用于便携式系统的降压-升压转换器

“更小、更便宜、更有效率。”这句话反映了对下一代便携式设备的要求。业界不断地将这些要求推向极致，设计工程师发现很难对这三个要求单独进行优化。

最佳的解决方案取决于整个系统要求以及大小、成本或效率(运行时间)方面的综合要求。设计师有很多备选的电源拓扑结构：降压、低压差稳压器(LDO)和降压-升压，这些拓扑结构各有优缺点。

本文将向您揭示各种拓扑结构的优点和缺点，特别结合了常常在大多数便携式电源应用中用到的锂离子电池电压到3.3V电压轨转换。我们将解释降压-升压转换器的不同实现，并说明当涉及到降压-升压转换器时，“一种解决方案并不能满足所有要求。”

存在的问题

图1说明了锂离子电池到3.3V电压转换所面临的设计挑战。满充的典型锂离子电池放电电压从4.2V开始。图1中的X轴开始于“t=-5分钟”，显示电池满充开路电压。在“t=0”时，给电池加上负载，因为其内部阻抗和保护电路，电压下降。当逐渐下降到约3.4V时电压开始快速下降，因为这个时候已经接近其放电周期的终点。为了充分利用电池存储的能量，在大部分的放电周期内3.3V的电压轨需要一个降压转换器，而对于放电周期的其它部分时间，则需要升压转换器。

从锂离子电池有效地产生3.3V电压轨并不是新问题，有很多解决方案。这里我们将讨论一些广泛使用的解决方案。包括级联降压和升压、降压-升压、降压和LDO电压拓扑。我们将讨论每种设计的折中问题，而且还测量和比较了系统的运行时。

级联降压和升压转换器解决方案

级联降压和升压转换器由两个独立的离散转换器组成：一个降压转换器和一个升压转换器。降压转换器将电池电压调节到一个中间电压，例如1.8V。然后，升压转换器再将中间电压升压到3.3V。如果系统正好需要低电压轨的话，这种架构非常有用。它100%地利用了电池容量。然而，从效率的观点来看，这种解决方案的效率并不是最高的，因为它采用了两级转换。

电源转换效率是降压转换器和升压转换器效率之积。对于工作在这些电压下的降压转换器和升压转换器的效率均为90%。这样3.3V转换器的总效率就等于90%×90% = 81%。两个分立的转换器增加了这种架构的元件数量和尺寸，因此这种方案无法用于小体积的便携式产品。另外一个缺点是两个分离的转换器增加了成本。

只有降压转换器的解决方案

从锂离子电池产生3.3V的另外一个常常被忽视的解决方案是降压转换器。这种解决方案并没有得到广泛的使用。然而，它具有一些明显的优势，不应该被忽视。设计师常常在看了图1的放电曲线后弃用这种解决方案。图1显示一个降压转换器不能在电池的整个放电曲线中产生3.3V电压轨。当降压转换器的输入电压降低到接近其输出电压时，很多的降压转换器进入到100%的负载周期模式。

图1：1650mA-hr 18650锂离子电池放电曲线。

在这种情况下，转换器停止开关，直接将输入电压递送到输出。在100%的负载周期模式下，输出电压等于输入电压减去在转换器上的压降。这个压降是功率金属场效应晶体管(MOSFET)的接通阻抗、输出电感的直流阻抗以及负载电流的函数。它设置最低的电池电压，在此电压下的输出仍被认为处于电压调节状态。假设系统允许3.3V的电压轨降低5%，并且依然处于电压调节状态，那么就可以用等式1计算得到系统工作的最低电池电压。

其中Vout_nom是标称的3.3V设置点，Rdson是功率MOSFET的接通电阻，RL是输出电感的直流电阻，Iout是转换器的3.3V输出电流。

当电池电压降低到Vbattery_min时，系统必须关断，以确保不会因为电压低于3.3V以下的最小容忍电压而导致数据损坏。即使电池的电量还有额定容量的5%~15%，系统仍然可能关断。实际的未使用容量取决于很多因素，包括器件阻抗、负载电流、电池寿命以及环境温度。

大多数设计师就只为这个原因而放弃采用单独的降压转换器拓扑，但是仔细地了解实际的系统运行时可以发现，这种选择可能有些草率。传统的降压-升压转换器以及级联降压和升压拓扑结构的效率比单独的降压转换器低很多。尽管这些拓扑利用了整个电池容量，但他们的效率比降压转换器的效率低很多。在很多实例中，单独的降压转换器运行时超过其它两种拓扑。直到约2005年，完全集成的降压转换器还常常是产生3.3V电压轨的最佳选择。

低压差稳压器方案

另外一种并未得到广泛使用的解决方案是LDO。与“单降压”的解决方案一样，LDO也不能完全利用到电池的容量。这是因为只有当输入电压大于输出电压加LDO压差时LDO才保持调压功能。比如LDO的压差为0.15V，当电池电压降低到3.3V + 0.15V = 3.45V后，3.3V的输出电压开始下降。根据LDO压差的不同，与“单降压”解决方案相比，这种解决方案可能会留下很多未用能量在电池里。尽管有这样的缺点，LDO的好处仍然使其在合适的情况下成为很有吸引力的解决方案。

