锂离子电池充电控制芯片的设计

1、东南大学硕士学位论文锂离子电池充电控制芯片的设计姓名：黄晶生申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：吴金20070301东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：膨品昱东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电

2、子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：丝导师签名：日期：摘要摘要各类便携设备中“泛使锂离子电池供电。锂离子电池有许多明显的优点：较高的能量密度、高的：作电压、无记忆效麻、循环寿命、重昔轻、白放电小。由丁这些优点，使其在便携式电子设备、电动汽下、空间技术、国防：业等多方面具有广阔的应前景。在对锂离子电池特性及充电方法的研究的基础上，设计一款锂离子电池充电管理。本文设计的系统采心恒流、恒压充电方法

3、。充电分为三阶段：涓流、恒流和恒压。充电前对电池检测，对电池进行涓流充电，避免对电池造成损害，然后对电池进行恒流快速充电，展后是恒压充电。这种线性充电方式具有电路简单，充电时间短的优点。充电的同时对屯池状态进行不断检测，避免过温、过流等情况对电池造成损害。本文殴计的电路基丁：艺，利和对电路进行仿真和验证。电池充电曲线、保护电路和控制乜路的功能仿真符合设计要求，完成了设计目标。关键词：锂离子电池充电器恒流，恒压东南人学硕：论文，：珊，；，；，酊，百，：东南人学硕论文研究的背景、目的和意义第一章序言随着便携设备的迅猛发展，手机、笔记本电脑的应已经相当普及。对设备的要求也越米越高。人们需要便携设备能

4、够更轻便，能够：作更长时间。而这些要求能否满足，再很人程度上依赖于电池的性能。现在便携设备使用的主流电池是可充电（二次耀离子电池，锂离子电池有许多明显的优点：较高的能鼙密度、高的丁作电压、无记忆效戍、循环寿命长、重晕轻、臼放电小见表【）。由丁这些优点，使其在便携式电子设备、电动汽午、空间技术、国防：业笛多方面具有阔的应川前景。表不同电池特性比较技术参数镍镉电池镍氢电池锂离子电池额定电压，质量比能量（）体积比能量（。）充放电寿命，次作性能（时）能鼍保持性能（每月保持）由丁锂离子电池的电极结构特殊，对电池的充放电要求非常严格，以避免不良的化学反应发生。充方式对电池的寿命也有明显影响，过充电、过放电

5、均对电池寿命甚至安全造成危害。冈此，电池的浮充电压、充放电电流和电池温度范围均需严格定义。一个好的充电电路应在保证电池寿命不受损害的前提下，最人限度的给电池充电并提高电池的利川效率。冈此，在当前的背景和发展趋势下，设计一个性能良好的锂离子电池充电管理有着重要的意义和应前景。序占论文主要工作及成果论文选取目前士流的线性充电方式为研究对象，设计一个线形锂离子电池充电管理。主要一：作内容包含：、研究锂离子电池线性充电的原理及实现方式。、锂离子电池充电管理的系统结构。、主充电同路和控制电路的设计。，各子模块的设计和仿真。、系统仿真论文章仃安排如：第一章序言，分析研究饪离子电池充乜芯片的现实意义，捉山本

6、文的研究内释和安排。第二章研究锂离子电池的特性和流行的充电方式，根据实际情况选择论文的研究内容选择线性锂离子电池充电芯片作为研究内容，进而确定系统结构和设计目标。第三、四章给山主充电【亓路和主要子模块的设计和仿真结果。最后给出总结。东南大学顾：论文第二章锂离子电池充电特性及充电方式研究锂离子电池简介现己广泛被使的锂离子电池是由锂电池发展而米的。锂乜池的负极材料是锂金属，极材料是碳材。但锂是一种高度活跃的金属，在使朋时安全性著，经常会在充电时山现燃烧、爆裂等异常情况，从而出现改进型的锂离子电池。锂离子电池加入了能抑制锂元素活跃的成份（如钴、锰等等）从而使锂电池真止达到了安全、高效、方便。锂离予电

