随着信息时代的到来，个人数字助理、数码相机、手机等手持电子产品层出不穷。 这些产品主要采用电池供电，在这类产品中如何设计电源管理电路，确保产品的实用性、经济性成为产品设计的重要问题。 本文从设计手持产品的工作实践出发，探讨两种典型电池供电电路的设计情况。
1硬开关电路设计示例
硬开关电路是将2节3号电池的串联电压通过DC/DC转换器MAX756转换为3.3 V的电压后的电路，电路图如图1所示。 如果不通过升压电路直接由电池供电，则电池侧产生的电压有从高到低的顺序下降的过程。 两个新电池的串联电压在3 V以上，随着能量的消失会下降到2V以下，机器将无法正常工作。 JM2键是开/关键，按下JM2时键会抖动，导致误动作。 由R20、C13、R21、R22、R23、V9构成充放电电路通过适当选择R20、C13、R21的值，使充放电电路的充电时间和放电时间大于键抖动时间，起到有效地消除键抖动的作用. 从V9集电极输出的关键脉冲在抖动去除后，由u25(74HC14 )三个施密特触发反相器进一步滤波整形，生成波形完整的单脉冲。 该脉冲触发u24a(74HC74d触发器)的反转。
图1中：
当从U24A的5引脚q端子输出高电平时，从6引脚q端子输出低电平，该低电平被输入到MAX756的1引脚禁止端子(低电平有效)。 此时，MAX756处于截止状态，但是由于DC/DC转换电路内的脉冲整流管V5的存在，电池电压经过V5到达DC/DC的输出端子6管脚。 因此，需要在电路中还追加晶体管V11作为开关元件。 U24A的6引脚q端子输出低电平，使MAX756处于禁止状态时，U24A的5引脚q端子输出高电平，使晶体管V11截止，完全断开从电池到主电路的电源VCC的路径，使机器处于关闭状态，使快门
推脉冲触发U24A(74HC74d触发)反转，从u24a的5引脚q端子输出低电平，从6引脚q端子输出高电平时，MAX756变为动作状态，输出电压控制端子2引脚为高电平，因此3.3 V的电压同时，U24A的5引脚q端子输出为低电平时，晶体管V11变为导通状态，MAX756输出为主电路提供动作电源，设备变为导通状态。
接通电源的状态下，单片机的输出SWPW保持低电平。 当单片机将SWPW输出变为高电平时，在由V10组成的逆变电路中输出低电平，使U24A启用一端子，U24A的5端子q端子输出高电平，6端子q端子输出低电平，机器关闭单片机上电复位时1/O端口输出为高电平，因此复位时的SWPW高电平会引起“复位误关机”现象。 为了防止这种情况，在SWPW输出电路中追加由R25、C14构成的充电电路，适当选择R25、C14的可取值，在复位后R25、C14充电电路未充电到V10导通的阈值电平0.7 V之前，预先将SWPW设为低电平即可
MAX756的5引脚LBI是电池低电压的检测端子，当该端子的电压下降到内部基准电压1.25 V以下时，MAX756的4引脚LBO (漏极开路型输出)输出低电平，可以用作电池低电压报警信号。 报警电压点的设定依据有2个。
国标要求电池终止电压为0.9 V。 实际测量表明，2节3号电池的串联电压低于2V时，电池能量将耗尽，无法维持产品的稳定工作。 因此，将电池的低压检测报警点设定为2 V。
MAX756报警电压u较低的计算公式如下。
将该电路称为硬开关电路的主要原因是，按下JM2可以关闭电源，无需单片机辅助。 spw的作用是实现定时自动关闭。 在按下键控制关机时，以下电池电源电路必须由单片机辅助。
2软开关电路设计实例
在图2所示的电源管理电路中，采用日本理光公司的RN5RK331A DC/DC转换器，将从电池供给的电压转换为3.3 V的电压并提供给主电路，从而在电池的整个寿命中机器稳定地动作。
此电路的开/关过程分为以下两种情况：
关闭电源的状态下，使用JM16键作为启动键。 按下JM16，电池电压经过V1到达V5的基极，促使V5和V7导通； 电池电压通过V7连接到DC/DC转换器RN5RK331A的输入端子和使能端子，DC/DC转换器开始动作，向主电路输出3.3 V电源。 支付密码器进入开机状态后，再次从单片机P3.6输出低电平，翻转后通过V2使V5和V7保持导通状态。 这样，即使在释放JM16密钥后，支付密码器也可以保持加电状态，P3.6输出为低电平起到自保证加电的作用。
接通电源的状态下，使用JM16键作为关机键。 未按下JM16键时，SWH信号点为低电平。 按下JM16键，SWH信号点变为高电平，该信号变化在通过键盘接口被单片机读取的启动时可以检测到JM16的关闭，确定为关闭命令； 松开JM16键，单片机P3.6输出达到高电平，翻转后通过V2关闭V5和V7，支付密码器因无电源关闭。 在该电源电路中，晶体管V7是电池电源的开关元件，将其设置在DC/DC转换电路的前面，关机时完全切断DC/DC转换器的电源电路，进一步降低了关机时的漏电流。 管教
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。
3 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。
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10 Ω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。
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