两种最实用的电池供电电路设计

电池供电的开关元件，将它设在DC/DC转换电路的前面，关机时将DC/DC转换器的供电回路完全切断，进一步减小了关机时的漏电流。整机关机后，经检测，关机电流小于5uA.图2中的电池低电压检测报警由日本理光公司的RN5VT20CA(U9)实现，检测电压为固定值2V.

与图1相比较，用JM16键开机后，还必须利用单片机P3.6输出低电平实现开机自保，因此称该电路为“软开关电路”。使用该软开关电路的优点是无须考虑按键去抖动问题，硬件电路简单，可降低硬件成本，节约印制板板面，在手持式产品中印制板板面是非常宝贵的(元器件的数量直接影响印制板的大小和产品整体外观)。缺点是当受到外界强信号干扰或由于电池电量不足而引起死机时，按键JM16将不起作用，必须取出电池，再重新装入方能解决死机现象。当然这种情况出现的机率极低，且因电池电量不足而引起死机时，就需要更换电池了。而图1的硬开关电路中，当碰到死机现象时，无需触摸电池，通过按键JM2就能实现开机和关机。

电源滤波

在以上介绍的DC/DC转换电路中，采用的是DC/DC升压转换器件，升压型DC/DC转换器的电路结构如图3所示。

图3

开关K导通时电池BT给电感L充电，在L中以场的形式储存能量1/(2L×I2)。其中，I为电感电流。K断开后，L中的磁能又以电能的形式释放给滤波电容C2和负载RL.周期性的开关操作使电池能量源源不断地送入负载，而输出电压被转换为：

Vout = Vin/(1-δ)

式中，δ为开关占空比(导通时间占工作周期的比率)。控制电路监测输出电压并控制占空比，从而达到调节和稳定输出电压的目的。本文介绍的DC/DC升压转换器件的控制方式均为PFM(脉冲频率调制)，具有较小的静态电流，轻载情况下效率较高，但纹波稍大。为保证主电路稳定工作，必须考虑对电源输出进行滤波。一般采用无源滤波电路来进行滤波，无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型，LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。当采用电感滤波或复式电感型滤波时，需采用电感量高、体积大的电感，对手持、便携式产品并不适用，所以在负载电流较小的场合，采用RCπ型滤波，结构简单、经济，滤波效果也比较好。滤波电容的等效串联电阻《ESR)是造成输出纹波的主要因素，电容的材质应选择具有较低ESR的陶瓷电容、铝电解电容和钮电解电容，应尽量避免标准铝电解电容。采用RCn型滤波时，输出电压两端的脉动系数S=1/(Kω×C×R)。K为常数，由该公式可知，在ω值一定的情况下，R愈大，C愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就越好。R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗;若增大C的电容量，又会增大电容器的体积和重量，也不易实现，因此电容的容量一般为10-100 uF，电阻的值一般在10Ω以下。

结语

以上介绍的两种电池供电电路，都是将电池电压转换为+3.3 V直流电压，为单片机应用系统提供工作电源的DC/ DC升压电路。这类电路主要用在由2节7号电池供电的PDA、手持终端等产品中，其他类产品(如手机、数码相机)的电池供电电路会有所不同，但工作原理基本相似。在电池供电电路的设计中，都会面临如何实现开关机、降低关机电流、减小输出电源中的纹波和干扰信号、提高转换效率等一系列问题。只有妥善地解决这些问题，才能确保产品稳定可靠地工作。本文所讲的两个实例较好地解决了这方面的问题，已经在产品中实际应用，效果良好。当然随着新器件的不断涌现，还需不断地改进和完善此类电路的设计，以提升产品的整体性能。