LDO通常提供最小的解决方案尺寸，在空间约束成为系统的主要要求时，它是一种可选的方案。LDO通常也是最便宜的解决方案，因此对成本敏感的应用来说极具吸引力。很多设计师因为低效率而放弃采用LDO，但是认真了解这种应用的效率(等式2)会发现这是一个不错的解决方案。

由于满充的锂离子电池初始电压为4.2V，因此LDO效率初始值为78%，随着电池电压的降低效率也随之增加。

降压-升压转换器解决方案

降压-升压拓扑结构正在得到广泛的应用。这种拓扑结构整合了前面讨论的所有其他解决方案的最佳特性。正如其名一样，它提供“降压和升压”功能，可以百分之百地利用电池容量。

根据具体的降压-升压转换器实现方式，降压-升压转换器可以具有非常高的效率。例如， TI公司的全集成降压-升压转换器TPS63000在进行3.6V到3.3 V的转换中效率可达95%左右。非常高效率地使用整个电池容量提供了所有解决方案中最长的使用时间。集成了功率开关、补偿器件和反馈电路的完全集成的降压-升压转换器解决方案的尺寸非常小。需要的外部器件仅仅包括输入电容、输出电容和电感，就器件数量和方案尺寸而言，可以与降压方案媲美。单芯片的高集成度IC解决方案有助于使总体成本最小。

图2显示了降压-升压电源等级。该拓扑结构由一个降压电源级和一个升压电源级组成，降压电源级的两个功率开关通过功率电感连接到降压电源级的两个功率开关。这些开关可以用三种不同的工作模式进行控制：降压-升压模式、降压模式和升压模式。一种特殊的IC工作模式是输入-输出电压比、IC控制拓扑的函数。

图2：降压-升压电源级。

不是所有的降压-升压转换器都是相同的

在便携式应用中采用降压-升压转换器的情况已经存在很长一段时间了。当涉及到效率和尺寸大小的时候，通常这些降压-升压转换器有很严格的要求。硅片和封装技术只是在最近才发展到能在一个小封装中用一个合适的控制环集成4个MOSFET开关。有几种降压-升压转换器可供选择，但是通常这些降压-升压转换器具有很不一样的工作特性。

尽管不同的降压-升压解决方案具有相同的电源级拓扑，但它们具有差异很大的控制电路。有三种标准的降压-升压转换器。第一种在每个开关周期内所有四个MOSFET都工作。这将产生典型的降压-升压波形。仔细分析这些波形可以发现通过电感和MOSFET的均方根(RMS)电流远远高于标准的降压或升压转换器。这导致降压-升压拓扑的导通和开关损耗增加。四个开关同时工作还增加了栅极驱动损耗，在较低的输出电流下，这会极大地降低效率。

第二种降压-升压控制方案比较新，每个开关周期只有两个MOSFET工作，因此降低了损耗。参见图2，这种控制方案工作在三种不同的模式。当Vin大于Vout时，转换器打开Q4，关闭Q3。然后像经典的降压转换器一样，控制Q1和Q2。当Vin低于Vout，控制电路打开Q2并关闭Q1。然后像经典的升压转换器一样控制Q3和Q4。这种控制模式在降压和升压模式之间的转换期间存在几种控制和操作问题。这些问题的解决办法是在转换期间以典型的降压-升压模式工作。在这种工作模式下，所有四个开关都是可操作的。降压-升压模式消除了控制问题。然而，它在转换期间的效率大大降低，因为增加了开关损耗，并增加了RMS电流。不幸的是，转换期电压接近于可以获得大部分能量的电池电压。因此，在电池放电曲线的很大一部分区域内转换器都工作在低效率的降压-升压模式。

第三种降压-升压控制方案通过消除降压和升压模式之间的过渡区而大大地改善了性能和效率。德州仪器公司的TPS63000降压升压转换器包含先进的控制拓扑，能消除传统的降压-升压问题。无论是什么工作条件，TPS63000在每个开关周期内只有两个开关工作。因此可以在整个电池放电曲线上减少功率损耗，并保持高的效率。与某些解决方案不同的是，TPS63000集成了所有的补偿电路，只需要三个外部元件，因此降低了方案的尺寸。

图3横向比较了四种锂离子电池到3.3V转换解决方案的电池放电曲线和运行时。这些解决方案分别是“级联的降压和升压”、单降压、LDO和TPS63000降压-升压转换器。

图3：锂离子电池到3.3V解决方案的运行时

其配置采用了满充的18650锂离子电池，容量为1650mAHr。负载电流设置为500mA，系统关断的条件定义为在3.3V电压轨掉到初始设置点下的5%处。每种配置都使用相同的电池，从而消除因为电池容量差异导致的数据偏差。正如预期的那样，LDO的运行时间只有190分钟，降压-升压拓扑获得最长的运行时间，为203分钟，而级联的降压和升压”解决方案运行时间最短，只有175分钟。表1对实际系统中的几种关键要素作了比较。

