低功耗锂电池充放电保护芯片的设计
低功耗锂电池设计方案-概述说明以及解释
低功耗锂电池设计方案-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:随着移动设备的飞速发展和智能化程度的提升，对于电池续航能力的要求越来越高。
而锂电池作为移动设备的主要能量提供方式，其性能和功耗直接关系到设备的使用体验和生命周期。
针对目前智能设备需求，本文提出了低功耗锂电池设计方案，旨在通过优化设计和技术实施，提高电池的续航能力和稳定性，从而提升设备的整体性能和使用寿命。
在接下来的章节中，将详细介绍锂电池的基本原理、低功耗设计要点以及具体的设计方案实施。
愿本文能为相关领域的研究者和从业者提供一定的参考和借鉴。
1.2 文章结构本文主要包括以下三个部分：1. 锂电池基本原理：首先介绍锂电池的基本工作原理，包括锂离子在正负极间的传递和储存机制，以及常见的锂电池类型和工作特性。
2. 低功耗设计要点：其次详细阐述低功耗设计的关键要点，包括降低内阻、提高能量密度、优化电池管理系统等方面的技术手段。
3. 设计方案实施：最后介绍具体的低功耗锂电池设计方案，包括选用材料、电池结构优化、电路设计等实施措施，以及实验结果和应用案例。
1.3 目的:设计低功耗锂电池的主要目的是为了提高电池的使用时效性和稳定性，降低能量消耗并延长电池的寿命。
通过优化电池的设计和使用方式，可以有效减少电池在充放电过程中产生的热量和能量损耗，使电池在工作过程中更加高效可靠。
此外，低功耗锂电池能够提供更加持久的电源支持，对于需要长时间使用或者外出携带设备的用户来说，具有更大的吸引力。
通过设计出更加节能环保的电池方案，可以更好地满足用户的需求，减少电池的排放对环境的影响。
总的来说，设计低功耗的锂电池方案可以提高电池的性能和使用体验，同时也有利于减少能源消耗和对环境造成的损害，是未来电池研究和发展的重要方向之一。
2.正文2.1 锂电池基本原理锂电池是一种采用锂作为正极材料的充电电池。
它具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率和无记忆效应等优点，因此被广泛应用于移动电子设备、电动汽车和储能系统中。
锂电池充电器芯片的设计与研究
锂电池充电器芯片的设计与研究一、本文概述随着可再生能源的兴起和电动汽车市场的不断扩大，锂电池作为高效能量存储解决方案，其重要性日益凸显。
锂电池充电器芯片作为锂电池管理系统的核心组件，其性能直接影响到锂电池的充电效率、安全性以及使用寿命。
对锂电池充电器芯片的设计与研究具有重大的现实意义和应用价值。
本文旨在深入探讨锂电池充电器芯片的设计原理、关键技术、研究现状和发展趋势。
我们将首先介绍锂电池充电器芯片的基本功能和工作原理，包括电流检测、电压控制、充电模式选择等关键功能。
随后，我们将重点分析充电器芯片设计中的关键技术，如高精度电流电压检测、高效能量转换、热管理以及安全保护等。
我们还将对锂电池充电器芯片的研究现状进行梳理，总结当前的主要研究成果和存在的问题。
我们将展望锂电池充电器芯片的未来发展趋势，探讨新技术、新材料的应用以及可能的创新方向。
通过本文的阐述，我们期望能够为锂电池充电器芯片的设计与研究提供有益的参考和启示，推动锂电池技术的持续发展和优化，为可再生能源和电动汽车的广泛应用提供有力支持。
二、锂电池充电器芯片的基本原理锂电池充电器芯片是锂电池充电过程中的核心组件，其设计与研究对于实现高效、安全、稳定的充电至关重要。
本章节将详细阐述锂电池充电器芯片的基本原理，包括其内部电路结构、功能模块以及充电过程中的关键控制机制。
锂电池充电器芯片的内部电路结构主要包括电源管理模块、充电控制模块、保护模块等。
电源管理模块负责将外部输入的电源进行整流、滤波和稳定化处理，为充电控制模块提供稳定的工作电压。
充电控制模块则根据锂电池的充电状态和需求，通过精确控制电流和电压的输出，实现锂电池的高效充电。
保护模块则负责监测锂电池的充电状态，当锂电池出现过充、过放、过流等异常情况时，及时切断充电电路，保护锂电池的安全。
在充电过程中，锂电池充电器芯片通过控制电流和电压的输出，实现对锂电池的精确充电。
充电过程一般分为预充电、恒流充电、恒压充电和涓流充电四个阶段。
高精度低功耗五串锂电池保护系统设计
且分别持续 ６ ０ ０ ｍｓ 、２ ０ ０ ｍｓ 、６ ０ ｍｓ ，系统进 入过流状态 。当按 下按 键 ，系统可从低功耗模 式唤醒 并根据 电池 电压 显示 当前电池 电量。
— —
， ’ ——
高精 度低功耗ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｒ ５ － Ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ Ｂ ａ ｔ ｅ ｒ ｙ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｈ ｉ ｇ ｈ － ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｌ ｏ ｗ － ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ
