集成LDO的两节锂电池保护芯片设计

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锂电池历经几十年的发展,相比其他可充电电池,具有工作电压高、循环使用寿命长和绿色环保等优点,已经被广泛应用于消费电子、工业储能、电动交通工具等诸多领域。但是,由于它内部的有机材料体系,使得它在出现过压、欠压、过流、高低温时会降低寿命或损坏,严重时甚至起火爆炸,因此,锂电池在工作过程中,必须为它配备相应的保护芯片。近年来,随着锂电池保护芯片的研究日益深入,芯片的功能也越来越丰富。面对锂电池应用场合的多样化,本论文设计了一款集成低压差线性稳压器(LDO)的两节锂电池保护芯片。芯片具有对两节锂电池的过压、欠压保护和充放电过流保护功能,芯片还具有1.8 V的稳压输出功能,可以驱动实时时钟电路等其他外部电路。稳压输出功能在电池欠压状态下自动关闭,以节省电池电量。论文分析设计了芯片内部带隙基准模块、电压检测模块、电流检测模块、延迟模块和LDO模块。其中,带隙基准模块为其他电路模块提供基准电压与基准电流,并且为了提高芯片过压保护电压的检测精度,加入了修调电阻。电压检测模块中采用了一种改进的电压检测电路,消除了保护芯片长时间工作对锂电池组放电不均衡的问题。电流检测模块设定有三段放电过流保护和一段充电过流保护。延迟模块中使用了一种无比较器的RC张弛振荡器,降低振荡器功耗的同时提高了振荡频率的精度。LDO使用传统带片外电容的电路结构,片外电容中加入等效串联电阻(ESR),提高负载瞬态响应能力并保证环路的稳定性。基于上海华虹宏力0.18μm BCD工艺,所有电路模块的设计都在Cadence中完成,并使用Cadence中的spectre仿真工具,仿真了各电路模块功能和芯片整体功能。仿真结果表明各模块和芯片整体功能正常。之后,使用Cadence中的virtuoso软件完成芯片的版图设计,并设计制作测试PCB板,测试实际芯片的功能,测试结果表明芯片各项功能正常,误差在设计允许的范围之内。
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