MCU应用设计中，VDD和VBAT引脚如何匹配电池？

 

芯片中有很多的电源管脚（VDD/VSS/VBAT），简而言之，原因如下：芯片作为一个大水池，水池很大，要放满水的时候，比如只在一个地方给它供水，水就会从这个地方开始慢慢扩散出去，那么势必会造成这个供水的不均匀，那比如说多搞几个水管，四面八方往里面加水，这个时候很显然要比一个水管往里面加水要均匀，水位就会均匀上升。同时，每个电源管脚都会有滤波（水桶作用）。

如下图芯片有VDD和VSS，还有一个VBAT。每一个电源管脚外面都会有滤波。

 

 

 

关键时刻不慌张，VBAT守抗时间

 

 

微控制器（MCU）是现代电子设备的核心，其广泛应用于各种自动化系统、家电、消费电子、通信设备等。MCU的功能多样，而VBAT管脚是其中一个关键的功能部分。本文将详细介绍MCU中VBAT管脚的基本概念、功能定位、设计要点、应用场景及其设计注意事项。

 

一、VBAT管脚的基本概念    

VBAT（备用电池供电管脚）是MCU的专用电源引脚，主要用于连接外部备用电源（如纽扣电池、可充电锂电池或者超级电容）。其核心作用是在主电源（VDD）断电时，为实时时钟（RTC）、备份寄存器等关键模块持续供电，确保设备断电后关键数据不丢失、时间记录不中断。

 

二、功能定位‌
 

1. 备用电源无缝切换

当主电源（VDD）正常供电时，VBAT处于待机状态；一旦VDD断电，VBAT立即通过外部备用电源（如纽扣电池、可充电锂电池或者超级电容）接管供电，保障RTC和备份寄存器正常运行。例如，STM32系列MCU在主电源关闭后，可通过VBAT维持内部时钟持续计数。如果不使用备份电源，则系统 上应将VBAT和VDD短接。

 注意：当使用电源切换功能时，VBAT 工作范围是1.5~4.2V，当不使用电源切换功能时，VBAT 应 与 VDD 短接，此时 VBAT 可以承受 5.5V 供电。

 

2. 低功耗长效支持

VBAT专为低功耗场景设计，仅为RTC等核心模块供电，工作电流通常低至微安级（μA），能大幅延长备用电源的续航时间，减少电池更换频率。

 

3. 静态数据可靠保存

设备的用户参数、系统配置、运行日志等关键数据需在断电时留存，VBAT通过为内部低功耗存储器（如备份寄存器）供电，确保数据在主电源中断期间不丢失，恢复供电后可直接读取。

三、设计要点‌

1.电源自动切换机制‌

需通过MOSFET开关或肖特基二极管实现VDD与VBAT的自动切换，确保主电源失效时快速切换至备用电源，典型响应时间需控制在10毫秒以内，避免关键模块断电复位。

 

2‌.电路稳定性保障

◦ 在VBAT引脚附近配置100nF陶瓷去耦电容，滤除电源噪声，稳定供电电压； 

◦ 布线时远离高频信号（如时钟线、射频线），减少电磁干扰对低功耗模块的影响。

 

3.备用电池选型‌

◦ 常用电源类型：纽扣电池（如CR2032，容量约225mAh）、超级电容或可充电锂电池； 

◦ 选型需结合设备待机需求计算容量：例如，若RTC功耗为1μA，CR2032可支持约25年续航（理论值）。

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四、典型应用场景‌

1.消费电子产品

如智能手表、智能手环等便携设备，需要长时间准确记录时间和日期信息。在这些设备中，VBAT管脚连接的备用电源能够保证RTC模块在设备电池耗尽或更换电池期间继续工作。

2.工业自动化系统

工业自动化系统中常常需要记录设备运行的时间、故障发生时间等信息。VBAT管脚连接的备用电源能够在设备断电或维护期间，持续供电给RTC模块和关键数据存储器，确保时间和数据的完整性。

