深度解析一键开关机与双电源切换电路原理

出处:网络整理 发布于:2026-08-18 16:57:14 | 32 次阅读

  我们拆解了一个正点原子的 LT2 电桥镊子,当时推测上面的 PMOS、三极管和二极管组成的电路应该是一个一键开关机电路。本期,我们将把这部分电路单独提取出来,进行详细分析,具体就是下图红框内的电路:
    图 1:电桥镊子上的电路
  这个电路可分为左右两块,左侧部分实现一键开关机功能,下面我们先来分析左侧电路的工作原理。
  一键开关机功能实现
  关机→开机
  当长按 SW1 按键时,Vbat 的电流会通过 BAV70 二极管,为 NPN 三极管提供基极电流,使 NPN 三极管导通。三极管导通后,其集电极的电压会被拉低至约 0.1V,此时 Q1 的 Vgs 满足导通阈值,三极管 Q1 导通,电源总输出开始供电,后级的 Boost 和 LDO 开始工作,MCU 启动并拉高 PWR_EN 管脚,电源持续导通,电桥镊子成功开机。开机后,短按 SW1 按键,该按键可作为正常的功能性按键使用。
  开机→关机
  当 MCU 检测到 SW1 按键被持续长按(例如长按 3 秒)时,MCU 会拉低 PWR_EN 管脚。当 SW1 按键松开后,三极管失去基极电流,无法维持导通状态,整个电路断电,电桥镊子关机。
  注意事项:由于该按键连接到 VBAT(充满电时电压约为 4.2V),所以 KEY1 的检测管脚必须是 5V 耐受的管脚。正点原子电桥镊子使用的检测管脚是 AT32 的 PB11,此管脚为 5V 耐受管脚。切勿使用普通的 3.3V 耐受管脚,否则可能会烧毁 IO 口。
  双电源切换电路功能实现
  USB 未供电
  电路的右侧部分是双电源切换电路。当 USB 没有供电时,D2 处于截止状态,Q2 处于导通状态(可按照防反接的 PMOS 进行分析),此时电桥镊子由锂电池供电。
  图 3:USB 未供电时的电路状态
  USB 供电
  当 USB 供电时,VBUS 电压约为 4.7V,Q2 的栅极电压约为 4.9V,此时 Q2 截止,其内部的体二极管也截止。VBUS 由 USB 提供,为 4056 充电模块供电,4056 为锂电池充电。同时,VBUS 还为后级的 Boost 和 LDO 供电,电桥镊子从 USB 取电。
  电路讨论
  这个电路有以下三点值得讨论:
  供电时序问题:由于按下 SW1 后,Boost 和 LDO 启动需要一定时间,所以 KEY1 的检测按键的 IO 口会先接收到电压,而此时单片机的 VCC 为 0V,这可能会导致不稳定或闩锁的风险。
  静电防护问题:按键最好增加 TVS 管进行静电防护,以提高电路的可靠性。
  单片机跑飞问题:这种一键开关机电路最怕单片机跑飞,如果单片机跑飞,可能会导致无法关机,只能等电量耗尽。使用内部看门狗或外置看门狗芯片或许可以解决这个问题,但具体效果还需要进一步验证。
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