專業(yè)課程設計

1、專業(yè)課程設計報告移動電源電池充電電路上海大學機自學院自動化系電氣工程及其自動化姓名：學號：指導老師：2022年6月20日目錄一、鋰電池充電原理及曲線2鋰電池的定義及特點 2鋰電池的充電過程2二、TI公司鋰電池充電治理芯片選型說明及芯片介紹3芯片選型說明3芯片介紹 4456三、總體設計設計原理圖7相關參數計算8結果分析9鋰電池充電原理及曲線鋰電池的定義及特點鋰離子電池的負極為石墨晶體,正極通常為二氧化鋰.充電時鋰離子由 正極向負極運動而嵌入石墨層中.放電時,鋰離子從石墨晶體內負極外表脫 離移向正極.所以,在該電池充放電過程中鋰總是以鋰離子形態(tài)出現,而不 是以金屬鋰的形態(tài)出現.因而這種電池叫做鋰離

2、子電池,簡稱鋰電池.鋰電 池具有：體積小、容量大、重量輕、無污染、單節(jié)電壓高、自放電率低、電 池循環(huán)次數多等優(yōu)點,但價格較貴.鋰離子電池的充電過程鋰離子電池的充電過程可分為四個階段：涓流充電低壓預充、包流充電、包壓充電以及充電終止.鋰電池充電器的根本要求是特定的充電電流和充電電壓,從而保證電池平安充電.增加其他充電輔助功能是為了改善電池壽命, 簡化充電器的操作, 其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充 電完成后關斷充電器、電池局部放電后自動啟動充電等.圖1鋰電池充電的方式是限壓恒流,都是由IC芯片限制的,典型的充電方 式是：先檢測待充電電池的電壓,如果電壓低于 3V

3、,要先進行預充電,充電 電流為設定電流的1/10,電壓升到3V后,進入標準充電過程.標準充電過 程為：以設定電流進行恒流充電,電池電壓升到時,改為恒壓充電,保持充 電電壓為.此時,充電電流逐漸下降,下降至設定充電電流的1/10時,充電結束.圖1為充電曲線.階段1涓流充電一一涓流充電用來先對完全放電的電池單元進行預充 恢復性充電.在電池電壓低于3V左右時采用涓流充電,涓流充電電流時 恒流充電電流的十分之一即以恒流充電電流為1A舉例,那么涓流充電電流為 100mA.階段2:恒流充電一一當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時,提升充 電電流進行恒流充電.恒流充電的電流在至之間.電池電壓隨著恒流充電過 程

4、逐步升高,一般單節(jié)電池設定的此電壓為 .階段3 :恒壓充電當電池電壓上升到時,恒流充電結束,開始恒壓 充電階段.電流根據電芯的飽和程度,隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由最大 值慢慢減少,當減小到時,認為充電終止.階段4:充電終止有兩種典型的充電終止方法：采用最小充電電流 判斷或采用定時器或者兩者的結合.最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充 電電流,并在充電電流減小到至范圍時終止充電.第二種方法從恒壓充電階 段開始時計時,持續(xù)充電兩個小時后終止充電過程.上述四個階段的充電法完成對完全放電電池的充電約需要至3小時.充電結束后,如檢測到電池電壓低于將重新充電.二、TI公司鋰電池充電治理芯片選型說明及芯片介紹芯

5、片選型說明由于本次移動電源電池充電電路的設計要求輸入的電壓為5V,電流為1A,所以可選擇TI公司BQ246105片作為充電治理.BQ2461覺TI公司生產,可以實現 5V28V 010A鋰電池充電治理.充電 限制器與傳統(tǒng)的限制器相比擬,效率更高,散熱更少；充電電壓及電流的準確度接近百分之百,有助于延長電池使用壽命.芯片介紹引腳介紹圖2ACN(D適配器電 流誤差放 大器負輸 入ACP適配器電(2)流誤差放大器正輸入ACDAC或適RV配器電源(3)選擇輸出CE充電使(4)能,邏輯高電平輸入.高電平充電使能,低電平停止充電,它后KtGNGNOAC5E7ISET2SRPSNsec 一Td 步口工mLL

6、ALLU.5- 9崽 EKIS El一個1M內部下拉電阻.STAT1 (5)漏極開路充電狀態(tài)指示按鈕,指示各種充電操作TS (6)電池組溫度CP系數檢測.TTC (7)平安時間和終止限制PG開漏軸出狀態(tài)良好指小STAT2 (9)漏極開路充電狀態(tài)指示按鈕,指示各種充電操作.VREF (10)經電壓軸出.ISET1 (11)快速充電電流輸入設置VFB (12)輸出電壓模擬反應調整SRN (13)電池電流誤差放大器負輸入SRP (14)電池電流誤差放大器正輸入ISET2 (15)預充電和終止當前輸入設置ACSET (16)適配器當前輸入設置GND (17)模擬數字地REGN (18)連接小信號肖特基

