一、概述

便攜式設備最大的特點是攜帶方便、可以在任何時間、任何場合進行使用，可以脫離電源線供電，使用電池，且大多產品支持電池的自行更換，這個電量問題經常也是用戶體驗中遇到的不滿意因素之一。

這就對電池和設備功耗設計提出了嚴格的要求：在開機工作狀態下，優化功能模塊上電及工作情況，電路中的器件盡可能設置在低功耗模式; 在待機狀態下，只保留有必要的功能，其他盡可能休眠或關閉; 在關機狀態下，完全無功耗或把功耗降低到極小。

對于關機狀態，很多設備可以做到從物理上直接斷開，例如采用自鎖開關，這樣電池沒有接入到電路中，是完全沒有放電的情況; 但是也有一部分設備，由于功能需求或行業要求，是無法做到從物理上直接斷開的，比如一些會對人體產生外部作用的醫療器械，要求在異常情況下，設備具有自動斷開電源的功能以實現對人體的保護，這樣自鎖類的開關就不適用了，需要在電路原理中進行一些特別的設計。

本文介紹一種長待機的可以適用于便攜式設置的開關機電源電路。

二、原理圖解析

2.1 輸入

通常便攜式設備設計為可以兼顧支持電池和適配器供電，二者同時存在時互相不能有影響，圖中J1是適配器接口，器件采用直流端子，J2是電池的接口插座。 不接適配器只用電池時，J1的2、3腳是短路的，相當于電池插座J2的1腳接地，2腳為正，電路系統經電池保險F2通道供電。 當外部電源適配器插入到J1時，J1的2、3腳斷開，使得J2沒有回流路徑進而不再給電路供電，J1的1腳為正，2腳為地，電路系統通過適配器保險F1通道供電。

保險絲作用是防止電流過大燒損電路板內器件，二極管是防止電源極性反接。 R1、R2組成分壓電路，分壓后進入AD，監控電源情況，可以根據AD值，實時顯示電池的電量。

2.2 開機電路

Q1、Q2、Q3為NPN晶體管，在此電路中工作在導通或截止狀態; Q5是P溝道的MOS管，起到電源輸入與電路系統的開關作用。

未開機狀態下，設置合適的R4、R6，使Q1工作在飽和導通狀態，則Q1的集電極為低電平，也使得Q3的基極也處于低電平，即Q3不導通。 Q5的柵極為高電平，由于源極直接連到電源端，則Q5不滿足導通條件，處于截止狀態，整機系統未上電。

在關機狀態下，此電路沒有從物理上將電源斷開，因此電路一直處于耗電狀態，主要耗電的器件是Q1，它是處于導通工作狀態; 另外還有R3、R5，直接與電源連接形成回路。 此時根據R3、R5、R6的值，可以大概計算出來關機電流，進而可以估算出待機時間。 例如，電池容量使用1800mAh，電壓為6V，R6=100K，R3+R5
= 200K，通過R6的電流為0.06mA，通過R3+R5的電流為0.03mA，則總電流為0.09約為0.1mA，則待機時間為1800mAh/0.1mA =
18000h ≈ 25個月。

網絡P-KEY接開機按鍵，按鍵按下將P-KEY拉低，使Q1基極為0V進而截止，Q3基極為高電平進而導通，Q3的集電極與Q5柵極連在一起，所以Q5的柵極為0V，則Q5滿足導通條件，電源VIN的供電通過Q5這個開關進入其他電路中。

電路系統中的MCU上電后，IO口控制端P-CTL置高，使Q2工作在導通狀態，當按鍵抬起后，P-CTL維持高電平，Q2仍處于導通狀態，即Q5的柵極保持在0V，所以電源VIN的供電不會斷，整個系統完成開機與上電過程。

原理圖中的D3屬EMC器件，是瞬態抑制二極管，起到吸收浪涌功率的作用，用來保護電源在靜電放電和電快速脈沖群測試中不受影響。

2.3 電源電路

系統開機后，將電壓通過U1升壓芯片先把電壓升高，再通過多個LDO將合適的電壓分配給各功能模塊。 先將電壓升高可以最大的利用電池的電量，避免電量降低時，影響到LDO的輸出。 圖3中的網絡P-CTL與圖2中保持Q2工作在導通狀態下的網絡相同，MCU使用同一個IO口即可。

三、P溝道MOS的選型

3.1 確認選P還是選N

MOS管通常作為開關來使用，如果負載一端接到電源，即負載在高壓端，那么MOS管開關只能放到低壓端，這種情況采用N溝道的MOS，低壓端MOS的源極常接在GND; 如果負載一端接到GND，即負載在低壓端，那么MOS管開關放到高壓端，這種情況采用P溝道的MOS，高壓端MOS的源極常直接連電源。

3.2 確認MOS的電流

ID是指MOS管可持續通過的漏源電流，是在芯片滿足散熱條件下的參考值，當環境溫度升高后，ID會減小;IDM是指MOS的峰值電流，這是一個瞬態值。 在選擇參數時，電路穩定工作電流要小于ID且留有一定的余量。

3.3工作損耗和散熱

MOS管在工作時會產生開關損耗和導通損耗，轉化為熱量體現出來。

導通損耗出現的根本是由于MOS是非理想器件，這個主要是由RDS(ON)和工作溫度相關，Vgs越大，RDS(ON)越小，所以在器件選型時優先選擇滿足導通條件下RDS(ON)盡可能小的型號。

開關損耗主要包括兩部分：開啟過程中同時存在的逐漸降低的VDS和逐漸上升的負載電流產生的損耗、關閉過程中同時存在的逐漸升高的VDS和逐漸下降的負載電流產生的損耗。

關于MOS管的損耗，如果細致研究其實還有很多因素，比如截止時VDS(Off)和IDSS產生的損耗、柵極驅動過程中產生的損耗、體二極管正向導通及反向恢復產生的損耗等。

MOS管的工作損耗是一個綜合的、變化的東西，比較復雜，即使計算也不能很準確的得到損耗數值，只能大概評估損耗的量級，所以選型時要根據使用需求和負載綜合考慮各種因素; 如果條件允許可以選用雙通道的MOS，或者選擇增加散熱片、使用導熱硅膠片等，創造一個很良好的散熱環境。