管理 系统主要完成对 电池 的 电压 、电流、温度 进行检 测并执行保护措施 。如果 电池管理系统
对 电压 、 电流 等 信 号 的 采 样 不 准 确 ，将 导 致 误 保 护 或 误 恢 复 现 象 ，从 而 影 响 系 统 的 有 效 性 。 因 此 ，高 精 度 采 样 是 该 系 统 的 主 要 研 究 热 点 。 电池 管 理 系 统 一 般 由 电池 直 接 供 电 ，电池 管 理
够 可靠 高 效地 保 护 电池 ，延 长 电池使 用 寿 命 。
１ 保护系统工作原理
电池管理系统具有 过压 、欠压 、过流 、过
温保 护 ，低 功 耗 管 理 ，按 键 电量 显 示 ， 充 电状 态 电池 均 衡 等 功 能 ，其 工 作 原 理 如 图 １ 所示。
Ｓ ＴＭ８通 过 Ｉ ２ Ｃ 接 口 配 置 ＢＱ７ ６ ９ ２ ５内 部 放 大
调 节器 偏压输 出、含动态 可调 阈值的过流 比较 器 以及可控 电池均衡 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 。它能够将单节 电池 电压、 电流、 电池温度转换 成 电压信号提 供给 Ｓ Ｔ Ｍ８ 采样 。而 Ｓ Ｔ Ｍ８ 可通过 Ｉ ２ Ｃ接 口对 Ｂ Ｑ ７ ６ ９ ２ ５内部寄存器进行配置 ，从 而控制 电池 电压 的输 出、电流传感放 大器 的增益 、过流 比
锂电池转1.5v专用充放电管理芯片
锂电池转1.5v专用充放电管理芯片1.引言概述部分的内容可以如下编写：1.1 概述随着现代电子产品的普及和多样化，锂电池作为一种理想的能源储备方式，得到了越来越广泛的应用。
然而，在许多消费电子设备中，如遥控器、手电筒等，依然需要使用1.5V电压的电池。
为了满足这些设备的需求，开发一种能够将锂电池的高电压转换为1.5V的专用充放电管理芯片变得非常重要。
本文将重点介绍一种专门设计用于锂电池转换为1.5V电压的充放电管理芯片。
通过这种管理芯片，用户可以更灵活地使用锂电池，以满足各种设备的能源需求。
同时，该管理芯片还能提供电池状态监测、充电保护等功能，增强了锂电池的安全性和可靠性。
在本文中，我们将详细介绍锂电池的特点以及1.5V专用充放电管理芯片的需求。
探讨锂电池的优势，讨论转换为1.5V电压对于电子设备的意义。
我们还将探讨该管理芯片的发展前景和应用前景，展望未来锂电池管理技术的发展方向。
通过本文的阐述，读者将能够了解到锂电池转换1.5V专用充放电管理芯片的重要性和优势，以及该技术的应用前景。
同时，读者也可以通过本文对相关技术的介绍，进一步了解锂电池的特点和在电子设备中的应用。
接下来的章节将逐一介绍锂电池的特点以及1.5V专用充放电管理芯片的需求，帮助读者全面了解该技术的背景和应用场景。
文章结构部分的内容可以如下编写：1.2 文章结构本文将围绕锂电池转1.5V专用充放电管理芯片展开讨论，共分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分（Chapter 1）首先概述了本文的研究背景和目的，介绍了锂电池和1.5V专用充放电管理芯片的基本情况，并提出了文章的研究动机。
正文部分（Chapter 2）主要分为两个小节。
首先（Section 2.1），我们将详细探讨锂电池的特点，包括其优点和缺点，以及当前在各个领域的广泛应用。
其次（Section 2.2），我们将深入分析1.5V专用充放电管理芯片的需求，包括其功能和特性，以及应用领域和市场需求。
DB05B(1A充电器驱动IC)
六、典型应用电路
锦裕科技有限公司
DB05B1A充电器驱动IC
八、性能参数：
效率在90V~265V 输入且满载情况下≥70.5%
待机功耗< 0.3W at是在264V/50Hz空载情况下测的
2、线包包黄色玛拉胶纸，绕线时请注意绕线方向，避免绕组起收脚交叉，绕线必须平整；
3、磁芯加气隙，真空锓油，烤箱烘干，另变压器骨架上需贴上名称和供应商标签以方便区分
4、变压器磁芯及骨架需点胶；
五、电气要求：
1、电感量：Lp（N1）1.8mH±10%；
2、漏感量：Ls（N1）≦600uH；
3、耐压：PRI（初级N1）---SEC（次级N3）3000VAC/5ma/60s
PRI（初级N1）/SEC（次级N3）---CORE磁芯 1500VAC/5ma/60s
十、BOM表
➢三极管13003性能参数：
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DB05B1A充电器驱动IC
十一、封装尺寸图
SOT23-6
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锂离子电池管理芯片及其低功耗设计实用案例
锂离子电池管理芯片及其低功耗设计实用案例
锂离子电池管理芯片的应用及发展
1、锂离子电池的特点及应用
早在1912年，以金属锂作为电极的锂电池(Li Battery)的研究就开始了，到上世纪七十年代，不可充电的锂电池才首次应用在商业领域。
上世纪八十年代，研究的重点集中在可充电的锂离子电池(Li-ion Battery)上，但并没有成功解决电池的安全性问题。
一直到1991年，Sony公司首次实现了锂离子电池商业化，被认为是能源技术领域的一个重要的里程牌。