7、二極管LODRV (19)PWM下部驅動輸出.連接到下部功率 MOSFETPH (20)連接至U phase-switchin/點HIDRV (21)PWM高端驅動輸出.連接到高功率 MOSFETBTST (22)PWM高側驅動器正電源BATDRV (23)電池和系統(tǒng)之間的MOSFET驅動輸出VCC (24)陽極電源工作原理BQ2461旎電電路工作原理圖如圖3所示,該充電電路根本工作原理可 分為預充、快充和終止階段.當接通電源,如果 VbaFMow腳的電壓,BQ24610限制電池進入快速充 電階段,預充電時為了激活正常的電池功能,預充電電流的大小約為充電電 流的1/6 ,如果Vlo"

8、 30分鐘內沒有到達啟動預充電的值,充電關閉,status 引腳顯示充電出錯.快充分恒流充電和恒壓充電兩個階段,在該充電階段,恒流充電電流不 變,電壓持續(xù)上升,當電壓到達調節(jié)電壓時,充電電流逐漸減小,BQ24610負責治理充電電流,在Vtt有效情況下,如果V/fb>V?ech并且I charG<I term檢測 到充電終止.BQ24610能夠自動選擇適配器或者電池給負載供電,當處于上電狀態(tài)或 者睡眠模式的時候,電池連接到負載.當電池跳出睡眠模式30ms電池自動 與負載斷開,適配器與電池相連.一個自動閉合邏輯預防轉換器轉換的時候 電流擊穿.每次保證輸出電容或者電源轉換器沒有充或者擊穿

9、之后,進入快 速充電模式,充電器自動軟啟動充電器調節(jié)電流.原理框圖zzMEiia'irviEC-e IM E6MEE»lcri7kJ：昌匚*/UU6-6 PTTHTC3E-ZM芋匚二J1*1I 骷T_g:em*©frST7,5 T：C4T1iM%M MAT _KiJtTSETT-i-S711W PMU EELE CmLCGSCWHCsZibTZLKO uog9ftEH¥ mesh lqqcTATZ MO hE IMEFMl.3 ACH-I r MNTUSB尸TTG WWVT TP,FWtfn«rrEhriDM .EQIF-A JrfA士二JVL3

10、C3WTe«oirinB；*T_2itas A©i*reaLMML"t>TT Iii-tT： r三、總體設計設計原理圖 圖HPLF GLul<m H匕口, &運出資s O豈二二>5n->froToATmLLJk充電電壓設計4相關參數計算DIqril*JaQ F拈tsEd -山00 ,X3L1,山世 A - 一1LLJSO<-uu-xU.LLI5-= 爬 二0K 取以42三號 卬比 >?XTKu看.-p V 5ljlutR142.86VBat = 2.1V X(1 + r-) = 2.1V X(1 + 70鼠)=3V再rb

11、r-1MvlLLI&bHo左UJl-d苫<2充電電流設計取rsr =0.1 R Viseti = 2V3)輸入適配器電流取 VACSET = 2V,4)預充電電流ICHARGE =Rac = 0.1Idpm =Vseti20 XRsrVACSET20 XRac220 X0.1 = 1A220 X0.1 = 1A6/ = 0.6A100 X0.1取 VISET2 = 6VVSET2 IpRECHARGE = 100 XRsr5)充電終止電流VlSET21cHARGE = 100 XRsr6、,八彳=0.6A100 X0.16)充電時間取Cttc = 0.056uF , Kttc =

12、 5.6min/nFtcHARGE = Cttc x Kttc = 0.056 X103 x5.6 = 313.6min7)電感的選擇取輸入電壓Vin = 5V,輸出電壓 VOUT = 3V,最大輸入電流 ICHG = 1A,開關頻率 fs=300K HZ, L=占空比rVOUTd=Vin3一 =0.65紋波電流Iripple =Vin?D?(1 -D)5 X0.6 X0.4fs?L300 X103 X 6.8 X10-61.2=0.59A2.04飽和電流1_ISAT 1 CHG + 2 1 RIPPLE = 1.3A8輸入電容電流Icin = Ichg?vD(1 - D) = 1 XV0.6X0.4= 0.49A9輸出電容電流,I RIPPLE0.59 八,八Icout = 0.17A2 Xv32 Xv3輸出電容電壓紋波?Vo =(Vbat - VA二)8LCfsVin /10)功率MOSFET選擇品質因數FOMtop = RDS(on ) X QgdFOMbottom=RDS(on)X QG頂邊MOSFET傳導損耗Pop = D XIchG2 XRDS(on) +XV|N X ICHG X(ton + toff) XfsQSW ton = IonQSW