電路分析：兩種典型的電池供電電路設(shè)計(jì)

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

　　硬開關(guān)電路設(shè)計(jì)實(shí)例

　　硬開關(guān)電路是將2節(jié)7號(hào)電池的串聯(lián)電壓通過DC/DC轉(zhuǎn)換器MAX756轉(zhuǎn)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(gè)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(huì)下降到2V以下，導(dǎo)致機(jī)器無法正常工作。JM2按鍵為開/關(guān)機(jī)鍵，在按動(dòng)JM2時(shí)，由于按鍵的抖動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。由R20， C13， R21，R22， R23， V9構(gòu)成的充放電回路，作用是通過適當(dāng)?shù)剡x擇R20，C13，R21的值，使充放電回路的充電時(shí)間與放電時(shí)間都大于鍵抖動(dòng)時(shí)間，從而有效地消除鍵的抖動(dòng)。 V9集電極輸出的按鍵脈沖經(jīng)去抖后，再通過U25 (74HC14)三個(gè)帶施密特觸發(fā)器的反相器進(jìn)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(zhuǎn)。

　　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(shí)MAX756處于關(guān)斷狀態(tài)，但由于 DC/DC轉(zhuǎn)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(dá)DC/DC的輸出端6腳。因此，在電路中還必須加一個(gè)晶體管V11作為開關(guān)元件。在 U24A的6腳Q端輸出低電平使MAX756處于禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，U24A的5腳Q端輸出高電平使晶體管V11處于截止?fàn)顟B(tài)，從而使電池到主電路的電源VCC 的通路處于徹底關(guān)斷狀態(tài)，機(jī)器處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，并且關(guān)機(jī)時(shí)整機(jī)電流為最小，經(jīng)測(cè)量不超過5uA。

　?、?當(dāng)按鍵脈沖觸發(fā)U24A(74HC74 D觸發(fā)器)翻轉(zhuǎn)，U24A的5腳Q端輸出低電平，6腳Q端輸出高電平時(shí)，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(shí)，U24A的5腳Q端輸出低電平促使晶體管V11處于導(dǎo)通狀態(tài)，這樣MAX756輸出可為主電路提供工作電源，機(jī)器處于開機(jī)狀態(tài)。

　　在開機(jī)狀態(tài)下，單片機(jī)的輸出SWPW保持為低電平。當(dāng)單片機(jī)將SWPW輸出改為高電平時(shí)，通過V10構(gòu)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(jī)器將被關(guān)機(jī)，所以SWPW可作為“自動(dòng)關(guān)機(jī)”信號(hào)。由于在單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)1/O口輸出為高電平，復(fù)位時(shí)的SWPW高電平會(huì)引起“復(fù)位誤關(guān)機(jī)”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(gòu)成的充電回路，適當(dāng)選擇 R25，C14的取值，復(fù)位后在R25，C14充電回路未充到V10導(dǎo)通的閥值電平0.7 V 之前將SWPW置為低電平，便可避免“復(fù)位誤關(guān)機(jī)”現(xiàn)象。

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

　?、?國標(biāo)要求電池終止電壓為0.9 V 。經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，當(dāng)2節(jié)7號(hào)電池的串聯(lián)電壓降到2V以下時(shí)，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(cè)報(bào)警點(diǎn)設(shè)定在2 V。

　　之所以稱該電路為硬開關(guān)電路，主要原因在于按下JM2便可實(shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)，無須再由單片機(jī)來輔助。SWPW的作用是實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)。接下來講的電池供電電路在按鍵控制開關(guān)機(jī)時(shí)必須有單片機(jī)來輔助才行。　　軟開關(guān)電路設(shè)計(jì)實(shí)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(zhuǎn)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(gè)壽命周期內(nèi)機(jī)器都能穩(wěn)定工作。

圖2 軟開關(guān)電路

　　該電路的開/關(guān)機(jī)的過程分為這樣兩種情況：

　　① 在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，JM16鍵作為開機(jī)鍵使用。按下JM16，電池電壓經(jīng)V1到達(dá)V5的基極，促使V5和V7導(dǎo)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(jìn)入開機(jī)狀態(tài)后，再由單片機(jī)的P3.6輸出低電平并經(jīng)反相后通過V2使V5和V7保持導(dǎo)通狀態(tài)，這樣即使JM16鍵松開后，支付密碼器也能維持開機(jī)狀態(tài)，P3.6 輸出低電平起到開機(jī)自保的作用。

　?、?在開機(jī)狀態(tài)下，JM16鍵作為關(guān)機(jī)鍵使用。未按下JM16鍵時(shí)，SWH信號(hào)點(diǎn)為低電平。按下JM16鍵，SWH信號(hào)點(diǎn)為高電平，這一信號(hào)變化通過鍵盤接口被單片機(jī)讀取；在開機(jī)時(shí)檢測(cè)到JM16的閉合，可確定為關(guān)機(jī)命令；等到JM16鍵松開后，單片機(jī)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(fàn)顟B(tài)，支付密碼器因?yàn)闆]有電源供給而關(guān)機(jī)。在該供電電路中晶體管V7是電池供電的開關(guān)元件，將它設(shè)在DC/DC轉(zhuǎn)換電路的前面，關(guān)機(jī)時(shí)將DC/DC轉(zhuǎn)換器的供電回路完全切斷，進(jìn)一步減小了關(guān)機(jī)時(shí)的漏電流。整機(jī)關(guān)機(jī)后，經(jīng)檢測(cè)，關(guān)機(jī)電流小于5uA。圖2中的電池低電壓檢測(cè)報(bào)警由日本理光公司的 RN5VT20CA(U9)實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)電壓為固定值2V。

　　與圖1相比較，用JM16鍵開機(jī)后，還必須利用單片機(jī)P3.6 輸