7、池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的迁入与迁山来实现电池的充放电过稃。为了区别于传统意义上的锂电池，所以人们称之为锂离子电池。锂离子电池白年问世以来【，冈其卓越的性能得剑了迅猛的发展，并广泛地应用丁社会。锂离子电池以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，象移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等，且越米越多的国家将该电池应用于军事用途。应【表明，锂离子电池是一种理想的小型绿色电源。锂离子池的基本构造包括止极、负极与电解质三项要素。一般锂离子技术使用液体或无机胶体电解液，冈此需要坚嗣的外壳米容纳可燃的活性成分，这就增加了电池的重量和成本，也限制了尺寸人

8、小和造形的灵活性。一般而言，液体锂离子二次电池的最小厚度是，再减少就比较困难。所谓聚合物锂离子抛（）是在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料作为其主要的电池系统。新一代的聚合物锂离子电池在聚合物化的程度上已经很高，所以形状上可做剑薄形化（最薄）、任意面积化和任意形状化，大大提高了屯池造型设计的灵活性，从而可以配合产品需求，做成任何形状与容簧的电池。同时，聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一般锂离子电池提高了，其容量、充放乜特性、安全性、工作温度范围、循环寿命与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高。通常所称的锂离子电池可包括锂离子（）电池和聚合物锂离子（屯池。本论文针对应最为

9、广泛的锂离子（）电池研究和设计充电管理。锂离子电池充电方式电池的使用时间、使埘寿命和使【安全对于便携设备户的：作效率及安全至关重要，电池的充放电方式对以上冈素均有明显影响。不合适的充电、放电方式对电池的寿命和用户安全会造成明显的损害。冈此理解锂离子电池特性、研究设计优良的锂离子电池充放电管理乜路有着重要的意义和良好的市场前景。钝离了池充特性发充电方研究早期基本的锂离子电池充电功能简单【一，通常只包括恒压充电和部分保护电路。随着对电池【电时间的提高，对充电的功能要求也愈加复杂。现代充电基本上均包括完整的充电过科和保护电路，以保证乜池安全升充满池，延长电池使时间，提高充电效率。更复杂的充电管理【“

10、则可能包括更多模块，如、电荷计、等，以适应不同场合的要求或者可以适应不同电池类型，均能满足充电需要，。锂离子电池需要精密的充电电路以保证充电安全、电池充满以及快速。锂离子电池充电的要求有限“：、终止充电电压精度在额定值的之内（过压充电可能对锂离子电池造成永久性损坏）；锂离子电池的充屯率（充电电流）虑根据电池生产厂的建议选用。过充电会造成电池内部剧烈的化学反麻，使电池内部变形，造成对电池的一次性损害，严重则导致安全问题。、锂离子电池在不同阶段对电流的承受能力不同，所以充电通常分阶段进行，并全部采川恒流快速充电，还有恒压充电，所以实际满量袢充电时间为小时左右。、锂离子乜池充电的温度在范围。如果充电

11、电流过人会产生温度过高，不仅会损坏电池，可能引起爆炸。冈此在大电流充电时，需要对电池进行温度检测，并且在超过设定充电温度时能停止充电以保证安全。另外，充电器电路中有设定的限流电阻，保证充电电流不超过设定的限制电流。、锂离子电池终止放电电压为。若电池中没有电池保护器或电子产品中没有电池终止电压检测电路，则可能造成过放（低丁），过放电导致电池内部电极产生化学反应，使电池内部微短路，严重则恶化电池的性能，造成电池的完全失效。完善的充电器可对过放的电池进行修复，即在充电前进行预处理，又称涓流充电。现有锂离子电池充电方式有多种，包括线性充电、开关模式充电和脉冲充电。三种充乜方式特点和应用场合各有不同”】

