专业课程设计

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

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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31.1芯片选型说明32.1芯片介绍4456三、总体设计 7设计原理图7相关参数计算8来源：网络转载结果分析9、 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。来源：网络转载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4.2V时，改为恒压充电，保持充电电压为4.2V。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：涓流充电一一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0.1C（以恒流充电电流为1A举例，则涓流充电电流为100mA）。阶段2：恒流充电一一当电池电压上升到涓流充电阈值以上时，提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C至1.0C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3.0〜4.2V。阶段3：恒压充电一一当电池电压上升到4.2V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0.01C时，认为充电终止。阶段4：充电终止一一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0.02C至0.07C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2.5至3小时。充电结束后，如检测到电池电压低于3.89V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。BQ24610是TI公司生产，可以实现5V〜28V，0〜10A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。来源：网络转载AaucnTn-迈凸一工J.S1E应CUVCQ芯片介绍引脚介绍图2ACDRVCES1AT1TSACNACPmLLA二山3一/>z笈后归OHHACN(1)适配器电流误差放大器负输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。高电平充电使能，低电平停止充电，它有一个1M来源：网络转载内部下拉电阻。STAT漏极开路1(5)充电状态指示按钮，指示各种充电操作TS(6)电池组温度CP系数检测。TTC安全时间(7)和终止控制PG开漏输出(8)状态良好指示STAT漏极开路2(9)充电状态指示按钮，指示各种充电来源：网络转载

操作。VREF3.3V参考(10)电压输出。ISET1快速充电(11)电流输入设置VFB输出电压(12)模拟反馈调整SRN电池电流(13)误差放大器负输入SRP电池电流(14)误差放大器正输入ISET2预充电和(15)终止当前输入设置ACSE适配器当T(16)前输入设置来源：网络转载

GND(17)模拟数字地REG连接小信N号肖特基(18)二极管LODPWM下RV部驱动输(19)出。连接到下部功率MOSFETPH连接到(20)phase-switching节点HIDRPWM高V(21)端驱动输出。连接到高功率MOSFETBTSTPWM高(22)侧驱动器来源：网络转载正电源BATDRV（23）电池和系统之间的MOSFET驱动输出VCC（24）阳极电源2.1.2工作原理BQ24610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VBAT<VLOWV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，在丫仃有效情况下，如果Vvfb>Vrec『并且IchaRGE<Iterm，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。来源：网络转载2.1.3原理框图BATD-PUVLQR匚AEDY=s(24E-iriT罗罗/尹VEC BATD-PUVLQR匚AEDY=s(24E-iriT罗罗/尹VEC 图3图3三、总体设计来源：网络转载3.1设计原理图+-XCJW£2含芒蛆口±]NCIMLg』而p出导E.moN5*0§>注口口」NCJ山江工d>崖口〒LI-V1G03.1设计原理图+-XCJW£2含芒蛆口±]NCIMLg』而p出导E.moN5*0§>注口口」NCJ山江工d>崖口〒LI-V1G0LL山工>口O-D二山迫口1>>口口4Q—I白I1LUoo■AAA—SH1HEE必明匚心加•一口一:!211□隼L|J_3）输入适配器电流ss<<来源：网络转载

取Va（m「2V,Rac=O」QVacset3PM=20xRac=20X0,1=1A4）预充电电流4）预充电电流取二6VV【SET2 6"recharge=100xRsr=100x0,1=86A5）充电终止电流V【SET2 6【CHARGE=100xRsr=100x0.1=°，6A6）充电时间取Crtl0.056uF,Klk.=5.6min/nFtcHARGE=CttcXKttc=0.056x103X5.6=313.6min7）电感的选择取输入电压Vin=5V，输出电压Vout=3V，最大输入电流Ichc=1A,开关频率fs=300KHZ,L=6.8uH则占空比Vout3»=而=厂0.6纹波电流Vjn?D?（1-D） 5X0,6x0.4 1.2IRIPPLE= 77； = ； 7=-八/=0.59Afs?L300x103X6,8x10-62.04饱和电流【SAT2【CHG+'IRIPPLE=L3A8）输入电容电流IcinIchg?JD（1-D）=1x8.6x0,4=0.49AIcin来源：网络转载9)输出电容电流Icout=IRIPPLE0.59Icout=IRIPPLE0.59=0.17A输出电容电压纹波8LCfs2Vbat8LCfs2Vbat一■VbAT2Vin10)功率MOSFET的选择品质因数FOMtop=Rds(oh)xQgdFOMbottom=^DS(on)XQg顶边MOSFET的传导损耗Ptop=DXIcHGXRdS(oii)+5XVjNXIcHGX(ton+Iff)XfsQsw Qswton=7 t°ff=~Ion 】off1Qsw=Qgd+]QgsVregn_Vpit