專業(yè)課程設(shè)計(jì)

1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告移動(dòng)電源電池充電電路上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動(dòng)化系電氣工程及其自動(dòng)化姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：2022年6月20日目錄一、鋰電池充電原理及曲線2鋰電池的定義及特點(diǎn) 2鋰電池的充電過程2二、TI公司鋰電池充電治理芯片選型說明及芯片介紹3芯片選型說明3芯片介紹 4456三、總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理圖7相關(guān)參數(shù)計(jì)算8結(jié)果分析9鋰電池充電原理及曲線鋰電池的定義及特點(diǎn)鋰離子電池的負(fù)極為石墨晶體,正極通常為二氧化鋰.充電時(shí)鋰離子由 正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)而嵌入石墨層中.放電時(shí),鋰離子從石墨晶體內(nèi)負(fù)極外表脫 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

2、子電池,簡(jiǎn)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(diǎn),但價(jià)格較貴.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(gè)階段：涓流充電低壓預(yù)充、包流充電、包壓充電以及充電終止.鋰電池充電器的根本要求是特定的充電電流和充電電壓,從而保證電池平安充電.增加其他充電輔助功能是為了改善電池壽命, 簡(jiǎn)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(cè)、輸入電流限制、充 電完成后關(guān)斷充電器、電池局部放電后自動(dòng)啟動(dòng)充電等.圖1鋰電池充電的方式是限壓恒流,都是由IC芯片限制的,典型的充電方 式是：先檢測(cè)待充電電池的電壓,如果電壓低于 3V

3、,要先進(jìn)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(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過程.標(biāo)準(zhǔn)充電過 程為：以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電,電池電壓升到時(shí),改為恒壓充電,保持充 電電壓為.此時(shí),充電電流逐漸下降,下降至設(shè)定充電電流的1/10時(shí),充電結(jié)束.圖1為充電曲線.階段1涓流充電一一涓流充電用來先對(duì)完全放電的電池單元進(jìn)行預(yù)充 恢復(fù)性充電.在電池電壓低于3V左右時(shí)采用涓流充電,涓流充電電流時(shí) 恒流充電電流的十分之一即以恒流充電電流為1A舉例,那么涓流充電電流為 100mA.階段2:恒流充電一一當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時(shí),提升充 電電流進(jìn)行恒流充電.恒流充電的電流在至之間.電池電壓隨著恒流充電過 程

4、逐步升高,一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為 .階段3 :恒壓充電當(dāng)電池電壓上升到時(shí),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(dāng)減小到時(shí),認(rèn)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(shí)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至范圍時(shí)終止充電.第二種方法從恒壓充電階 段開始時(shí)計(jì)時(shí),持續(xù)充電兩個(gè)小時(shí)后終止充電過程.上述四個(gè)階段的充電法完成對(duì)完全放電電池的充電約需要至3小時(shí).充電結(jié)束后,如檢測(cè)到電池電壓低于將重新充電.二、TI公司鋰電池充電治理芯片選型說明及芯片介紹芯

5、片選型說明由于本次移動(dòng)電源電池充電電路的設(shè)計(jì)要求輸入的電壓為5V,電流為1A,所以可選擇TI公司BQ246105片作為充電治理.BQ2461覺TI公司生產(chǎn),可以實(shí)現(xiàn) 5V28V 010A鋰電池充電治理.充電 限制器與傳統(tǒng)的限制器相比擬,效率更高,散熱更少；充電電壓及電流的準(zhǔn)確度接近百分之百,有助于延長(zhǎng)電池使用壽命.芯片介紹引腳介紹圖2ACN(D適配器電 流誤差放 大器負(fù)輸 入ACP適配器電(2)流誤差放大器正輸入ACDAC或適RV配器電源(3)選擇輸出CE充電使(4)能,邏輯高電平輸入.高電平充電使能,低電平停止充電,它后KtGNGNOAC5E7ISET2SRPSNsec 一Td 步口工mLL

6、ALLU.5- 9崽 EKIS El一個(gè)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(cè).TTC (7)平安時(shí)間和終止限制PG開漏軸出狀態(tài)良好指小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)經(jīng)電壓軸出.ISET1 (11)快速充電電流輸入設(shè)置VFB (12)輸出電壓模擬反應(yīng)調(diào)整SRN (13)電池電流誤差放大器負(fù)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(dāng)前輸入設(shè)置ACSET (16)適配器當(dāng)前輸入設(shè)置GND (17)模擬數(shù)字地REGN (18)連接小信號(hào)肖特基