12、。线性充电电路简单、面积小、容易实现且成本低，但效率低；开关模式充电电路由于需要外部器件，且内部控制复杂，因此面积较人、但效率高。脉冲充电则是新出现的一种方式，兼备前述两者的优点。线性充电电路适合电压比较低的场合，如手机、或者单：协乜池使用；而开关模式电路常见于电压较高的场合。如笔记本电脑、或者多个电池串联使闱等。其它充电方式还有利用变换器或者锁相环作为充电控制电路”。目前的线性充电电路常采川三段充电法，即：预处理（涓流充电）、恒流充电（快速充电）、恒压充电（充满）。东南人学顾论文目前市场上手机使的电池几乎全部是锂离子（）电池，而电池充电电路绝人部分采的是线性充电电路。系统功能设计本设计针对单

13、锂离子（）电池，并根据上述锂离子（）电池特性以及充电要求，研究和设计一种锂离子（）电池线性充电电路。参照相关产品，本文设计的充电系统二：作的流程图如图。图、系统一【作流程图系统上屯后首先检测电池电压所处的范围，当电池电压小于时，采刚涓流充电，否则开始恒流充电。采用涓流充电后，当检测剑池电压大于亓，转为恒流充电，开始以设定的恒定电流充电，电池电压以较高的斜率增长，见图。充到接近时，恒流充电阶段结束。接着以恒压充电，在恒乐阶段充电时，电压儿乎不变（或稍有增加），充电电流不断卜降。当充电电流下降剑恒流充电电流时，表示电池已充满，终充电。终止充电后系统不断监测电池电压，当电池乜压卜降到时，充电循环将再

14、次启动。锂离了池充特性及充电方式研究在整个充电过程中，系统监测电源、电池温度等状态变量，当电源电压过低（小丁）或者温度超过，将终充电，笑断系统。系统包括以卜模块：（）、恒流控制电路：其精度为左右；充电电流由外接电阻控制，最大充电电流为；（）、恒乐控制电路：浮充电压为，误差不超过；（）、充电电流检测电路：检测电池充电电流，当充电电流小于时，结束充电过程；（）、屯池电压检测屯路：根据电池电压选择充电方式，包括涓流充电、恒流充电、恒压充乜及再充电；（）、电池温度检测电路：检测池温度，当电池温度超过时，关断系统；（）、基准电压源：为系统提供以内的高精度基准源；（）、多个电压比较器及逻辑控制电路、关闭控

15、制电路等。系统结构如图所示。图系统结构示意图东南人学顾，：论文咖¨涮蕾（“篙訾“呻“”，。“”。黜警谍鬈“一一，表给出系统的特性参数幽、充电过程示意幽表系统的特性参数参数名称最小值典型值最人值单位电源电压浮充电压展大充电电流涓流充电限电压欠压闭锁限电压欠压闭锁迟滞电压过温保护温度门限过温保护温度迟滞终止充电电流限（）充嘲路赴计设计思路第三章充电回路设计系统对丁充电【亓路的设计要求是：在恒流充电阶段对电池进行恒定电流充电，充电电流由外接电阻控制；当处丁恒压充电阶段时，电流检测电路实现对充电电流的监测，检测电池充电状态，当充电电流小丁恒流充电电流的时结束充电。恒流，恒压充屯控制方式主要有

16、两种：串联控制和并联控制在串联控制中，恒流控制同路始终处：作。当处丁恒流充电时，恒乐控制同路不作，或者其控制信号输出对恒流控制没有影响；当处丁恒压控制阶段时，电压检测信号和电流检测信号相结合，共同控制充电电流，如文献【】中给山的适丁多种电池的充电控制电路。在并联控制中，恒流平¨恒压同路分别：作，冈此可以分别设计，但需要注意的是充电同路的稳定性问题。本论文选川并联充电的方式，分别设计恒流、恒压充电控制【亓路。恒流充电电路普通恒流源电路如下图：图恒流源电路原理图图恒流源及充电电路如图，由于运放的虚短作用，定义的电流为：，：上卫”（）当电流扰变时，变化晕将通过屯阻转化为电压信号，传递剑运放

