一款线性锂电池充电管理芯片的设计

摘要

电子产品的消费逐渐呈现出繁荣景象，与此同时市场对锂电池的需求量也在不断增加。具备成本低、结构简单、集成度高、精度高、功耗低等特点的锂电池充电管理芯片有着广阔的应用前景。
　　本文设计了一款具备过温、过流、过充电、过放电等保护功能的三段式充电（涓流、恒流、恒压）的锂电池充电管理芯片。在电路设计方面，首先分析了锂离子电池充电管理芯片系统的架构和工作流程。其次，重点研究了具备二阶温度补偿的带隙基准电压源电路，与一阶带隙基准电压源相比提高了温度精度和温度抑制比。再次，对电流基准、各保护电路模块的设计进行了低功耗的研究，主要基于亚阈值区MOS管和无运放比较器两种技术。最后，简单介绍了系统其它控制模块、延时模块、以及检测模块的设计。
　　论文采用华润上华0.5μm N阱工艺，在Cadence软件平台上进行电路设计与仿真。仿真结果表明，设计的芯片在-40-85℃范围内，在不同的工艺角下，涓流充电阶段电流最大值为0.102A，最小值为0.099A。恒流充电阶段电流最大值为1.019A，最小值为0.994A。恒压充电阶段电压最大值为4.26V，最小值为4.17V。二阶带隙基准源的温度系数为8.33ppm/℃。另外，过温、过流、过充电、过放电等保护电路工作正常，能很好保护Li离子电池。

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1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容与组织结构

2 芯片的系统设计

2.1 芯片的功能与工作过程分析

2.2 芯片的系统结构分析

2.3 芯片的设计参数

2.4 芯片的应用

2.5 本章小结

3 具有二阶曲率补偿的带隙基准电压源的设计

3.1基本原理和性能指标

3.2 具有二阶曲率补偿的带隙基准电压源的设计与仿真

3.3 本章小结

4 低功耗模块电路设计

4.1低功耗电路设计的限制条件

4.2 电路低功耗的设计方法

4.3低功耗基准电流源的设计

4.4 低功耗保护电路的设计

4.5 本章小结

5 其他主要模块电路

5.1 充电控制电路

5.2延时电路

5.3 电池温度检测电路

5.4 电源电压检测电路

5.5 电池电压检测电路

5.6 本章小结

6 系统功能仿真

6.1 芯片充电过程仿真波形

6.2 系统corner仿真

6.3 芯片性能指标的设定值与仿真结果的对比

7 总结与展望

致谢

参考文献