锂离子电池充放电保护芯片的研究与设计

• 作 者: 王林飞
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 锂离子电池 低功耗 过充电 过放电

本论文设计了一种装配在单节锂离子电池内的充放电保护芯片。该芯片基于CSMC 0.5um n-well CMOS 2P3M 5V工艺库设计,并利用Cadence软件下的Spectre仿真器上对整体电路进行了仿真。仿真结果显示:该芯片具有对锂电池的过充电保护、过放电保护、过流保护、短路保护、待机控制以及充电器检测等功能。芯片的正常工作温度范围在-40℃～85℃之间;整个芯片工作时低功耗(27℃条件下,VDD=3.3V时,平均电流约为2.8μA,待机时平均电流约为80nA);芯片具有高精度的电压检测。芯片已成功流片并顺利完成了测试,总体性能良好。论文首先从锂离子电池保护芯片的应用背景和基本功能入手,说明了本课题的研究意义;接着详细介绍了电路低功耗设计的几种方法和本设计采用的方法;结合其工作时的外围电路,分析和设计了锂离子保护芯片的系统架构和模块的划分;设计了保护芯片内部的重要子模块,包括基准源电路、过充比较器、过放比较器、过流比较器、短路检测延时电路、充电器检测电路、振荡器、计数器和逻辑控制电路等模块,并利用Cadence软件对这些子模块都作了完整的电路设计和仿真分析,仿真结果显示各子模块电路的性能均达到设计指标的要求。论文的第五章对整体电路的功能和性能进行了仿真,仿真结果表明该电路完成了设计功能,达到了预先制定的设计指标,较好的完成了芯片电路的前端设计。第六章,介绍了该芯片版图、封装形式、整体测试方案以及测试结果。论文的第七章为整篇论文的总结部分,详细总结本研究中的经验和不足,并对以后进一步研究提出展望。