17、同相端，从而调：竹的栅极电压，反向控制电流人小，保持电流的恒定。电流的绝对值可以通过电阻和基准电压值设定。穹东南人学顾：论文由丁充电电路需要将电流传递给待充电的电池，冈此系统设计需要将充电路径和恒流控制路径分离，见幽，充电路径通过合适的电流镜象电路复制恒流控制路径的电流，从而间接达剑控制充电电流恒定的目的。注意到充电电路为分阶段充电，当系统处于恒压充电阶段时，恒流控制电路不再工作，但电流复制电路仍然必须：作，因此此时的便可作为对充电电流的监测信号。可以通过外接电阻实现，这样既保证检测电流的精度，同时避免了常见方案存在的效率低或者控制复杂的缺陷【”，又可在外部实现充电电流的可编程。基于以上考虑，

18、设计时将恒流控制电路和电流检测电路通过合适的电流镜象电路相结合。恒压充电电路恒压充电电路是当电池达剑时，系统将从对电池恒流充电状态转为恒压充电状态，即维持施加在电池上的电压不变。在恒乐过程中，充电电流不断减小，从功能上比较，恒压充电电路类似负载凋，状态的电路”。图恒压源电路原理图充电回路电路及稳定性分析参照相关文献、，系统采用的充电回路结构如卜图，对于恒流、恒压充电模块，其结构基本与原理结构相同，仅在耦合处略有变化。对于整个充电同路，其状态有三种：恒流（含涓流）充电阶段、（恒流恒压）过渡阶段、恒压充电阶段。当处于恒流：作阶段时，由于电池电压比较低，恒压控制运放不在线性上作区域，其输出使得关断，

19、功率管的栅极由恒流控制运放调。饥保持电流恒定，充电乜流由基准电压和电阻决定；类似的，在恒压充电阶段，由的作【充路设计笑断，功率管的栅极由恒压控制返放调，实现恒压功能；在过渡阶段，当恒流运放仍然作，恒压运放开始：作，使电流不断减小，此时恒流运放为控制电流恒定，其输山将变高，并逐渐高于恒压输山火去对功率管栅极的控制，进而进入恒压充电阶段。、对功率管的控制可理解为取展小值的函数，其输出较小者获得对功率管栅极的控制，即（，）】。图充电同路电路示意图图、控制示意图设计时需要注意，由丁二在不同充电阶段，电路的状态有所不同，电路应确保在每个阶段充电亓路均稳定。东南大学颂二论文充电回路电路级设计恒压控制电路设

20、计电路级的设计应根据系统的要求合理选取指标。对丁：充电控制电路。系统要求浮充电压的误著小丁±且保证充电环路稳定。浮充电压的误差主要来源丁电阻采样网络、运放火调和基准电压的误差。通过合理的版图布局和设计，可以使电阻比例误差控制在千分之一以内；同时假设基准利用技术，使基准的温度漂移小丁：根据上述前提，计算在最坏情况下浮充电压误差。如图（）在理想情况下：警等，其中，为反馈网络系数，。在最坏情况，假设在全温度范围内，基准电压变化耐，（），运放火调电压为，则总的输出误著为：（一（）淼】（）【镕】根据±的系统精度要求业±（）得到：兰。因此运放（包含作为第二级）的增益需要在以上

21、。图环路稳定性分析示意图充路设计除精度要求外，电路应确保在不同状态卜稳定。当电路处丁恒流阶段时，恒流运放、共源增菔级一及反馈网络构成充电同路。环路中包括两个极点，见幽，电池作为一个理想电压源，其输山阻抗为无穷小，该处极点不予考虑；由是功率管栅极的寄生电容，通常在数卣觜级，冈此该极点为环路的主极点的输山阻抗和寄生电容形成次极点。环路稳定的必要条仆是次极点在单位增益带宽一之外。当乜路处丁恒压阶段时，同理，廊在之外。以为例计算，令等效跨导为，跨导为，则：（）易瓯：，白：，云艺警（，）由的稳定性条件，可以得到环路总增益应满足：郇）等薏，设计时应注意，的增益应满足上述条什。当电路处过渡阶段时，情况略为复

