基于电池保护芯片的低压保护电路设计

黎阳成

摘要：本文介绍了一种使用电池保护芯片XB3303A，实现连接到主系统的低功耗子系统的低压保护电路设计方法。连接到主系统的子系统，可能会受到主系统耦合电压的影响，导致关机状态下子系统还处于低电压下不稳定的工作状态，有可能导致子系统损坏，加入使用电池保护芯片设计的低压保护电路后，可以有效消除主系统耦合电压对子系统的影响，为今后各种子系统的低压保护方案提供了简洁有效的参考和方向。

关键词：低压保护：电池保护：耦合电压

引言：低压保护一般是使用稳压管、三极管、MOS管等分立器件组合而成，如《CN201621001507-一种大功率LED驱动低压保护电路》专利里面介绍的一种低压保护电路，这种电路需要元件较多，任何一个元件损坏，可能就会导致整个低压保护电路失效。

很多集成电路，如单片机，工作电压范围是2-3.6V，设计供电电压一般是3V或3.3V，低于设计的供电电压时，都是不希望单片机还处于工作状态的。而耦合电压，可能就处于2-2.5V之间，这个耦合电压，会使低功耗设计的单片机还处于工作状态。使用电池保护芯片，过放电压是2.4V，过放恢复电压是3V，刚好可以消除耦合电压对单片机的影响，而且使用电池保护芯片的电路设计简单，可靠性高，非常适合应用于空间限制小的子系统的低压保护。

1.XB3303A的特性

过充电压：4.3V，过充恢复电压：4.1V。过放电压：2.4V，过放恢复电压：3.0V。封装：SOT23-3， 过流检测电流：3.0A

2.常用芯片的工作电压范围

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 硬件設计

U1、R1、C2构成低压保护电路，可以看到使用电池保护芯片设计的低压保护电路非常简单，适用于空间限制非常小的应用场合。

U2、C12、C4构成LDO稳压电路，给单片机等后端电路供电，LDO电路输出常用3V或3.3V，如果LDO输出3.3V，LDO电路也可以放到低压保护电路前面;如果LDO输出3V，就不建议放到低压保护电路前面，因为低压保护芯片的过放恢复电压一般都是3V，由于电压误差，有可能导致电压意外跌落后子系统恢复不了工作。

低压保护电路和LDO是子系统电路的一部分。主系统给子系统供电，从子系统中的XB3303A看主系统，就是把主系统作为电池，而XB3303A仅使用了过放的功能，当主系统关机时，电压会跌落到2.4V以下，使得XB3303A启动了过放关断的功能，即使有耦合电压存在，由于耦合电压不到3V，没有达到过放恢复电压3V，XB3303A就不会再导通，从而使得耦合电压影响不到子系统中的单片机等电路。

如主系统是相机，子系统是相机里面的一个小功能模块，相机通过HDMI线连接到显示设备上;当相机关机时，HDMI线可能会将显示设备上的电压耦合到相机，再通过主系统与子系统之间的连接线传到子系统上。这个耦合电压用万用表测得在2.4V左右，子系统如果没有加低压保护电路，LDO芯片最小输入电压是2.7V，当输入2.4V时，LDO是不能截止输出的，反而是几乎无压降输出2.4V，此时如果单片机是C8051F410或STM32F，由于是低功耗设计，所需电流很小，这个耦合电压就会使单片机一直处于正常工作状态，使得主系统再次开机时，子系统完全没有开机的状态指示。造成子系统工作不正常的假象。如果单片机是C8051F330，标称最低工作电压是2.7V，耦合电压的2.4V也会使得C8051F330处于低电压下不稳定的工作状态，导致单片机程序运行异常甚至程序丢失。加入低压保护电路后，就可以完全消除耦合电压对子系统的影响。

图1：未加低压保护电路，相机开机再关机的波形图，从中可以看出，关机后，耦合电压2.24V一直给子系统供电，造成子系统处于非期望的工作状态。

图2：加了低压保护电路，相机开机再关机的波形图，从中可以看出，关机后，瞬间电压跌落到2.4V以下，再被耦合电压拉起一点，但由于耦合电压小于过放恢复电压3V，无法使XB3303A再次导通，因此耦合电压很快被关断，消除了耦合电压对子系统的影响。

XB3303A是负极控制芯片，而耦合电压可能不是从电源正极进入，而是从其他信号线进来，这种情况下用负极控制芯片比用正极控制芯片更合适。

4. 结束语

本文使用电池保护芯片XB3303A，应用其过放保护功能，设计了一种非常简单易用的低压保护电路，仅增加极少的成本和空间，就消除了耦合电压对关键电路单片机的影响，从而提高了子系统的可靠性和稳定性。

电池保护芯片有很多，除了XB3303A，还可以用相同封装的XB3306A等芯片，此外也可以换其他封装的芯片，如DW02C等，设计原理都是一样的，替换性也非常好，因此使用电池保护芯片给单片机做低压保护的设计方案，是非常便捷、易用、有效、可靠的方案。