其它考虑

图3的数据是根据恒定直流负载得到的。这是一种典型的平台测试，但是在实际的应用中并不典型。为最大化便携式应用的运行时，负载只是在需要时打开，在不需要时关断。显示器、处理器和功率放大器就是负载的一些实例，会对系统电池产生显著的瞬态变化。这些负载变化会因为电池的内部源阻抗、保护电路以及分布总线阻抗而导致在电池总线上产生压降。当在放电周期的末期发生负载的变化时，它们可以将电池电压拖到3.3V以下。在采用降压和LDO方案时，这会导致系统较早地关断。而降压-升压解决方案可继续工作在这些瞬态条件下，因此能延长系统的工作时间。

负载瞬变在实验室测试时表现得并不严重，但是在实际中会很糟糕。这是因为在150个充电/放电周期后，锂离子电池的内部阻抗将倍增。与25摄氏度的工作温度相比，0度的内部阻抗也会倍增。图4显示了当发生负载瞬变时锂离子电池的内部总线电压。降压转换器和降压-升压转换器有很稳定的250mA负载，而电池总线被加上了一个500mA的瞬态负载，此时降压转换器输出将下降到调节范围之外—这会导致系统关闭。TPS63000降压-升压转换器可以工作在这些瞬变条件下，输出电压不会改变。

图4：锂离子电池带脉动负载时的降压与降压-升压性能比较。

表1比较了前面讨论的四个锂离子到3.3V转换解决方案的关键要素。

表1：

结论

从锂离子电池产生3.3V的方案中设计工程师有很多选择。最佳的解决方案实际上取决于具体的系统要求。大多数系统会受益于降压-升压转换器的优点。工作时间最长、体积小以及相对较低的成本才是大多数便携式应用的最佳整体解决方案。

在选择一个降压-升压转换器时，需要注意不是所有的降压-升压转换器都是一样的。需要特别注意工作模式、在整个电池工作范围内的效率以及整体解决方案的尺寸。

肖特基二极管（SBD）

一般的二极管是利用PN结的单方向导电的特性，而肖特基二极管则是利用金属和半导体面接触产生的势垒（barrier）整流作用，这个接触面称为“金属半导体结”，其全名应为肖特基势垒二极管，简称为肖特基二极管。现有肖特基二极管大多数是用硅（Si）半导体材料制作的。20世纪90年代以来，出现了用砷化镓（GaAs）制作SBD。Si-SBD的特点是：正向压降PN结二极管的UDF低，仅为后者的1/2～1/3；trr约为10 ns数量级；适用于低电压（小于50 V）的功率电子电路中（当电路电压高于100 V以上时，则要选用PIV高的SBD，其正向电阻将增大许多）。此外，SBD是根据漂移现象产生电流的，不会积累，也无须移去多余的载流子，因此也就不存在正向恢复或反向恢复现象。这就是SBD的莎Ⅱ很小的缘故。输出电压为4～5V的开关转换可以选用PIV为25 V或45 V的Si－SBD。例如1N6492、lN639l、1N6392等。SBD的缺点是：反向漏电流比普通二极管大得多，如图1所示的二极管伏安特性比较。这是因为Si－SBD的结电容较大的缘故，如USD45型Si－SBD的结电容约为4700 pF，而UFRD的结电容仅为5～150 pF，GaAs－SBD的结电容也只有100～500 pF。

图1  二极管伏安特性的比较

　　有关各种快速开关二极管的参数见表1～表3c。

　　表1 几种典型功率二极管的主要参数

　　表2 Si-SBD和UFRD参数级别的比较（1级最高）

　　表3 UFRD和Si-SBD、GaAs－SBD的主要参数

　　GaAs-SBD的反向恢复时间不大于10ns。适用于高频、高速动作的电路及电压稍高的电路，现已经实用化。例如，日本生产的GaAs－SBD，其参数规格有：2.5～7 A，150～180 V（uF＝0.9 V，trr＝7～10 ns，IR＝1～3mA），以及IA，350 V（UF＝1.5 V，trr＝5 ns，IR＝1 mA）。

　　此外，GaAs－SBD的其他特点还有：开关噪声小，温度稳定性好（结温可达－ 40～150℃）。

　　如图6所示为GaAs－SBD（PIV＝180 V）、Si－SBD（PIV＝90V）与FRD（PIV＝200 V）三种功率开关二极管的反向恢复过程中电流波形的比较。由图可知，与后两种二极管比较GaAs－SBD的反向恢复时间短，反向电流峰值小。

　　图6 三种功率开关二极管电流反向恢复过程的波形zD＝r（t）比较

　　表1是各种典型功率（整流）二极管的主要参数比较表。表2及表3比较了

　　U_FRD、Si-S_BD和G_aA_s-S_BD的参数。在表3中di/dr＝100 A/_pts，f＝100 kHz。

LDO资料

低压差线性稳压器相对常用的三端稳压器具有更高的性能，PCB面积占用和功耗更低，在手机等便携产品中得到广泛应用。本文介绍了LDO器件的结构和性能特点，并提出了可借鉴的参考设计。

