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高性能电源充电保护IC的研究与设计

作　者: 王娜
导　师: 陈勇
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 锂电池充电保护电荷泵 LDO 过流检测保护 I~2C接口电路
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在当今高速发展的社会中,尤其是在石油、天然气、煤等传统能源日益枯竭的今天,锂离子电池、金属氢化物镍电池、无汞碱性锌锰电池、太阳电池等将是21世纪最理想的绿色环保电源,电池工业将成为最有发展前途的十大支柱产业中排名第二的能源产业。锂离子电池主要应用于便携式电子产品和医疗仪器中,它以能量高、寿命长、无记忆性、无污染等特点排在电池行业的最前列。近年来,为了实现长时间使用、小型化、轻量化的目标,便携式设备大多使用能量密度较高的锂离子电池。但是,锂离子电池充电时对充电电流、充电电压的精度要求高,而且,还需要对温度监控、充电时间、以及异常时的保护等进行细微的控制,因此,充电电路不断向复杂化、专用化的方向发展。所以对锂电池保护芯片的研究是有很重大意义的。本文研究对象是一种2至4节锂离子电池的模拟前端保护芯片。该芯片和某一电量监测计芯片组成芯片组,为锂电池组提供完整监测与保护。研究思路与工作内容如下:首先,论文对锂电池发展概况和研究现状进行了综述,得出锂电池充电保护芯片的研究很有必要。通过系统的分析芯片结构和功能,确定了设计芯片的性能指标。其次,论文对作者自己负责的几个子模块进行了分析、设计和仿真,主要有电荷泵模块、LDO模块、过流检测保护模块以及数据输入输出的串并转换和并串转换模块。最后,是对本文工作的总结。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 锂电池的发展背景和历史  8-10
  1.2 锂电池保护芯片的国内外发展和研究动态  10-11
  1.3 本课题要达到的目的  11-12
  1.4 本文的主要工作  12-13
第二章芯片整体结构设计和分析  13-20
  2.1 芯片整体架构设计  13-16
  2.2 芯片功能模块分析  16-18
  2.3 芯片的封装  18-20
第三章模拟部分子电路设计与仿真  20-50
  3.1 电荷泵驱动模块  20-31
    3.1.1 电压变换器的各种结构  20-23
    3.1.2 电荷泵电路概述和分类  23-26
    3.1.3 Dickson 电荷泵工作原理  26-28
    3.1.4 Dickson 电荷泵电路设计  28-30
    3.1.5 电路仿真结果  30-31
  3.2 低压差线性稳压器（LDO）模块  31-40
    3.2.1 电路原理分析  31-32
    3.2.2 LDO 环路补偿的方法  32-34
    3.2.3 电容倍增技术  34-36
    3.2.4 基于电容倍增补偿技术的LDO 电路的设计  36-38
    3.2.5 LDO 电路仿真结果  38-40
  3.3 过流检测保护电路（SENSE）模块  40-50
    3.3.1 比较器的基本结构分析  40-41
    3.3.2 数模转换器（DAC）的基本结构  41-43
    3.3.3 过流保护电路系统分析  43-44
    3.3.4 过流保护电路原理分析  44-45
    3.3.5 实际电路分析  45-48
    3.3.6 电路仿真结果  48-50
第四章数字部分子电路设计与仿真  50-59
  4.1 串并转化（S_P）模块  50-53
    4.1.1 电路原理分析  50-51
    4.1.2 实际电路分析  51-52
    4.1.3 电路仿真结果  52-53
  4.2 并串转换（P_S）模块  53-59
    4.2.1 电路原理分析  54-55
    4.2.2 实际电路分析  55-56
    4.2.3 电路仿真结果  56-59
第五章结论  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-63
攻读硕士学位期间取得的研究成果  63-64

高性能电源充电保护IC的研究与设计

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