基于恒流／恒压方式的锂电池充电保护芯片设计

胡清琮，陈

琛，王

菁，张

鲁，陈东坡，梁

斌，何乐年

（浙江大学超大规模集成电路研究所，浙江杭州３１００２７）

摘

要：针对锂电池的充电保护问题，提出了一种基于恒流／恒压充电方式的充电器芯片的设计方法．电路采用电

流镜结构为主体，以多控制参数竞争方法对输出ＰＭＯＳ管的栅极进行控制，实现了恒定电流充电、恒定电压充电和

高温调节控制模式，以及各模式之间的平稳过渡．芯片采用ＣＳＭＣ公司的０．６“ｍ双层多晶硅双层金属ＣＭＯＳ混

合信号模型设计和流片．仿真及测试结果表明，该电路可实现各充电模式及模式之间的平稳过渡，充电完成后电池

电压为４．１４～４．２２

Ｖ，满足士１％的精度要求．

关键词：锂电池；充电保护；恒流／恒压模式；温度保护

中图分类号：ＴＮ４３２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００８—９７３Ｘ（２００８）０４—０６３２—０４

ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＬｉ－－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｃｈａｒｇｅｒＩＣｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ／ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｖｏｌｔａｇｅ

ａｐｐｒｏａｃｈ

ＨＵ

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Ｃｈｅｎ，ＷＡＮＧ

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Ｌｕ，ＣＨＥＮＤｏｎｇ—ｐｏ，

ＬＩＡＮＧＢｉｎ。ＨＥＬｅ－ｎｉａｎ

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

ＶＬＳＩ

Ｄｅｓｉｇｎ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ

３１００２７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆ

ａ

ｃｈａｒｇｅｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ／ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｖｏｌｔａｇｅ（ＣＣ／ＣＶ）ａｐ—

ｐｒｏａｃｈｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｏｒｄｅｒ

ｔｏ

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ｐｒｏｃｅｓｓ

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ａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅ

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ｏｕｔｐｕｔ

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ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐｅｔｅｎｃｅｏｆｍｕｌ—

ｔｉｐｌｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｆｕｌｆｉｌｌｓｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ，ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｔｈｅｒｍａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ

ｃｈａｒｇｅｍｏｄｅｓ，ａｎｄｔｈｅｓｍｏｏｔｈｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍ．Ｔｈｅｃｈｉｐｗａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｕｓｉｎｇ

ＣＳＭＣ

０．６弘ｍ

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４．１４～４．２２

Ｖ，ｆｕｌｆｉｌｌｉｎｇｔｈｅ

ａｃｃｕｒａｃｙ

ｏｆ土１％．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉ—ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ；ｃｈａｒｇｅ

ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ／ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｖｏｌｔａｇｅ

ｍｏｄｅ；ｔｈｅｒｍａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ

锂离子充电电池是目前使用最广泛的可充电电

池，为了防止过充电引起安全问题，并尽可能延长使

用寿命，在锂电池的应用中必须包含以充电保护芯

片为核心的充电电路，用于控制充电电流、判断充电

是否结束及防止掉电倒流等．

最早的锂电池充电保护芯片采用恒定小电流充

电，并依靠手动结束充电［１］．这种方式需要１０

ｈ以

上的充电时间，并且由于手动控制降低了可靠性，容

易导致充电不足或过度，造成对电池的损坏．Ｒｉｃｈ－

ａｒｄ等人［１］提出的恒定大电流充电方法，可以缩短

锂电池的充电时间．然而，大电流充电容易导致锂电

池过充电，因而充电保护电路必须具备判断并结束

充电的功能．同时，过快的充电可能超过锂电池内部

反应物物质的量浓度允许的反应速率，因而可能导

致大量放热及锂电池容量减小、寿命缩短．

恒流一恒压充电方式是对大电流充电方式的改

收稿日期：２００６—０８—１６．

浙江大学学报（工学版）网址：ＷＷＷ．ｊＯｔｌｌＴｌａｌ￥．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ

作者简介：胡清琮（１９８３－－），男，福建厦门人，硕士生，从事模拟与数模混合集成电路研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕｑｃ＠ｖｌｓｉ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃａ

通讯联系人：何乐年。男，教授，博导．Ｅ－ｍａｉｌｌ

ｈｅｌｅｎｉａｎ＠ｖｌｓｉ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

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