專業(yè)課程設(shè)計

1、專業(yè)課程設(shè)計報告移動電源電池充電電路上海大學(xué)機自學(xué)院自動化系電氣工程及其自動化姓名: 學(xué)號:指導(dǎo)老師: 2015年6月20日目錄一、鋰電池充電原理及曲線21.1鋰電池的定義及特點21.2鋰電池的充電過程2二、TI公司鋰電池充電管理芯片選型說明及芯片介紹3 1.1芯片選型說明32.1芯片介紹42.1.1引腳介紹42.1.2工作原理52.1.3原理框圖6三、總體設(shè)計7 3.1設(shè)計原理圖73.2相關(guān)參數(shù)計算83.3結(jié)果分析9一、 鋰電池充電原理及曲線1.1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(nèi)負極表面脫

2、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(xiàn)，而不是以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)。因而這種電池叫做鋰離子電池，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(shù)多等優(yōu)點，但價格較貴。1.2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(yù)充）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。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(guān)斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。圖1鋰電

3、池充電的方式是限壓恒流，都是由IC芯片控制的，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，要先進行預(yù)充電，充電電流為設(shè)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(shè)定電流進行恒流充電，電池電壓升到4.2V時，改為恒壓充電，保持充電電壓為4.2V。此時，充電電流逐漸下降，下降至設(shè)定充電電流的1/10時，充電結(jié)束。圖1為充電曲線。階段1：涓流充電涓流充電用來先對完全放電的電池單元進行預(yù)充（恢復(fù)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0.1C（以恒流充電電流為1A舉例，則涓流充電電流為100mA）。階段2：恒流充

4、電當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時，提高充電電流進行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高，一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為3.04.2V。階段3：恒壓充電當電池電壓上升到4.2V時，恒流充電結(jié)束，開始恒壓充電階段。電流根據(jù)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0.01C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(jié)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0.02C至0.07C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

5、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2.5至3小時。充電結(jié)束后，如檢測到電池電壓低于3.89V將重新充電。二、 TI公司鋰電池充電管理芯片選型說明及芯片介紹1.1芯片選型說明因為本次移動電源電池充電電路的設(shè)計要求輸入的電壓為5V，電流為1A，所以可選擇TI公司BQ24610芯片作為充電管理。BQ24610是TI公司生產(chǎn)，可以實現(xiàn)5V28V，010A鋰電池充電管理。充電控制器與傳統(tǒng)的控制器相比較，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。2.1芯片介紹2.1.1引腳介紹圖2ACN（1）適配器電流誤差放大器負輸入ACP（2）適配器

6、電流誤差放大器正輸入ACDRV（3）AC或適配器電源選擇輸出CE（4）充電使能，邏輯高電平輸入。高電平充電使能，低電平停止充電，它有一個1M內(nèi)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(shù)檢測。TTC（7）安全時間和終止控制PG（8）開漏輸出狀態(tài)良好指示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）3.3V參考電壓輸出。ISET1（11）快速充電電流輸入設(shè)置VFB（12）輸出電壓模擬反饋調(diào)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(yù)充電和終止當前輸入設(shè)置ACS

7、ET（16）適配器當前輸入設(shè)置GND（17）模擬數(shù)字地REGN（18）連接小信號肖特基二極管LODRV（19）PWM下部驅(qū)動輸出。連接到下部功率MOSFET PH（20）連接到phase-switching節(jié)點HIDRV（21）PWM高端驅(qū)動輸出。連接到高功率MOSFET BTST（22）PWM高側(cè)驅(qū)動器正電源BATDRV（23）電池和系統(tǒng)之間的MOSFET驅(qū)動輸出VCC（24）陽極電源2.1.2工作原理BQ24610充電電路工作原理圖如圖3所示，該充電電路基本工作原理可分為預(yù)充、快充和終止階段。當接通電源，如果VBAT<VLOWV引腳的電壓，BQ24610控制電池進入快速充電階段，預(yù)充

8、電時為了激活正常的電池功能，預(yù)充電電流的大小約為充電電流的1/6，如果VLOW在30分鐘內(nèi)沒有達到啟動預(yù)充電的值，充電關(guān)閉，status引腳顯示充電出錯?？斐浞趾懔鞒潆姾秃銐撼潆妰蓚€階段，在該充電階段，恒流充電電流不變，電壓持續(xù)上升，當電壓達到調(diào)節(jié)電壓時，充電電流逐漸減小，BQ24610負責(zé)管理充電電流，在VTT有效情況下，如果VVFB>VRECH，并且ICHARGE<ITERM，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。一個自動閉合邏輯防止

9、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的時候電流擊穿。每次確保輸出電容或者電源轉(zhuǎn)換器沒有充或者擊穿之后，進入快速充電模式，充電器自動軟啟動充電器調(diào)節(jié)電流。2.1.3原理框圖圖3三、 總體設(shè)計3.1設(shè)計原理圖圖43.2相關(guān)參數(shù)計算1) 充電電壓設(shè)計取R2=42.86K，R1=100KVBAT=2.1V×1+R1R2=2.1V×1+42.86100=3V2) 充電電流設(shè)計取RSR=0.1，VISET1=2VICHARGE=VISET120×RSR=220×0.1=1A3) 輸入適配器電流取VACSET=2V，RAC=0.1IDPM=VACSET20×RAC=220×

10、0.1=1A4) 預(yù)充電電流取VISET2=6VIPRECHARGE=VISET2100×RSR=6100×0.1=0.6A5) 充電終止電流ICHARGE=VISET2100×RSR=6100×0.1=0.6A6) 充電時間取CTTC=0.056uF，Kttc=5.6min/nFtCHARGE=CTTC×Kttc=0.056×103×5.6=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(guān)頻率fs=300K HZ，L=6.8uH則 占空比 D=VOUTVIN=

11、35=0.6紋波電流 IRIPPLE=VIND(1-D)fsL=5×0.6×0.4300×103×6.8×10-6=1.22.04=0.59A飽和電流ISATICHG+12IRIPPLE=1.3A8) 輸入電容電流ICIN=ICHGD1-D=1×0.6×0.4=0.49A9) 輸出電容電流ICOUT=IRIPPLE2×3=0.592×3=0.17A輸出電容電壓紋波VO=18LCfs2VBAT-VBAT2VIN10）功率MOSFET的選擇 品質(zhì)因數(shù)FOMtop=RDSon×QGDFOMbottom=RDS(on)×QG頂邊MOSFET的傳導(dǎo)損耗Ptop=D×ICHG2×RDSon+12×VIN×ICHG×ton+toff×fston=QSWIon toff=QSWIoffQsw=QGD+12QGSIon=VR