开关型1-3节锂电池充电管理芯片设计

摘要

随着便携式电子产品的迅速发展，消费者对产品的要求也越来越高。锂离子电池其小体积、高能量、轻质量、长寿命、低成本、无污染等优点成为人们的首选电池。但是，为了充分地利用电池的容量、延长电池的使用寿命以及提高电池的安全可靠性，需要一个完整的电池管理解决方案严格控制电池充放电模式，防止电池过压、过放、过温、短路以及过流而损坏电池。因此，设计一款功能完善的电池管理芯片具有一定的研究意义和市场需求。
　　在针对锂电池管理芯片的研究中，本文首先介绍了电源变换器的拓扑结构、工作模式和调制方式。然后将状态空间平均法应用于电源变换器，推导出脉宽调制器的平均开关模型和峰值电流采样模型，并采用该模型对本文设计的电池管理芯片进行系统建模，验证系统的稳定性。从变换器的稳定性分析入手，详细阐述了环路增益与系统的负载调整率和线性调整率的关系，由此引出快速稳定变换器的补偿技术。
　　基于系统建模的总体架构，设计一款降压型1-3节锂电池PWM充电管理芯片，根据性能指标设计各个模块电路，其中包括高压基准电路、线性调制器、电荷泵等。最后，总体仿真验证了本文设计的锂电池充电管理芯片具有完善的系统功能，如：智能电源选择系统、智能电池检测、逐周期限流、可编程电池节数和安全高效的充电模式等。说明芯片性能良好，可广泛应用于笔记本电脑、工业与医疗设备手持终端和便携设备等。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状和发展态势

1.3论文主要内容及安排

第二章 电源变换器介绍

2.1 基本拓扑结构

2.2 电源变换器工作模式

2.3 电源变换器调制模式

2.4 本章小结

第三章 系统建模与HSPICE仿真

3.1 状态空间平均法（SSA）

3.2 PWM开关模型

3.3 峰值电流采样模型（CPM）

3.4 系统建模仿真

3.5 本章小结

第四章 系统环路分析与补偿

4.1 系统环路分析

4.2 环路的补偿

4.3 本章小结

第五章 电池管理芯片SPICE仿真与设计

5.1 芯片功能特性简述

5.2 管脚定义

5.3 典型应用电路

5.4 模块电路设计与仿真

5.5 系统功能验证

5.6 本章小结

第六章 结 论

6.1 本文的主要工作

6.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果