单节锂电池充电管理电路的设计

摘要

随着便携式电子产品的广泛应用,二次电池的电源市场正迅速拓宽。而锂离子电池的众多优点尤其是大容量、高密度的优点使其成为了二次电池的主流产品。但另一方面,由于锂离子电池的容量和电压完全受充电电路决定,因此,设计一款充电性能较好并带有保护电路的锂离子电池充电管理电路,具有较大的实用价值和理论价值。 本文首先从锂离子的特性和锂离子电池的充电方式入手,分析、设计了开关充电系统和线性充电系统,并设计一种线性的三段式,包括涓流充电、恒流充电、恒压充电的充电结构；在此基础上,对锂离子电池充电电路中的模块进行了设计,主要模块包括：恒流恒压充电回路、采样匹配电流镜电路、再启动电路、手动停机电路、欠压闭锁电路、过温保护电路、过热保护电路、电池损坏保护电路、多路输出基准电路,数字控制逻辑电路；最后选用一种较为合适的电池电路模型对设计的电路的进行了模拟验证。 电路基于CSMC 0.6 N阱工艺,利用cadence spectre对电路进行仿真和验证。在电源电压低于3.6V或者电源电压高于电池电压不足30mV时,充电停止,直到电源电压恢复正常；当芯片温度高于50℃,充电电流开始减小,直到120℃时,充电电流为零,充电停止；当电源电压为4.4～7V,芯片温度为-20～50℃,电池温度在0～40℃时,充电系统正常工作,且恒流充电误差小于1％,恒压充电误差小于5％,满足设计指标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1锂离子电池的简介

1.2锂电池充电器的现状及发展趋势

1.3论文的研究目的和意义

1.4论文组织结构

第二章锂离子电池充电原理

2.1充电方式

2.1.1线性充电方式

2.1.2开关充电方式

2.1.3脉冲充电方式

2.2电池模型

2.3充电系统功能设计

2.3.1充电基本要求

2.3.2充电循环

第三章开关充电系统设计

3.1开关充电原理

3.2开关充电系统结构设计

3.3恒流恒压环路及切换

3.4开关充电系统建模

3.5功率级的设计

3.6稳定性设计

第四章线性充电系统及电路设计

4.1充电系统性能指标

4.1.1参数设计

4.1.2充电方式选择

4.2线性充电系统设计

4.2.1线性充电系统结构

4.2.2恒流与恒压环路

4.2.3线性充电系统稳定性

4.3充电电路设计

4.3.1涓流、恒流充电实现

4.3.2恒压充电实现

4.3.3恒流恒压切换

4.3.4采样匹配

4.3.5充电终止、待机和再启动

4.3.6手动停机

4.4充电保护电路设计

4.4.1欠压闭锁

4.4.2温度保护电路

4.4.3电池损坏保护

4.5基准电路设计

4.5.1带隙基准电压源的原理

4.5.2电压模、电流模多路输出基准

4.5.3Widlar多路输出基准

4.5.4基于Widlar基准源的多路基准源设计

第五章系统仿真与版图设计

5.1系统仿真

5.2版图设计

5.2.1版图整体布局

5.2.2基准版图设计

5.2.3功率管版图设计

第六章结论与展望

参考文献

致 谢

附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文