基于恒流/恒压方式的锂离子电池充电保护芯片设计

便携式应用的发展与普及提高了对可充电电池性能的要求，而锂离子电池凭借其独特的优点，如能量密度高、使用寿命长、放电电压高和无记忆效应等，成为了便携式电子产品的首选电池。然而，锂离子电池相对脆弱的特性，如过充电和高温可能对电池造成极大损坏，对其充电电路提出了严格的要求。作为便携式产品的充电器，高集成度、高效率和准确的控制都是必需的特点。 针对锂离子电池的充电管理问题，本文采取了一种基于恒流／恒压方式的充电方法，设计并实现了锂离子电池充电保护芯片。该芯片通过多控制环路竞争对PMOS功率管的栅极电压进行控制，实现了恒定电流充电、恒定电压充电、温度控制模式，以及各模式之间的自动转换，特别是采用了电流抽取的方式实现了恒流充电向恒压充电模式的平稳过渡。为了降低功耗及成本，该芯片采用标准CMOS工艺设计，并将功率管集成到芯片中，实际使用中只需要极少量的外接元件。锂离子充电保护芯片采用CSMC公司的0.6μm线宽双层多晶硅双层金属CMOS混合信号工艺进行设计和流片。仿真及测试结果表明该电路可实现各充电模式及模式间的平稳过渡，充电完成后电池电压为4.14～4.22V，达到了±1.5％的精度。 本文第一章回顾了锂离子电池及其充电电路的发展，并说明了本次设计的主要内容。第二章介绍了本次设计的流程及使用的主要工具，以及所采用工艺的特点。具体的电路设计在第三章介绍，包括各个充电模式的实现原理分析、电路模块实现以及设计过程中特别考虑的问题。电路仿真和芯片测试结果在第四章展示。第五章讨论了针对充电保护芯片的可能改进。