В большинстве систем, питающихся от аккумуляторов, присутствует ключ, подключающий к нагрузке либо аккумулятор, либо источник зарядного напряжения. Ключ позволяет системе с разряженным аккумулятором работать сразу, не дожидаясь, пока аккумулятор зарядится от адаптера.
Простейший и самый дешевый ключ – это два диода, соединенных по схеме «ИЛИ». Нагрузка, подключенная к каждому источнику питания (аккумулятору и адаптеру) через отдельные диоды Шоттки, питается от того источника, напряжение которого больше.
Недостатком такого подхода является рассеивание мощности (PD = Ibatt × Vdiode) и падение напряжения (Vdiode = 350 мВ при токе 0.5 А для диода PMEG2010AEH), когда аккумулятор подключен к нагрузке. Эти потери не имеют особого значения, если используются высоковольтные многоэлементные аккумуляторы. Но для одноэлементного Li+, или двухэлементного NiMH аккумулятора потерями мощности и падением напряжения на диодах пренебречь невозможно.
Альтернативой диодам могут быть микросхемы зарядных устройств, имеющие выход POK (POK – «Power OK» – «Питание в порядке»), например микросхема MAX8814, которая переключает нагрузки с падением напряжения всего лишь 45 мВ при токе 0.5 А (Рис. 1), что дает выигрыш по сравнению с диодами в 305 мВ. Потери мощности в таких схемах меньше на 152.5 мВт (175 мВт – 22.5 мВт), чем в схемах с диодным «ИЛИ». При меньших токах характеристики схемы становятся еще лучше. Так при токе нагрузки 100 мА, например, падение напряжения на диоде равно 270 мВ, а на транзисторах альтернативной схемы – всего лишь 10 мВ.
 |
|
| Рисунок 1. |
Используя выход POK, эта схема переключает нагрузку между аккумулятором и Vdc In без потерь, присущих схемам с диодным «ИЛИ». |
| Надписи на схеме | |
| Node 1 | Узел 1 |
| 1 Li-ion cell | 1-элементный Li-Ion аккумулятор |
Эта схема переключает нагрузку без какого-либо участия микроконтроллера или системной программы. Когда нагрузка питается от аккумуляторов и Vdc In отключен, на выходе POK микросхемы U1 высокое напряжение. При этом нагрузка соединена с аккумулятором через Q4 и Q3. На узел 1 через R2 поступает напряжение аккумулятора, и транзисторы Q1 и Q2 выключены. Когда Vdc In подключается к источнику постоянного напряжения, Q1 и Q2 некоторое время остаются выключенными благодаря конденсатору C1, который повышает напряжение в узле 1 до величины Vbatt + Vdc.
Высокое напряжение на затворах Q1 и Q2 появляется сразу после подачи напряжения Vdc. Чтобы предотвратить возможность повреждения вывода POK, добавлен транзистор Q5, включенный истоковым повторителем. На затвор Q5 подается напряжение аккумулятора, и на выводе POK напряжение не превысит этого напряжения. Когда напряжение на выводе POK опускается, через Q5 начинает течь ток, напряжение на затворах Q1 и Q2 становится низким, и транзисторы Q1 и Q2 закрываются. К нагрузке подключается Vdc In, а U1 начинает заряжать аккумулятор. C1 и R1 создают небольшую задержку, дающую возможность транзистору Q3 закрыться полностью, и избежать появления неуправляемого тока, текущего к аккумулятору.
 |
|
| Рисунок 2. |
Эти осциллограммы иллюстрируют поведение схемы, основанной на использовании сигнала POK, когда нагрузка переключается от источника постоянного напряжения к аккумулятору, а затем обратно к источнику постоянного напряжения. Channel 1 – напряжение на нагрузке |
Если отключить внешний источник постоянного напряжения от Vdc In, вывод POK перейдет в высокоимпедансное состояние, и ток аккумулятора потечет через внутренний диод транзистора Q3. Напряжение на нагрузке будет равно Vbatt – Vdiode. За счет напряжения аккумулятора, подаваемого на затвор, Q5 будет открыт до тех пор, пока POK не достигнет уровня, достаточного для того, чтобы подключить нагрузку через Q4 и Q3. Рис. 2 иллюстрируют поведение этой схемы, когда нагрузка переключается от источника постоянного напряжения к аккумулятору, а затем обратно к источнику постоянного напряжения.
 |
|
| Рисунок 3. | Если с помощью компаратора (U3) сравнивать напряжение аккумулятора с Vdc, можно использовать микросхему управления зарядом, не имеющую выхода POK. |
Изменив схему, можно использовать микросхемы управления зарядом, не имеющие выхода POK, например, MAX1507 (Рис. 3). Сигнал, аналогичный POK, может вырабатываться компаратором (U3), сравнивающим Vdc In с напряжением аккумулятора. Отклик такой схемы очень похож на отклик оригинальной схемы (Рис. 4).
 |
|
| Рисунок 4. | Характеристики схемы на Рис. 3 очень похожи на характеристики схемы, в которой используется сигнал POK. |
