专业课程设计

1、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：2022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公司锂电池充电治理芯片选型说明及芯片介绍3芯片选型说明3芯片介绍 4456三、总体设计设计原理图7相关参数计算8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外表脱 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

2、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、包流充电、包压充电以及充电终止.锂电池充电器的根本要求是特定的充电电流和充电电压,从而保证电池平安充电.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、电池局部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芯片限制的,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

3、,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,电池电压升到时,改为恒压充电,保持充 电电压为.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以恒流充电电流为1A举例,那么涓流充电电流为 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,提升充 电电流进行恒流充电.恒流充电的电流在至之间.电池电压随着恒流充电过 程

4、逐步升高,一般单节电池设定的此电压为 .阶段3 :恒压充电当电池电压上升到时,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至范围时终止充电.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至3小时.充电结束后,如检测到电池电压低于将重新充电.二、TI公司锂电池充电治理芯片选型说明及芯片介绍芯

5、片选型说明由于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BQ246105片作为充电治理.BQ2461觉TI公司生产,可以实现 5V28V 010A锂电池充电治理.充电 限制器与传统的限制器相比拟,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.芯片介绍引脚介绍图2ACN(D适配器电 流误差放 大器负输 入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,它后KtGNGNOAC5E7ISET2SRPSNsec 一Td 步口工mLL

6、ALLU.5- 9崽 EKIS El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)平安时间和终止限制PG开漏轴出状态良好指小STAT2 (9)漏极开路充电状态指示按钮,指示各种充电操作.VREF (10)经电压轴出.ISET1 (11)快速充电电流输入设置VFB (12)输出电压模拟反应调整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

7、二极管LODRV (19)PWM下部驱动输出.连接到下部功率 MOSFETPH (20)连接至U phase-switchin/点HIDRV (21)PWM高端驱动输出.连接到高功率 MOSFETBTST (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)阳极电源工作原理BQ2461旎电电路工作原理图如图3所示,该充电电路根本工作原理可 分为预充、快充和终止阶段.当接通电源,如果 VbaFMow脚的电压,BQ24610限制电池进入快速充 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Vlo"

8、 30分钟内没有到达启动预充电的值,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,当电压到达调节电压时,充电电流逐渐减小,BQ24610负责治理充电电流,在Vtt有效情况下,如果V/fb>V?ech并且I charG<I term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.一个自动闭合逻辑预防转换器转换的时候 电流击穿.每次保证输出电容或者电源转换器没有充或者击穿

9、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.原理框图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、总体设计设计原理图 图HPLF GLul<m H匕口, &运出资s O岂二二>5n->froToATmLLJk充电电压设计4相关参数计算DIqril*JaQ F拈tsEd -山00 ,X3L1,山世 A - 一1LLJSO<-uu-xU.LLI5-= 爬 二0K 取以42三号 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充电电流设计取rsr =0.1 R Viseti = 2V3)输入适配器电流取 VACSET = 2V,4)预充电电流ICHARGE =Rac = 0.1Idpm =Vseti20 XRsrVACSET20 XRac220 X0.1 = 1A220 X0.1 = 1A6/ = 0.6A100 X0.1取 VISET2 = 6VVSET2 IpRECHARGE = 100 XRsr5)充电终止电流VlSET21cHARGE = 100 XRsr6、,八彳=0.6A100 X0.16)充电时间取Cttc = 0.056uF , Kttc =

12、 5.6min/nFtcHARGE = Cttc x Kttc = 0.056 X103 x5.6 = 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=占空比rVOUTd=Vin3一 =0.65纹波电流Iripple =Vin?D?(1 -D)5 X0.6 X0.4fs?L300 X103 X 6.8 X10-61.2=0.59A2.04饱和电流1_ISAT 1 CHG + 2 1 RIPPLE = 1.3A8输入电容电流Icin = Ichg?vD(1 - D) = 1 XV0.6X0.4= 0.49A9输出电容电流,I RIPPLE0.59 八,八Icout = 0.17A2 Xv32 Xv3输出电容电压纹波?Vo =(Vbat - VA二)8LCfsVin /10)功率MOSFET选择品质因数FOMtop = RDS(on ) X QgdFOMbottom=RDS(on)X QG顶边MOSFET传导损耗Pop = D XIchG2 XRDS(on) +XV|N X ICHG X(ton + toff) XfsQSW ton = IonQSW