本文關(guān)鍵詞：鋰電池特性與智能管理IC芯片研究

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【摘要】：隨著移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式產(chǎn)品的出現(xiàn),人們的生活越來越便利和豐富多彩,它們的續(xù)航能力一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn),鋰電池憑借著其各方面的優(yōu)勢(shì),成為便攜式電子產(chǎn)品不可或缺的一部分。但是由于鋰電池本身的電化學(xué)特性,其在使用過程中都必須帶有相應(yīng)的管理芯片。一款低功耗、高精度的管理芯片能夠讓鋰電池在使用時(shí)更安全、使用壽命更為長(zhǎng)久。本文從鋰電池的化學(xué)特性與工作原理出發(fā),通過對(duì)鋰電池充電方式的研究,分析各充電方式對(duì)鋰電池性能的影響,指出了鋰電池在充電過程中要注意的問題,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一款高精度的鋰電池智能管理芯片。鋰電池的充電方法大致來說可以分為兩大類,即常規(guī)充電法和脈沖充電法。常規(guī)充電方法中又包括恒流充電、恒壓充電、恒流恒壓充電三種。每種充電方法都各有優(yōu)劣,通過對(duì)各充電方法的分析研究,本文所設(shè)計(jì)的智能管理芯片所采用的充電方法為三段充電方法,它是在恒流恒壓充電法的基礎(chǔ)上考慮到電池可能會(huì)過度放電而增加了小電流預(yù)充的階段。充電的具體過程根據(jù)鋰電池所處的狀態(tài)來決定,若鋰電池處于過放狀態(tài)下,則先用小電流對(duì)其進(jìn)行激活和修復(fù),此階段為預(yù)充電;待電池電壓達(dá)到一定值后,則用1 A左右的電流對(duì)其進(jìn)行快速充電,縮短充電時(shí)間,此階段為恒流充電;最后用一個(gè)恒定電壓對(duì)其充電,以確保電池被充滿,此階段為恒壓充電。目前市場(chǎng)上有許多鋰電池充電管理芯片,它們大多只對(duì)鋰電池的充電過程進(jìn)行管理與控制,或者只對(duì)鋰電池的放電過程進(jìn)行保護(hù)。本文所設(shè)計(jì)的鋰電池智能管理芯片主要功能包括:充電過程的管理、過度充電保護(hù)及過度放電的保護(hù)。另外,溫度對(duì)于鋰電池來說是一個(gè)非常重要的性能參數(shù)。溫度太高,可能會(huì)造成鋰電池永久性的損壞,更為嚴(yán)重的可能導(dǎo)致爆炸;溫度太低,鋰電池的充放電過程都不夠完全,能量利用率大大降低,造成很大程度的浪費(fèi)。所以本文所設(shè)計(jì)的智能管理芯片還包括對(duì)電池溫度的保護(hù),確保鋰電池工作時(shí)的溫度在0°C~60°C。文章最后在CSMC 0.5μm工藝下,通過Cadence/Spectre對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析說明,通過仿真結(jié)果來驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的可行性。
【關(guān)鍵詞】：鋰電池 智能管理芯片 恒流/恒壓
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 研究工作的背景10-11
• 1.2 鋰電池智能管理芯片的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-13
• 1.3 本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新13
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排13-14
• 第二章 鋰電池特性及充電方式14-23
• 2.1 鋰電池介紹14-19
• 2.1.1 鋰電池的工作原理16-17
• 2.1.2 鋰電池的電學(xué)特性17-19
• 2.1.3 鋰電池使用時(shí)要注意的問題19
• 2.2 鋰電池充電方法介紹19-22
• 2.2.1 常規(guī)充電方法20-21
• 2.2.2 脈沖充電方法21-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第三章 鋰電池智能管理芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-31
• 3.1 芯片的原理圖及應(yīng)用23-26
• 3.1.1 芯片的原理框圖及引腳定義23-25
• 3.1.2 芯片的具體應(yīng)用電路25-26
• 3.2 芯片的功能及工作流程圖26-30
• 3.2.1 芯片的功能介紹26-28
• 3.2.2 芯片的工作流程圖28-30
• 3.3 本章小結(jié)30-31
• 第四章 芯片的具體電路設(shè)計(jì)及仿真31-59
• 4.1 基準(zhǔn)電流源的設(shè)計(jì)31-37
• 4.1.1 電流鏡的原理31-33
• 4.1.2 基準(zhǔn)電流源電路的設(shè)計(jì)與仿真33-37
• 4.2 帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)37-43
• 4.2.1 模擬電路中可以參考的電壓標(biāo)準(zhǔn)37
• 4.2.2 基準(zhǔn)電壓源的性能參數(shù)37-39
• 4.2.3 帶隙基準(zhǔn)電壓源的原理39-40
• 4.2.4 帶隙基準(zhǔn)電壓源電路設(shè)計(jì)與仿真40-43
• 4.3 充電模塊的設(shè)計(jì)43-48
• 4.3.1 預(yù)充電電路設(shè)計(jì)及仿真43-45
• 4.3.2 恒流充電電路設(shè)計(jì)及仿真45-47
• 4.3.3 恒壓充電電路設(shè)計(jì)及仿真47-48
• 4.4 溫度保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)48-50
• 4.5 鋰電池狀態(tài)判斷模塊50-51
• 4.6 鋰電池放電保護(hù)模塊51
• 4.7 其它電路51-55
• 4.7.1 放大器電路51-54
• 4.7.2 比較器電路54-55
• 4.7.3 電壓轉(zhuǎn)換電路55
• 4.8 芯片的整體仿真結(jié)果55-58
• 4.8.1 充電過程的仿真56
• 4.8.2 電源電壓對(duì)設(shè)定電壓的影響56-57
• 4.8.3 溫度對(duì)設(shè)定電壓的影響57-58
• 4.9 本章小結(jié)58-59
• 第五章 全文總結(jié)與展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果64-65

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