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1、分类号: U D C:D10621-408-(2006) 0446-0密 级:公 开 编 号:2002022399成都信息工程学院学位论文MP4播放器电源电路设计成都信息工程学院学士学位论文毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教
2、师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明
3、。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日MP4播放器电源电路设计摘 要电源技术是目前电子产品研究的热点课题。它是任何电子设备的核心部分之一。开关电源又是电源部分的重点.工作在开关状态,因此具有损耗小
4、、效率高、体积小、重量轻的优点。 本课题主要介绍了凌阳(SUNPLUS)的536方案,LCD屏的驱动电路及FLASh,视频,音频等其它各个部分的供电.主要是开关电源中的DC-DC转换电路.LDO电路、典型的升压并联型开关电路.关键词: 开关电源 DC-DC LDO 控制电路 The MP4 broadcasts the machine -power supply electric circuit designAbstract Power supply technique is investigative a little bit hot lesson in product in current
5、 electronics.It is one of the core parts any electronics equipments .The switch power supply is power supply part of points again.Work in the switch appearance,Therefore have to the advantage of theexhaust small,high efficiency, small physical volume and light weight . This lesson was main to introd
6、uce the SUNPLUS of 536 project,Mp4 main power supply electric circuit design,The LCD holds of drive the electric circuit,And FLASh, VEDIO 、 AUDIO、 etc, other each part of power supplies.Is a switch DC- DC in the power supply primarily conversion electric circuit,The electric circuit of LDO, Rise to
7、press to merge the type switch electric circuit typically.Key words: The Switch Power DC-DC LDO Control electric circuit 目 录 论文总页数:25引 言1.mp4播放器简述1.1MP4的定义及分类1.2 mp4播放器框图如图1-12mp4播放器电源电路设计2.1 电源的发展及其应用2.2 MP4电源总体设计2.3 mp4播放器电源电路设计2.3.1 MP4播放器主电源电路的选型2.3.3DC-DC主电源电路的设计2.3.4 mp4的输入电压转换方式2.3.5视频部分的电路设计
8、2.3.9时钟供电部分和电池电压检测2.3.10 TPS62046开机电路设计3.mp4充电电路设计3.1mp4供电的锂电池工作原理3.2充电芯片的选型3.3充电芯片介绍3.4充电电路原理4防干扰和PCB布线结 论参考文献致 谢声 明MP4播放器电源电路设计引 言MPEG(运动图像专家小组)是ISO/IEC 的一个工作组,负责制定有关活动图像、视频、音频及其组合的压缩、解压缩、处理和编码等方面的技压缩技术的革命.MPEG4-压缩标准构成由DMIF(TheDellivery Multimedia Integration Framework) 即多媒体传送整体框架、 数据平面、 (可以分为两部分:
9、传输关系部分和媒体关系部分)缓冲区管理和实时识别 、音频编码 、 视频编码组成. 利用这种标准制作的MP4 成为了一种新的消费类电子产品便携式MP4 播放器,它具有极大的市场前景. 本课题的主要目标就是以凌阳(SUNPLUS)公司的 536方案为核心,研究 MP4播放器各个组成部分的的电源电路设计.电源是任何系统的核心部分,而对于电源的发展来说由最开始的线形电源发展到现在的开关电源.线形电源有其固有的稳定性仍然沿用至今,而今开关电源以体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强成为电源的主流.而本次课题设计的电源根据成本,效率及其实际情况主电源电路和TFT屏的驱动电路采用了开关电源,而也有少部分采用了
10、LDO电路的设计. 论文首先简要介绍了MPEG系列国际标准音频、视频编解码技术的发展, 及其近几年MP4的发展趋势及其市场行情,进而介绍了MP4播放系统的原理与结构,然后简要介绍了电源的发展.在重点介绍本次课题的核心MP4 播放器电源部分的设计.在设计这部分电路时先重点介绍了主电源电路的设计.然后对各个部分的供电电路设计及其芯片的选取作了详细的介绍.最后介绍了电源部分的布线和防干扰.1.mp4播放器简述1.1MP4的定义及分类 PMP, 全称是Portable Media Player, 国内普遍称为MP4。MP4(也叫MPEG-4)是MPEG格式的一种,是活动图像的一种压缩方式。通过这种压缩
11、,可以使用较小的文件提供较高的图像质量,是目前最流行(尤其在网络中)的视频文件格式之一。它是超低码率运动图像和语言的压缩标准,用于传输速率低于64Mbps的实时图像传输,它不仅可覆盖低频带,也向高频带发展。MP4为多媒体数据压缩提供了个更为广阔的平台,它更多定义的是一种格式、一种架构,而不是具体的算法。 MP4播放机大多为手持式MP4播放机,它们的共同特点是携带方便、体积小巧,能够播放视频和音频文件(尽管它们支持的视频和音频文件格式各不相同),并使用USB能够很方便地将视频文件下载到设备中进行播放,通常这类设备还自带LCD屏幕,以满足观看视频的需要。从MP4播放机最重要的存储介质角度来说,我们
12、又可以按照性质的不同将MP4播放机分为几种大的类型。闪存式MP4播放机 相对于硬盘式MP4播放机来说,闪存式MP4播放机是以Flash Memory作为存储介质的,一般来说它的存储容量不会太大,普遍在1GB以下,不同于MP3式的视频播放机,这种MP4播放机一般支持外接闪存卡扩充(大多是SD卡),并且功能多样,使用的显示屏幕也明显好于MP3式产品。但同硬盘MP4播放机相比,这种MP4播放机的体积小巧,并且电池持续的时间一般比较长,加上价格一般不贵,因此也受到很多用户的欢迎。硬盘式MP4播放机硬盘式MP4播放机应该说是现阶段的主流产品,在产品数量上也占绝对的优势。它的内部结构一般用专门的MP4解码
13、芯片构成,这些芯片通常都是一个芯片组,包括了音频解码、视频解码、数据传输和控制等功能。很多高级一点的芯片还包括了诸如数码相机伴侣等高级功能。再加上专门的1英寸或0.8英寸的大容量微硬盘(容量通常在20GB左右),使得视频文件的存储和播放都没有问题。从功能上说,这类MP4播放机甚至可以拥有小型的操作系统,能够实现跟PDA差不多的功能(如查询、游戏、浏览和上网等),这是现阶段最接近真正意义上的MP4播放机,也是高档MP4播放机的主流结构。要注意的是,高档的硬盘式MP4播放机通常采用了26万色的TFT屏幕,能够比较清晰地播放视频文件,且屏幕的色彩效果较好。1.2 mp4播放器框图如图1-1 LCD
14、视 频 部 分LCD驱动 主控芯片CPU音频芯片按键输入输出电路喇叭 功放 USB接口FLAShsdramSD卡电源DC-DCLDO低电压检测电路 图1-12mp4播放器电源电路设计 2.1 电源的发展及其应用 电子技术的飞速发展,作为电子系统心脏的电源也获得了空前进展。开关电源和线性电源是现代电子电源发展的两个主要方面,开关电源以功耗小、效率高、体积小、重量轻的优势几乎席卷了整个电子界,而线性电源则以其固有的稳定性仍占有一席之地。为了顺应现代电子技术设备对多种电压和电流的需求,在满足体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强的同时,还应有更好的可靠性和经济性。 电源是电子设备不可缺少的组成部分,
15、随着全球对能源问题的重视,电子产品的耗能问题将愈来愈突出,如何提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠,但它存在着效率低(只有40%50%)、体积大、铜铁消耗量大,工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率,人们研制出了开关式稳压电源,它的效率可达85%以上,稳压范围宽,除此之外,还具有稳压精度高、不使用电源变压器(工频变压器)等特点,是一种较理想的稳压电源。 开关电源因具有重量轻、体积小、效率高、稳压范围宽等优点,在电子电气、控制、计算机等许多领域的电子设备中得到了广泛的使用。开关电源不断向更高的集成度发展并对中、小功率开关电源实现单片集成化。TOPS
