专业课程设计 —移动电源电池充电电路.doc

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21.1锂电池的定义及特点21.2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 1.1芯片选型说明32.1芯片介绍42.1.1引脚介绍42.1.2工作原理52.1.3原理框图6三、总体设计7 3.1设计原理图73.2相关参数计算83.3结果分析9一、 锂电池充电原理及曲线1.1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。1.2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3.04.2V。阶段3：恒压充电当电池电压上升到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1.1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5V28V，010A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。2.1芯片介绍2.1.1引脚介绍图2ACN（1）适配器电流误差放大器负输入ACP（2）适配器电流误差放大器正输入ACDRV（3）AC或适配器电源选择输出CE（4）充电使能，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内部下拉电阻。STAT1（5）漏极开路充电状态指示按钮，指示各种充电操作TS（6）电池组温度CP系数检测。TTC（7）安全时间和终止控制PG（8）开漏输出状态良好指示STAT2（9）漏极开路充电状态指示按钮，指示各种充电操作。VREF（10）3.3V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MOSFET PH（20）连接到phase-switching节点HIDRV（21）PWM高端驱动输出。连接到高功率MOSFET BTST（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VBATVRECH，并且ICHARGEITERM，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。2.1.3原理框图图3三、 总体设计3.1设计原理图图43.2相关参数计算1) 充电电压设计取R2=42.86K，R1=100KVBAT=2.1V1+R1R2=2.1V1+42.86100=3V2) 充电电流设计取RSR=0.1，VISET1=2VICHARGE=VISET120RSR=2200.1=1A3) 输入适配器电流取VACSET=2V，RAC=0.1IDPM=VACSET20RAC=2200.1=1A4) 预充电电流取VISET2=6VIPRECHARGE=VISET2100RSR=61000.1=0.6A5) 充电终止电流ICHARGE=VISET2100RSR=61000.1=0.6A6) 充电时间取CTTC=0.056uF，Kttc=5.6min/nFtCHARGE=CTTCKttc=0.0561035.6=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ICHG=1A，开关频率fs=300K HZ，L=6.8uH则 占空比 D=VOUTVIN=35=0.6纹波电流 IRIPPLE=VIND(1-D)fsL=50.60.43001036.810-6=1.22.04=0.59A饱和电流ISATICHG+12IRIPPLE=1.3A8) 输入电容电流ICIN=ICHGD1-D=10.60.4=0.49A9) 输出电容电流ICOUT=IRIPPLE23=0.5923=0.17A输出电容电压纹波VO=18LCfs2VBAT-VBAT2VIN10）功率MOSFET的选择 品质因数FOMtop=RDSonQGDFOMbottom=RDS(on)QG顶边MOSFET的传导损耗Ptop=DICHG2RDSon+12VINICHGton+tofffston=QSWIon toff=QSWIoffQsw=QGD+12QGSIon=VREGN-VpltR