如表1.1所示，和Ni-Cd等其它二次电池相比，锂离子电池具有更高的能量密度(包括质量比能量和体积比能量)、更高的充放电循环、更低的放电率和更高的单节电池工作电压(3.6V)。
显然，锂离子电池的高工作电压将有利于减小移动装备的尺寸，高能量密度将有利于电池的轻量化，低放电率也能保证存储期间的正常使用。
单节锂离子电池保护芯片的设计
单节锂离子电池保护芯片的设计前言锂离子电池保护芯片的设计与其封装结构密切相关，如图1所示为封装在锂离子电池内部的保护电路的基本结构。
在正常情况下，充电控制端CO 和放电控制端D O 为高电位，N型放电控制管FET1和充电控制管FET2处于导通状态，电路的工作方式可以是电池向负载放电，也可以是充电器对电池进行充电；当保护电路检测到异常现象（过充电、过放电和过电流）时，使CO或DO输出低电平，从而切断充电或放电回路，实现保护功能。
为了有效利用放电电流或充电电流，FET1和FET2采用导通电阻很小的功率管。
它们的选择原则除了导通电阻要小，还要求体积小，并且关闭时源漏击穿电压要能经受不匹配充电器的影响。
从理论上说，FET1和FET2可以用N 管也可以用P 管。
但由于单节锂离子电池保护电路的电源电压较低，为了减小导通电阻，一般都采用N管。
图1中二极管是FET1和FET2的寄生二极管，它们的存在使系统在过放电状态下能对电池充电，在过充电状态下能对负载放电。
图1 3.6V 锂离子电池保护电路封装结构锂离子电池保护芯片的应用场合要求其具有低电流驱动、高精度检测的特点，另外由于保护电路的供电电源即为电池电压，因此在电池电压的变化范围内，保护电路必须正常工作，本文根据图1 所示的连接关系，设计一种低功耗单节锂离子电池保护芯片，其电池电压可以在1V—5.5V范围内变化。
系统结构设计锂离子电池保护芯片的基本功能是进行过充电保护、过放电保护和过电流保护，其中过电流保护包括充电过流保护和放电过流保护。
下面以保护电路的基本功能为出发点，分析其系统的组成。
检测异常现象锂离子电池保护电路为了实现其基本功能，首先需要检测异常现象。
过充电和过放电检测是将电池电压进行分压（采样）后与基准电压比较实现的；而对于过流检测，保护芯片首先将充放电过程中的电流转化为在功率管FET1、FET2上的电压，然后通过VM与基准电压比较完成，放电过流检测的是正电压，充电过流检测的是负电压。
锂电池充放电管理芯片，IC整套组合电路图
锂电池充放电管理芯片，IC整套组合电路图关乎锂电池供电的产品，在锂电池上，需要三个电路系统： 1，锂电池保护电路， 2，锂电池充电电路， 3，锂电池输出电路。
加上4，三个电路组成的原理图。
1，锂电池保护电路：即锂电池保护板，有的锂电池厂家出厂就自带了保护板了（大部分是默认没带保护板），有的锂电池没，就需要锂电池保护IC了。
常用锂电池保护IC如：DW01B，特点：外置MOS（8205A6或者8205A8），由于是外置MOS，过充电电流和过放电电流可通过很多个MOS并联来提高，这是最常见的，采用SOT23-6封装。
PW3130，特点：内置MOS，电路简单，过充电电流和过放电电流是3A，适合功率不大电子产品，采用SOT23-5封装。
PW3133A，特点：内置MOS，电路简单，在PW3130的基础上再简洁了芯片体积，采用SOT23-3封装。
DW01B和PW3130,PW3133A的电路图如下：2，锂电池充电电路：1，PW4054，特点：500MA充电电流，5V USB输入最常用的充电IC，采用SOT23-5封装；2，PW4056，特点：1A充电电流， 5V USB输入也是属于常用的充电IC，采用SOP8封装；3，PW4203，特点：5V,9V,12V,15V兼容高低压输入的锂电池充电IC，采用SOP8封装。
（注：产品很多，不能一一罗列，太多了，自行再添加）3，锂电池输出电路：1，锂电池自身供电电压是3V-4.2V之间，锂电池直接供电，电路就是直接接供电。
2，锂电池升压输出电路:PW5100，锂电池升压5V输出，输出电流在600MA，外围最简单；PW5300，锂电池升压4.5V～10V，输出功率6W（6W/电压=电流）PW5328B，锂电池升压4.5V ～20V。
（注：产品很多，不能一一罗列，太多了，自行再添加）3，锂电池降压输出电路：PW6566，LDO，输出3V,2.8V,2.5V,1.8V,1.5V,1.2V，电流最大250MA。
一种超低功耗锂离子电池保护电路设计
