電路分析：兩種典型的電池供電電路設計

　　隨著信息時代的來臨，手持電子產(chǎn)品層出不窮(如PDA、數(shù)碼相機、手機等)。這些產(chǎn)品主要采用電池供電，在此類產(chǎn)品中如何設計電源管理電路，確保產(chǎn)品的實用性、經(jīng)濟性成為產(chǎn)品設計的關鍵問題。本文從設計手持產(chǎn)品的工作實踐出發(fā)，討論兩種典型的電池供電電路的設計情況。

　　硬開關電路設計實例

　　硬開關電路是將2節(jié)7號電池的串聯(lián)電壓通過DC/DC轉換器MAX756轉換成3.3 V的電壓，電路圖如圖1所示。如果不經(jīng)升壓電路而直接由電池供電，那么因電池端產(chǎn)生的電壓存在一個由高到低的下降過程。2節(jié)新電池的串聯(lián)電壓在3 V以上，隨著能量的耗盡，會下降到2V以下，導致機器無法正常工作。JM2按鍵為開/關機鍵，在按動JM2時，由于按鍵的抖動，會產(chǎn)生誤動作。由R20， C13， R21，R22， R23， V9構成的充放電回路，作用是通過適當?shù)剡x擇R20，C13，R21的值，使充放電回路的充電時間與放電時間都大于鍵抖動時間，從而有效地消除鍵的抖動。 V9集電極輸出的按鍵脈沖經(jīng)去抖后，再通過U25 (74HC14)三個帶施密特觸發(fā)器的反相器進一步濾波整形，產(chǎn)生波形完整的單脈沖。由該脈沖觸發(fā)U24A(74HC74 D觸發(fā)器)的翻轉。

　　圖1中：

　?、?若U24A的5腳Q端輸出高電平，則6腳Q端輸出低電平，該低電平輸入到MAX756的1腳禁止端(低電平有效)。此時MAX756處于關斷狀態(tài)，但由于 DC/DC轉換電路中的脈沖整流管V5的存在，電池電壓仍然經(jīng)V5到達DC/DC的輸出端6腳。因此，在電路中還必須加一個晶體管V11作為開關元件。在 U24A的6腳Q端輸出低電平使MAX756處于禁止狀態(tài)時，U24A的5腳Q端輸出高電平使晶體管V11處于截止狀態(tài)，從而使電池到主電路的電源VCC 的通路處于徹底關斷狀態(tài)，機器處于關機狀態(tài)，并且關機時整機電流為最小，經(jīng)測量不超過5uA。

　?、?當按鍵脈沖觸發(fā)U24A(74HC74 D觸發(fā)器)翻轉，U24A的5腳Q端輸出低電平，6腳Q端輸出高電平時，MAX756處于工作狀態(tài)，因輸出電壓控制端2腳為高電平，所以輸出+3.3 V的電壓。同時，U24A的5腳Q端輸出低電平促使晶體管V11處于導通狀態(tài)，這樣MAX756輸出可為主電路提供工作電源，機器處于開機狀態(tài)。

　　在開機狀態(tài)下，單片機的輸出SWPW保持為低電平。當單片機將SWPW輸出改為高電平時，通過V10構成的反相電路輸出低電平，使U24A置1端有效，U24A的5腳Q端輸出高電平，6腳Q端輸出低電平，機器將被關機，所以SWPW可作為“自動關機”信號。由于在單片機上電復位時1/O口輸出為高電平，復位時的SWPW高電平會引起“復位誤關機”現(xiàn)象。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在SWPW輸出電路中加了由R25，C14構成的充電回路，適當選擇 R25，C14的取值，復位后在R25，C14充電回路未充到V10導通的閥值電平0.7 V 之前將SWPW置為低電平，便可避免“復位誤關機”現(xiàn)象。

　　MAX756的5腳LBI是電池低電壓的檢測引腳，如果該引腳上的電壓下降到內(nèi)部參考基準電壓1.25 V以下，MAX756的4腳LBO(漏極開路型輸出)便會輸出低電平，可作為電池低壓報警信號。報警電壓點的設定依據(jù)有兩個。

　　① 國標要求電池終止電壓為0.9 V 。經(jīng)過實際測量，當2節(jié)7號電池的串聯(lián)電壓降到2V以下時，電池能量即將耗盡，已不能維持產(chǎn)品持續(xù)穩(wěn)定工作。因此將電池低壓檢測報警點設定在2 V。

　　之所以稱該電路為硬開關電路，主要原因在于按下JM2便可實現(xiàn)開關機，無須再由單片機來輔助。SWPW的作用是實現(xiàn)定時自動關機。接下來講的電池供電電路在按鍵控制開關機時必須有單片機來輔助才行。　　軟開關電路設計實例

　　在圖2所示的電源管理電路中，采用了日本理光公司的RN5RK331A DC/DC轉換器，將電池提供的電壓變換為3.3 V的電壓后再供給主電路，保證在電池的整個壽命周期內(nèi)機器都能穩(wěn)定工作。

圖2 軟開關電路

　　該電路的開/關機的過程分為這樣兩種情況：

　?、?在關機狀態(tài)下，JM16鍵作為開機鍵使用。按下JM16，電池電壓經(jīng)V1到達V5的基極，促使V5和V7導通;電池電壓經(jīng)V7到DC/DC轉換器 RN5RK331A 的輸入端和使能端，DC/DC轉換器開始工作，向主電路輸出3.3 V電源。支付密碼器進入開機狀態(tài)后，再由單片機的P3.6輸出低電平并經(jīng)反相后通過V2使V5和V7保持導通狀態(tài)，這樣即使JM16鍵松開后，支付密碼器也能維持開機狀態(tài)，P3.6 輸出低電平起到開機自保的作用。

　?、?在開機狀態(tài)下，JM16鍵作為關機鍵使用。未按下JM16鍵時，SWH信號點為低電平。按下JM16鍵，SWH信號點為高電平，這一信號變化通過鍵盤接口被單片機讀?。辉陂_機時檢測到JM16的閉合，可確定為關機命令；等到JM16鍵松開后，單片機的P3.6輸出高電平并經(jīng)反相后通過V2使V5和V7變?yōu)榻刂範顟B(tài)，支付密碼器因為沒有電源供給而關機。在該供電電路中晶體管V7是電池供電的開關元件，將它設在DC/DC轉換電路的前面，關機時將DC/DC轉換器的供電回路完全切斷，進一步減小了關機時的漏電流。整機關機后，經(jīng)檢測，關機電流小于5uA。圖2中的電池低電壓檢測報警由日本理光公司的 RN5VT20CA(U9)實現(xiàn)，檢測電壓為固定值2V。

　　與圖1相比較，用JM16鍵開機后，還必須利用單片機P3.6 輸