虽然内置充电锂电池通常是当今便携式套件的最佳解决方案，但有时使用带有外部电源选项(可能来自USB电源)的可更换电池仍然更合适。此设计实例展示了优化此方案的方法。
组合电源的常用方法是将它们并联，每个电源串联一个二极管。如果电压匹配并且可以容忍由于二极管压降而造成的有效电池容量的一些损失，那就没问题了。我们假设所讨论的套件是手持或可放入口袋的东西，可能使用像PIC这样的MCU，电池由两节AA电池组成，可选择外部5V电源，以及一个可产生3.3V内部电源轨的升压转换器。这里使用的简单转向二极管会导致外部电源电压不匹配，同时浪费10%或20%的电池容量。
图1显示了一种更好的实现方法。外部电源经过预先调节以避免不匹配，而主动开关可最大限度地减少电池损耗。我在一次性或生产单元中都使用过这一方案，并且总是取得良好的效果。
图1：外部电源的预调节和与电池串联的几乎无损的开关相结合，从而最大限度地延长了电池的使用寿命。
电池供电由Q1控制，Q1是一个反向p-MOSFET。U1将所有输入电压降至3.3V。在没有外部电源的情况下，Q1的栅极比其源极更负，因此它始终处于导通状态，并且(几乎)在C3上实现完整的电池电压，为升压转换器供电。Q2的发射极-基极二极管阻止任何电流流回U1。除了内部漏极-源极或体二极管之外，MOSFET的主要特性几乎是对称的，这就可以实现这种反向操作。当存在外部电源时，Q1.G将偏置至3.3V，将其关闭并有效地断开电池连接。现在，Q2被驱动至饱和状态，将U1的3.3V输出(减去Q2的100–200mV饱和正向电压)连接至升压转换器。(如图所示，2N2222的V SAT比许多其他类型的要低。)
请注意，Q2的基极电流并没有浪费，而只是增加了升压转换器的供电电流。使用二极管隔离U1会产生更大的压降，这可能会导致问题：新型优质AA锰碱性(MnAlk)电池的空载电压可能远高于1.6V，并且如果C3两端的电压远低于3V，它们可以通过MOSFET固有的漏极-源极或体二极管放电。这种安排避免了所有此类问题。
反向MOSFET多年来一直用于提供电池反向保护，当然这种保护是这些电路所固有的。如果Q1未完全导通，例如在外部电源断开后的几微秒内，体二极管还会为来自电池的电流提供次级路径。
图1将U1显示为LM1117-3.3或类似类型，但许多更现代的稳压器提供了更好的解决方案，因为它们的输出在未通电时显示为开路，而不是允许反向电流从其输出流向接地。图2显示了此设计。
图2：使用更新的稳压器设计意味着不再需要Q2。
现在稳压器的输出可以直接连接到C3和升压转换器。有些组件还具有内部开关，可以完全隔离输出，因此可以省略D1。原则上，此类稳压器可以直接馈入最终的3.3V电源轨，但这实际上会使问题变得复杂，因为升压转换器还需要防反向，并且本身可能需要关闭。当存在外部电源时，R2将用于使Q1偏置关闭。
如果假设该套件使用MCU，就可以轻松监控PSU的运行。R5 (纯粹是为了安全起见)允许MCU检查是否存在外部电源，而R3和R4则允许其准确测量电池电压。它们的值是在假设使用8位A-D转换和3.3V参考电压的情况下计算得出的，分辨率为10mV/计数，或每个单元5mV。将它们直接放置在电池上，负载约为5–6µA，这将在大约50年内耗尽典型电池的电量，这应该还是能接受的。所选电阻比的精度接近1%。
许多组件没有指定值，因为它们取决于您选择的稳压器和升压转换器。借助LM1117-3.3，图1中的电路可以处理高达15V的输入，但TO-220版本在负载电流接近80mA时会变得相当热(约1W，这是在没有散热的情况下的实际功率极限)。
我还使用了图2，其中以Microchip MCP1824T-3302为Maxim MAX1674升压转换器供电，Q1使用IRLML6402，该转换器必须具有很低的导通电阻。许多其他的和更新的设备也都适合，您可采用自己喜欢的组件。
虽然外部电源输入显示为裸露的，但您可能需要为其配备一些滤波和保护装置，例如多晶硅保险丝和合适的齐纳二极管或TVS。同样地，没有指定连接器，但USB和桶形插孔都各有其位置。
虽然这是针对标称3V/5V电源而显示的，但由于MOSFET的输入保护二极管，它可以在受到栅-源电压限制的更高电压下使用，其击穿电压范围为6V至20V，因此请检查您的组件数据表。
(原文刊登于EDN美国版，参考链接：2×AA/USB: OK!，由Susan Hong编译)
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