26卷 第6期2009年6月微电子学与计算机M ICROEL ECTRON ICS &COMPU TERVol.26 No.6J une 2009收稿日期:2008-09-04一种超低功耗锂离子电池保护电路设计陈中良1,冯 旭2,胡佳民2,韩 敏2(1黄淮学院,河南驻马店463000;2西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071)摘 要:基于减少锂离子电池能量的额外损耗,设计了一款超低功耗锂离子电池保护电路.本电路不仅可以对锂离子电池进行全面有效的保护,而且实现了低功耗.利用MOSFET 的亚阈值导电特性,使电路消耗的电流小于3μА;并且芯片在检测到过放电时进入到休眠状态,此时电路消耗的电流仅为0.2μА左右,大大减少了不必要的能量损耗.关键词:亚阈值;低功耗;保护电路;锂离子电池中图分类号:TN432 文献标识码:A 文章编号:1000-7180(2009)06-0097-05U ltra Low Pow er Li 2Ion B attery Protection CircuitCHEN Zhong 2liang 1,FEN G Xu 2,HU Jia 2min 2,HAN Min 2(1Institute of Network ,Huanghuai University ,Zhumadian 463000,China ;2School of Mechano 2electronic Engineering ,Xidian Univniversity ,Xi ′an 710071,China )Abstract :The paper presents a ultra low power Li 2Ion battery protection circuit based on reducing the additional energy waste of Li 2Ion The circuit not only protects Li 2Ion battery roundly and effectively ,but also achieves low power.Making use of the MOSFET ’s subthreshold characteristic ,the current of circuit assuming is lower than 3μА.After theoverdischarge is detected ,all the circuits are shutted down.It is assumed the state of standby and decreases the current at0.2μАor so ,therefore greatly reduces the additional energy waste.K ey w ords :subthreshold ;low power ;protection circuit ;Li 2Ion battery1 引言锂电池具有开路电压高、放电电压平稳、适用范围大和使用寿命长等特点,因此发展前景十分乐观[1].锂离子电池是通过Li 原子与Li 离子之间的转化来实现充放电,因此单节锂离子电池对充放电十分敏感[223].锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时,会造成电池的损坏或降低使用寿命.因此锂离子电池保护电路的设计是十分必要的.文中保护电路具有过充电保护、过放电保护、放电过流保护以及短路保护,实现了对锂电池的全面有效的保护,并且电路采用了低功耗技术,在高精度下实现了超低的电流损耗,电流损耗仅为3μА;在过放时电路会进入休眠状态,电流损耗仅为0.2μА左右.2 低功耗技术文中采用的低功耗技术[4]:①精度与功耗折衷完美的基准模块设计;②电平移位模块的设计;③四个高精度比较器的设计,实现了对电池全面的保护,同时不引入过多功耗;④整体电路设计简洁实用;⑤设置休眠状态,此时静态电流仅为0.2μА.2.1 基准的研究保护电路必须在误操作对电池产生损害前实施保护,其精度直接关系到电池的使用寿命.本电路的检测电压精度都在几十毫伏以内,例如过充检测精度为±30mV ,而放电过流检测精度仅为±15mV [5].一个高精度的基准源是必不可少的.文中为减弱基准内部运放的失调电压产生的温度漂移,采用了一种高增益的三级运放,但此高增益运放势必会引入过高的电流损耗,造成电池能量过大的额外损耗,因此这里存在一个精度与功耗的折衷的关系.本设计利用MOSFET 的亚阈值导电特性[627],在保证高精度的情况下实现了低功耗.基准电路如图1所示.图1 基准电路 图1中左边部分的偏置电路[8]为基准电路提供偏置电流,因此关系到电路的功耗以及PSRR 特性,极为重要.M 5,M 6,C 3组成启动电路,当电源上电时,C 3相当于一个通路,迅速把M 5的栅压拉高到电源电压,M 5随即导通,并将M 2的栅电位拉低,使M 1和M 2导通,开始建立偏置电流.而后,M 5关断,启动结束,偏置电流经过M 3、M 8和M 9输出至基准电路中.为降低功耗,电路中的MOS 管均工作在亚阈值.M 1,M 2,M 3,M 4的宽长比(w /l )为K :1:1:1.M 3与M 4组成电流镜结构,两条支路的电流I D1=I D2=I .I =(V SG 1-V SG 1)/R 4(1)I D1=KI 0exp (V SG 2/ξV T )(2)I D2=I 0exp (V SG 1/ξV T )(3)V SG 1=ξV T ln (I D1/KI 0)(4)V SG 2=ξV T ln (I D1/I 0)(5)将式(4)与式(5)代入(1)得I =ξV T ln K/R 4(6)上述公式中的I 为流过R 4的电流,V SG 1为M 1的栅源电压,V SG 2为M 2的栅源电压,V T 为热电压,ξ为MOS 管工作在亚阈值的电常数.