【經(jīng)典電路】電池供電電路設計實例-KIA MOS管

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(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(gòu)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(zhuǎn)。

圖1中：

①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(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.

②當按鍵脈沖觸發(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，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(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(gòu)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，保證在電池的整個壽命周期內(nèi)機器都能穩(wěn)定工作。

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。

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單片機讀取；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，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(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。

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