单节锂电池充放电保护电路的研究与设计

发布时间：2020-11-05 06:25

　　 随着智能时代的来临,各种便携式电子产品极大丰富和方便了人们的生活。近年来,移动电源的市场规模达到了前所未有的发展,从而促进二次充电电池发展。锂电池由于具有绿色、高能量密度等特性,常用作二次充电电池。然而在过充放电的异常情况下,锂电池内部物质会受到破坏,严重时会引起燃烧爆炸,造成安全事故。因此,锂电池在充放电时需匹配相应的保护电路,目的在于对锂电池的充放电过程实施监测和保护。基于此背景,本文开展了单节锂电池充放电保护电路的研究与设计。主要包括以下内容:首先,分析了锂电池充放电保护电路的基本功能和工作状态,并在此基础上确定了保护电路的系统架构。其次,基于SMIC 0.18μm BCD工艺,采用分段线性补偿技术和电压预调整技术设计一种用于单节锂电池充放电保护电路的MOS带隙基准电路。仿真结果显示,在-40℃~125℃温度范围内,本文所设计的带隙基准电路的温度系数为3.1ppm/℃,电源抑制比为-102dB@10kHz。第三,采用SMIC 0.18μm BCD工艺,对过温保护电路、过充放电压比较器、过电流保护电路、振荡器电路、分频器电路和逻辑控制电路等锂电池充放电保护电路的功能模块进行设计。其中,过充放电压比较器采用迟滞比较器结构,检测精度达到±30mV。为了防止高温对电路安全性和稳定性的影响,设置当温度超过106℃时,保护电路停止工作。最后,对锂电池充放电保护电路进行了系统设计,并采用SMIC 0.18μm BCD工艺对整个保护电路进行了仿真验证。仿真结果表明,保护电路具备过充放电、过放电流和短路保护功能。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 锂电池及其保护芯片的概述
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究与发展现状
        1.2.2 国内研究与发展现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 锂电池充放电保护电路的功能和架构
    2.1 充放电保护电路的应用
    2.2 充放电保护电路的工作状态
        2.2.1 过充电压保护状态及其释放
        2.2.2 过放电压保护状态及其释放
        2.2.3 放电过电流保护状态
    2.3 锂电池充放电保护电路的实现原理
        2.3.1 过充电压保护电路的工作原理
        2.3.2 过放电压保护电路的工作原理
        2.3.3 过放电流保护的工作原理
        2.3.4 过温保护的工作原理
    2.4 锂电池充放电保护电路整体框架和设计指标
        2.4.1 保护电路的整体框架
        2.4.2 保护电路的设计指标
    2.5 本章小结
第3章 锂电池充放电保护电路的带隙基准子电路的设计
    3.1 带隙基准的基本原理
        3.1.1 负温度系数电压
        3.1.2 正温度系数电压
    3.2 BJT带隙基准电路的设计
        3.2.1 传统一阶BJT带隙基准
        3.2.2 低压一阶BJT带隙基准
        3.2.3 带隙基准电路误差放大器设计
    3.3 MOS带隙基准电路的设计
        3.3.1 典型的亚阈值区MOS带隙基准
        3.3.2 无BJT的 MOS带隙基准电路
        3.3.3 低温漂的高阶MOS带隙基准电路
        3.3.4 高PSRR低温漂的MOS带隙基准电路
    3.4 本章小结
第4章 锂电池充放电保护电路其他电路模块的设计
    4.1 偏置电路和参考电压电路设计
        4.1.1 偏置电路设计
        4.1.2 参考电压电路设计
    4.2 过温保护电路设计
    4.3 过充电压比较器电路的设计
    4.4 过放电压比较器电路设计
    4.5 过电流保护电路的设计
    4.6 振荡器电路设计
        4.6.1 张弛振荡器设计
        4.6.2 环形振荡器设计
    4.7 本章小结
第5章 锂电池充放电保护电路的系统设计
    5.1 充放电保护电路的系统设计
        5.1.1 分频器电路设计
        5.1.2 逻辑控制电路模块设计
    5.2 充放电保护电路仿真验证
        5.2.1 正常状态下的功能仿真
        5.2.2 过充电压保护功能和释放的仿真
        5.2.3 过放电压保护功能和释放的仿真
        5.2.4 过放电流保护功能的仿真
        5.2.5 短路保护功能的仿真
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

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本文编号：2871255