   低压差线性稳压器(LDO)是新一代的集成电路稳压器，它与三端稳压器最大的不同点是，LDO是一个自功耗很低的微型片上系统(SOC)。LDO按其静态耗电流来分，可分为OmniPower、MicroPower 、NanoPower三种产品，OmniPower LDO的静态电流在100uA~1mA之间，MicroPower LDO的静态电流在10uA~100uA之间，NanoPower LDO的静态电流小于10uA，通常只有1uA。

    OmniPower LDO是一种静态电流梢大但性能优于三端稳压器的新型线性稳压器，适用于使用AC/DC固定电源的所有电子产品，因其需求量大，生产量大，而生产成本极低，价格十分便宜；MicroPower LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器，它具有极低的自有噪音和较高的电源纹波抑制(PSRR)，具有快捷的使能控制功能，给它一个高(或者低)的电平可使它进入工作状态或睡眠状态，具有最好的性能/功率比，在需要低噪音的手机电源中必然使用；NanoPower LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器，具有极低的静态电流，稳压十分精确，最适用于需要节电的手提电子、电器产品。

LDO的结构

LDO的结构是一个微型的片上系统，它由作电流主通道具有极低在线导通电阻RDS(ON)的MOSFET、肖特基二极管、取样电阻、分压电阻、过流保护、过热保护、精密基准源、差分放大器、延迟器和POK(Power OK) MOSFET等专用晶体管电路在一个芯片上集成而成。

POK是新一代LDO都具备的输出状态自检、延迟安全供电功能，也有称之为Power good即“电源好”。

LDO的效率

LDO 的工作原理是通过负反馈调整输出电流使输出电压保持不变。 LDO是一个降压型的DC/DC 转换器，因此Vin ＞ Vout，它的工作效率:

 

LDO的工作效率一般在60~75%之间，静态电流小的效率会好一些。

LDO的选择

当所设计的电路对分路电源有以下要求：
1． 高的噪音和纹波抑制；
2． 占用PCB板面积小，如手机等手持电子产品；
3． 电路电源不允许使用电感器，如手机；
4． 电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能；
5． 要求稳压器低压降，自身功耗低；
6． 要求线路成本低和方案简单；
此时，选用LDO是最恰当的选择，同时满足产品设计的各种要求。

应用指南

   LDO的应用电路十分简单方便，它工作时仅需要二个作输入、输出电压退耦降噪的陶瓷电容器，参见图 3。

   Vin和Vout的输入和输出滤波电容器应当选用宽范围、低等效串联电阻(ESR)、低价陶瓷电容器，使LDO在零到满负荷的全部量程范围内具有良好的稳压效果。一些LDO有一个“Bypass”管脚，由它连接一个小的电容器，可以进一步降低噪音。

电容器的选择关系到设计产品的质量和成本，电容器的电容值、电介质材料类型、物理尺寸和等效串联电阻等这些重要参数都是设计工程师所要考虑的，在LOD应用电路的设计中，陶瓷电容器是最好的选择，因为陶瓷电容器无极性和具有低的ESR，典型值 

PSoC的单键开关机和自动关机方案

摘要： 本 文介绍了一种基于Cypress(赛普拉斯)的8位PSoC芯片的单键开关机和自动关机实现方案。采用该方案的应用系统具有开关机电路简单，操作方便，系统功耗低等优点。

关键词： PSoC;单键开关机;自动关机;功耗

引言

　　一种行之有效的功耗降低方法是给产品添加自动关机电路和单键开关机电路，使得系统在预先设定的时间里检测到无外部操作时，系统自动关断电源电路，从而确保系统非工作状态时实现真正的零功耗;同时单键开关机电路使得操作者能方便地实现系统的开关机操作。本文正是基于这个思想介绍了一种基于赛普拉斯PSoC芯片的单键开关机和自动关机的方案实现。该方案具有电路简单，成本低廉，操作方便，软件代码少，关机功耗低，可方便地集成于PSoC便携式电子产品中实现系统低功耗目的。

PSoC

　　PSoC(Programmable system on chip,可编程片上系统)是Cypress半导体有限公司生产的的可编程片上系统芯片。它主要由8位微处理器，可编程模拟模块和数字模块，外加硬件乘法累加器，I2C，Flash，SRAM，睡眠定时器等周边外围模块组成。

　　因此，PSoC除了能实现一般MCU的功能外，还可通过可编程模拟和数字模块灵活地实现单芯片电子产品系统所需的模拟与数字外围功能。为了方便用户简单而快速地实现模拟数字外围功能的设计，Cypress基于可编程数字模拟模块构建了大量的用户模块，如可编程运算放大器、比较器、6~14位的A/D和D/A转换器、滤波器、8/16 /24/32位定时器/计数器、脉宽调制器、触摸感应等模块。这些用户模块将PSoC内部的寄存器配置、数字模块和模拟模块之间的内部连线、底层API(应用程序接口)函数都已设计好了。当用户需要某个数字模拟外围功能时，只需要简单地调用相应的用户模块即可实现。