3.智能家居设备

智能门锁、恒温器等设备的用户密码、温度设定等参数需长期保存，VBAT在断电时为存储器供电，避免用户重新配置。
 

5、设计注意事项‌

若设备不使用外部备用电池，需将VBAT引脚直接短接至主电源VDD，防止引脚悬空导致漏电或功能异常；

备用电源回路需避免过流风险，可根据需求串联限流电阻（如1kΩ），保护VBAT引脚内部电路；

电池安装需考虑更换便利性，避免设备封装设计导致电池更换困难。

 

 

以复旦微FM33LG0xx系列为例介绍VBAT引脚

 

复旦微FM33LG0XX系列，有VBAT引脚的都可以直接连电池。向您推荐匹配的松下CR2032和BR2032（耐高温型）电压都是3V，可直接连接，中间不需要加电源管理芯片。在VDD脚上加电池也一样使用，VDD 1.65-5.5V。

为何设计两个脚呢？VBAT可以给内部RTC供电。由于考虑精确性和老化性等因素，外接RTC需要电池。VBAT脚是给芯片内部最小系统使用的，电池只是给主电源做备胎而已。VBAT里面怎么分配是芯片内部的事情。

 

 

芯片测试时采用上图所示的电源供电方案

 

 

常用一次纽扣电池

panasonic松下CR2032-CR-2032- 225mAh缩略版规格书

 

 

panasonic松下CR2450-620mAh缩略版规格书

 

panasonic松下BR2032-200mAh缩略版规格书

 

 

Maxell麦克赛尔CR2032-220mAh缩略版规格书

 

“唐辉电子”有以下松下电池及配套产品供应 ：CR/BR系列-圆筒形二氧化锰锂电池、可充电镍氢电池（圆柱系列）、CR/BR系列-扣式锂电池(焊接电极、加引线等)、电池卡座（可根据型号定制电池卡座）。      

（电池为松下原装正品，电极、引线和卡座产品为“唐辉电子”配套服务，方便客户采购使用，最大限度服务好客户。详细情况请咨询“唐辉电子”。）

 

 

 

小华半导体HC32L 系列无Vbat 管脚， 

如何使用双电源应用？

 

 

 

有较多客户有聊到HC32L系列，没有VBAT 管脚，开发时不方便。这里给出一种参考解决方案，可以解决双电源的应用方案。

 

 

 

意法半导体STM32系列电源之VBAT管脚

 

 

 

管脚定义
缩写	意思
VCC（Volt Current Condenser）	电路中的供电正电压
GND（Ground，接地）	电路中的供电负电压
VDD	芯片的工作正电压
VSS	芯片的工作负电压
VDDA	芯片的工作模拟正电压
VSSA	芯片的工作模拟负电压
VDDD	芯片的工作数字正电压（好像不常用）
VSSD	芯片的工作数字正电压（好像不常用）
VREF+	ADC基准参考正电压
VREF-	ADC基准参考负电压
VBAT	电池或其他电源供电

 

备用电池，就是我们可以在我们的开发板上肉眼看到的纽扣电池。这也就是当开发板掉电后，还有一部分仍可以工作的原因。就差不多后备隐藏能源一样。

STM32中VBAT引脚是内部RTC备用电源引脚，保证STM32断电之后，内部时钟可以继续工作。

 

具体作用如下：

 

VBAT引脚是用来连接备份电源的，主要用于提供备份电源给内部RTC（实时时钟）和备份寄存器，以保证在主电源异常中断时，RTC和备份寄存器能够继续工作并保持数据。

此外，VBAT引脚还可以用于检测主电源是否正常，当主电源异常中断时，可以通过检测VBAT引脚的电压来判断主电源是否正常。

只有VDD掉电，stm32芯片本体才会通过VBAT引脚获取电源，若VDD有电，芯片不会从VBAT取电，这个时候芯片管你接啥呢。

下方框图明显的是一个条件选择器，在VDD有电的时候是通过上边连接VDD的线取电的，无论VBAT接不接，都不会导致RTC之类的功能无法运行。

手册中有提到：

4.1 电源

STM32 的工作电压( VDD )为2.0～3.6V，通过内置的电压调节器提供所需的 1.8V 电源，当主电源 VDD 掉电后，通过VBAT 脚为实时时钟( RTC )和备份寄存器提供电源。