【应用】IoT产品主备电源切换电路中使用PMOS管YJL2305B和NMOS管YJL2312A，实现防倒灌、电源控制
笔者需要基于如图1框图模型，设计一个IoT产品主备电源切换板，电路上需实现备用电池VBO输出和DC转换输出REG_VBO的自动切换。备用一次性锂电池，DC转换输出REG_VBO电压为3.6V。自动切换电路需要实现当外部电源输入EXT_POWER中断时候，自动切换到电池供电；当外部电源正常后，切换回外部供电，并且切换电路需要具备防倒灌功能。笔者使用扬杰科技PMOS管YJL2305B和NMOS管YJL2312A设计电路如图2所示，并通过DC芯片输出PGOOD信号控制实现两路电源自动切换。
图1 电源切换功能框图 图2 电源自动切换电路
电源切换板PCB设计如下图3所示，其中黄色框内为电池切换通道，绿色框内对应DC转换输出主电源切换通道。
图3 电源切换板PCB
上述电路刚开始工作时，电池输出电压可能高于DC输出。但伴随电池电量消耗，电池输出电压会低于DC输出，故设计中使用了两颗PMOS管YJL2305B来实现备用电池通道的电源通断控制和防倒灌功能；设计中使用一颗PMOS管YJL2305B来实现DC转换输出通道电源控制，并使用一颗NMOS管YJL2312A实现PMOS管G端电平反转控制。电路具体工作原理为：
1、 当外部电源正常输入时，REG_VBO输出3.6V，NMOS管Q6的G端为高电平Q6导通，Q5的G端变成低电平后Q5导通；同时Q1和Q2 的G端也为高电平，Q1和Q2处于截止状态。此时切换电路工作于外部电源输入通道，VBI输出等于REG_VBO电压 ，并且Q1和Q2自身体二极管的存在可有效防止电流倒灌。
2、 当外部输入电源中断后，REG_VBO无输出，Q6的G端通过R91下拉电阻固定到低电平状态，Q6不导通；Q1和Q2的G端同时也处于低电平状态，Q1和Q2导通; 此时切换电路工作于备用电源通道，VBI输出等于VBO电压。当REG_VBO无输出时候，由于Q5自身体二极管的存在， 并且Q5的G端通过R90电阻上拉到VBI高电平状态，Q5截止，可有效防止REG_VBO无输出时候的电流倒灌。
笔者对该电源自动切换电路进行了实际测试，并分别模拟了电池输出电压VBO低于和高于DC输出REG_VBO时的工作状态。
1、当VBO输出低于REG_VBO时，VBO输出设置2.5V，REG_VBO正常输出3.6V, 电源自动切换波形如图4所示，电源自动切换功能正常；当电路工作在外部电源输入通道时，Q1的D端测量电压几乎为0; 当电路工作在备用电源通道时，Q5的D端测试了电压几乎为0，电流防倒灌功能工作正常。
图4 VBO输出设置2.5V，REG_VBO正常输出3.6V, 电源自动切换波形
2、 当VBO输出高于REG_VBO时，VBO输出设置4V，REG_VBO正常输出3.6V, 电源自动切换波形如图5所示，电源自动切换功能正常。当电路工作在外部输入通道时，Q1的D端测量电压几乎为0; 当电路工作在备用电池输入通道时，Q5的D端测试了电压几乎为0，电流防倒灌功能工作正常。
图5 VBO输出设置4V，REG_VBO正常输出3.6V, 电源自动切换波形
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产品型号
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Package
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Status
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ESD
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Configuration
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Type
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VDSS(V)
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PD(W)
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VGS(V)
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Tj(℃）
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Vth_Typ(V)
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Rdson@VGS10V_TYP(mΩ)
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Rdson@VGS10V_Max(mΩ)
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Rdson@VGS4.5V_TYP(mΩ)
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Rdson@VGS4.5V_Max(mΩ)
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Ciss_Typ(pF)
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Coss_Typ(pF)
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Crss_Typ(pF)
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Grade
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2N7002
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MOSFET
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SOT-23
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Active
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Single
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N
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60
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