单键开关机和自动关机电路

　　图1是基于PSoC芯片为控制核心而设计的一种简单的单键开关机和自动关机电路，该电路所需占用PSoC的硬件资源是两个I/O口：ON/OFF和PWR_CTRL。ON/OFF是输入口，用来检测开关SW1动作情况;PWR_CTRL是输出口，用来控制电源的开与关。SW1是整个电路的输入控制开关。下面将详细介绍该电路的单键开机、单键关机和自动关机的工作原理。

图1 单键开关机和自动关机电路

　　开机工作原理：当系统处于关机状态时，开关SW1按下，PMOS管Q1的栅极电压由9V电池电压经R1、R3分压后由原来的9V变为4.5V，而Q1的源极电压为9V输入，Vgs=Vg-Vs=4.5-9=-4.5V，Q1从而导通，使得Vin近似于等于输入电源电压，Vin再经过后面的LDO或DC-DC电源芯片变换成系统所需要的电源电压VDD，使产品后面的系统开始工作;然后在系统一开始上电工作时，PSoC通过PWR_CTRL输出I/O口输出高电平信号，Q2的漏极变为低电平，从而将Q1的栅极锁定成低电平状态，这样确保在SW1开关按钮释放后，Vsg仍大于PMOS管Q1的导通开启电压，从而使得电池电压能稳定送到后面的产品系统电路中实现供电。

　　关机工作原理：当系统开机后无开关SW1按下的情况时，PSoC输入口ON/OFF由于电阻R2上拉至VDD的原因一直是高电平状态。当开关SW1突然按下时，二极管D1的负端变为零电平，ON/OFF输入电平就会由原来的VDD高电平状态，变为二极管正向电压电平0.6V低电平状态。ON/OFF输入口的这种电平状态突变会使得PSoC产生I/O口中断，执行关机中断处理：设置PWR_CTRL口输出为0电平信号。当PWR_CTRL=0时，Q2的漏极为高电平信号，Q1的栅极电压也随之变为9V电平，Vgs变为0V，PMOS管Q1关闭，从而将电池电压与输入电压Vin通路切断，实现关机功能。

　　自动关机工作原理：PSoC内的MCU不断检测外部输入操作，当一旦检测到无外部操作超过预先设定的时间，PSoC将输出PWR_CTRL口置为0，从而实现自动关机功能。至于时间定时功能，PSoC芯片可有多种实现方式，例如可以通过由可编程数字模块构造的硬件定时器用户模块实现，也可以通过PSoC芯片内本身集成的睡眠定时器，或者通过软件计数定时等实现。

单键开关机和自动关机软件

中断处理子程序

　　ON/OFF输入I/O口中断处理：

　　Set PWR_CTRL=0;

　　Ret

　　定时器中断处理：

　　Set PWR_CTRL=0;

　　Ret

　　单键开关机和自动关机软件流程如图2所示，要实现单键开机，在软件上只需要在程序最开始执行处添加一条将PWR_CTRL置 为“1”的语句即可;要实现单键关机，只需要在I/O中断服务处理程序里，添加一条将PWR_CTRL置为 “0”的语句;要实现自动关机，只需打开睡眠定时器或利用PSoC内的由可编程数字模块构成的定时器用户模块实现定时功能，然后再在定时中断里添加一条将PWR_CTRL置为 “0”的语句。

图2 单键开关机和自动关机软件流程

结语

　　该方案具有电路简单，成本低廉，操作方便，软件代码少，关机功耗低，可方便地集成于PSoC便携式电子产品中实现系统低功耗目的。

参考文献：

1. 王莹，‘不与摩尔定律较劲’，电子产品世界，2008.1

先进的锂电池线性充电管理芯片BQ2057及其应用

北京理工大学机电工程学院 魏维伟 李杰

摘要：本文介绍美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片BQ2057，利用BQ2057系列芯片及简单外围电路可设计低成本的单/双节锂电池充电器，非常适用于便携式电子仪器的紧凑设计。本文将在介绍BQ2057芯片的特点、功能的基础上，给出典型充电电路的设计方法及应用该充电芯片设计便携式仪器的体会。
关键词：锂电池 充电器 BQ2057

1 引言

BQ2057系列是美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片，BQ2057系列芯片适合单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可选封装形式，利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。

2.功能及特性

2.1 器件封装及型号选择

BQ2057系列充电芯片为满足设计需要，提供了多种可选封装及型号，其封装形式如图2－1所示，有MSOP、TSSOP和SOIC三种封装形式。其型号如表2－1所示，有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四种信号，分别适合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充电需要。

元件型号	充电电压
BQ2057	4.1V
BQ2057C	4.2V
BQ2057T	8.2V
BQ2057W	8.4V

BQ2057的引脚功能描述如下：

• VCC (引脚1):工作电源输入；
• TS (引脚2):温度感测输入，用于检测电池组的温度；
• STAT(引脚3):充电状态输出，包括:充电中、充电完成和温度故障三个状态；
• VSS (引脚4):工作电源地输入；
• CC (引脚5):充电控制输出；
• COMP(引脚6):充电速率补偿输入；
• SNS (引脚7):充电电流感测输入；
• BAT (引脚8):锂电池电压输入；

