解析兩種典型的電池供電電路

該電路的開(kāi)/關(guān)機(jī)的過(guò)程分為這樣兩種情況：

①在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，JM16鍵作為開(kāi)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(kāi)始工作，向主電路輸出3.3 V電源。支付密碼器進(jìn)入開(kāi)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(guò)V2使V5和V7保持導(dǎo)通狀態(tài)，這樣即使JM16鍵松開(kāi)后，支付密碼器也能維持開(kāi)機(jī)狀態(tài)，P3.6輸出低電平起到開(kāi)機(jī)自保的作用。

②在開(kāi)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(guò)鍵盤接口被單片機(jī)讀取;在開(kāi)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(kāi)后，單片機(jī)的P3.6輸出高電平并經(jīng)反相后通過(guò)V2使V5和V7變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，支付密碼器因?yàn)闆](méi)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(kāi)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(kāi)機(jī)后，還必須利用單片機(jī)P3.6輸出低電平實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)自保，因此稱該電路為“軟開(kāi)關(guān)電路”.使用該軟開(kāi)關(guān)電路的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須考慮按鍵去抖動(dòng)問(wèn)題，硬件電路簡(jiǎn)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(diǎn)是當(dāng)受到外界強(qiáng)信號(hào)干擾或由于電池電量不足而引起死機(jī)時(shí)，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(jī)現(xiàn)象。當(dāng)然這種情況出現(xiàn)的機(jī)率極低，且因電池電量不足而引起死機(jī)時(shí)，就需要更換電池了。而圖1的硬開(kāi)關(guān)電路中，當(dāng)碰到死機(jī)現(xiàn)象時(shí)，無(wú)需觸摸電池，通過(guò)按鍵JM2就能實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)。

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(kāi)關(guān)K導(dǎo)通時(shí)電池BT給電感L充電，在L中以場(chǎng)的形式儲(chǔ)存能量1/(2L×I2)。其中，I為電感電流。K斷開(kāi)后，L中的磁能又以電能的形式釋放給濾波電容C2和負(fù)載RL.周期性的開(kāi)關(guān)操作使電池能量源源不斷地送入負(fù)載，而輸出電壓被轉(zhuǎn)換為：

Vout = Vin/(1-δ)

式中，δ為開(kāi)關(guān)占空比(導(dǎo)通時(shí)間占工作周期的比率)?？刂齐娐繁O(jiān)測(cè)輸出電壓并控制占空比，從而達(dá)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(duì)電源輸出進(jìn)行濾波。一般采用無(wú)源濾波電路來(lái)進(jìn)行濾波，無(wú)源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型，LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。當(dāng)采用電感濾波或復(fù)式電感型濾波時(shí)，需采用電感量高、體積大的電感，對(duì)手持、便攜式產(chǎn)品并不適用，所以在負(fù)載電流較小的場(chǎng)合，采用RCπ型濾波，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，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(yīng)選擇具有較低ESR的陶瓷電容、鋁電解電容和鈕電解電容，應(yīng)盡量避免標(biāo)準(zhǔn)鋁電解電容。采用RCn型濾波時(shí)，輸出電壓兩端的脈動(dòng)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(dòng)系數(shù)愈小，也就是濾波效果就越好。R值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會(huì)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(huì)增大電容器的體積和重量，也不易實(shí)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(yǔ)

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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供工作電源的DC/ DC升壓電路。這類電路主要用在由2節(jié)7號(hào)電池供電的PDA、手持終端等產(chǎn)品中，其他類產(chǎn)品(如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī))的電池供電電路會(huì)有所不同，但工作原理基本相似。本文所講的兩個(gè)實(shí)例較好地解決了在電池供電電路的設(shè)計(jì)中，面臨的如何實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)機(jī)、降低關(guān)機(jī)電流、減小輸出電源中的紋波和干擾信號(hào)、提高轉(zhuǎn)換效率等一系列問(wèn)題。只有妥善地解決這些問(wèn)題，才能確保產(chǎn)品穩(wěn)定可靠地工作。