基于電池保護芯片的低壓保護電路設計

黎陽成

摘要：本文介紹了一種使用電池保護芯片XB3303A，實現連接到主系統的低功耗子系統的低壓保護電路設計方法。連接到主系統的子系統，可能會受到主系統耦合電壓的影響，導致關機狀態下子系統還處于低電壓下不穩定的工作狀態，有可能導致子系統損壞，加入使用電池保護芯片設計的低壓保護電路后，可以有效消除主系統耦合電壓對子系統的影響，為今后各種子系統的低壓保護方案提供了簡潔有效的參考和方向。

關鍵詞：低壓保護：電池保護：耦合電壓

引言：低壓保護一般是使用穩壓管、三極管、MOS管等分立器件組合而成，如《CN201621001507-一種大功率LED驅動低壓保護電路》專利里面介紹的一種低壓保護電路，這種電路需要元件較多，任何一個元件損壞，可能就會導致整個低壓保護電路失效。

很多集成電路，如單片機，工作電壓范圍是2-3.6V，設計供電電壓一般是3V或3.3V，低于設計的供電電壓時，都是不希望單片機還處于工作狀態的。而耦合電壓，可能就處于2-2.5V之間，這個耦合電壓，會使低功耗設計的單片機還處于工作狀態。使用電池保護芯片，過放電壓是2.4V，過放恢復電壓是3V，剛好可以消除耦合電壓對單片機的影響，而且使用電池保護芯片的電路設計簡單，可靠性高，非常適合應用于空間限制小的子系統的低壓保護。

1.XB3303A的特性

過充電壓：4.3V，過充恢復電壓：4.1V。過放電壓：2.4V，過放恢復電壓：3.0V。封裝：SOT23-3， 過流檢測電流：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 硬件設計

U1、R1、C2構成低壓保護電路，可以看到使用電池保護芯片設計的低壓保護電路非常簡單，適用于空間限制非常小的應用場合。

U2、C12、C4構成LDO穩壓電路，給單片機等后端電路供電，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電路前面;如果LDO輸出3V，就不建議放到低壓保護電路前面，因為低壓保護芯片的過放恢復電壓一般都是3V，由于電壓誤差，有可能導致電壓意外跌落后子系統恢復不了工作。

低壓保護電路和LDO是子系統電路的一部分。主系統給子系統供電，從子系統中的XB3303A看主系統，就是把主系統作為電池，而XB3303A僅使用了過放的功能，當主系統關機時，電壓會跌落到2.4V以下，使得XB3303A啟動了過放關斷的功能，即使有耦合電壓存在，由于耦合電壓不到3V，沒有達到過放恢復電壓3V，XB3303A就不會再導通，從而使得耦合電壓影響不到子系統中的單片機等電路。

如主系統是相機，子系統是相機里面的一個小功能模塊，相機通過HDMI線連接到顯示設備上;當相機關機時，HDMI線可能會將顯示設備上的電壓耦合到相機，再通過主系統與子系統之間的連接線傳到子系統上。這個耦合電壓用萬用表測得在2.4V左右，子系統如果沒有加低壓保護電路，LDO芯片最小輸入電壓是2.7V，當輸入2.4V時，LDO是不能截止輸出的，反而是幾乎無壓降輸出2.4V，此時如果單片機是C8051F410或STM32F，由于是低功耗設計，所需電流很小，這個耦合電壓就會使單片機一直處于正常工作狀態，使得主系統再次開機時，子系統完全沒有開機的狀態指示。造成子系統工作不正常的假象。如果單片機是C8051F330，標稱最低工作電壓是2.7V，耦合電壓的2.4V也會使得C8051F330處于低電壓下不穩定的工作狀態，導致單片機程序運行異常甚至程序丟失。加入低壓保護電路后，就可以完全消除耦合電壓對子系統的影響。

圖1：未加低壓保護電路，相機開機再關機的波形圖，從中可以看出，關機后，耦合電壓2.24V一直給子系統供電，造成子系統處于非期望的工作狀態。

圖2：加了低壓保護電路，相機開機再關機的波形圖，從中可以看出，關機后，瞬間電壓跌落到2.4V以下，再被耦合電壓拉起一點，但由于耦合電壓小于過放恢復電壓3V，無法使XB3303A再次導通，因此耦合電壓很快被關斷，消除了耦合電壓對子系統的影響。

XB3303A是負極控制芯片，而耦合電壓可能不是從電源正極進入，而是從其他信號線進來，這種情況下用負極控制芯片比用正極控制芯片更合適。

4. 結束語

本文使用電池保護芯片XB3303A，應用其過放保護功能，設計了一種非常簡單易用的低壓保護電路，僅增加極少的成本和空間，就消除了耦合電壓對關鍵電路單片機的影響，從而提高了子系統的可靠性和穩定性。

電池保護芯片有很多，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，設計原理都是一樣的，替換性也非常好，因此使用電池保護芯片給單片機做低壓保護的設計方案，是非常便捷、易用、有效、可靠的方案。