2.2 充电状态流程

BQ2057的充电状态流程如图2－3所示，其充电曲线如图2－2所示，BQ2057的充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。

2.2.1 预充阶段在安装好电池并加上电源后，BQ2057首先检查工作电压VCC，当工作电压过低时充电器进入睡眠模式，若工作电压正常，则检查电池温度是否在设定范围，若不正常则进入温度故障模式，否则检测电池电压VBAT，当电池电压VBAT低于低压门限V(min)时，BQ2057以恒流IREG10％的电流IPRE对电池预充电，

2.2.2 恒流充电

在完成对电池预充或电池电压VBAT低于恒压VREG时，BQ2057进入恒流充电状态，此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流，该电阻可采取高/低边的连接方式，在高边电流检测中RSNS接在VCC和SNS引脚间，在低边电流检测中RSNS接在VSS和SNS引脚间，如图2－4所示，通过SNS引脚获得充电电流的反馈，感测电阻由公式（1）计算：

其中IREG为预期的充电电流，VSNS可在BQ2057的电特性表中查得。

2.2.3 恒压充电

当充电电压达到恒压VREG时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压范围内，恒压精度高于±1%，BQ2057通过VBAT和VSS引脚监测电池组电压，当充电电流达到终止门限I(TERM)时停止充电，当电池电压低于重新充电门限电压V(RCH)时自动开始重新充电。BQ2057除了能实现标准的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V电压充电外，还可以通过分压实现对非标准电压充电，其方法是用分压电阻实现的电池分压值作为BAT引脚的输入，如图2－4所示。

2.3 电池温度监测

BQ2057通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池组温度的连续监测，常用热敏电阻作为温度传感器，并通过分压电阻实现，如图3－1所示。分压电阻的阻值可根据参数计算。BQ2057将该电压与内部的V(TS1)和V(TS2)门限电压比较以决定是否允许充电。由于外部分压及内部门限电压均以VCC为参考，保证了温度检测电路不受工作电源VCC的波动影响。当把TS引脚连到VCC或VSS时，可以禁止BQ2057的充电功能。

2.4 充电状态指示

BQ2057通过三态引脚STAT报告当前的充电状态：充电状态高电平、充电完成低电平、温度故障或睡眠状态高阻态。当将STAT引脚与单LED或双LED反接方式连接时，可实现充电状态的LED指示，也可以将STAT口与仪器微控制器接口，微控制器通过识别STAT口的三种状态实现仪器的智能管理。

3．典型充电器电路设计

利用BQ2057设计的充电器电路简单，可广泛应用于目前的便携式电子系统的电源管理，对于便携式电子产品的紧凑设计很有意义。

采用BQ2057设计的锂电池充电电路可实现对1节或两节锂电池的充电，工作电源DC+根据充电锂电池组的电压选择，推荐工作电压4.5V～18V，电池组的正端电压PACK+接BAT引脚，TS引脚检测电池组的热敏电阻NTC通过分压电阻后的分压值，以此判断温度是否正常，BQ2057可设计由PNP晶体管或P沟道MOSFET管充电，在选择时应满足功耗要求，采用PNP晶体管的充电电路参看图3－1，采用P沟道MOSFET管的充电电路参看图3－2。

4．结束语

在我们所设计的便携式电子仪器中，选择了BQ2057W芯片设计仪器的7.2V锂离子电池组充电电路，该充电电路非常简单，整个充电过程及状态显示均由BQ2057单独实现，整个电源管理模块简单可靠，该充电器电路对于涉及到锂电池充电要求的电子系统设计很有价值。

参考文献

1．bq2057/C/W/T Advanced Li-Ion Linear Charge Management IC，2000, Texas Instruments Incorporated

48v电池组终止电压应是多少V?

A1:

铅酸电池的极限电压，即12伏电池析氢电压记得是14.8伏 换算48伏的是59.2伏,一般选择14.2或14.3算满电基于此即56.6到56.9

A2:

最高电压（恒压59.4+-0.2）浮充56+-0.2

A3:

48V的电池组,一般欠压值为42V,放电低于这个电压会对电池寿命造成很大影响,至于你说的显示为欠压时,用表测量为50多伏,应该是显示不准确,还有,你用表测量时,是不是显示板上正在显示欠压,一般都是在加负载时显示欠压,如果停车测量,电压应该偏高些.也就是说,停车测的电压不是很准确.

