存储器、实时时钟及一些重要的报警器电路不允许因市电停电或电源出现故障而停止工作，需要设置备用电源。当主电源不正常或断电时，备用电源要不间断地自动切换，以保证上述器件、电路正常工作。
笔者采用电压检测器及功率MOSFET设计了一种备用电源自动切换电路。在主电源电压降到设定阈值电压以下或断电时，备用电源能自动切换，采用MOSFET作开关切换，开关速度快（ns级）。若整个电子设备、仪器或报警器耗电不大，而备用电源有足够容量时，也可用作不间断电源（UPS），该电路较简单，适合自制。
备用电源切换电路
备用电源自动切换电路如图1所示。它由CMOS输出结构的电压检测器（IC1）、小功率开关三极管（VT1）、P沟道功率MOSFET（VT2）、N沟道功率MOSFET（VT3）及备用电源（电池组）等元器件组成。S-2开关与主电源开关联动，在工作状态时，S-2开关接通。主电源电压V\(_{CC}\)=5V，低阈值电压设为4.5V。备用电源由4节镍氢电池组成，其额定电压4.8V。该电路工作原理如下：
电压检测器AN051A的检测电压V\(_{DET}\)=4.5V。它的输入端（2脚）接V\(_{CC}\)，若V\(_{CC}\)>4.8V，则其输出端（1脚）输出高电平。这高电平使LED1亮（指示V\(_{CC}\)正常），并使开关三极管VT1饱和导通。VT1的集电极电流I\(_{C}\)从V\(_{CC}\)→VT2中的二极管→R3→VT1的C、E极→地，形成回路。因VT1饱和导通，其管压降很小，所以VT2、VT3栅极G的电压接近地电平。这样，VT2的-V\(_{GS}\)≈V\(_{CC}\)-0.7V；VT3的V\(_{GS}\)≈0V，则造成VT2导通而VT3截止。VT2的导通电阻很小，它的管压降V\(_{IDS}\)比并联的二极管正向压降小得多，所以VT2导通后V\(_{CC}\)是经VT2的MOSFET向不停电负载供电，而不是经VT2中的二极管向不停电负载供电（注意： 这里的VT2的D、S极与一般接法不同）。LED2亮，表示不停电负载得电。
V\(_{CC}\)<4.5V，电压检测器输出低电平，LED1灭（表示V\(_{CC}\)<4.5V或V\(_{CC}\)断电），VT1截止。这造成VT2的栅极G与源极S同电位，使VT2截止。VT3的栅极G由备用电池的正极、S-2、R3得到偏置电压，VT3导通，备用电池向不停电负载供电。由于VT2中的二极管的反偏，使备用电池不向其他负载供电。
V\(_{CC}\)断电时，电压检测器无输入电压，则LED1灭，VT1也截止，其情况与V\(_{CC}\)<4.5V相似。
备用电池的自动充电
在小型电子设备中，备用电池一般采用镍镉或镍氢电池。这两种电池都有一定的漏电现象，即电池长时间不用，电池电压会因自身漏电而缓慢降低。在图1的电路中加了一个电阻R5，当电池电压降低后，它可自动涓流充电，如图2所示。充电电流由V\(_{CC}\)→VT2→S-2→充电电池→R5→地，形成涓流充电回路。涓流电流可取5mA左右，R5可取20～40Ω。
当有断电情况发生，备用电池使用了一段时间后其电压有可能降低，V\(_{CC}\)恢复后也可自动进行充电。
元器件的选择
N管与P管可选择Si9942（它内部有一个N管及一个P管），它在-V\(_{GS}\)=4.5V时，I\(_{D}\)可达±2A。但I\(_{D}\)大时VT2的管压降大，例如，I\(_{D}\)在500mA时，VT2的管压降V\(_{DS}\)约0.17V。所以这电路较适合用于I\(_{D}\)=500mA以下的场合。若要求更大电流，则P管可选Si9930（单P管），它在-V\(_{GS}\)= 4.5V时R\(_{DS（ON）}\)=0.09Ω，-I\(_{D}\)可达4A。
电压检测器采用检测电压V\(_{DET}\)=4.5V、CMOS输出的器件。VT1可采用型号为2N2222的开关三极管，SOT-23封装，其管脚如图3所示。电容器C1的容量与不停电负载的电流有关，一般可在4.7μF～47μF之间选取。
电路的扩展应用
CMOS输出的电压检测器最大检测电压V\(_{DET}\)一般仅6V。在V\(_{CC}\)>6V时，则电路1要适当的修改。修改部分如图4所示。在V\(_{CC}\)与电压检测器之间加接一个稳压二极管（V\(_{Z}\)是其稳压值），使满足低阈值电压V\(_{th}\)=V\(_{Z}\)+V\(_{DET}\)。例如V\(_{CC}\)=9V，V\(_{th}\)=8.5V，则选V\(_{DET}\)=6V，V\(_{Z}\)=2.5V。采用TL431可调输出基准电压源（将1脚与3脚连接时，V\(_{Z}\)=2.5V），则可满足要求。若如图5用一个电位器RP，则VZ可根据需要调节（V\(_{Z}\)>2.5V）。
图6是V\(_{CC}\)=12V，低阈值电压V\(_{th}\)=11V的备用电源自动切换电路。它改动部分主要是虚线的左部。这电路中采用6V电压检测器，则V\(_{Z}\)应是5V；可调节RP，使V\(_{Z}\)=5V即可。
V\(_{CC}\)大、-V\(_{GS}\)大，则P管的R\(_{DS（ON）}\)更小，电路的效果更好。备用电池应用12V，自动充电的R5应相应的改变，使它的充电电流在5～10mA之间即可。
（文/戴维德）