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一种具有高精度模数转换的NiCd/NiMH快速充电管理电路的设计研究

作　者: 张军
导　师: 叶星宁
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 快速充电管理电路镍镉镍氢状态机模数转换器
分类号: TM910.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 183次
引　用: 1次
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内容摘要

随着基于可充电电池的便携式产品地广泛应用,对现代化学电池的充电管理电路提出了更为严格的要求。在众多的充电电池当中,镍镉(NiCd)、镍氢(NiMH)是其中的两大竞争者,因此针对这二者的充电控制电路也在积极地向前发展。本论文详细阐述了一种高效率、控制更稳定可靠的快速充电管理电路。它采用CMOS 0.5um成熟工艺制程,输入电源电压范围为4～6V,工作温度范围为0～70℃。整个电路通过状态机来控制充电模式,根据各种模块的输出信号进行逻辑运算,产生不同的状态编码去驱动系统的输出显示端,最终实现充电控制方式和状态显示模式。为了保证充足电,快速充电结束后,还可增加补足充电和涓流充电过程。电路具有多种快速充电终止方式,包括电池电压负增量检测和最长时间关断模式等,本文设计了一种内置的高精度ADC(模数转换器)可对采样的电池电压进行模数转换,并输出数字信号到算术逻辑单元检测,从而可靠地终止快速充电。该电路不仅可以与可控限流源或恒流源配合,制成质优价廉的独立充电器,还能够作为机内充电器实现对单只或多只镍镉/镍氢电池的快速充电。论文首先阐述了电池相关参数、充电特性、充电过程和控制方法,指明了整体电路设计的理论依据,接着提出了整体电路的设计架构,并根据整体电路的功能要求完成子电路的设计仿真。最后,对整体电路的功能和典型性能参数进行了联合仿真验证。本芯片的设计是由小组成员共同完成,作者主要负责四个子电路的设计及总体电路部分性能的分析和验证。在论文的结论部分,作者指出该电路在理论研究上的可参考性,同时也指明该电路若要流片还需做版图设计和后仿真等工作。本文是电路设计理论与仿真实践相结合的结果。作者在电路原理分析的基础上,运用HSPICE仿真软件对子电路模块和整体电路进行了功能和性能参数的仿真验证,仿真结果均达到预定指标,验证了作者在文中阐述的工作原理,为今后设计性能更优越的充电管理电路打下了基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章引言  8-16
  1.1 NICD/NIMH 充电器的充电控制原理  8-13
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  13-14
  1.3 课题来源和目标  14-15
  1.4 本文工作  15-16
第二章整体电路原理分析与设计  16-29
  2.1 快速充电管理电路的设计思路  16-19
  2.2 电路整体结构  19-23
  2.3 整体电路工作原理  23-29
第三章子电路模块的设计与仿真  29-66
  3.1 充电控制状态机模块  29-35
  3.2 模数转换模块  35-56
  3.3 最大电池单元电压检测模块  56-61
  3.4 低电池电压、高温出错电压、最大温度终止电压检测模块  61-66
第四章整体电路仿真  66-78
  4.1 芯片启动及初始化周期功能仿真  66-68
  4.2 充电状态控制  68-73
  4.3 －△V 和PVD 检测  73-77
  4.4 静态电流  77
  4.5 整体电路仿真结论  77-78
第五章结论  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-82
攻读硕士学位期间取得的研究成果  82-83
个人简历  83-84

一种具有高精度模数转换的NiCd/NiMH快速充电管理电路的设计研究

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