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随着现代通信技术的飞速发展,便携式设备在各领域得到普及,并且呈现多样化趋势,作为它们核心的供电电池被要求向着体积更小、容量更大、充电速度更快、稳定性更高的方向发展。锂离子电池凭借其绿色环保、无环境污染、成本较低、循环再利用寿命长等优势成为可充电电池的首选。因此,对锂电池充电管理芯片的深入研究是时代发展的必然趋势。针对现有锂电池充电管理芯片存在的充电速度缓慢、效率低下、功耗过高以及设计电路复杂等问题,本文设计一款开关型锂离子电池充电管理芯片XD8259。主要研究成果如下。1.设计共用一个双向拓扑结构的整体架构。芯片在输出VOUT与功率开关输出引脚SW之间共用一个同步降压/升压转换器,当电源给电池充电时为降压转换结构,当电池给负载供电时为升压转换结构,解决了占用面积大的问题,将芯片的版图面积降至2.3*2.7 mm2。2.实现电源路径动态管理功能。输入电压给电池充电的同时会给系统负载供电,当负载电流过大时,由于输入电流限制的原因,系统会优先保证负载电流而减小电池充电电流;当电池充电电流减小到零而负载电流继续增大时,系统会降低输出电压来保证系统供电。3.设计多个环路复合控制的充电结构。芯片充电过程具有多个环路,包括输入电压限制环路、输入电流限制环路、恒流环路、恒压环路。实现了涓流充电、恒流充电、恒压充电三个过程之间的平稳切换,保证充电过程的高效与稳定。同时,采用Type-Ⅲ型补偿网络保证环路的稳定性并对环路模型进行仿真验证。4.设计主要子模块并仿真验证。在带隙基准模块中,设置两个三极管集电极电流比值来减小运放失调电压的影响,提高带隙基准精度,仿真结果表明输出精度在2mV左右;在电荷泵模块中,采用两级升压并用负反馈将输出电压稳定在固定值;在输入电流限制模块中,电路具有模式选择功能,根据识别的不同模式来设置不一样的输入限制电流。5.实现版图设计并对芯片指标参数进行测试验证。芯片的输入电压范围为4.5V到5.5V;充电模式下恒流精度为5%、恒压精度为1%,开关频率为1.6MHz;放电模式下最大电流可达1.5A,开关频率为0.8MHz,效率高达93%。芯片XD8259采用0.18um 20V CMOS工艺以及TQFN-28封装,最后对芯片样片进行测试,结果表明芯片各项指标符合设计要求。