22、杂，图给山小信号模型。因此图环路分析小信号等效电路喁，乜去）瓯，（，拍）（）：幺（）（）（）（）。】（）（）为简化分析，假设小信号。和。幅度相同，而极性在不同状态下有所不同。来自电池端电压，由于电池压一直上升，可认为极性为正。而在环路由控制（当输出低丁输出）时，可认为是米白电流的扰动，极性可止可负，此时环路增益为：立（）（）】（乙）（）东南人学顾：论文或者：堡：【一。（）岛（）】（，。）（）在环路由控制之后，电流不断减小，而使功率管栅极不断提高，对于来说则形成了止反馈，冈此运放会迅速脱离线性区并饱和。此时环路增益由决定。因此在过渡阶段中，环路增益是一个变化量，其绝对值随电池电压的增加不断改变。

23、设计的目标是要确保在过渡阶段中，系统要从控制的状态转向控制，冈此，在状态的折点上的增益应人于一定值，并且该差值决定了过渡区域的大小；其次，环路在不同状态下应保证稳定，即在最坏情况下环路仍稳定，所以电路的次极点在环路增益晟高处应在外。由丁运放的增黼略人运放，所以环路增菔的最人值近似等丁运放。冈此环路增黼应满足：（）百，（）若功率管处的寄生电容不满足上限条件，则必须添加补偿电容。恒压控制回路电路结构如§（。图恒压控制电路充口路设计一一：一一一：（”？”？、一：（”？”一”？，：（）图恒压控制运放特性仿真：，毋毋幽恒压控制电路仿真，料（恒压运放的增益为，相位裕度。为提高仿真速度，利；电阻和

24、电容串联代替乜池仿竞。仿真结果表明输山端浮充电压近似不变，而电流在逐渐减小，实现恒压充电的功能。撕一一一守可一东南人学顾：论文恒流控制与电流检测设计采电流镜电路精确控制及复制电池充电电流。电流镜电路冈席场合不同而要求不同。电流镜的种类较多，包括威尔逊电流镜及改进彤威尔逊电流镜，利用共源共栅结构构成的高输出阻抗电流镜等。对电流镜的改进主要集中在输出摆幅、输入输出阻抗、电流镜精度及频率响应等方面。本系统属丁低频席，对电流镜摆幅和精度有较高要求。电流镜的基本：作原理是利用管在饱和区的特性：管漏极电流在器件的尺寸（）、与：艺（、）确定的条件卜主要与其栅源电压有关。相同：艺条件下两个匹配的器件若具有相同

25、的栅源电压，并且都：作在饱年¨区，则其漏极电流完全相等，实现了电流复制功能。由于实际的电路设计中，管存在沟道调制效麻，此时饱和管的漏极电流不仅是的函数，而且是其漏源电压的函数，所以：器，等等仍“（吲三）（）“（一）印儿）（）因此，避免电流镜描源电压的火调是提高精度的关键【】【】【”。基于以上分析，系统采的镜象电路及恒流控制电路如图所示：图恒流控制电路及电流检测电路的实现图中，利川反馈环路，实现虚短特性，保证和饱和管的漏极电压相等，实现电流的精确复制，当和管进入线性区，同样保持电流的线性比例关系，降低了对功率管尺寸的要求，提高了版图设计的灵活性。图中信号米白恒流运放（此处为方便讨论，包

26、括了耦合处的第二级，输充叫路设计入信号的极性也相应改变）的输出控制信号利的虚短特性使加在上的电压等丁基准电压，通过配置不同的电压实现涓流和恒流充电的电流值设定。当乜流发生变化时，通过、的反馈环路维持支路的电流恒定，而电流镜象电路始终精确复制的电流，从而达剑恒流充电的目的。运放设计由丁的输入信号范嗣麻为，冈此设计采川单级差分对输入的折替式运放，折叠运放具有较宽的共模输入范围。由于的源端是一个低阻结点，冈此环路近似为一个单极点系统，不会因为补偿而增加电路的复杂度，的电路结构见图。甜。！、毗川圈运放电路图、，、！：竺：坐！蛰坚塑竺：竺竺图运放特性仿真柚钾东南人学顾：论文运放的低频增箍约为，其环路的相

