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阀控式密封铅酸蓄电池充电芯片的研究与设计

作　者: 周庆生
导　师: 吴晓波
学　校: 浙江大学
专　业: 电路与系统
关键词: 蓄电池电源管理芯片充电技术系统仿真
分类号: TN492
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 379次
引　用: 4次
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内容摘要

随着通讯技术的飞速发展、通信终端设备中分布式电源日趋广泛的应用以及便携电子产品市场的快速成长,对具有更高效率、更高电源密度、更小占位面积、更大可靠性和更低成本的电源解决方案提出了迫切的需求。作为一种方便实用的解决方案,二次电池即可充电电池的大量使用较好地满足了通讯领域发展的需求。由于使用寿命长,维护方便,性能优良,成本较低,阀控密封铅酸蓄电池在二次电池中占据了重要的地位,市场前景广阔。除通讯领域外,在包括电动车等应用场合都拥有广阔的潜在市场。二次电池的广泛应用对充电技术以及用于充电控制的集成电路芯片提出了更高的要求。现在的充电IC(integrated circuits)不仅要能控制充电电路顺利地完成电池充电过程,还要求充电过程快速,准确,安全,且在各种变化的条件下均能正常工作。因此,对蓄电池充电技术的深入研究势在必行,已成为电源技术发展的一大焦点。然而,迄今为止我国的蓄电池充电芯片市场基本上处于被国外公司占领的状态。研究开发具有自主知识产权的蓄电池充电IC产品,对促进我国集成电路产业的发展具有重大意义。本文介绍了蓄电池和电源管理IC相关的技术,在此基础上给出一个阀控式密封铅酸蓄电池充电芯片VRLA-CHARGER的设计:从分析CHARGER芯片的原理和控制方式开始,根据功能抽象出芯片内部的主要模块,并逐一完成这些模块的电路设计。这些模块可在各种电源管理IC中复用,亦为电源管理IC和各种SOC电源模块设计积累了一定的基础;论文由芯片内部电路到外部应用电路,完成了电路设计的优化和系统的完善。在此基础上,对整个CHARGER系统进行系统仿真,通过对外电路建模,大大减少了计算量,缩短了设计周期。所提出的系统仿真方案可以推广到其他高频开关电源系统中,具有普遍意义,是为本文工作的一个重要特点。芯片采用1.5um BCD工艺设计,用SpectreS进行仿真。仿真结果表明所设计的BATTERY CHARGER芯片内部电路和系统的性能指标已达到设计要求,具有一定的先进性和实用性。设计方案已可交付Foundry进行流片验证。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
引言  7-9
第一章绪论  9-18
  第一节现代电力电子技术  9-11
  第二节集成电路设计技术  11-18
    (一) 阀控式铅酸蓄电池充电芯片对工艺的要求  11-12
    (二) 集成电路制造工艺介绍  12-18
第二章阀控式铅酸蓄电池充电技术  18-31
  第一节铅酸蓄电池技术概述  18
  第二节 VRLA电池的工作原理及特点  18-21
  第三节阀控密封铅酸蓄电池的特性  21-25
    (一) 初始充电  21-22
    (二) 浮充电  22-25
  第四节 VRLA蓄电池的充放电控制技术  25-31
    (一) VRLA蓄电池的充电特性  25-28
    (二) 国内外的阀控密封铅酸蓄电池充电技术  28-31
第三章 VRLA充电芯片系统的设计  31-42
  第一节系统方案的提出  31-35
  第二节控制环的设计与仿真  35-39
    (一) 电流环的设计  35-37
    (二) 电压环的设计  37-39
  第三节模块及设计指标  39-42
第四章 VRLA芯片内部电路的设计  42-53
  第一节电压基准源的设计  42-45
  第二节电压误差放大器  45-49
  第三节振荡器的设计  49-51
  第四节电流误差放大器  51-53
第五章系统仿真  53-66
  第一节系统功能概述与外电路建模  54-59
    (一)、系统功能概述  54-55
    (二)、外电路建模  55-59
  第二节充电阶段分析与仿真  59-66
    (一) 涓流充电  59-61
    (二) 大电流充电  61-63
    (三) 过充充电  63-64
    (四) 浮充充电  64-66
第六章结论与展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71

阀控式密封铅酸蓄电池充电芯片的研究与设计

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