电池保护监测电路以及带隙基准电压源电路的设计

摘要

随着便携式电子产品的快速发展，作为其电力来源的二次电池的需求量越来越大，其中锂离子电池以其良好的性能成为二次电池市场的主流产品。但是锂离子电池在使用过程中容易受到过充电、过放电、过电流和过温度等异常状态的损害，从而降低电池工作效率，缩短电池寿命，所以锂电池保护电路变得十分必要。
　　基准电压源电路是在电路系统中为其它功能模块提供高精度的电压基准，或由其转化为高精度电流基准，为其它功能模块提供精确、稳定的偏置的电路。它是模拟集成电路和混合集成电路中非常重要的模块，其性能影响电路系统的整体性能。基准源输出的基准信号要稳定，基本实现与电源电压、温度以及工艺的变化无关。
　　本论文首先从锂离子电池保护电路的应用方式和基本功能入手，分析和设计了保护芯片的系统构架及模块划分，在此基础上对主要检测电路模块进行了设计，包括过充电检测模块、过放电检测模块、过电流模块和过温度检测模块。为了满足低功耗的需求，检测模块电路的MOS管工作于亚阈值区。
　　本文设计了一款对电源电压、工艺和温度的变化不敏感，具有高电源电压抑制比和低噪声的带隙基准电压源电路。电路中使用数字控制的PNP晶体管阵列对输出参考电压进行修正，使输出参考电压更加稳定和精确。采用smic0.18-μmCMOS工艺库模型进行仿真，从仿真结果来看，其温度系数小于4ppm/℃，VDD为3.3V时的电源抑制比为89dB，VDD为2.1V时的电源抑制比为64.5 dB，从100Hz到100 kHz范围的积分噪声为16.8uVrms。在2.1V电源电压下功耗为310mW，在3.3V电源电压下功耗为509mW。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 锂电池保护电路介绍

1．3 论文组织结构

第二章 电池保护电路系统结构及工作原理

2．1 应用方式

2．2 工作原理

2．2．1 正常状态

2．2．2 过流状态

2．2．3 过充电状态

2．2．4 过放电状态

2．2．5 短路状态

2．2．6 异常状态的恢复

2．3 系统架构图

第三章 带隙基准的理论基础

3．1 概述

3．2 带隙基准电压源原理

3．2．1 负温度系数电压

3．2．2 正温度系数电压

3．2．3 带隙基准电压源

3．2．4 带隙基准电压源的一种结构

3．3 带隙基准电流源原理

3．4 带隙基准源的曲率校正

3．4．1 线性补偿

3．4．2 高阶补偿

第四章 检测电路功能模块的设计

4．1 过充电／放电检测模块

4．1．1 比较器电路结构

4．1．2 参数分析

4．2 过电流检测模块

4．2．1 电路结构

4．2．2 仿真结果

4．3 过温度检测模块

4．3．1 温度-电压转换电路

第五章 带隙基准电压源电路的设计

5．1 带隙基准性能参数

5．2 电路结构

5．2．1 启动电路分析

5．2．2 运算放大器

5．2．3 带隙基准电压源核心电路分析

5．2．4 数字修正及RC滤波分析

5．3 电路性能分析

5．3．1 失配分析

5．3．2 温度系数分析

5．3．3 噪声分析

5．3．4 电源抑制比分析

5．4 仿真结果

5．4．1 温度系数和功耗特性

5．4．2 增益和相位裕度特性

5．4．3 噪声特性

5．4．4 电源抑制比特性

5．4．5 瞬态特性

5．5 版图设计及后仿

5．5．1 版图设计的基本考虑

5．5．2 电路版图设计

5．5．3 后仿真

第六章 结论

致谢

参考文献

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