【正文】 特點(diǎn)(1) 高精度電壓檢測電路 過充電檢測電壓 V ~ V (進(jìn)階單位為5 mV) 精度177。我愿在未來的學(xué)習(xí)和工作過程中，以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友們。張萌萌老師和王振紅老師在我的電路設(shè)計(jì)思路上給予了重要的指導(dǎo)，使我拓展了設(shè)計(jì)思想并明確了設(shè)計(jì)方向；毛鵬老師在我的Pspice仿真上提出了很有針對性的建議，這讓我終于完成了仿真任務(wù)。張常年老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，淵博的學(xué)識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，以及嚴(yán)于律己、寬以待人的高尚品德都是我學(xué)習(xí)的楷模，必將使我受益終生?？傊ㄟ^這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對大學(xué)期間所學(xué)的知識進(jìn)行了總結(jié)應(yīng)用，鞏固了曾經(jīng)所學(xué)。通過Pspice建模，我不但更清楚了解到了芯片的工作原理和Pspice軟件的使用，而且還拓展了我對電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路。 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)此鋰電池保護(hù)電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作總體來講并不是很難，根據(jù)器件商提供的器件手冊，就可以由典型電路設(shè)計(jì)出符合設(shè)計(jì)要求的應(yīng)用電路。 實(shí)際電路測試結(jié)果項(xiàng)目開啟閥值解除閥值過充保護(hù)過放保護(hù)電量平衡保護(hù)過流保護(hù)約為1A＜1A 理論與實(shí)際對比分析在過放保護(hù)開啟時(shí)，遠(yuǎn)低于MOS管開啟電壓2v，保護(hù)解除時(shí)。，其尺寸約為74mm46mm。三極管、MOS管的尺寸如上節(jié)中所述一致。三極管為PNP型，選用C9012，封裝為SIP3。S8209芯片在前邊已有描述，采用TSSOP8貼片式，其它如電阻、電容、三極管、MOS管和開關(guān)等都使用直插式元件。開關(guān)的上撥是跳過下一組電池接入回路，下?lián)苁鞘瓜乱唤M電池接入回路。此電路的基本框架是S8209的典型應(yīng)用電路，是在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而成的擴(kuò)展電路。仿真波形圖中左下方有波形的描述符號，V(Battery)是電池電壓，V(CO)是過充保護(hù)控制端子電壓，V(DO)是國放保護(hù)控制端子電壓，V(CB)是電量平衡保護(hù)控制端子電壓。否則只要有過充保護(hù)或過放保護(hù)任何一個(gè)開啟時(shí)，充電回路都無法形成。仿真電路中三極管4及MOS管MM2共同構(gòu)成了控制過充、過放的開關(guān)控制。，外接元件的接法與S8209的典型應(yīng)用電路基本相同。CO、DO、CB端子在實(shí)際芯片中都需要輸出高阻態(tài)，這樣就可以使與之連接的三極管或MOS管截止，在仿真模型中使用的是5v高電平，同樣可以實(shí)現(xiàn)使三極管或MOS管截止的作用，所以用這種等效的方法是可行的。電量平衡保護(hù)部分：由輸入端子VDD、VSS及輸出端子CB構(gòu)成功能端子，由邏輯功能模塊（EVALUE）E1構(gòu)成功能電路。其實(shí)現(xiàn)思路與過充保護(hù)類似。 S8209的Pspice模型過充保護(hù)部分：由輸入端子VDD、VSS、CTLC及輸出端子CO構(gòu)成功能端子，由運(yùn)算放大器U4B及與其連接的或非門U2A、非門U4A、15v直流電壓源和三極管Q2及與其連接的直流電壓源構(gòu)成功能電路。搭建芯片模型的所使用的各分立模型中既使用了Pspice的宏模型也使用了實(shí)際器件的模型。其輸出的仿真波形還可以作為理論數(shù)據(jù)，與實(shí)際電路中用示波器和電壓表得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析電路的性能。電路的部分可以調(diào)節(jié)，CDT端子的外接電容可以控制延遲時(shí)間，其公式見公式（）。這樣整個(gè)保護(hù)電路就斷開了，從而保護(hù)了鋰電池不被過大的電壓損壞。至此，整個(gè)保護(hù)電路形成完整的回路，可以對電池進(jìn)行正常的充放電使用。以下將對各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)原理及過程作詳細(xì)說明。接入VDD端子的470Ω電阻可以限制輸入芯片的電流，此端子只需要檢測電壓值，由于芯片的功率只有700mW，所以必須對流入芯片的電流加以限制；，使輸入VDD的直流電壓更精準(zhǔn)。 