合理确定R 4以提供基准模块MOS 管工作在亚阈值区的偏置电流,偏置电流在100～200nA 之间,这样将该基准产生的功耗比传统基准至少减少了50%.同时基准模块的偏置电流只与R 1有关,所以电路PSRR 很高.图1中右边部分的基准启动电路由M 25、M 26、M 27、M 28、M 29和M 30组成,V b 由偏置部分产生,EN为使能信号,正常工作时为低电平.当EN 为低时,且V b 达到一定电平时,M 30导通,M 30、M 27支路产生电流,使M 26和M 27的栅电位升高,M 26便将M 29的栅电位拉低,M 28、M 29支路产生电流,使基准部分开始工作.设计M 25的宽长比远大于M 26的宽长比,使得基准正常工作后M 29的栅电位为高,关断M 28、M 29支路,启动部分与基准脱离.图1中M 10到M 24组成三级误差放大器.第一级由M 13,M 14,M 17,M 18,M 21组成,为差动放大;第二级为电流镜型放大;第三级由M 24和电阻组成,为共源级放大.式(7)到式(10)为放大器增益的推导公式:A 1≈g m14(r o14//r o18)(7)A 2≈g m16×1g m19×g m20(r o20//r o23)(8)A 3≈-g m24R out (9)A TOL =A 1A 2A 3≈g m14g m16g m20g m24g m19(r o14//r o18) (r o20//r o23)R OU T .(10)g m i 为M i 的跨导,r o i 为M i 的输出阻抗,R OU T为基准输出阻抗.A i 为运放第i 级增益,A TOL 为运放的增益.可以看出电路在保证低功耗的情况下,并没有以降低精度为代价.相反电路中的高增益运放保证了基准的高性能.但是运放每一级的输出都存在一个较大的极点,三个输出极点都有可能在带宽以内,89微电子学与计算机2009年造成了至少270度的相移,环路不稳定.文中采用嵌套式密勒补偿,以改善环路稳定性,具体实现方式如图2所示.图2 运放的补偿方案嵌套式密勒补偿的小信号等效电路如图2(a )所示.补偿原理为,采用两次密勒补偿以产生两次极点分裂,从而将输出极点推离带宽,通过合理设置补偿电容使主极点和次主点的距离的较远,以达到补偿目的.最终补偿的实现如图2(b )所示,将运放第一级的输出做为主极点P 1,需要将P 1尽量往原点方向推,变为P 1′;将运放第二级的输出P 2做为次主极点,需要将P 2往原点方向推,变为P 2′,但是距离P 1′较远,在增益交点下方;将运放的输出级P 3作为第二非主极点,由于两次的密勒补偿引起的极点分裂,P 3会远离增益交点.注意C 2应远大于C 1的电容值,保证P 2′在增益交点下方,得到大于45度的相位裕度.基准的主极点为p 1=g m12g m15g m20(r o20//r o23)g m24R out (r o14//r o18)C 1(11)基准的核心电路比较常规,零温度系数电压由式(12)给出.V REF =V BE2+(R 2+R 3)I 3=V BE2+R 2+R 3R 3V T ln N (12)综上所述,由于为基准电路的反馈环路设计了高增益的运放,减小了运放失调引起的温度漂移,从而实现了高精度,基准的ppm 已经接近高阶温度补偿水准.但并不是以过大功耗为代价的,设计的偏置电路为基准提供了工作在亚阈值的偏置电流,不仅减少了基准的功耗,而且提高了PSRR 特性.2.2 电平移位电路电池充电完成后,COU T 为低电平,阻止充电器继续给电池充电.电平移位电路实现了V -与COU T 之间的等电位,防止了两者之间的电位差在电阻产生电流,消除了不必要的能量损耗.V b 由基准模块产生,为电压偏置信号.EN 为基准正常工作信号,低电平正常工作.OV ER C 为过充电检测比较器OV ERCHAR GE 输出的过充检测信号.正常为低电平,过充为高电平.当电路出现过充后,OV ER C 为高电位,M B3导通,M B8被关断,为保证M B1,M B2,M B3支路的电流匹配,A 点会被拉低,B 点随之被拉高,M B6被关断.此时COU T 与V -实现等电位,同为低电位,实现零电位差.如图3所示.图3 电平移位2.3 设置休眠状态当保护电路检测到过放电时,过放检测比较器OV ERDISCHAR GE 产生的过放电保护信号会关断芯片的大部分电路,使保护电路进入休眠状态,此时整个电路的静态电流仅为0.2μA 左右,大大节省了对电池能量的消耗.3 系统设计保护电路的应用示意图如图4所示.COU T 为过流检测输出,外接NMOS 管M 2;DOU T 为过放检测输出,外接NMOS 管M 1;V -为电压检测,实现放电过流与短路检测.D 1和D 2分别为M 1和M 2的寄生二极管.P +和P -在电池充电时接充电器,在电池放电时接负载.电阻R 1和R 2起保护作用,电容C 1起稳压作用.保护电路嵌入到电池,对电池进行保护.正常状态M 1和M 2导通.充电时,电流由P +经过电池流向P -;放电时电流由电池正极经过负载流向负极.检测到过充后,通过关断M 2来关断充电回路;通过对负载放电可以结束过充,此时放电电流经过M 2的寄生二极管D 2.检测到过放时,通过关断M 1来关断放电回路;通过接入充电器可以结束过放,此时的99 第6期陈中良,等:一种超低功耗锂离子电池保护电路设计图4 保护电路应用示意图充电电流可以经过D1.