27、位裕度约为。共模输入范同为，满足电路的需要。检测和镜像电路设计（）电路定性的番，当输山端即漏端电压增人时，漏极电流减小，这使得的漏极电流和漏源电压减小。电压放大倍后，降低的栅源电压，使电流增加，避免了电流受到输山端的影响。冈此可以认为图（）与（）的共源共栅实质相同，通过运放增人了的值，变为原先的（一）倍。因此利用共源共栅的小信号模型，计算图）输出阻抗得到：，删，【（）筹百瓦瓦面一瓦丽（朋），啦。】，、所以，图（”中，（）。舱兰（一）胛柚，（）垒生：！。一兰一，【（爿）。【（）。】慨、此时再计算输入输出电流的失调，一一（一）（五（）坐童）（）江三一节一）（图充川路设计对电路的仿真结果如幽。一日纾

28、图输出电压（）对输山电流的影响彩目：。幽输山电流对输入电流（）的匹配在的输入范嗣内，输出电流对输入电流的相对变化率为尘生地：×。由此可以看出，电流镜象电路很好的屏蔽了输出电压变化对支路电流的影响，使输山电流受输出电压的影响减小【（）啪。】倍，提高了恒流源的精度和特性。当充电电流变化时，电路能够保证足够精度的检测电池充电情况，从而能够满足系统的要求。当系统处于恒流充电状态时，功率管，镜象管电流，通过控制电流恒定实现恒流充电。当处于恒压充电状态时，功率管，的栅极由恒压控制模块控制，恒流控制模块不再作刖，脱离对的控制作用，信号传递给系统控制模块，判断系统状态。这样，通过该电路实现恒流控制电

29、路和电流检测电路的结合。东南人学硕论文基准电路设计第四章子模块电路设计在模拟电路中，经常需要提供不随温度、电源电压和：艺漂移变化的电压基准。例如本设计中恒压控制电路、检测电池状态的比较器所需要的参考电平等。理想的基准电路与电源电压、。：艺和温度无关。目前基准电路的最常见形式是带隙基准电压源【叫“。其实现原理是：将两个具有相反温度系数的量以适当的权重相加，得到呈现零温度系数的量。一般利用三极管结的正向电压作为负温度系数电压，利：作在不相等电流密度卜的两个双极晶体管的基极一发射极电压的筹值作为上温度系数电压，输出电压为两者的替加。带隙基准电压源的原理舣极型三极管基极和集电极相连构成二极管时，其极间

30、的导通电压（伽）为”“”：州（）（）】（）式中、为与温度无关的常量。由丁一般情况下（）都较小，可以忽略，而，与温度无关，且锄。因此，由式（）可以看山具有负温度系数。构造两个烈极型三极管的基极一射极之间的电压差，如下式所示：删印讪寺一仙嘲，一般取，则有：一吩（）嵋（）由上式可看出是一个具有正温度系数且与电源无关的物理量。在前面已经构造出两个与电源无关的物理量：一个具有正温度系数，一个具有负温度系数，榆测及控制路设计因此通过适当的组合麻可得剑一个与温度有确定天系的且与电源无关的参考电压，为：时节咙一巧（，一）嵋【（）】（）若不随温度变化，由的条什得吡州）争】因此在温度系数为零的温度（矗）下：巧巧（

31、，一口）（）（）由（）可见，输出的基准乜压为石的带隙乜压加上一个线性修止项。理论上，基准设计的期待值可以通过调粘式（）的增菔闪子得剑，但实际中，偏著主要来自丁：艺过程。带隙基准电压源的电路设计由于本设计中系统需要多个基准电压作为检测用参考电平，因此设计目标为一个高精度、多输出的带隙基准电压源。目前关于带隙基准电乐源的研究和文献较多】，结构成熟，图（）给出一种常见结构。但此类基准通常只有一个在硅带隙电压附近的输出：学慢（）不能满足多路基准的要求。多路输山的带隙基准常见两种实现方案，电流模基准或者带缓冲输山级的基准。图常见带隙基准电压源结构（原理图）东南人学顾，：论文电流模式的基准较依赖电阻的：艺