S8209的典型電路原理S8209只需要較少的外接元器件就可以形成有一定保護(hù)功能的鋰電池保護(hù)電路。從過充保護(hù)和過放保護(hù)都有兩個(gè)開啟閥值（即開啟閥值和解除閥值）可以知道過充電檢測和過放電檢測電路的比較器使用的是滯回比較電路，當(dāng)檢測電壓波動(dòng)時(shí)不致使CO、DO端子在高阻態(tài)與低電平之間反復(fù)跳動(dòng)，使用這種比較電路既可以有效地減小保護(hù)電路的誤動(dòng)作概率又可以降低開關(guān)管的功耗。DO端子輸出高阻態(tài)；，DO端子輸出低電平。50mv電量平衡檢測電量平衡開啟電壓電量平衡解除電壓觸發(fā)精度177。參照設(shè)計(jì)要求的功能參數(shù)，在此系列芯片中選用S8209AADT8T1S型芯片，故在本論文中所提及的S8209芯片都可認(rèn)為是S8209AADT8T1S型。控制端與S8209的功能控制端子CO、DO、CB相連接，圖中的二極管作用為保護(hù)MOS管，防止其被擊穿。電路中的MOS管采用P溝道增強(qiáng)型管，保險(xiǎn)管與短路保護(hù)所用的保險(xiǎn)管為同一個(gè)。短路保護(hù)部分的實(shí)現(xiàn)方法簡單可靠，使用一個(gè)保險(xiǎn)管即可。其中電壓檢測部分包含了過充電壓檢測和過放電壓檢測的功能，且過流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)需要電流檢測和短路保護(hù)部分的功能組合使用。3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 原理分析 整體實(shí)現(xiàn)原理本畢業(yè)設(shè)計(jì)的鋰電池保護(hù)電路包括了過充、過放、過流、短路、電量平衡保護(hù)功能，在設(shè)計(jì)的時(shí)候也是將整體電路分為了相應(yīng)的5部分模塊作為電路整體的實(shí)現(xiàn)方法。并且由于芯片的封裝是TSSOP8，所以芯片與外接元件需要焊接到兩塊不同的電路板上，且需要使用插線連接兩個(gè)部分，這樣會使電路的連線增多，既令電路體積增大又使布局顯得凌亂。 方案存在的問題鋰電池保護(hù)電路最終的實(shí)現(xiàn)方案是用S8209電源管理芯片，但這個(gè)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)以及實(shí)施中還是存在一定的問題的。、成本、集成度上的對比。方案二使用FPGA做控制核心，實(shí)現(xiàn)容易，電壓的檢測精度也可以做到很精準(zhǔn)，但是其產(chǎn)生的延遲將使觸發(fā)時(shí)長增大，導(dǎo)致保護(hù)功能啟動(dòng)滯后；而其使用的FPGA芯片和AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的成本是相當(dāng)高的，而且集成度越高價(jià)格越高，若要做到保護(hù)電路的體積極?。?cm178。方案三：使用電源管理芯片制作現(xiàn)在可以使用的可以作為鋰電池充電保護(hù)電路的電源管理芯片比較多，但大多都較低檔，較好的有日本理光公司的R5421系列、日本MITSUMI的MM3061系列、臺灣富晶的FS312和FS313系列以及日本精工的S8209系列等，其中又以精工的S8209可擴(kuò)展性能最是良好，所以選擇其為里電池保護(hù)電路的檢測管理芯片。方案一：使用分立元件制作使用分立元件的話，由于可以根據(jù)設(shè)計(jì)的要求自由的選擇參數(shù)合適的器件，增大了制作電路的可選擇余地。繪制出芯片的基本功能測試電路，然后進(jìn)行仿真。簡單來說其方法原理就是利用Schematics繪制出芯片的電路進(jìn)行封裝。一般在對電路進(jìn)行仿真的過程中，首先要對電路的靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行分析和計(jì)算。非線性直流分析功能簡稱直流分析，它是計(jì)算直流電壓源或直流電流源作用于電路時(shí)電路的工作狀態(tài)。PSpice Optimizer是優(yōu)化設(shè)置工具。Stmed是產(chǎn)生信號源的工具。它可以對在Schematics中所繪制的電路進(jìn)行模擬分析，運(yùn)算出結(jié)果并自動(dòng)生成輸出文件和數(shù)據(jù)文件。Schematics是一個(gè)電路模擬器。與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，還可實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商ORCAD公司與Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSPICE產(chǎn)品正式并入ORCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。