A4:

12V每节电池欠压值一般为10.5V,48V的欠压值为4*10.5=42V

 

蓄电池基本常识100问

蓄电池基本常识100问

轻触式开关电路在AVR单片机中的应用

单键开关电路已经广泛应用于PDA、手机和电子词典等数码产品中，其实现方式多种多样。一般可采用RS触发器、计数器以及采用555集成电路等等。在单片机的一些实际应用中，以上的实现方式会增加整个电路的复杂度，不能达到简洁、实用的效果。本文将介绍一种可以在单片机应用中实现的，简易、稳定的轻触式单键开关电路。

相关电路如下图示：

MCU用的是AVR 的ATMEGA16L，电源芯片用的是LM2576-3.3，是低电平开启的，有些电源芯片用的是高电平开启。图中有标注。

这个是不能复位的版本。一复位就会关机。就是只有上电复位。

说明一下第一个电路工作原理：

S2按下后，D3，Q1，Q3导通，输出低电平给LM2576的判断控制端。稳压芯片工作，为单片机供电。单片机马上将相应的I/O引脚置为输出高，这时Q1和Q2及Q3都导通，整个电路进入工作状态。而后单片机再将这个I/O引脚设置为输入，由于开启AVR单片机IO的内置上拉电阻，Q1和Q2和Q3一直导通。单片机一直扫描相应I/O输入状态，如果S2没有按下去，则这个I/O将始终为高。当S2再次按下去时，D4导通，单片机检测到这个I/O引脚输入为低，此时作些延时，看延时合不合预先设定的值，达到则将单片机的这个I/O设置成输出为低的状态。Q2截止，如果按键抬起，Q1也会截止，稳压芯片将不会为单片机提供电压，整个电路处于关断状态。

注意，C10是必不可少的，不然由于单单片机的复位操作会使系统断电。

进入正常工作后，就将正常工作的代码写入EEPROM。关机时将正常关机的代码也写入EEPROM。这样，还可以检测是不是正常关机。

最后，奉上这些boot代码：

//*****************************GCC for the new lab board ******************************

//****************************** code 02 ***********************************************

#include

#include

#include

#include

#define POWER PB0

#define LED  PD7

#define ON  0x0f

#define OFF  0xf0

//******************************向UART 写一字节**************************************

int usart_putchar(char c)

{

 if(c==
)

 usart_putchar( );

 loop_until_bit_is_set(UCSRA,UDRE);

 UDR=c;

 return 0;

}

//*******************************从UART 读一字节*************************************

int usart_getchar(void)

{

 loop_until_bit_is_set(UCSRA,RXC);

 return UDR;

}

//************************************初始化i/o**************************************

void Initialuart(void)

{

 //UART 初始化

 UCSRB=_BV(RXEN)|_BV(TXEN);/*(1< UBRRL=25; //9600 baud 6MHz:38 4MHz:25

 //i/o 流UART 连接

 fdevopen(usart_putchar,usart_getchar,0);

}

//*********************************to start the power,hehe***************************

void Powerpost(void)

{

 unsigned long i="0";

 unsigned char val;

 DDRB&=~_BV(POWER);

 PORTB|=_BV(POWER);

 eeprom_busy_wait();

 val=eeprom_read_byte(0); //从EEPROM 0 地址处读取一字节赋给RAM 变量val

 if(val==OFF)

 {

  //if(PIND&_BV(K4)) _delay_ms(500);if(PIND&_BV(K4))

  while(!(PINB&_BV(POWER))) {i++;if(i>300000) break;}

  if(i>=300000)

  {

   DDRB|=_BV(POWER);

   PORTB|=_BV(POWER);

   eeprom_busy_wait(); //等待EEPROM 读写就绪

   eeprom_write_byte(0,ON); //将0xbb 写入到EEPORM 0 地址处 

   DDRD|=_BV(LED);

   PORTD|=_BV(LED); 

  }

  else

  {

   eeprom_busy_wait(); //等待EEPROM 读写就绪

   eeprom_write_byte(0,OFF); //将0xbb 写入到EEPORM 0 地址处

   DDRB|=_BV(POWER);

   PORTB&=~_BV(POWER); 

   DDRD|=_BV(LED);

   PORTD&=~_BV(LED);    

  }

    

 }

 else

 {

  DDRD|=_BV(LED);

  PORTD|=_BV(LED);

  DDRB|=_BV(POWER);

  PORTB|=_BV(POWER);

  eeprom_busy_wait(); //等待EEPROM 读写就绪

  eeprom_write_byte(0,ON); //将0xbb 写入到EEPORM 0 地址处 

 }

}

//************************************Shut Down *************************************

void ShutDown(void)

{

 unsigned long i="0";

 while(!(PINB&_BV(POWER))) {i++;if(i>200000) break;}

 if(i>=200000)

 {

  eeprom_busy_wait(); //等待EEPROM 读写就绪

  eeprom_write_byte(0,OFF); //将OFF 写入到EEPORM 0 地址处

  PORTD&=~_BV(LED);

  DDRB|=_BV(POWER);

  PORTB&=~_BV(POWER);     

 }

}

//************************************the entrey*************************************

int main()

{ 

 Powerpost();

 Initialuart();

 printf("hello,你好吗？嘿嘿!!
"); 

// PORTB=0x00;

 while(1)

 {

  ShutDown();

 }

}

祝大家成功!!!

maxell可充纽扣电池ML2032充电电路

 