本保护电路存在以下状态:(1)正常状态在正常状态下图4中的MOSFET都处于导通状态,电池可以自由的进行充电和放电.由于MOS2 FET的导通阻抗很小,通常小于30mΩ,因此其导通电阻对电路的性能影响很小.此状态下保护电路消耗的电流为微安级,通常小于7μA.本电路的消耗电流仅为3μA.(2)过充电保护锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压,在充电初期为恒流,随着充电过程,电压会上升到4.2V,转为恒压充电,直至电流越来越小.芯片监测V DD引脚电压.当V DD引脚电压超过过充检测电压,电路检测到过充,COU T引脚为低电位,关断外部充电控制MOS管M2.检测到过充后,给电池接入负载,负载电流通过M2的寄生二极管D2.由于不断地释放负载电流,当V DD引脚电压低于过充检测电压,COU T引脚变为高电位,重新进入正常状态.(3)过放电保护芯片监测V DD引脚电压.当V DD引脚电压从较高电位降到过放检测电压,电路检测到过放,DOU T 引脚变为低电位,关断外部放电控制MOS管M1.通过接入充电器来结束过放.当V DD引脚电压低于过放检测电压,充电电流可以通过M1的寄生二极管D1;当V DD引脚电压高于过放检测电压,DOU T 引脚变为高电位,重新进入正常状态.检测到过放后,通过逻辑电路产生芯片关断信号,芯片处于休眠状态.此时芯片的静态电流仅为0.2μA左右.(4)放电过流保护由V-引脚来检测.误操作可以造成放电电流过大,为确保安全,必须使其立即停止放电.即当放电电流过大情况产生时,保护IC激活过电流保护功能,此时外接的两个NMOS管工作在深线性区,放过过流检测是将它们的R d(on)当成感应阻抗,监测其两端压降.运算公式为V=I×R d(on)×2.(5)短路保护由V-引脚来检测.主要用来阻止由电池反接等误操作引起的损害.4 仿真波形由图5看出,电路在3.6V电源电压下正常工作时,静态电流仅为3.08μA.当电源电压降到2V,电路实现过放电保护功能,此时电路处于休眠状态,静态电流仅为228nA.图5 保护电路的静态电流仿真如图6所示,电池电压V DD从0上升,0.5ms时达到3.9V并保持在3.9V;从2ms开始电池电压V DD继续上升,3ms时达到5V并保持在5V,从5ms 开始电池电压V DD下降,6ms时降到2V并保持在2V.COU T:COU T在V DD小于4.3V时为高电平,表明电路正常工作;当V DD大于4.3V时,OV ER2 CHAR GE比较器翻转,进入过充保护状态,经过延迟后,COU T翻转为低电平;当V DD从5V下降,低于4.1V时,OV ERCHAR GE比较器翻转,经过延迟后,COU T重新变为高电平,表明电路又进入正常工作状态.当检测到过放,进入过放保护状态时, COU T仍为高电平.DOU T:电路在正常工作状态和过充保护状态时,DOU T一直为高电平.当V DD从5V下降,低于2.5V时,OV ERDISCHAR GE比较器翻转,经过延迟后,DOU T变为低电平,表明电路又进入过放保护状态工作状态.由图6可以得出,电路在正常工作时,COU T与001微电子学与计算机2009年图6 保护电路的功能仿真DOU T 全为高;电路工作在过充保护时,COU T 为低而DOU T 为高;电路工作在过放保护时,COU T为高而DOU T 为低.符合设计要求.由图7看出,基准输出在-50～120℃的温度范围内,电压变化仅为 2.5mV.温度系数为11ppm/℃,图7 基准仿真波形已经接近高阶温度补偿的温度系数,证明该芯片具有较高精度.5 结束语利用MOSFET 的亚阈值导电特性,设计了一种功耗低但增益高的内部基准源,在实现高性能的情况下保证了低功耗,延长了锂离子电池的使用寿命.电路简洁,并且设置了电平移位电路和休眠状态,因此减少了不必要的电流损耗.该保护电路可以集成到锂离子电池芯片中,对其全面保护,并且不引起过量功耗.参考文献:[1]Bill Jackson.Battery circuit architecture [C ]//2004Portable Power Design Seminar.CA ,USA :Texas In 2strument ,2004:18-25.[2]Lima F ,Ramalho J N ,Tavares D.A novel universal bat 2tery charger for NiCd ,NiMH ,Liion and LiPolymer[J ].S olid -State Circuits ,2003(5):209-212.[3]Elias M F ,Nor F M ,Arof A K.Design of smart chargerfor series lithium ion batteries[J ].Power Electronics and 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锂电池充电及低功耗待机方案
PDVD锂电池充电及低功耗待机方案
本方案采用带A/D，PWM功能的8位MCU来管理电池充/放电及整机待机智能电源管理，此方案适合于Portable DVD,机顶盒，移动DVD，移动多媒体设备等产品，可达到能源之星低功耗待机要求。
