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在设计锂电池充电和电源自动切换系统时，需要考虑多个因素，包括锂电池的充电特性、电源切换的逻辑以及电路的效率和可靠性。

一、锂电池充电设计

锂电池特性：

锂电池具有体积小、容量大、重量轻、无污染等优点，但价格较贵，且充电和放电时需要严格控制电压和电流。

锂电池的最高充电终止电压通常为4.2V，不能过充，否则可能损坏电池。

锂电池的放电终止电压通常为3.0V，最低不能低于2.5V，以保证电池寿命。

充电电路设计：

可以采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。

充电电路通常包括充电管理芯片（如TP4056）、限流电阻、指示灯等元件。

充电管理芯片负责控制充电电流和电压，确保电池在安全范围内充电。

二、电源自动切换设计

切换逻辑：

有外部源（如USB电源、适配器等）接入时，系统自动切换为外部电源供电，并为锂电池充电。

当外部电源断开时，系统自动切换为锂电池供电。

切换电路设计：

可以使用二极管并联电路或MOS管切换电路实现电源自动切换。

二极管并联电路简单可靠，但压降较大，可能浪费电能。

MOS管切换电路具有较小的压降和较高的效率，但电路相对复杂。

在选择MOS管时，需要考虑其阈值电压、导通电阻等参数，以确保电路的正常工作。

无缝自动切换：

无缝自动切换指的是在外部电源和电池同时供电的情况下，忽然去掉一个电源，负载能够保持正常工作而不复位或出异常。

为了实现无缝自动切换，可以在输出端并联大电容以储存能量，并在切换过程中调整元器件参数以减小电压跌落。

R1 用来控制充电电流，具体可参照下表。一般边充边放如果充电器为 5V1A，可以设置为 500mA 左右，这样基本可以满足充电和使用，电池容量在 1000~2000mAH 以内。我在实验中的参数为 2.2k。

充电电流的设定 充电电流是采用一个连接在PROG引脚与地之间的电阻器来设定的。设定电阻器和充电电流 采用下列公式来计算： 根据需要的充电电流来确定电阻器阻值，

客户应用中，可根据需求选取合适大小的RPROG RPROG与充电电流的关系确定可参考下表：

充电状态指示器 TP4056有两个漏极开路状态指示输出端， 和。当充电器处于充电状态时， 被拉到低电平，在其它状态，处于 高阻态。当电池的温度处于正常温度范围之外， 和管脚都输出高阻态。 当TEMP端典型接法使用时, 当电池没有接 到充电器时,表示故障状态: 红灯和绿灯都不亮 在TEMP端接GND时,电池温度检测不起作 用,当电池没有接到充电器时，输出脉冲 信号表示没有安装电池。当电池连接端BAT管 脚的外接电容为10uF时闪烁频率约1-4秒 当不用状态指示功能时，将不用的状态指 示输出端接到地。

自动切换使用了三个 MOS 管来实现：

电路分析

Q1和Q2的作用：

Q1（P-MOS）作为外部电源的开关阀，其栅极（G）通过电阻R4下拉至低电位时，漏极（D）和源极（S）导通，允许外部电源V_BUS通过。

Q2（P-MOS）作为电池供电的开关阀，其栅极（G）通过电阻R8上拉至高电位时，Q2截止，电池不供电。当Q2的栅极被下拉至低电位时，Q2导通，电池开始供电。

Q3的作用：

Q3（N-MOS）用来控制Q2的栅极电位。当外部电源V_BUS接通时，Q1截止，同时Q3被接通（其栅极通过某种方式获得高电位，可能是通过另一个电路或直接由V_BUS供电），将Q2的栅极下拉至低电位，使Q2导通，从而切换到外部电源供电。

电路的优点：

外部供电时，由于Q2导通且其内阻很小，因此压降很小，可以忽略不计，这对于保持输出电压的稳定性非常有利。

电路的局限性：

电路复杂，需要多个MOS管和电阻等元件，增加了成本和布局难度。

V_BUS电压必须高于电池电压，否则电路无法正常工作。这限制了外部电源的选择范围。

如您所述，如果电池最高电压（4.2V）可以正常供电，且外部电源电压（如USB 5V）并不提供额外的性能优势（如更高的电流输出能力），则这个电路的实际使用意义确实不大。

简化设计：在实际应用中，可以考虑使用更简单的电源切换方案，如使用二极管或肖特基二极管作为开关元件。虽然这种方案在外部供电时会有一定的压降，但在许多情况下是可以接受的。

电源管理IC：另一种更先进的解决方案是使用专门的电源管理IC，这些IC集成了电源检测、切换和充电管理等功能，可以提供更高效、更可靠的电源管理解决方案。