作者：德州仪器 (TI) 便携式电源应用工程师 Scot Lester

许多系统都需要一个电源多路复用器在两个不同的电源之间做出选择。例如，基于 PCI 的电路板就需要能够在主电源轨或辅助电源轨之间做出选择。使用电池供电的便携式设备也是一个很好的例子，这种设备须在电池或墙上适配器电源之间做出选择。

利用一对用金属丝连接一起的可实现逻辑“OR”功能的二极管，就可以很轻松地实现这种电源切换功能。然而，这种做法会严重影响到系统的效率并产生热量。另外，系统的可用电压将是一个低于输入电压的二极管电压降，而且，有些系统需使用主电源（若可用），而不考虑辅助电源的电压。二极管的“OR”功能只能选择最高的输入电压向负载供电，而该电压可能不是优先选用的主电源。

提高二极管“OR”功能效率的途径之一就是利用两个 P-通道 MOS (PMOS) 晶体管的为主体的二极管发挥“OR”功能，如图 1 所示。一旦主体二极管导电，其相关的MOSFET即可开启来提供低阻抗路径以有效地使二极管短路，并消除相关二极管的压降。这个方法因二极管的缘故可大幅降低功率损耗，同时提高整体效率。

图1-具有两个PMOS 晶体管二极管的OR 功能

具有两个 PMOS 晶体管的电路中可产生交叉传导电流。例如，假设 Q1 为“开启”状态，如图 1 所示，可提供一条从主电源到负载的低阻抗路径，Q2 为“断开”状态，看上去就像一个二极管。若辅助电源上的电压增加至主电源电压之上，则Q2的主体二极管将发生正向偏置。这将有效地使辅助电源短路至主电源，从而产生较大的交叉传导电流，并可能损坏 MOSFET 或输入电源。

在从较高电压切换至较低电压时，此种配置还可产生较大的反向电流。例如，在切换至电压较低的辅助电源之前，输出电容器 COUT 充电增压至主电源的电平，当 Q1 断开且 Q2 开启时，就会有较大的电流从输出电容流向辅助电源。这是必要的，以便将输出电容降低至辅助电源的电压电平。并非所有电源都能处理这种较大的反向电流流动。

图 2 所示的电路增加了两个 PMOS 晶体管，通过与 MOSFET 的主体二极管形成背靠背 (back-to-back) 二极管来消除交叉传导。该电路利用TPS3803电压检测器来监控主电源的电压。该检测器始终保持主电源与负载的连接，直到主电源电压下降至预定阈值以下为止，通过 R1、R2 和 R3 可将该阈值设定为 4.25V。一旦主电源电压低于 4.25V，比较器就会将主电源与负载断开，并连接辅助电源。辅助电源与负载会一直保持连接直到主电源电压返回至预定阈值以上为止。在所示电路中，由于 R3 具有0.5V的滞后，因此，在主电源重新与负载连接之前，主电源电压须增大至4.75V以上。

图2 – 电压检测器控制的电源多路复用器

在切断电源后，每个晶体管对都会形成背靠背二极管，以防止电流流动。晶体管 Q1A 和 Q2A 防止在电源切断时电流从电源流至负载，而晶体管 Q1B 和 Q2B 则防止在电源切断时电流从负载流至输入电源。

电压检测器和逆变器通过 D1 得到供电，D1 将选用主电源或辅助电源中电压较高者。因此，即使其中一个输入电源短路接地，电路仍可继续工作。另外，由于逆变器的输出电压始终接近系统中的可用最高电压，因此，逆变器将始终具有足够的电压来关闭 PMOS 晶体管。为了实现正常运行，主电源或辅助电源电压中的一个或二者可介于 1.8-5.5V 之间。

图 3 和图 4显示了在以 3.0 Amp 的负载电流从一个电源切换至另一个电源过程中的输出电压和电源电流。在这两种情况下，都不产生交叉传导电流。该电路设计用于处理高达 3 Amp 的负载，但通过选择具有更高耐流值的晶体管，电路将可适用于任何一个负载电流。

图3 – 从5.0V 主电源切换至3.3V 辅助电源（负载电流为3 Amp）

图4 – 从3.3V 辅助电源切换至  5.0V 主电源（负载电流为3 Amp）

当电路中的电流降低时，出现反向电流的可能性就会增加。若负载电流较小，则在晶体管 Q2 开启之前，输出电容器不能放电降压至辅助电源电压电平。这样就会有大量的反向电流流入辅助电源（这是我们不希望的）。我们可以增加三个电阻器和一个晶体管（如图 5 所示）来消除反向电流流入辅助电源的可能性。晶体管 Q3 迫使 Q2B 断开，直到系统电压等于辅助电源电压电平为止。在输入和输出电压相等时，没有反向电流流动。

图5 – 增加的电阻器和晶体管，用于防止反向电流