▲ 本文要分析的電路
很多內建有鋰電池的便攜電子裝置，比如手機，通常採用這樣的供電方式：
1、沒有插入USB電源時，使用內建的鋰電池供電。
2、當插入USB電源時，切換為由外接的USB電源供電，並對鋰電池進行充電。
下圖電路就是實現上述的功能，它來自一款電子書閱讀器（Kindle同類產品）：
這是已量產的電路，成熟穩定，實物電路板如下圖所示，幾個關鍵的元器件做了標註：
本文要講解的是“外接USB供電與內建鋰電池供電的自動切換電路”，所以先把上述電路中不相關的電路隱藏。
也就是隱藏鋰電池充電管理、電源濾波等電路：
隱藏後變成這樣：
這一下子，電路變得好簡單，實現電源切換的功能，竟然只需要一個二極體、一個MOS管、一個電阻！
一、電路說明
將上述的“外接USB供電與內建鋰電池供電自動切換電路”整理一下，弄好看點：
功能邏輯是這樣的：
1、當插著USB電源時，由外接的USB電源供電，即VBUS對VOUT供電。
2、當拔掉USB電源時，切換為由內建的鋰電池供電，即VBAT對VOUT供電。
3、當重新插入USB電源時，切換為由外接的USB電源供電，即VBUS對VOUT供電。
二、原理分析
假設VBUS的電壓為5V，VBAT的電壓為3。7V，下面開始分析。
1、當插著USB電源時：
VBUS透過肖特基二極體D9到達VOUT。
肖特基二極體的導通壓降約為0。3V，USB電壓VBUS = 5V，所以：
VOUT = 5V - 0。3V = 4。7V
由於VBAT為3。7V，MOS管Q4的s極為4。7V，g極為5V，由此可知：
Vgs = 5V - 4。7V = 0。3V > 0
所以MOS管處於不導通狀態，同時其體二極體也是反向截止。
由於電阻R155的存在，會浪費一些功耗，流過R155的電流為：
5V / 10Kohm = 0。5mA
2、當拔掉USB電源時：
VBUS的電壓會從5V開始往下降，電阻R155起到給VBUS放電的作用。
VBUS的電壓需要快速下降，因為如果下降慢了，會導致MOS管Q4開啟變慢，也就不能很快地切換為電池VBAT供電。
如下圖，假設VBUS緩慢下降到4。9V，即MOS管Q4的g極為4。9V。電池電壓VBAT透過MOS管Q4的體二極體後降低了約0。7V，變為3V，即MOS管的Vgs電壓為：
4。9V - 3V = 1。9V > 0
MOS管仍然不導通，VOUT的供電沒有完全切換為VBAT。
假設VBUS已經下降為1V，如下圖。
則Vgs = 1V - 3V = -2V，MOS管已經逐漸開啟。
最終，VBUS會降到0V，MOS管也會完全開啟，VOUT切換為用VBAT供電，VOUT電壓變為3。7V：
VBUS接的濾波電容會令其電壓下降緩慢，如果發現VBUS的電壓下降過慢，可以減小R155的阻值。但是這樣會導致在插入USB電源時，流過R155的電流變大，增加了無謂的功耗。
所以R155的阻值不能過大也不能過小，需根據實際除錯的效果來決定。
3、當重新插入USB電源時：
如下圖，MOS管Q4的Vgs = 5V - 4。7V > 0，MOS管不導通，並且其體二極體也是反向偏置。
VOUT切換為用VBUS供電，Vout電壓變為4。7V。
三、效能提升
在拔掉USB電源的瞬間，有沒有可能MOS管Q4來不及開啟，導致VBAT的電壓沒有及時切過來？
是有可能的。
MOS管Q4沒有快速開啟，VBAT供電不能及時續上來，會導致VOUT電壓下降過多，VOUT的負載電路就可能工作異常。如果電路的負載較重，拉取的電流較大，尤其容易出現在供電電源切換時VOUT電壓下降過多的問題。
怎麼辦呢？
1、可以加快MOS管開啟導通的速度。方法是減小VBUS的濾波電容的容值，減小電阻R155的阻值，這都是讓VBUS快速掉電，從而讓Vgs快點到達令MOS管完全開啟的電壓。
2、在VOUT增加濾波電容，但是效果不怎麼明顯。
3、這是重點！可以給MOS管並聯一個肖特基二極體D1，如下圖所示：
該肖特基二極體D1的正向導通壓降約為0。3V，比MOS管的體二極體要小。在MOS管完全開啟之前，VBAT透過肖特基二極體D1對VOUT進行供電，可以緩解VOUT電壓下降過多的問題。
這個方法非常實用，該電路與方法已經被申請了實用新型專利。
其實很多再普通不過的電路都被申請了實用新型專利，儘管這些電路被大眾長期使用在先，具體就不展開了。
四、應用案例
除了上述的電子書閱讀器有應用之外，還有大量的產品使用了這個切換電路。
比如MicroPython領域著名的
01Studio公司
，其出品的多款開發板都有這個切換電路。
以其中的一款型號為“pyWiFi-ESP32”的開發板舉例，其電源部分的電路圖如下：
其中，電源切換相關的電路在這裡：
標註對應的實物圖：
五、最後
本文應該是全網目前為止，講這個電路講得最“囉嗦”的一篇，不知會不會講得太“幹”了，不好消化。