大量单键开关机参考电路

最后这个是我在用的，感觉挺复杂，但是也没想出更好的来

基于PSoC的单键开关机和自动关机方案

jianglei8025 发表于 2008-3-27 23:25:00

引言 　　 一种行之有效的功耗降低方法是给产品添加自动关机电路和单键开关机电路，使得系统在预先设定的时间里检测到无外部操作时，系统自动关断电源电路，从而确保系统非工作状态时实现真正的零功耗;同时单键开关机电路使得操作者能方便地实现系统的开关机操作。本文正是基于这个思想介绍了一种基于赛普拉斯PSoC芯片的单键开关机和自动关机的方案实现。该方案具有电路简单，成本低廉，操作方便，软件代码少，关机功耗低，可方便地集成于PSoC便携式电子产品中实现系统低功耗目的。 　　 PSoC 　　 PSoC(Programmable system on chip,可编程片上系统)是Cypress半导体有限公司生产的的可编程片上系统芯片。它主要由8位微处理器，可编程模拟模块和数字模块，外加硬件乘法累加器，I2C，Flash，SRAM，睡眠定时器等周边外围模块组成。 　　 因此，PSoC除了能实现一般MCU的功能外，还可通过可编程模拟和数字模块灵活地实现单芯片电子产品系统所需的模拟与数字外围功能。为了方便用户简单而快速地实现模拟数字外围功能的设计，Cypress基于可编程数字模拟模块构建了大量的用户模块，如可编程运算放大器、比较器、6~14位的A/D和D/A转换器、滤波器、8/16 /24/32位定时器/计数器、脉宽调制器、触摸感应等模块。这些用户模块将PSoC内部的寄存器配置、数字模块和模拟模块之间的内部连线、底层API(应用程序接口)函数都已设计好了。当用户需要某个数字模拟外围功能时，只需要简单地调用相应的用户模块即可实现。 　　 单键开关机和自动关机电路 　　 图1是基于PSoC芯片为控制核心而设计的一种简单的单键开关机和自动关机电路，该电路所需占用PSoC的硬件资源是两个I/O口：ON/OFF和PWR_CTRL。ON/OFF是输入口，用来检测开关SW1动作情况;PWR_CTRL是输出口，用来控制电源的开与关。SW1是整个电路的输入控制开关。下面将详细介绍该电路的单键开机、单键关机和自动关机的工作原理。 图1 单键开关机和自动关机电路 　　 开机工作原理：当系统处于关机状态时，开关SW1按下，PMOS管Q1的栅极电压由9V电池电压经R1、R3分压后由原来的9V变为4.5V，而Q1的源极电压为9V输入，Vgs=Vg-Vs=4.5-9=-4.5V，Q1从而导通，使得Vin近似于等于输入电源电压，Vin再经过后面的LDO或DC-DC电源芯片变换成系统所需要的电源电压VDD，使产品后面的系统开始工作;然后在系统一开始上电工作时，PSoC通过PWR_CTRL输出I/O口输出高电平信号，Q2的漏极变为低电平，从而将Q1的栅极锁定成低电平状态，这样确保在SW1开关按钮释放后，Vsg仍大于PMOS管Q1的导通开启电压，从而使得电池电压能稳定送到后面的产品系统电路中实现供电。 　　 关机工作原理：当系统开机后无开关SW1按下的情况时，PSoC输入口ON/OFF由于电阻R2上拉至VDD的原因一直是高电平状态。当开关SW1突然按下时，二极管D1的负端变为零电平，ON/OFF输入电平就会由原来的VDD高电平状态，变为二极管正向电压电平0.6V低电平状态。ON/OFF输入口的这种电平状态突变会使得PSoC产生I/O口中断，执行关机中断处理：设置PWR_CTRL口输出为0电平信号。当PWR_CTRL=0时，Q2的漏极为高电平信号，Q1的栅极电压也随之变为9V电平，Vgs变为0V，PMOS管Q1关闭，从而将电池电压与输入电压Vin通路切断，实现关机功能。 　　 自动关机工作原理：PSoC内的MCU不断检测外部输入操作，当一旦检测到无外部操作超过预先设定的时间，PSoC将输出PWR_CTRL口置为0，从而实现自动关机功能。至于时间定时功能，PSoC芯片可有多种实现方式，例如可以通过由可编程数字模块构造的硬件定时器用户模块实现，也可以通过PSoC芯片内本身集成的睡眠定时器，或者通过软件计数定时等实现。 　　 单键开关机和自动关机软件 　　 中断处理子程序 　　 ON/OFF输入I/O口中断处理： 　　 Set PWR_CTRL=0; Ret 定时器中断处理： Set PWR_CTRL=0; Ret 　　 单键开关机和自动关机软件流程如图2所示，要实现单键开机，在软件上只需要在程序最开始执行处添加一条将PWR_CTRL置为“1”的语句即可;要实现单键关机，只需要在I/O中断服务处理程序里，添加一条将PWR_CTRL置为 “0”的语句;要实现自动关机，只需打开睡眠定时器或利用PSoC内的由可编程数字模块构成的定时器用户模块实现定时功能，然后再在定时中断里添加一条将PWR_CTRL置为 “0”的语句。 图2 单键开关机和自动关机软件流程 　　 结语 　　 该方案具有电路简单，成本低廉，操作方便，软件代码少，关机功耗低，可方便地集成于PSoC便携式电子产品中实现系统低功耗目的。