7、二極管LODRV (19)PWM下部驅(qū)動(dòng)輸出.連接到下部功率 MOSFETPH (20)連接至U phase-switchin/點(diǎn)HIDRV (21)PWM高端驅(qū)動(dòng)輸出.連接到高功率 MOSFETBTST (22)PWM高側(cè)驅(qū)動(dòng)器正電源BATDRV (23)電池和系統(tǒng)之間的MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出VCC (24)陽極電源工作原理BQ2461旎電電路工作原理圖如圖3所示,該充電電路根本工作原理可 分為預(yù)充、快充和終止階段.當(dāng)接通電源,如果 VbaFMow腳的電壓,BQ24610限制電池進(jìn)入快速充 電階段,預(yù)充電時(shí)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Vlo"

8、 30分鐘內(nèi)沒有到達(dá)啟動(dòng)預(yù)充電的值,充電關(guān)閉,status 引腳顯示充電出錯(cuò).快充分恒流充電和恒壓充電兩個(gè)階段,在該充電階段,恒流充電電流不 變,電壓持續(xù)上升,當(dāng)電壓到達(dá)調(diào)節(jié)電壓時(shí),充電電流逐漸減小,BQ24610負(fù)責(zé)治理充電電流,在Vtt有效情況下,如果V/fb>V?ech并且I charG<I term檢測(cè) 到充電終止.BQ24610能夠自動(dòng)選擇適配器或者電池給負(fù)載供電,當(dāng)處于上電狀態(tài)或 者睡眠模式的時(shí)候,電池連接到負(fù)載.當(dāng)電池跳出睡眠模式30ms電池自動(dòng) 與負(fù)載斷開,適配器與電池相連.一個(gè)自動(dòng)閉合邏輯預(yù)防轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的時(shí)候 電流擊穿.每次保證輸出電容或者電源轉(zhuǎn)換器沒有充或者擊穿

9、之后,進(jìn)入快 速充電模式,充電器自動(dòng)軟啟動(dòng)充電器調(diào)節(jié)電流.原理框圖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、總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理圖 圖HPLF GLul<m H匕口, &運(yùn)出資s O豈二二>5n->froToATmLLJk充電電壓設(shè)計(jì)4相關(guān)參數(shù)計(jì)算DIqril*JaQ F拈tsEd -山00 ,X3L1,山世 A - 一1LLJSO<-uu-xU.LLI5-= 爬 二0K 取以42三號(hào) 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充電電流設(shè)計(jì)取rsr =0.1 R Viseti = 2V3)輸入適配器電流取 VACSET = 2V,4)預(yù)充電電流ICHARGE =Rac = 0.1Idpm =Vseti20 XRsrVACSET20 XRac220 X0.1 = 1A220 X0.1 = 1A6/ = 0.6A100 X0.1取 VISET2 = 6VVSET2 IpRECHARGE = 100 XRsr5)充電終止電流VlSET21cHARGE = 100 XRsr6、,八彳=0.6A100 X0.16)充電時(shí)間取Cttc = 0.056uF , Kttc =

12、 5.6min/nFtcHARGE = Cttc x Kttc = 0.056 X103 x5.6 = 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=占空比rVOUTd=Vin3一 =0.65紋波電流Iripple =Vin?D?(1 -D)5 X0.6 X0.4fs?L300 X103 X 6.8 X10-61.2=0.59A2.04飽和電流1_ISAT 1 CHG + 2 1 RIPPLE = 1.3A8輸入電容電流Icin = Ichg?vD(1 - D) = 1 XV0.6X0.4= 0.49A9輸出電容電流,I RIPPLE0.59 八,八Icout = 0.17A2 Xv32 Xv3輸出電容電壓紋波?Vo =(Vbat - VA二)8LCfsVin /10)功率MOSFET選擇品質(zhì)因數(shù)FOMtop = RDS(on ) X QgdFOMbottom=RDS(on)X QG頂邊MOSFET傳導(dǎo)損耗Pop = D XIchG2 XRDS(on) +XV|N X ICHG X(ton + toff) XfsQSW ton = IonQSW