16、witch(Three-terminal Off-line PWM Switch)单片开关电源是美国PI (PowerIntegration ) 公司于上世纪90 年代中期推出的新型高频开关电源芯片,被誉为顶级开关电源,它仅用了3 个管脚就将脱线式开关电源所必需的具有高压N沟道功率MOS 场效应管、电压型PWM 控制器、100kHz 高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、用于环路补偿的并联偏置调整器、误差放大器和故障保护功能块等全部集成在一起了。采用TOPSwitch 器件的开关电源与分立的MOSFET 功率开关及PWM 集成控制的开关电源相比,具有电路结构简洁、成本低廉、性能稳定、制作及调
17、试方便, 自保护完善等优点。 在便携式电子产品中,开关稳压电源主要指DC/DC变换器。由于器件中有一个工作在开关状态的晶体管(一般是MOSFET),故称为开关电源。开关管工作于饱和导通及截止两种状态,所以开关管管耗小并且与输入电压大小无关,效率较高(一般可达8095%)-DC/DC变换器IC可以组成升压式(VoutVin)、降压式(Vout-大多数便携式电子产品的工作电流在300mA以下,所以很少用到降压式DC/DC变换器。降压式主要用于工作流大于1A以上的场合,如笔记本式计算机等。 当要求输出电压中纹波、噪声特别小的场合,输入输出电压差不大,输出电流不大于100mA时采用微功耗、低压差(LD
18、O)线性稳压器是最合适的。例如,采用3节镍镉、镍氢电池或采用1节锂离子电池,输出3.03.3V电压,工作电流小于100mA时,电池寿命较长,并且有较高的效率.结合本次电路设计的特点主要采用开关电源的DC/DC变换器,在结合成本及其实际情况对噪声要求很高的视频也采用了LDO电源.2.2 MP4电源总体设计 本设计是基于对mp4产品在实际应用中所有功能块耗电的程度的不同而不断改进,优化,测试而设计出来的低功耗,低成本的,实用性强的应用电路.电源管理包括锂电池充电,电量检测以及将电池电压转换成各个模块所需的工作电压.由于热功耗电源转换效率不能达100%,因此首先从整体看各个模块(TFT屏,存储器,视
19、频,音频,游戏部分)所需的电压,在结合实际成本及其转换效率对主电源及其其它部分进行选择.2.3 mp4播放器电源电路设计 2.3.1 MP4播放器主电源电路的选型 便携式产品电源管理的发展趋势来看,需要考虑以下几个问题:1. 电源设计必须要从成本、性能和产品上市时间等整个系统设计来考虑;2. 便携产品日趋小巧轻薄化,必需考虑电源系统体积小、重量轻的问题;3. 选用电源管理芯片力求高集成度、高可靠性、低噪声、抗干扰、低功耗,突破散热瓶颈,延长电池寿命;4. 选用具有新技术的新型电源芯片进行方案设计,这是保证产品先进性的基本条件,也是便携产品电源管理的永恒追求。mp4是便携产品中的一种,它常用电源
20、管理芯片包括:低压差稳压器(LDO)、基于电感器储能的DC/DC转换器(降压电路Buck、升压电路Boost、降压-升压变换器Buck-Boost)、基于电容器储能的电荷泵、电池充电管理芯片、锂电池保护IC。 基于上述要求.在结合实际成本,本款是采用的SUNPLUS(凌阳)的536方案.类型是当今市场上比较流行的闪存MP4.具有携带方便、体积小巧的特点。主电源管理芯片是采用的RT9901。2.3.2 DC-DC主电源芯片的介绍 电源是整个电路的非常重要部分,要使整个系统得到稳定的电压.高效的转化效率,在结合mp4播放器各个模块所需求的供电电压 ,此电路采用了RT9901为电源核心芯片.电源管理
21、芯片RT9901是用于数码产品供能的管理芯片,它集成了一个高效率的DC-DC升压转换单元,两个主要的高效率降压转换单元,一个电荷泵,电压检测,低电池检测单元等。下图为RT9901芯片的外部引脚图。如图2-1:图2-1以下对芯片各个引脚功能如下表: 该芯片内部结构如图2-2:图2-2RT9901 是四通道直流/ 直流转换器: CH1: 升压部分(由EN1、VDD1、LX1、PGND1、COMP1、FB1组成).VDD1输入电压在使能端EN1允许下,输入到芯片中,在经过LX1输出,而LX1近端加入4.7UH的升压电感主要起储能作用,在由LX1近端通过一个二极管在电路中起电压保护的作用.FB1端通过
