黎陽(yáng)成

摘要：本文介紹了一種使用電池保護(hù)芯片XB3303A，實(shí)現(xiàn)連接到主系統(tǒng)的低功耗子系統(tǒng)的低壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)方法。連接到主系統(tǒng)的子系統(tǒng)，可能會(huì)受到主系統(tǒng)耦合電壓的影響，導(dǎo)致關(guān)機(jī)狀態(tài)下子系統(tǒng)還處于低電壓下不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，有可能導(dǎo)致子系統(tǒng)損壞，加入使用電池保護(hù)芯片設(shè)計(jì)的低壓保護(hù)電路后，可以有效消除主系統(tǒng)耦合電壓對(duì)子系統(tǒng)的影響，為今后各種子系統(tǒng)的低壓保護(hù)方案提供了簡(jiǎn)潔有效的參考和方向。

關(guān)鍵詞：低壓保護(hù)：電池保護(hù)：耦合電壓

引言：低壓保護(hù)一般是使用穩(wěn)壓管、三極管、MOS管等分立器件組合而成，如《CN201621001507-一種大功率LED驅(qū)動(dòng)低壓保護(hù)電路》專利里面介紹的一種低壓保護(hù)電路，這種電路需要元件較多，任何一個(gè)元件損壞，可能就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)低壓保護(hù)電路失效。

很多集成電路，如單片機(jī)，工作電壓范圍是2-3.6V，設(shè)計(jì)供電電壓一般是3V或3.3V，低于設(shè)計(jì)的供電電壓時(shí)，都是不希望單片機(jī)還處于工作狀態(tài)的。而耦合電壓，可能就處于2-2.5V之間，這個(gè)耦合電壓，會(huì)使低功耗設(shè)計(jì)的單片機(jī)還處于工作狀態(tài)。使用電池保護(hù)芯片，過(guò)放電壓是2.4V，過(guò)放恢復(fù)電壓是3V，剛好可以消除耦合電壓對(duì)單片機(jī)的影響，而且使用電池保護(hù)芯片的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高，非常適合應(yīng)用于空間限制小的子系統(tǒng)的低壓保護(hù)。

1.XB3303A的特性

過(guò)充電壓：4.3V，過(guò)充恢復(fù)電壓：4.1V。過(guò)放電壓：2.4V，過(guò)放恢復(fù)電壓：3.0V。封裝：SOT23-3， 過(guò)流檢測(cè)電流：3.0A

2.常用芯片的工作電壓范圍

C8051F330：2.7-3.6V，C8051F410：2.0-5.25V。STM32F051：2.0-3.6V，STM32F103：2.0-3.6V ?，AD8552：2.7-5.0V

3 硬件設(shè)計(jì)

U1、R1、C2構(gòu)成低壓保護(hù)電路，可以看到使用電池保護(hù)芯片設(shè)計(jì)的低壓保護(hù)電路非常簡(jiǎn)單，適用于空間限制非常小的應(yīng)用場(chǎng)合。

U2、C12、C4構(gòu)成LDO穩(wěn)壓電路，給單片機(jī)等后端電路供電，LDO電路輸出常用3V或3.3V，如果LDO輸出3.3V，LDO電路也可以放到低壓保護(hù)電路前面;如果LDO輸出3V，就不建議放到低壓保護(hù)電路前面，因?yàn)榈蛪罕Ｗo(hù)芯片的過(guò)放恢復(fù)電壓一般都是3V，由于電壓誤差，有可能導(dǎo)致電壓意外跌落后子系統(tǒng)恢復(fù)不了工作。