方案特点描述：
1：PWM 电子开关控制电池充电，其效率可高达92%
2：充电电流/电压可以编程控制
3：自动识别不良电池并报警指示
4：保护措施可靠而完善，包含高温保护，过流保护，最长时间保护，过充保护过放保护等。
5：内置高精度10-BIT PWM及12-BIT A/D转换，恒流，恒压精度高，波动小
6: 有拔插电自动识别功能。
7: 耗尽的电池预先充电处理，小电流充电可减少发热。
8: 充电模式有：预充电，恒流充电，恒压充电。
9: PWM频率约为30Khz
10: 多种可靠的复位方式：上电复位，低压复位及内部看门狗复位。
11: 人性化的状态指示，不同的充电状态有不同的指示。
12: 输入电压范围从9 V 到16V
13: 电源管理，可以管理整机开关，使整机进入低功耗待机状态，从而达到整机符合美能源之星的要求
红外遥控启动。
低成本锂电池充电芯片,付电路图
南京拓微集成电路有限公司TP4056南京拓微集成电路有限公司NanJing Top Power ASIC Corp.数据手册DATASHEETTP4056TP4056线性锂离子电池充电器))(1A线性锂离子电池充电器应用·移动电话、PDA ·MP3、MP4播放器 ·数码相机 ·电子词典 ·GPS·便携式设备、各种充电器描述 TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。
其底部带有散热片的SOP8封装与较少的外部元件数目使得TP4056成为便携式应用的理想选择。
TP4056可以适合USB 电源和适配器电源工作。
由于采用了内部PMOSFET 架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。
热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。
充电电压固定于4.2V ，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。
当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。
当输入电压（交流适配器或USB 电源）被拿掉时，TP4056自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA 以下。
TP4056在有电源时也可置于停机模式，以而将供电电流降至55uA 。
TP4056的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED 状态引脚。
特点 ·高达1000mA 的可编程充电电流 ·无需MOSFET 、检测电阻器或隔离二极管 ·用于单节锂离子电池、采用SOP 封装的完整线性充电器 ·恒定电流/恒定电压操作，并具有可在无过热危险的情况下实现充电速率最大化的热调节功能·精度达到±1.5%的4.2V 预设充电电压·用于电池电量检测的充电电流监控器输出·自动再充电·充电状态双输出、无电池和故障状态显示·C/10充电终止·待机模式下的供电电流为55uA·2.9V涓流充电器件版本 ·软启动限制了浪涌电流·电池温度监测功能 ·采用8引脚SOP-PP 封装。
单节锂电池保护IC设计
单节锂电池保护IC设计
1 引言
设计了一种低功耗的单节锂离子电池保护电路，此保护电路不仅对锂离子电池提供过充电，过放电，放电过流保护，还提供充电异常保护，零伏电池充电禁止等功能。
用1. 0μm 双阱CMOS 工艺实现。
2 锂电池保护IC 的功能原理分析
锂电池保护电路的原理
正常状态：当电池电压在过放电检测电压以上且在过充电检测电压以下，VM 端子的电压在充电器检测电压以上且在过电流检测电压以下时，充电控制用FET2 和放电控制用FET1 的两方均打开。
这时可以进行自由的充电和放电。
这种状态叫做正常状态。
过充电保护：在充电过程中，当电池电压高于过充电检测电压，且该状态持续到过充电检测延迟时间后，控制电路输出一个低电平，关断充电控制用FET2，禁止充电。
过放电保护：在放电过程中，当电池电压低于过放电检测电压，且该状态持续到过放电检测延迟时间后，控制电路输出一个低电平，关断放电控制用FET1，禁止放电。
过电流保护：过电流保护包括一级过流保护，二级过流保护，短路保护，当放电电流过大，VM 端电压上升，超过过流检测电压，且该状态持续时间超过过流检测延迟时间后，控制电路输出低电平，关断放电控制用FET1，放电
禁止。
在放电过程中，VM 端电压就是两个处于导通态的FET 上的压降（见充电异常保护：电池在充电过程中如果电流过大，使VM 端电压下降，当低于某个设定值，并且这个状态持续到过充电检测延迟时间以上时，控制电路关断。
工程师：一款锂离子电池用保护电路的低功耗设计
工程师：一款锂离子电池用保护电路的低功耗设计
90年代出现的锂电池是能源技术领域的一个重要的里程碑。
和其它二次电池相比，锂电池具有更高的体积密度和能量密度，因此在移动电话、个人数字助理(Personal Digital Assistan t，PDA )、计算机等手提式电子设备中获得了极为广泛的应用。
