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基于差模电压采样的串联锂电池保护芯片设计

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第一章 绪论

§1.1 锂离子电池保护IC的研究背景

§1.2 国内外研究现状及发展趋势

§1.3 本文的主要工作及内容安排

第二章 锂电池保护芯片的分析与设计

§2.1 锂电池保护芯片的描述及参数设计

§2.2 锂离子电池保护芯片的设计与原理分析

第三章 锂离子电池保护芯片的模拟模块设计

§3.1 CMOS带隙基准源

§3.2 差模电压采样模块

§3.3 锂离子电池保护芯片的LDO

§3.4 衬底保护电路

§3.5 过温保护模块的设计与仿真

第四章 锂离子电池保护芯片的主要数字模块设计

§4.1 锂离子电池保护芯片的施密特振荡器

§4.2 过压欠压延时判断模块

§4.3 过流判断与逻辑控制的设计

§4.4 逻辑电平移位电路的设计与仿真

§4.5 驱动模块的设计与仿真

第五章 锂离子电池保护芯片的系统仿真和版图设计

§5.1 四节串联锂电池保护芯片的仿真

§5.2 四节串联锂电池保护芯片的版图设计

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果

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摘要

锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、自放电小等优良的特性,使得它在移动电话、笔记本电脑等电子设备以及在电动汽车等交通工具中得到广泛使用。但是,由于本身结构上的缺陷,锂离子电池需要相关的保护电路,保证锂电池能够安全地使用,并延长它的使用寿命。本论文研究的目标是在Cadence平台下采用基于ASMC的0.35μm HVBiCMOS工艺来设计一个用于锂离子电池串联的保护IC。
  本设计中使用了数字电路构成的延迟机制,能够更好地保证整个系统的稳定性与可靠性。锂离子电池保护IC精确检测出电池的电压与充放电电流的大小,用于比较IC内部生成的比较基准电压,经过逻辑判断后再结合适当的延迟机制,产生精准的输出以控制IC外部的充放电MOSFET开关。其中关键的模块设计包括差模电压采样模块、基准源、LDO、过电流延时判断、过压欠压延时判断、振荡器、逻辑判断、温度保护、衬底保护模块。
  对于电池的端电压浮动大的特点,本文设计了一个由运放构成的差模电压采样电路,用以实现精确的采样。过压欠压判断模块采用了新颖的机制,极大地降低了功耗,很好的实现了电池保护IC所需要的功能。为了防止外部MOSFET开关和内部芯片衬底发生闩锁现象,本文设计了一个能选择最高和最低电位的衬底保护电路,有效驱动外部MOSFET开关,保证内部芯片衬底接最低电位。

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