近几年来市场上对便携式电子产品的需求持续上升,锂电池凭借其自身的优点在便携式电子设备中受到相当大的青睐。本文基于锂电池的基本特性和锂电池的工作原理设计了一款应用于便携设备中高精度、全集成的线性锂电池充电管理芯片,可以实现高精度、宽范围的充电电流功能。本文首先介绍了锂电池的工作原理以及比较锂电池不同的充电策略,在此基础上介绍了芯片的系统整体设计并且给出了芯片的工作参数。紧接着详细介绍了高精度线性锂电池充电管理芯片关键子模块的设计,包括带隙基准电路、数模转换器电路模块和放大器电路等。锂电池充电管理芯片采用的是线性充电方式,充电控制电路按照锂电池电压大小将整个充电过程划分为三个阶段。如果电池电压低于2.9 V,为了延长锂电池的寿命采用小电流对锂电池进行预充电。根据实际需求预充电阶段采用范围为1 m A～16 m A的充电电流,精度为±5%以内。如果电池电压大于2.9 V意味着预充电阶段结束并且芯片进入恒流充电阶段,恒流充电电流范围为2 m A～510 m A,精度为±5%以内,不同的充电电流区间采用不同的电流采样比例。为了让电池充饱,恒流充电阶段完成以后采用4.2 V的恒压进行充电,恒压的精度为±0.5%以内。如果芯片进入恒压充电工作状态,充电电流从恒流充电电流开始下降直到与预充电阶段电流一样,芯片停止对锂电池充电。对于线性锂电池充电而言,三阶段充电方式具有高效、快速、安全可靠等优点。芯片根据电池温度在不同的温度区间采用JEITA规范充电策略。此外,芯片还设计了电源电压欠压保护、过压保护和电池电压检测电路等电路保护机制,保证芯片能够安全、稳定地工作。电路设计采用的是TSMC 0.18μm BCD工艺,使用软件EDA工具Cadence进行电路设计、仿真验证、版图设计,最后芯片完成流片并进行芯片测试与验证。仿真结果和测试结果表明充电电流在1 m A～510 m A范围内的精度为±5%以内,恒压精度为±0.5%,芯片可以实现充电功能。