32、特性。如果直接利圳电流模基准的输出分压给山参考电压，则各参考电压的一致性较筹，且如果通过技术调整基准，则不可避免的对分压比产生影响，而这对系统来说是不可接受的。文献增加缓冲的方法（图），则每路输山都须增加缓冲级，代价太高。图给山另一种实现通过缓冲级实现多路输出基准的方法，该方案运放的设计和电阻阻值的选取需要仔细考虑，且同样面对修调电阻所带来的影响。基丁以上几种方案的对比和考虑，提山一种基丁基准源的多路输山基准电压源。基准源（）图多路输山基准的实现基准源（如幽）是年由提出”。其原理是利一个反馈环路使电路作在一个特定的工作点，在该作点处，输出电压等于晰，加上和两个基极发射极电压差成比例的一个电压值

33、：警是（）榆测及控制路世计，图，基准源（原理幽）需要注意的是，式（）虽在形式上与（）式基本相同，但基准源与前者在基准输出的产生方式上略有不同。幽中的基准源由、组成输出支路，不考虑电阻的温度系数，作为镜象管与的比例关系决定输山支路的电流，即是产生止温度系数电压抵消负温度系数电压所需要的比例因子决定了输出支路的电流。该电流流经电阻产生正温度系数电压与叠加得剑输山电压，该电压近似为零温度系数。冈此，输山支路的电流是由电路结构和器件基本参数定义的，当、确定后，输山电流便唯一确定。因此，若此类基准接阻性负载，输出支路的电流便无法满足产生基准电压的要求。而基准源输出支路由、组成。当电路在合适的工作点稳定后

34、，流经的电流由爪决定，由提供。的偏置由负反馈环路控制。困此作为一个调辂管提供产生基准所需电流。当基准输山接入一定的阻性负载时，输山电流将增大，不影响输山基准的产生。冈此，根据系统设计要求，提出一种基，丁基准源的改进多路输出基准电压源。东南人学顾：论文，多路输出基准源设计！多路输山基准电压源（示意幽）当基准输出遇剑扰动时，该基准电路通过负反馈环路调基准电压，使基准电压相对环境保持近似不变。当温度升高时，增加，流过和的电流增加。、降低，控制、栅压降低改变、的作点，即抬高的栅压，以满足电流变化的要求，稳定基准输山。由丁、构成一个稳定的线性电流源，因此、作为系统的偏置输出，电流大小可由的阻值凋，。图多

35、路输山基准的稳态工作点推导如下：、构成一个恒定跨导线性电流源，当处于稳定状态时，在利尺寸相等的情况下，。根据定理，列回路方程：马。蜀厶（）设置是，厶，则有：，：监：幺！二幺：墨：生二墨：墨（）玛一马一马一蜀。输山电压为：告（玛置足）；坞心（墨）（）榆测及控制路设计合理设定弗调协电阻值及比例，可以得剑零温度系数的带隙基准。并可以通过电阻分压得剑以内的任意基准电压值。需要注意的是，阻阻值人小，：任意设定，其限取决于基准的带载能力。基准的最人带载能力决定与调整管的最大可输出电流，而最大可输山电流决定了电阻的绝对人小。冈此在实际设计中的尺寸需要和电阻等器什的版图面积、电路功耗折衷考虑。面对管尺寸和带载

36、能力做简单计算，以便合理优化电路及版图设计。由管存在着衬偏效应，所以：。，（网一网）代入参数值，计算的阈值电压，（）。考虑、处丁完全匹配的作状态，此时的栅极电压在左右，基准输出电乐为，忽略沟道嚼制效应，计算管的单位宽艮比驱动能力：，以（一）刖取最人输出电流为，则：里：！型：上考虑所需裕度，电路中取三，、（）一，“。钿弋“：写钿；了“：钿气”“、。“一一。；（“图基准电压源输出电压、电流负载仿真结果如图所示，当负载电阻大于时，基准可以稳定作，其最人输出电流在左右。冈此设计时可根据实际情况，根据版图面积、功耗等冈素采取折衷方案。基准的多路输出分多个支路实现，待机时所需使用的基准采刚较人电阻分压以降

