? 本文介紹了一種使用雙電池供電的管理機(jī)制，在兩塊電池一供一備的模式中，有效解決了兩塊電池同時(shí)存在時(shí)兩者自動(dòng)切換以及分別進(jìn)行充電、放電和電量檢測(cè)的難點(diǎn)。

　　　便攜式設(shè)備中，大都選用重量輕、體積小、功能強(qiáng)的元器件。電源在所有元器件中占據(jù)著不可或缺的重要位置。鋰離子電池因其體積小、容量大的特點(diǎn)大受市場(chǎng)歡迎，但對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間室外作業(yè)的時(shí)候，一塊鋰電池供電還是顯得力不從心。對(duì)于供電保護(hù)設(shè)計(jì)好的設(shè)備，單電池電量不足可斷開負(fù)載并進(jìn)入休眠、關(guān)機(jī)等降低電源損耗，這固然保護(hù)了電池，但關(guān)鍵時(shí)刻設(shè)備卻不能正常工作，而對(duì)于在供電方面保護(hù)欠佳的電子產(chǎn)品，更容易造成單電池在使用中過(guò)度放電。本文講述的備用電池方案可大大減少此類困擾。

　　1 總體設(shè)計(jì)思路

　　系統(tǒng)的硬件主要包括微控制器MSP430F168、供電(即放電)電路、充電電路以及電池電壓檢測(cè)電路三個(gè)部分。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

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　　供電電路由電池A、電池B、選擇器1、電壓檢測(cè)器和單片機(jī)組成。供電時(shí)，單片機(jī)控制選擇器1與主電池A接通，使主電池A供電而備用電池B掛起。電壓檢測(cè)器內(nèi)部設(shè)置有標(biāo)識(shí)系統(tǒng)正常工作的參考電壓，若輸入電壓高于此參考電壓，則電壓檢測(cè)器輸出給負(fù)載的電壓等于輸入電壓，且此時(shí)反饋控制信號(hào)不觸發(fā)選擇器;若輸入電壓低于參考電壓，則輸出低電平，觸發(fā)選擇器3選擇另一電池供電，這樣依次循環(huán)自動(dòng)切換電池來(lái)供電。充電電路包括電池A、電池B、充電電源(交流適配器或者USB電源設(shè)備)、選擇器2和單片機(jī)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到兩正常電池某一個(gè)在供電時(shí)，將控制選擇器2使充電電源接人另一電池充電;當(dāng)設(shè)備中任一電池電壓處在低于截止電壓2.75V或等于0V電池被摘除的狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)將控制選擇器2使充電電源只對(duì)供電電池充電。電壓檢測(cè)電路由電池A、電池B、選擇器3、電壓采集電路和單片機(jī)組成。單片機(jī)控制選擇器3使電池A、B分時(shí)接入電壓采集電路，再通過(guò)內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器，模擬型的電壓信號(hào)就可變換為數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)處理。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 MSP430F168微控制器簡(jiǎn)介

　　MSP430F168微控制器是TI公司推出了一款高性能、超低功耗微控制電路。它擁有48kB+256Bflash存取器和2kB RAM，在1.8～3.6V的低電壓范圍內(nèi)便可工作。MSP430F168具有超強(qiáng)的16位RISC處理器，16位的寄存器和常數(shù)發(fā)生器，能最大限度地提高代碼運(yùn)算效率，具有5種省電模式，內(nèi)置數(shù)字控制振蕩器允許在6μs內(nèi)從低功耗模式喚醒。此外，MSP430F168還提供了16位定時(shí)器、12位快速ADC，USART、I2C、DMA等各種常用功能。

　　2.2 供電電路

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　　如圖2所示，選擇器1是由P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管VT1和VT2、二極管D1和D6、JK觸發(fā)器74HC107、電壓檢測(cè)器S-80832以及三端有向?qū)娐方M成。S-80832具有電池切換檢測(cè)的功能。

　　74HC107是雙路下降沿J-K觸發(fā)器，這里只選用其中一路。在設(shè)計(jì)中依照電路所需功能，對(duì)74HC107外圍電路按圖1進(jìn)行搭建，將得到如表1真值表，(注：標(biāo)“-”為非下降沿的情況，包括高電平、低電平和上升沿狀態(tài))S-80832是一種高精度低功耗電壓檢測(cè)器，檢測(cè)的閾值電壓3.2V在內(nèi)部被固化，采用N溝開漏方式輸出。

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　　S-80832電壓檢測(cè)器工作方式為：當(dāng)輸入電壓Vin大于閾值電壓3.2V時(shí)，輸出電壓Vout將等于Vin;當(dāng)Vin低于閾值電壓3.2V時(shí)，Vout將等于地電平Vss;如果Vin繼續(xù)下降到低于最小工作電壓Vmin時(shí)，輸出將不穩(wěn)定。由于S-80832的Vmin小于1V，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，正常工作情況下不會(huì)讓電池放電至1V以下，所以S-80832輸出電壓的大小是Vin或者0V。

　　此外，由PMOS管VT3和二極管D2組成的三端有向?qū)娐穼?shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)引腳P2.7作輸出用產(chǎn)生低電平時(shí)，可置74HC107復(fù)位，使系統(tǒng)由電池A供電，而當(dāng)P2.7做輸入用時(shí)，讀取的是74HC107輸出端Q的狀態(tài)，不造成對(duì)74HC107的電平的影響。此電路可實(shí)現(xiàn)依照需要控制74HC107復(fù)位。

　　供電電路工作原理如下：上電時(shí)，MSP430F168通過(guò)引腳P1.5控制PMOS管VT8導(dǎo)通，使電源接入負(fù)載。引腳P2.7利用其雙工通信特點(diǎn)先作輸出用，輸出低電平使74HC107復(fù)位，在觸發(fā)器輸出端Q電平置低后便將P2.7電平拉高。復(fù)位時(shí)Q為低電平使VT1導(dǎo)通VT2截止，從而實(shí)現(xiàn)了備用電池B被掛起而系統(tǒng)只由電池A單獨(dú)供電。當(dāng)S-80832輸入端電壓Vin高于3.2V時(shí)，其輸出給負(fù)載的電壓Vout將保持Vin大小不變;當(dāng)Vin低于3.2V時(shí)，則Vout變?yōu)榈碗娖剑Y(jié)合74HC107真值表，Vout輸出的反饋控制信號(hào)產(chǎn)生的下降沿將觸發(fā)JK觸發(fā)器，使其輸出端Q的電平變高，從而使VT1截止，而VT1的截止會(huì)導(dǎo)致VT2導(dǎo)通，這樣就啟動(dòng)備用電池B供電。單片機(jī)通過(guò)查詢引腳P2.7電平便可隨時(shí)知道此時(shí)系統(tǒng)由誰(shuí)供電。