锂电池特性与智能管理IC芯片研究

发布时间：2017-10-19 02:30

  本文关键词：锂电池特性与智能管理IC芯片研究

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【摘要】：随着移动电话、笔记本电脑等便携式产品的出现,人们的生活越来越便利和丰富多彩,它们的续航能力一直是人们关注的焦点,锂电池凭借着其各方面的优势,成为便携式电子产品不可或缺的一部分。但是由于锂电池本身的电化学特性,其在使用过程中都必须带有相应的管理芯片。一款低功耗、高精度的管理芯片能够让锂电池在使用时更安全、使用寿命更为长久。本文从锂电池的化学特性与工作原理出发,通过对锂电池充电方式的研究,分析各充电方式对锂电池性能的影响,指出了锂电池在充电过程中要注意的问题,在此基础上设计了一款高精度的锂电池智能管理芯片。锂电池的充电方法大致来说可以分为两大类,即常规充电法和脉冲充电法。常规充电方法中又包括恒流充电、恒压充电、恒流恒压充电三种。每种充电方法都各有优劣,通过对各充电方法的分析研究,本文所设计的智能管理芯片所采用的充电方法为三段充电方法,它是在恒流恒压充电法的基础上考虑到电池可能会过度放电而增加了小电流预充的阶段。充电的具体过程根据锂电池所处的状态来决定,若锂电池处于过放状态下,则先用小电流对其进行激活和修复,此阶段为预充电;待电池电压达到一定值后,则用1 A左右的电流对其进行快速充电,缩短充电时间,此阶段为恒流充电;最后用一个恒定电压对其充电,以确保电池被充满,此阶段为恒压充电。目前市场上有许多锂电池充电管理芯片,它们大多只对锂电池的充电过程进行管理与控制,或者只对锂电池的放电过程进行保护。本文所设计的锂电池智能管理芯片主要功能包括:充电过程的管理、过度充电保护及过度放电的保护。另外,温度对于锂电池来说是一个非常重要的性能参数。温度太高,可能会造成锂电池永久性的损坏,更为严重的可能导致爆炸;温度太低,锂电池的充放电过程都不够完全,能量利用率大大降低,造成很大程度的浪费。所以本文所设计的智能管理芯片还包括对电池温度的保护,确保锂电池工作时的温度在0°C~60°C。文章最后在CSMC 0.5μm工艺下,通过Cadence/Spectre对所设计的电路进行仿真,并对仿真结果进行分析说明,通过仿真结果来验证所设计电路的可行性。
【关键词】：锂电池 智能管理芯片 恒流/恒压
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究工作的背景10-11
• 1.2 锂电池智能管理芯片的研究现状及发展趋势11-13
• 1.3 本文的主要贡献与创新13
• 1.4 本论文的结构安排13-14
• 第二章 锂电池特性及充电方式14-23
• 2.1 锂电池介绍14-19
• 2.1.1 锂电池的工作原理16-17
• 2.1.2 锂电池的电学特性17-19
• 2.1.3 锂电池使用时要注意的问题19
• 2.2 锂电池充电方法介绍19-22
• 2.2.1 常规充电方法20-21
• 2.2.2 脉冲充电方法21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 锂电池智能管理芯片的系统设计23-31
• 3.1 芯片的原理图及应用23-26
• 3.1.1 芯片的原理框图及引脚定义23-25
• 3.1.2 芯片的具体应用电路25-26
• 3.2 芯片的功能及工作流程图26-30
• 3.2.1 芯片的功能介绍26-28
• 3.2.2 芯片的工作流程图28-30
• 3.3 本章小结30-31
• 第四章 芯片的具体电路设计及仿真31-59
• 4.1 基准电流源的设计31-37
• 4.1.1 电流镜的原理31-33
• 4.1.2 基准电流源电路的设计与仿真33-37
• 4.2 带隙基准电压源的设计37-43
• 4.2.1 模拟电路中可以参考的电压标准37
• 4.2.2 基准电压源的性能参数37-39
• 4.2.3 带隙基准电压源的原理39-40
• 4.2.4 带隙基准电压源电路设计与仿真40-43
• 4.3 充电模块的设计43-48
• 4.3.1 预充电电路设计及仿真43-45
• 4.3.2 恒流充电电路设计及仿真45-47
• 4.3.3 恒压充电电路设计及仿真47-48
• 4.4 温度保护模块的设计48-50
• 4.5 锂电池状态判断模块50-51
• 4.6 锂电池放电保护模块51
• 4.7 其它电路51-55
• 4.7.1 放大器电路51-54
• 4.7.2 比较器电路54-55
• 4.7.3 电压转换电路55
• 4.8 芯片的整体仿真结果55-58
• 4.8.1 充电过程的仿真56
• 4.8.2 电源电压对设定电压的影响56-57
• 4.8.3 温度对设定电压的影响57-58
• 4.9 本章小结58-59
• 第五章 全文总结与展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间取得的成果64-65

【参考文献】

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本文编号：1058544