本文關鍵詞：鋰電池特性與智能管理IC芯片研究

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【摘要】：隨著移動電話、筆記本電腦等便攜式產品的出現(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注的焦點,鋰電池憑借著其各方面的優(yōu)勢,成為便攜式電子產品不可或缺的一部分。但是由于鋰電池本身的電化學特性,其在使用過程中都必須帶有相應的管理芯片。一款低功耗、高精度的管理芯片能夠讓鋰電池在使用時更安全、使用壽命更為長久。本文從鋰電池的化學特性與工作原理出發(fā),通過對鋰電池充電方式的研究,分析各充電方式對鋰電池性能的影響,指出了鋰電池在充電過程中要注意的問題,在此基礎上設計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,通過對各充電方法的分析研究,本文所設計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上考慮到電池可能會過度放電而增加了小電流預充的階段。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,則先用小電流對其進行激活和修復,此階段為預充電;待電池電壓達到一定值后,則用1 A左右的電流對其進行快速充電,縮短充電時間,此階段為恒流充電;最后用一個恒定電壓對其充電,以確保電池被充滿,此階段為恒壓充電。目前市場上有許多鋰電池充電管理芯片,它們大多只對鋰電池的充電過程進行管理與控制,或者只對鋰電池的放電過程進行保護。本文所設計的鋰電池智能管理芯片主要功能包括:充電過程的管理、過度充電保護及過度放電的保護。另外,溫度對于鋰電池來說是一個非常重要的性能參數(shù)。溫度太高,可能會造成鋰電池永久性的損壞,更為嚴重的可能導致爆炸;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。所以本文所設計的智能管理芯片還包括對電池溫度的保護,確保鋰電池工作時的溫度在0°C~60°C。文章最后在CSMC 0.5μm工藝下,通過Cadence/Spectre對所設計的電路進行仿真,并對仿真結果進行分析說明,通過仿真結果來驗證所設計電路的可行性。
【關鍵詞】：鋰電池 智能管理芯片 恒流/恒壓
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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11-13
• 1.3 本文的主要貢獻與創(chuàng)新13
• 1.4 本論文的結構安排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 鋰電池的電學特性17-19
• 2.1.3 鋰電池使用時要注意的問題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22-23
• 第三章 鋰電池智能管理芯片的系統(tǒng)設計23-31
• 3.1 芯片的原理圖及應用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30-31
• 第四章 芯片的具體電路設計及仿真31-59
• 4.1 基準電流源的設計31-37
• 4.1.1 電流鏡的原理31-33
• 4.1.2 基準電流源電路的設計與仿真33-37
• 4.2 帶隙基準電壓源的設計37-43
• 4.2.1 模擬電路中可以參考的電壓標準37
• 4.2.2 基準電壓源的性能參數(shù)37-39
• 4.2.3 帶隙基準電壓源的原理39-40
• 4.2.4 帶隙基準電壓源電路設計與仿真40-43
• 4.3 充電模塊的設計43-48
• 4.3.1 預充電電路設計及仿真43-45
• 4.3.2 恒流充電電路設計及仿真45-47
• 4.3.3 恒壓充電電路設計及仿真47-48
• 4.4 溫度保護模塊的設計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 電壓轉換電路55
• 4.8 芯片的整體仿真結果55-58
• 4.8.1 充電過程的仿真56
• 4.8.2 電源電壓對設定電壓的影響56-57
• 4.8.3 溫度對設定電壓的影響57-58
• 4.9 本章小結58-59
• 第五章 全文總結與展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-64
• 攻讀碩士學位期間取得的成果64-65

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本文編號：1058544