SPICE的正式實(shí)用版SPICE 2G在1975年正式推出，但是該程序的運(yùn)行環(huán)境至少為小型機(jī)。目前流行的許多著名軟件如PSpice、Icape等，它們各自都有其本身的特點(diǎn)。因?yàn)樗哂械母咝А⒏呔?、高?jīng)濟(jì)性和高可靠性，因此倍受業(yè)界喜愛。這時(shí)電路停止了對電池的大電流充電。之后再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去，持續(xù)對輸出端輸出直流電。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給 C2充電隨著 C2充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，當(dāng)VT1的基極電流變化不能滿足其繼續(xù)飽和時(shí)，VT1便退出飽和區(qū)進(jìn)入放大區(qū)。接通輸入電源后，電流經(jīng)啟動(dòng)電阻R1流向開關(guān)電源管VT1的基極，使 VT1導(dǎo)通。 恒流——恒壓式鋰電池充電器本畢業(yè)設(shè)計(jì)所用的鋰電池充電器是恒流——恒壓方式的手機(jī)充電器，所以對其做具體介紹。鋰電池充電器通過監(jiān)測電池的電壓判斷電池是否充滿。總之，鋰電池的過充和過放都會對電池本身以及用電設(shè)備造成很大的損害。在過度放電的情形下,電解液因分解而導(dǎo)致電池特性劣化,并造成充電次數(shù)的降低。所以每次充電不要完全充滿，放電不要完全放空，可以大大延長鋰電池的壽命。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)容量下降到額定容量的60%時(shí)，即認(rèn)為電池壽命結(jié)束。同時(shí)越大的放電電流也會導(dǎo)致電池發(fā)熱，嚴(yán)重的將對電池造成損傷。對于鋰電池來說，自放電率是很低的，所以其正常使用的過程就是放電的過程。電流越大，充電越快，但同時(shí)電池發(fā)熱也越大。電池接入充電器后，充電器首先進(jìn)行預(yù)處理，主要對電池進(jìn)行檢查，檢查方法是以A/l5量級的電流對電池進(jìn)行溫和的預(yù)充看其電壓能否上升到規(guī)定門限（），否則斷定電池報(bào)廢；成功預(yù)充電后則進(jìn)入恒流區(qū)，以較高的恒定電流約1A對電池進(jìn)行快速充電。所以鋰電池成為新一代的主流電池是有其必然性的。鋰電池的缺點(diǎn)：鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)；鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差；鋰離子電池均需保護(hù)線路，防止電池被過充過放電；生產(chǎn)要求條件高，成本高。鋰離子電池就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運(yùn)動(dòng)員一樣在搖椅來回奔跑，所以鋰離子電池又叫搖椅式電池。同樣，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對環(huán)境要求非常高，所以鋰電池生產(chǎn)要在特殊的環(huán)境條件下進(jìn)行。70年代進(jìn)入實(shí)用化。七、對制作完成的保護(hù)電路進(jìn)行整體調(diào)試，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。三、根據(jù)所選方案設(shè)計(jì)電路，并繪制原理圖。如果要使用磷酸鐵鋰電池及相應(yīng)充電器，那么元件的耐流值要更大達(dá)到20A甚至更高，則相應(yīng)地，電路的制作成本將大大超出畢業(yè)設(shè)計(jì)所提供的經(jīng)費(fèi)，無法選用動(dòng)力電池對本畢業(yè)設(shè)計(jì)所制作的保護(hù)電路進(jìn)行測試。50(mV) 各種保護(hù)功能的設(shè)計(jì)參數(shù)要求，列出了過充保護(hù)、過放保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)、電量均衡保護(hù)的具體執(zhí)行閥值和精度的要求。1(A)短路保護(hù)延遲(uS)＜200177。50(mS)過放保護(hù)解除電壓（V）177。50(mV)過充保護(hù)延時(shí)(mS)＜1000177。正是因?yàn)樵O(shè)計(jì)并制作出這樣一種鋰電池保護(hù)電路具有研究和實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值，所以我選擇這個(gè)題目作為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 選題的目的和意義鋰電池保護(hù)電路是應(yīng)用鋰電池所必須的電路部分，缺少了保護(hù)電路的使用，鋰電池將縮短使用壽命、造成安全隱患、損毀用電設(shè)備，所以設(shè)計(jì)并制作一個(gè)高效穩(wěn)定的鋰電池保護(hù)電路是有著實(shí)際意義的。