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兩種最實用的電池供電電路設計

作者: 時間:2013-10-03 來源:網(wǎng)絡 收藏

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/174625.htm

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:

①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(zhuǎn)換器RN5RK331A的輸入端和使能端,DC/DC轉(zhuǎn)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。

②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讀取;在開機時檢測到JM16的閉合,可確定為關機命令;等到JM16鍵松開后,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(zhuǎn)換電路的前面,關機時將DC/DC轉(zhuǎn)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輸出低電平實現(xiàn)開機自保,因此稱該電路為“軟開關電路”。使用該軟開關電路的優(yōu)點是無須考慮按鍵去抖動問題,硬件電路簡單,可降低硬件成本,節(jié)約印制板板面,在手持式產(chǎn)品中印制板板面是非常寶貴的(元器件的數(shù)量直接影響印制板的大小和產(chǎn)品整體外觀)。缺點是當受到外界強信號干擾或由于電池電量不足而引起死機時,按鍵JM16將不起作用,必須取出電池,再重新裝入方能解決死機現(xiàn)象。當然這種情況出現(xiàn)的機率極低,且因電池電量不足而引起死機時,就需要更換電池了。而圖1的硬開關電路中,當碰到死機現(xiàn)象時,無需觸摸電池,通過按鍵JM2就能實現(xiàn)開機和關機。

電源濾波

在以上介紹的DC/DC轉(zhuǎn)換電路中,采用的是DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器件,升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3

開關K導通時電池BT給電感L充電,在L中以場的形式儲存能量1/(2L×I2)。其中,I為電感電流。K斷開后,L中的磁能又以電能的形式釋放給濾波電容C2和負載RL.周期性的開關操作使電池能量源源不斷地送入負載,而輸出電壓被轉(zhuǎn)換為:

Vout = Vin/(1-δ)

式中,δ為開關占空比(導通時間占工作周期的比率)??刂齐娐繁O(jiān)測輸出電壓并控制占空比,從而達到調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的目的。本文介紹的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器件的控制方式均為PFM(脈沖頻率調(diào)制),具有較小的靜態(tài)電流,輕載情況下效率較高,但紋波稍大。為保證主電路穩(wěn)定工作,必須考慮對電源輸出進行濾波。一般采用無源濾波電路來進行濾波,無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波(包括倒L型,LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。當采用電感濾波或復式電感型濾波時,需采用電感量高、體積大的電感,對手持、便攜式產(chǎn)品并不適用,所以在負載電流較小的場合,采用RCπ型濾波,結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟,濾波效果也比較好。濾波電容的等效串聯(lián)電阻《ESR)是造成輸出紋波的主要因素,電容的材質(zhì)應選擇具有較低ESR的陶瓷電容、鋁電解電容和鈕電解電容,應盡量避免標準鋁電解電容。采用RCn型濾波時,輸出電壓兩端的脈動系數(shù)S=1/(Kω×C×R)。K為常數(shù),由該公式可知,在ω值一定的情況下,R愈大,C愈大,則脈動系數(shù)愈小,也就是濾波效果就越好。R值增大時,電阻上的直流壓降會增大,這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗;若增大C的電容量,又會增大電容器的體積和重量,也不易實現(xiàn),因此電容的容量一般為10-100 uF,電阻的值一般在10Ω以下。

結(jié)語

以上介紹的兩種電池供電電路,都是將電池電壓轉(zhuǎn)換為+3.3 V直流電壓,為單片機應用系統(tǒng)提供工作電源的升壓電路。這類電路主要用在由2節(jié)7號電池供電的PDA、手持終端等產(chǎn)品中,其他類產(chǎn)品(如手機、數(shù)碼相機)的電池供電電路會有所不同,但工作原理基本相似。在電池供電電路的設計中,都會面臨如何實現(xiàn)開關機、降低關機電流、減小輸出電源中的紋波和干擾信號、提高轉(zhuǎn)換效率等一系列問題。只有妥善地解決這些問題,才能確保產(chǎn)品穩(wěn)定可靠地工作。本文所講的兩個實例較好地解決了這方面的問題,已經(jīng)在產(chǎn)品中實際應用,效果良好。當然隨著新器件的不斷涌現(xiàn),還需不斷地改進和完善此類電路的設計,以提升產(chǎn)品的整體性能。


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關鍵詞: DC/ DC 單片機

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