一方面，以锂电池为供电电源的电路设计中，要求将越来越复杂的混合信号系统集成到一个小面积芯片上，这必然给数字、模拟电路提出了低压、低功耗问题。
在功耗和功能的制约中，如何取得最佳的设计方案也是当前功耗管理技术( PowerManagement，PM ) 的一个研究热点。
目前研究得较多的是系统级的动态功耗管理技术(Dynam ic PowerM anagemen t，DPM ) ，它的基本思想是关掉不工作的部分以节省系统功耗，但是在大多数情况下，这种方法仅用于数字系统的低功耗优化。
和模拟电路相关的低功耗设计也有许多文献报道，但基本只限于某类专用电路，而对数模混合电路的功耗管理则少有文献涉及。
另一方面，锂电池的应用也极大地推动了相应电池管理、电池保护电路的设计开发。
锂电池应用时必须要有复杂的控制电路，来有效防止电池的过充电、过放电和过电流状态。
本文针对锂电池保护电路，在考虑功能实现的同时，重点从功耗的角度出发，采用了模拟电路中关键电路工作在亚阈值区的设计思路，并利用内部数字信号反馈控制模拟电路进入Standby 状态，从而满足较低电压下的功耗管理。
系统功能实现图1给出了锂电池保护电路的系统框图。
图中，VDD 和。
低功耗多节锂电池保护芯片的研究
摘要摘要随着电子科学技术的发展，移动电子设备的普及，电子设备的能源提供和续航问题日益受到关注。
目前使用较多的移动电子设备电池为锂电池，锂电池由于其体积小，质量轻，能量密度高，使用寿命长，安全系数高，环保等优点，代替了铅猛电池等，成为当前电池领域的焦点。
随着锂电池的普及，电池中普遍存在的安全问题，成为了需要重点研究的对象。
在高温，高压，欠压，电流过大的情况下，锂电池本身存在着极大的安全隐患，对于日常的生产和生活会造成极大的损失和困扰。
所以，应用于锂电池使用过程中的锂电池保护芯片应运而生。
本文根据锂电池本身的特性，结合应用层面的考量，研究设计了一款低功耗的多节锂电池保护芯片，主要针对4-7节锂电池组进行监测保护，主要保障日常的电动工具内部电池的正常工作。
本保护芯片模块集成了电压检测模块，电流检测模块，温度检测模块，带隙基准模块，休眠模块等工作模块，针对锂电池组在充电电压过高，放电电压过低，电池组工作电流过大，电池组短路以及充放电过程中的环境温度等情况进行监测。
本芯片的研究设计工作在EDA工具平台中完成，同时完成的工作还有相关仿真和针对仿真数据对电路进行的修改，并最终在cadence平台下完成芯片的版图绘制，该芯片采用0.8μm工艺。
芯片的大致数据展示如下：过充电检测电压为4.1V到4.35V，当电压高于4.35V时进入过压保护状态，在电压低于4.1V时解除保护状态；过放电检测电压为2.1V到2.9V，当电压低于2.1V时进入过压保护状态，在电压高于2.9V时解除保护状态。
本芯片内置了三段放电电流检测和二段充电电流检测，包括了第一段放电电流检测，第二段放电电流检测，短路检测，第一段充电电流检测以及第二段充电电流检测，芯片内部还设置了充电高低温检测，放电高温检测和4-7节电池选择模式。
值得注意的是，为了满足芯片的低功耗需求，芯片内部设置了动态功耗管理模块，使得芯片内部电路在进入非正常工作状态后，耗电部件的数量降到最低，通过降低动态功耗的从而降低芯片的整体功耗。
锂离子电池充放电保护电路设计
锂离子电池充放电保护电路设计【摘要】锂离子电池充电及放电的特性决定了锂离子电池对保护电路的要求非常严格,常用的锂离子电池保护IC大多针对四串以下的电池包的设计,但实际使用中常常要求更大的电压和容量。
本文设计了一种基于CPLD的锂离子电池保护电路,包括过充过放,过流,短路保护以及温度的监测和实时控制，并带有显示报警单元。
整个电路很容易实现对四串以上的电池组的充放电保护控制，达到更大的电压和容量要求。
参数控制部分由软件编程实现，易于变更，适用范围更加广泛。
【关键词】CPLD；保护电路；锂离子电池前言锂离子电池出现在二十世纪九十年代初期，与镍镉、镍氢电池相比,它的比能量高,电压高,无记忆效应,自放电率非常低（每月2-5％），工作温度范围宽，充放电寿命长,这些独特的性能,使它在短短十几年的时间里,得到了空前的发展,在各个领域的应用也越来越广泛。
锂离子电池虽然比传统的电池性能好很多，但它对监测保护系统的要求也比传统电池的要求高，否则，将会对锂离子电池本身的造成损坏，及其它的危险。
本文采用基于CPLD为控制中心的保护电路,包括过充过放,过流,短路保护以及温度的监测和实时控制，并带有显示报警单元。
整个电路很容易实现对四串以上的电池组的充放电保护控制，达到更大的电压和容量要求。
参数控制部分由软件编程实现，易于变更，适用范围更加宽泛。
1问题的提出锂电池比较常用的充电方法是恒流恒压（CC-CV）法充电[1]，充电过程如下：开始阶段用恒流进行充电，充电电流小于0．8c，充电电压基本达到4．2V（或4、1V），这个阶段基本能达到总电量的80％；接下来是恒压充电，在恒压充电期间，充电电流渐渐减小，当电流减小到大概在0．05C时，此时电池充满。
电池在充电的过程中，一旦充电器电路出现问题，导致在恒流流电阶段电池电压超过4．2V（或4、1V）后仍然继续恒流充电，电池电压必然会持续增加，直至超过4．3V，此时电池内部将可能会有大量的气体，这些气体是电池化学副反应产生的。