電池低電壓指示及控制電路設計

便攜式電子產品大多采用可充電電池供電,但一般沒有電池低電壓指示電路,往往造成電池過放電而使充電電池受損害,并且也會由于電池電壓過低而影響電路正常工作。筆者依據這情況設計了一種電池低電壓指示電路,并能控制封閉穩壓器。該電路采用了電壓測試器IC及帶封閉控制的線性穩壓器IC。

兩種IC簡介1.電壓測試器CMOS輸出結構的電壓測試器是一種三端集成電路,無需外接電源,也無需外接元件。該器件超低功耗,靜態電流13A;測試電壓VDET精度2%2.4%;內部比較器有滯后特性以保證工作穩定性。滯后電壓VHYS與測試電壓VDET的關系約VHYS≈0.05VDET。

CMOS互補輸出結構的電壓測試器如圖1所示。VDD為輸入測試電壓端,VSS為地,VOUT為電壓測試器的輸出端。當VDD>VDET時,VOUT≌VDD;當VDD降到測試電壓以下時,VOUT≈0V。當VDD從小于VDET升壓時,要到VDD=VDET+VHYS時,VOUT=VDD。其特性如圖2所示。當VDD<0.91V時,內部電路因工作電壓過低,輸出不正常,是非工作區(如圖2中斜線所示)。電壓測試器的測試電壓范圍從0.9V6.3V,差不多間隔0.1V就有一個品種。電壓測試器有TO-92封裝,SOT-89封裝及SOT-23封裝。SOT-89封裝如圖3所示。

2.帶封閉控制的線性穩壓器帶封閉控制的線性穩壓器如圖4所示。SHDN為封閉控制端:加高電平時,電源正常工作;加低電平時,電源被封閉,在封閉狀態時耗電極省,一般小于1uA。

電池低電壓指示及控制電路電池低電壓指示及控制電路如圖5所示。該電路由4節鎳鎘或鎳氫電池供電。帶封閉控制的線性穩壓器輸出3.6V,在輸出100mA時壓差360mV,SHDN端加低電平時電源封閉。CMOS輸出的電壓測試器的測試電壓VDET=4V,精度為2.4%。

4節電池的額定電壓為4.8V,終止放電電壓為4V。當電池的電壓大于4V時,電壓測試器輸出端(1腳)輸出高電平(≈VDD)。此高電平加在SHDN端,使電源正常工作;由于VOUT端電壓接近VDD電壓,LED不亮。當電池電壓降到4V下時,電壓測試器的VDD這電路的優勢是,充電利用了電池的放電能量,戒備電池過放,戒備由于電池過低而造成負載電路工作不正常或誤差過大;與一般電路相比較僅增加了一個電壓測試器、一個電阻、一個LED,占印制板面積小,并且成本也不高。

設計計算如果穩壓器輸出電壓為VOUT,其最大壓差為VDD,則其最小輸入電壓VINmin=VOUT+VDP。為保證電源工作正常,則電壓測試器的VDET應滿足VDET=VINmin。而電池的終止放電電壓VBATmin應滿足VBATmin≥VDET。

例如,VOUT=3.3V,最大工作電流時VDP=0.5V,則VINmin=3.3V+0.5V=3.8V,電壓測試器VDET選3.8V的,電池選4節鎳鎘或鎳氫電池,其最大電壓為5.6V,額定值為4.8V,最小值為3.8V(相當每節電池終止放電為0.95V)。當然,電壓測試器也可以選4.0V的。

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