低壓保護(hù)電路和LDO是子系統(tǒng)電路的一部分。主系統(tǒng)給子系統(tǒng)供電，從子系統(tǒng)中的XB3303A看主系統(tǒng)，就是把主系統(tǒng)作為電池，而XB3303A僅使用了過(guò)放的功能，當(dāng)主系統(tǒng)關(guān)機(jī)時(shí)，電壓會(huì)跌落到2.4V以下，使得XB3303A啟動(dòng)了過(guò)放關(guān)斷的功能，即使有耦合電壓存在，由于耦合電壓不到3V，沒(méi)有達(dá)到過(guò)放恢復(fù)電壓3V，XB3303A就不會(huì)再導(dǎo)通，從而使得耦合電壓影響不到子系統(tǒng)中的單片機(jī)等電路。

如主系統(tǒng)是相機(jī)，子系統(tǒng)是相機(jī)里面的一個(gè)小功能模塊，相機(jī)通過(guò)HDMI線連接到顯示設(shè)備上;當(dāng)相機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，HDMI線可能會(huì)將顯示設(shè)備上的電壓耦合到相機(jī)，再通過(guò)主系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的連接線傳到子系統(tǒng)上。這個(gè)耦合電壓用萬(wàn)用表測(cè)得在2.4V左右，子系統(tǒng)如果沒(méi)有加低壓保護(hù)電路，LDO芯片最小輸入電壓是2.7V，當(dāng)輸入2.4V時(shí)，LDO是不能截止輸出的，反而是幾乎無(wú)壓降輸出2.4V，此時(shí)如果單片機(jī)是C8051F410或STM32F，由于是低功耗設(shè)計(jì)，所需電流很小，這個(gè)耦合電壓就會(huì)使單片機(jī)一直處于正常工作狀態(tài)，使得主系統(tǒng)再次開(kāi)機(jī)時(shí)，子系統(tǒng)完全沒(méi)有開(kāi)機(jī)的狀態(tài)指示。造成子系統(tǒng)工作不正常的假象。如果單片機(jī)是C8051F330，標(biāo)稱最低工作電壓是2.7V，耦合電壓的2.4V也會(huì)使得C8051F330處于低電壓下不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，導(dǎo)致單片機(jī)程序運(yùn)行異常甚至程序丟失。加入低壓保護(hù)電路后，就可以完全消除耦合電壓對(duì)子系統(tǒng)的影響。

圖1：未加低壓保護(hù)電路，相機(jī)開(kāi)機(jī)再關(guān)機(jī)的波形圖，從中可以看出，關(guān)機(jī)后，耦合電壓2.24V一直給子系統(tǒng)供電，造成子系統(tǒng)處于非期望的工作狀態(tài)。

圖2：加了低壓保護(hù)電路，相機(jī)開(kāi)機(jī)再關(guān)機(jī)的波形圖，從中可以看出，關(guān)機(jī)后，瞬間電壓跌落到2.4V以下，再被耦合電壓拉起一點(diǎn)，但由于耦合電壓小于過(guò)放恢復(fù)電壓3V，無(wú)法使XB3303A再次導(dǎo)通，因此耦合電壓很快被關(guān)斷，消除了耦合電壓對(duì)子系統(tǒng)的影響。

XB3303A是負(fù)極控制芯片，而耦合電壓可能不是從電源正極進(jìn)入，而是從其他信號(hào)線進(jìn)來(lái)，這種情況下用負(fù)極控制芯片比用正極控制芯片更合適。

4. 結(jié)束語(yǔ)

本文使用電池保護(hù)芯片XB3303A，應(yīng)用其過(guò)放保護(hù)功能，設(shè)計(jì)了一種非常簡(jiǎn)單易用的低壓保護(hù)電路，僅增加極少的成本和空間，就消除了耦合電壓對(duì)關(guān)鍵電路單片機(jī)的影響，從而提高了子系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

電池保護(hù)芯片有很多，除了XB3303A，還可以用相同封裝的XB3306A等芯片，此外也可以換其他封裝的芯片，如DW02C等，設(shè)計(jì)原理都是一樣的，替換性也非常好，因此使用電池保護(hù)芯片給單片機(jī)做低壓保護(hù)的設(shè)計(jì)方案，是非常便捷、易用、有效、可靠的方案。