专业课程设计

1、专业课程设计报告 移动电源电池充电电路 上海大学机自学院自动化系 电气工程及其自动化 姓名: 学号: 指导老师 : 2015 年 6 月 20 日目录一、锂电池充电原理及曲线 2锂电池的定义及特点 2锂电池的充电过程 2二、TI公司锂电池充电管理芯片选型说明及芯片介绍3芯片选型说明 3芯片介绍 445三、总体设计 76设计原理图7相关参数计算8结果分析 9飞锂电池充电原理及曲线锂电池的定义及特点锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由 正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱 离移向正极。所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不 是

2、以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。锂电 池具有：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电 池循环次数多等优点，但价格较贵。锂离子电池的充电过程锂离子电池的充电过程可分为四个阶段：涓流充电（低压预充）、恒流充电、恒压充电以及充电终止。锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其他充电辅助功能是为了改善电池寿命， 简化充电器的操作， 其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充 电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。图1锂电池充电的方式是限压恒流，都是由 IC 芯片控制的，典型的充电方

3、式是：先检测待充电电池的电压，如果电压低于 3V,要先进行预充电，充电 电流为设定电流的1/10，电压升到3V后，进入标准充电过程。标准充电过 程为：以设定电流进行恒流充电，电池电压升到时，改为恒压充电，保持充 电电压为。此时，充电电流逐渐下降，下降至设定充电电流的 1/10 时，充 电结束。图 1 为充电曲线。阶段 1：涓流充电涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充（恢复性充电）。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电，涓流充电电流时 恒流充电电流的十分之一即（以恒流充电电流为 1A 举例，则涓流充电电流 为 100mA）。阶段 2：恒流充电当电池电压上升到涓流充电阈值以上时，提高充 电电

4、流进行恒流充电。恒流充电的电流在至之间。电池电压随着恒流充电过 程逐步升高，一般单节电池设定的此电压为 。阶段 3：恒压充电当电池电压上升到时，恒流充电结束，开始恒压 充电阶段。电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续充电电流由最大 值慢慢减少，当减小到时，认为充电终止。阶段 4：充电终止有两种典型的充电终止方法：采用最小充电电流 判断或采用定时器（或者两者的结合） 。最小电流法监视恒压充电阶段的充 电电流，并在充电电流减小到至范围时终止充电。第二种方法从恒压充电阶 段开始时计时，持续充电两个小时后终止充电过程。上述四个阶段的充电法完成对完全放电电池的充电约需要至3小时。充电结束后，如检测到

5、电池电压低于将重新充电。二、 TI 公司锂电池充电管理芯片选型说明及芯片介绍芯片选型说明因为本次移动电源电池充电电路的设计要求输入的电压为 5V,电流为1A, 所以可选择TI公司BQ24610芯片作为充电管理。BQ2461C是TI公司生产，可以实现 5V28V OTOA锂电池充电管理。充电 控制器与传统的控制器相比较， 效率更高， 散热更少； 充电电压及电流的准确度接近百分之百，有助于延长电池使用寿命。 芯片介绍引脚介绍图2ACN（1）适配器电 流误差放 大器负输 入ACP适配器电（2）流误差放大器正输入ACDAC或适RV配器电源（3）选择输出CE充电使（4）能，逻辑高电平输入。咼电平充电使能

6、,低电平停止充电，它有STAT1see 1 纟 工ACN '<fkCLHVCEels匚42旌>mapKLGNGNOAC5E7ISET2SRPSN一个1M内部下拉电阻。STAT1 (5)漏极开路充电状态扌曰示按钮，扌曰示各种充电操作TS (6)电池组温度CP系数检测。TTC (7)安全时间和终止控制PG (8)开漏输出状态良好扌曰示STAT2 (9)漏极开路充电状态扌曰示按钮，扌曰示各种充电操作。VREF (10)参考电压输出。ISET1 (11)快速充电电流输入设置VFB (12)输出电压模拟反馈调整SRN (13)电池电流误差放大器负输入SRP (14)电池电流误差放大器

