功率开关3 高端功率开关图5 是由LTC4414组成的高端功率开关电路。由CTL端施加逻辑电平来控制P-MOSFET 的通、断。该电路可由C 控制、电路控制或手动控制。CTL=L 时，开关导通；CTL=H 时，开关关断。外围元器件的选择LTC4414 的主要外围元器件是P-MOSFET 、输入、输电容器CIN 和 COUT 。1 P-MOSFET 的选择为满足电路工作的可靠性，要选VDSS>VIN(max)

10、 及 RDS(on) 小的 P-MOSFET 。在 VIN低、 ILOAD 大时，要保证ID>ILOAD(max)及 RDS(on)× I LOAD(max) 20mV 。2CIN 及 COUT 的选择为保证在电源切换及负载有较大变化时输出电压稳定，选择合适的CIN 及 COUT 很重要。C IN 一般在 0.1 10 F 范围内选择， C OUT 在 1 47 F 范围内选取。 C IN 及 C OUT可选用多层陶瓷电容器（MLCC ），其电容量大小是否合适最好通过实验来调整。在使用 MLCC 电容器时，因其ESR 低，自身谐振频率及Q 值高，有可能在AC 适配器供电插拔瞬单间生高压脉冲而损坏LTC4414 。因此，凌特公司