當(dāng)然，功能組件單晶化是一致的目標(biāo)，如目前行動(dòng)電話制造商都朝向?qū)⒈Ｗo(hù)IC、充電電路、電源管理IC等外圍電路集成單芯片，與邏輯IC構(gòu)成雙芯片的芯片組。其諸多的缺點(diǎn)使得其、它只能適用于低端產(chǎn)品市場，而對于相對高端的電子產(chǎn)品則很少使用這種類型的保護(hù)電路。這種保護(hù)電路需要具備過充保護(hù)、過放保護(hù)、電量平衡保護(hù)、過流保護(hù)等功能、支持6串以上的電池組使用且可以擴(kuò)展，根據(jù)其擴(kuò)展性可讓電路適用于更多的使用環(huán)境。在某些需要保護(hù)功能全面或是需要同時(shí)多節(jié)電池充放電的情況下，比如多芯鋰電池、動(dòng)力型鋰電池，那些功能單一的保護(hù)電路就無法使用了。鋰電池的過度充電（以下簡稱“過充” ）、過度放電（以下簡稱“過放” ）和電池組間的電量不平衡都會導(dǎo)致電池的內(nèi)部耗損加速，使用壽命減短。然后繪制電路圖，并施以改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本文以鋰電池的充放電特點(diǎn)作為研究主體，詳細(xì)闡述了作者在學(xué)士學(xué)位論文工作期間對鋰電池充放電過程中對其保護(hù)的研究與設(shè)計(jì)。智能型鋰電池保護(hù)板電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要鋰離子電池因儲能容量大、使用壽命長、清潔環(huán)保、能量體積比大等眾多優(yōu)點(diǎn)，所以在各行各業(yè)被廣泛使用，逐漸成為了電池的主流產(chǎn)品。介紹了鋰電池的特點(diǎn)以及其保護(hù)電路的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，其次說明了鋰電池的充放電的概念、原理、制定目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)以及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)過程、實(shí)現(xiàn)方法。最后進(jìn)行鋰電池保護(hù)電路的調(diào)試，并對畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的工作作出總結(jié)。鋰電池過充甚至可能造成鋰電池爆炸造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的事故。對于輸出電流、電壓值都比較大的動(dòng)力鋰電池磷酸鐵鋰電池，市場上已有的保護(hù)電路并不多。并且基于這種擴(kuò)展性可以使此電路作為鋰電池保護(hù)電路的開發(fā)模板，以其為藍(lán)本通過更改參數(shù)及更換不同功率的器件設(shè)計(jì)出同類型的衍生電路。 TSSOP封裝圖使用專業(yè)電池管理IC的話雖然成本偏高一些，但是可以保證較高的精度，精度高的可以達(dá)到50mv以下；且集成度高，使用TSSOP或更高等級封裝芯片構(gòu)成的單節(jié)保護(hù)電路可做到指甲蓋大小，；現(xiàn)在電池充放電管理的芯片在市場占有上基本是精工電子一家獨(dú)大，占絕大部分市場，其產(chǎn)品功能全面，S820S825S8211等都具有過放保護(hù)、過充保護(hù)、電量平衡保護(hù)的功能。但目前要使Power MOS管的開路阻抗降低使其與其它IC合組，即使以特殊技術(shù)制成單芯片成本也將會過高。由于目前市場上還沒有推出功能齊全、功能可擴(kuò)展且支持電池組串?dāng)?shù)超過6串的鋰電池保護(hù)電路，所以設(shè)計(jì)并制作出這樣一個(gè)鋰電池保護(hù)電路具有一定的創(chuàng)新性。通過制鋰電池保護(hù)電路可以加深對電源技術(shù)、電力電子技術(shù)等知識理解和掌握。50(mS)過充保護(hù)解除電壓（V）177。100(mV)過流保護(hù)過流保護(hù)值（A）1177。100(uS)短路保護(hù)恢復(fù)條件斷開負(fù)載均衡保護(hù)均衡電流(mA)500177。其中過充保護(hù)、過放保護(hù)、電量均衡保護(hù)的精度是根據(jù)所選芯片決定的。故選用上述鋰電池及充電器。四、使用仿真軟件Pspice對所選方案進(jìn)行理論分析及驗(yàn)證，并找出不足之處從而作出合理優(yōu)化。八、對本次的鋰電池保護(hù)電路進(jìn)行理論與實(shí)際的對比分析，并作出總結(jié)。現(xiàn)在，鋰離子電池應(yīng)用范圍更加廣泛，如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等。鋰原電池之后發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高?，F(xiàn)在鋰離子電池的