7、正输入ISET2 (15)预充电和终止当前输入设置ACSET (16)适配器当前输入设置GND (17)模拟数字地REGN (18)连接小信号肖特基二极管LODRV (19)PWM下部驱动输出。连接到下部功率 MOSFETPH (20)连接至U phase-switchingp点HIDRV (21)PWM高端驱动输出。连接到高功率 MOSFETBTST (22)PWM高侧驱动器正电源BATDRV (23)电池和系统之间的MOSFET驱动输出VCC (24)阳极电源工作原理BQ2461C充电电路工作原理图如图3所示，该充电电路基本工作原理可 分为预充、快充和终止阶段。当接通电源，如果 Vba产V

8、Low引脚的电压，BQ24610控制电池进入快速充 电阶段，预充电时为了激活正常的电池功能，预充电电流的大小约为充电电 流的1/6，如果Vlow在 30分钟内没有达到启动预充电的值，充电关闭，status 引脚显示充电出错。快充分恒流充电和恒压充电两个阶段，在该充电阶段，恒流充电电流不 变，电压持续上升，当电压达到调节电压时，充电电流逐渐减小， BQ24610 负责管理充电电流，在VtT有效情况下，如果V/FB>V?ECH并且I CHARG<I TERM检测 到充电终止。BQ24610能够自动选择适配器或者电池给负载供电，当处于上电状态或 者睡眠模式的时候，电池连接到负载。当电池跳

9、出睡眠模式30ms电池自动 与负载断开，适配器与电池相连。一个自动闭合逻辑防止转换器转换的时候 电流击穿。每次确保输出电容或者电源转换器没有充或者击穿之后，进入快 速充电模式，充电器自动软启动充电器调节电流。IllS31斎函hAn- n*nQ.-ijin43IJi HhlllHRrnrlrlc-一 1_!r-3s£r wnlhrfcwE - >9-x -Kf4 ho卽笹菇斗Is-w- 1*YnrnWL!3FhhJ«rl>uRhEJW 玄耳主4-:= XBnll戛§FKqgrsfi®3设计原理图图*MCJS0L-I'lllr伙ITNQZ

10、LPSbhmriap'.jzw於一rn8EMS令ryCJ无n AFQ01皓一話叫二5B希LLJldssn->卍口3< p 二LL1S 一l>tt-3LkLlJo.”-uril規 bits曾 Fltsed3V42.86100 )nid L 土'VA*tA j?a曰rr>5AEL苗LLJk充电电压设计4相关参数计算DM<J<K -.86= o取R242U.R12c- L Frrks”AgcF2lk«11IIIhotats LLIby H0<rLJIldvc<VBat = 2.1V X(1 + -1) = 2.1V X(1R2

11、2）充电电流设计取RSR = 0.1 約 V|SET1 = 2VICHARGEVSET120 X Rsr220 X0.1 = 1A3）输入适配器电流取Vacset = 2V, Rac = 0.1 QIdpm=8）输入电容电流= 1A20 XRac20 X0.14）预充电电流取 V|SET2 = 6V5)充电终止电流IPRECHARGEVSET2100 X Rsr6100 X0.1 = 0.6A6100 X0.1 = MAViSET2IcHARGE = 100 XRsr6）充电时间取Cttc = 0.056uF , Kttc = 5.6min/nFtcharge = Cttc X Kttc =

12、0.056 X 10Icin = Ichg?vD(1 - D) = 1 X“0.6X0.4 = 0.49A X5.6 = 313.6min7）电感的选择取输入电压V|N = 5V，输出电压Vout = 3V，最大输入电流Ichg = 1A，开关频率 f s=300K HZ, L=则占空比D =VoutV|N3 =0.65纹波电流.V|n?D?(1 -Iripple =-D)=5 X0.6 X 0.4.4 a .亠亠.4 a-一=0.59Afs?L300 X103 X6.8 X 10-62.04饱和电流9）输出电容电流,I RIPPLE 0.59"Icout = 0.17A2 Xv32 Xv3输出电容电压纹波1Vbat Rop = D X|CHG2 X RDS(on ) + Qsw ton =Ion?Vo =2 (V BAT -)8LCfsVin10) 功率MOSFE的选择品质因数FOMtop = RDS(on ) X QgdFOMbottom= RDS(on)X QG顶边MOSFE的传导损耗QswOff =IoffXV|n X |CHG X (ton + toff) XfsIonQsw = Q