37、低待机东南大学颂：论文功耗；而充电时所使的基准，由于充电时采适配器供电，可折衷考虑，适当减小电阻值，以降低噪卢的影响，采【开关切换控制，在待机时完全关断。此外，基准的特性可以在中测时通过调整得剑改善，并且不会影响其他参考电压的分压比，这是另外几种方案所不具有的优点。比射枷帅口鲫靖国“。善）“幽基准电压源温度特性：图基准电压源撮小工作电压及电源调整率基蝴度舭乏盎删基准的最小：作电压：基准的电源调整率矿型矿检测及挡制路设计启动电路基准的启动过程中为使电路脱离零点，需要一个启动电路，帮助电路进入正常：作状态，包括启动电路在内的基准电路幽如卜幽：幽包括启动电路在内的基准电路图在电路启动瞬间，基准输出为

38、低，此时启动电路、自电源剑地形成通路，合理设置参数，使的栅电压在以内，此电压可保证“导通，电流通过“注入基准产生电路，使、导通并进入所需要的一【：作点。当基准达到时，考虑的衬偏效应，其（）将小于（“），使“天断。支路的电流通过调整电阻设置。启动电路的仿真结果如图：，毋”牛，幽启动路仿真：注入电流东南人学顾：论文：图启动电路仿真：启动时问基准在内达到稳定值。启动电路在启动瞬间向电路注入较人电流，并在稳定后关断注入电流，较好的实现了所需功能。保护电路设计根据系统设计的要求，电路需要在充电过程中对系统各变鼙进行检测，以此判断电池和系统所处的状态。冈此，检测电路应该具有以个功能：欠压闭锁模块监测电源电

39、压，当电源电压过低时或者小于电池电压时，关断系统；充电电流检测，当电流小丁恒流充电电流的时，结束充电，系统进入待机状态；检测电池电压，根据电池电压决定是否需要涓流充电或进入恒流充电模式。欠压闭锁电路）欠压闭锁电路功能之一是监测电源电压，当电源电压低丁时，关断系统，为避免干扰，电路还殴定的迟滞，当电源电压上升到时，系统恢复止常作。图欠压闭锁模块榆测及控制路设计由】基准产生的是的电压值，此屯辣屯尢！；去谣帮基准比拨，只琶通过电阻分压，对电源采样完成与基准电压的比较。并通过合适的反馈电路，改变分压比，实现迟滞功能。比较器结构如幽所示。基准电压的晟小：作电压在以内。小丁欠压闭锁限的，冈此基准压能够保证

40、在实现此功能时仍处丁正常状态，不影响判断的准确性。为实现迟滞功能，电源电压从较高值降低时的采样比率应人丁从较低值升高的采样比率。当电源电压处丁：止常值时，比较器的输出为低电平使墨被短路，比较器的反相端输入为矗焘。当电源电压降低至石以下，比较器翻转，输山高电平使开关断开，冠接入分压电阻，反相端输入下降，变为南。眦在欠压状态献了对电源电压的采舭率，使得电源蛳蝴上升剑以上某一值，电路才判断电源恢复止常。迟滞的人小可以通过电阻比率调仃。设迟滞为，即降转折屯平，上升转折电平，所以：，彘，）志。）算出冠：尼：足：，实际电路取足。仿真结果如卜图。斗，：，（）图欠压闭锁模块仿真结果（翻转电压分别为和）欠压闭锁模块的另一个功能是比较电池电压和电源电压，当电源电压与乜池乜压接近东南人学预二论文时，麻关断功率管以避免电流倒流。如果采川许通筹分输入的比较器（如图）。则电源电压直接做输入电压时，会导致电路的某些管无法：作，观察图所示比较器”，可以分作两部分：一部分是差分输入对，可以理解为筹分电压通过压控电流源转换为差分电流；另一部分是将差分电流通过电流镜转换剑输山级输山。假定其