22、与LX1输出端接入600K,100K的电阻分压,并与100PF的电容够成电压反馈电路.当电压低于0.4V时芯片进行低压保护,当电压高于1.2V时进行过压保护,PGND1作为CH1的接地端,COMP1接入20K的电阻和4700PF的电容作为CH1的电压补偿端.整个功能在输出断输出5V的电压供给USB,等5V需求模块供电电压. CH2: 降压部分,由EN2,VDD2,LX2,PGND2,COMP2,FB2组成VDD2输入电压在使能端EN2允许的条件下输入到芯片中,在经过LX2输出.为了达到为芯片提供1.8V的电压,在LX2端我们加入了4.7uH的降压与滤波电感在由LX2近端通过一个二极管在电路作为
23、电压保护.FB2端通过与LX1输出端接入600K,100K的电阻,100PF的电容够成电压反馈电路.当电压低于0.6V时芯片进行低压保护,当电压高于1.4V时进行过压保护;PGND2作为CH2的接地COMP2接入30K的电阻和1000PF的电容作为CH2的电压补偿端.整个部分输出1.8V的电压.分压中同步的电流模式 直流/直流和内在的以电力驱动的 MOSFET 的转换器 , 电流限制,短路和过电压保护和高的效率为宽的载入范围控制。 CH3: 降压部分(由EN3,VDD3,LX3,PGND3,COMP3,FB3组成).VDD3输入电压在使能端EN3允许的条件下输入到芯片中,在经过LX3输出.为了
24、达到主芯片提供3.3V的电压.在LX3端我们加入了4.7uH的降压与滤波电感在由LX3近端通过一个二极管在电路作为电压保护.FB3端通过与LX1输出端接入600K,100K的电阻,并与100PF的电容够成电压反馈电路.当电压低于0.6V时芯片进行低压低压保护,当电压高于1.4V时进行过压保护.PGND3作为CH3的接地端,COMP2接入30K的电阻和1000PF的电容作为CH3的电压补偿端.整个部分输出3.3V的电压. CH4: 电荷泵直流/直流转换器。(由VDDC,CX,CPFB,ENM组成)在ENM的允许电压下VDDC输入电压当操作系统在备用状态时,由CX给微控提供小的电流RT9901中包
25、括了一个0.8V的低电池电压控制器.RT9901芯片性能与特征:1、1.5V-5.5V的电池输入与电压输出范围,主要的DC-DC升压转换功能。2、90%以上的高效利用率,2.6A,0.3欧姆的内部电源开关。3、内致两个DC-DC降压转换单元,以94%的效率输出0.85.5V的工作电压。4、内致0.8V的电压检测,高于1.4MHz频率开关,程序软启动功能。5、独立的使能脚,短路保护,过压保护以及外部扩展网络。6、QFN-32的封装,使得芯片体积更小。从各项性能测试分析中可以看出,RT9901电源芯片能达到90%以上的升压输出功率以及94%以上的降压输出功率。同时,芯片电压受外部温度的影响也很小,
26、在输入电压、电流发生突变的时候也能够达到稳定输出,所以整个芯片在优化设计的过程中能满足本设计要求.典型应用电路如图2-3:图2-32.3.3DC-DC主电源电路的设计 由于mp4体积较小,内部是用一块小电池来做电源,对于市场选择来说具有较长使用寿命的电池是必然的趋势.通过电源管理技术来提高电池的使用时间.因此电源管理芯片起着非常重要的作用.而mp4播放器各个部分所需求的电压大小为5.0V的usb、TFT屏、3.3V的比较多如音频部分,SD卡等、视频部分.1.8V的摄象.cpu部分采用了3.3V,也用了1.8V,再结合RT9901电源芯片的特性.采用RT9901电源芯片作为核心芯片.原理图如2-
27、4所示: 图2-42.3.4 mp4的输入电压转换方式 mp4的输入电压有两种方式:一是5V左右的直流电源的输入,二是锂电池输入.这两种方式转化的电路如图2-5所示:图2-5当插入5V的DC时给场效应管Q6的栅极送一个高电平,此时管子截止由直流电源供电,当未插入5V的DC时给效应管的栅极送一个低电平,此时管子导通由电池供电.2.3.5视频部分的电路设计 1、RT9167-33CB芯片简介如图2-6所示:图2-6 2 、电路设计及其原理 视频部分对噪声要求很高.当要求输出电压中纹波、噪声特别小的场合,输入输出电压差不大,输出电流不大于100mA时采用微功耗、低压差(LDO)线性稳压器是最合适的。
28、此电路就是采用RT9167-33CB芯片来将输入电压降压为3.3V来为视频部分供电.启动视频部分时由主芯片检测到信号发出一个信号使该芯片工作输出3.3V的电压.是非常典型的LDO供电电路.另外,线性稳压电源外围元件最少、输出噪声最小、静态电流最小,价格也便宜。因此采用了线形降压电路(LDO)为视频部分供电.如图2-7所示;图2-72.3.6音频部分供电音频芯片是用的AC97,此部分所需的电压大小为3.3V.供电是采用主电源芯片为音频IC直接供电,因为音频部分对信号要求很高.将RT-9901的3.3V输出加磁珠进行高频衰减在进行滤波处理.如图2-8所示;图2-8还有其它部分如视频录制,SD卡,F
29、LASH都是通过这种方式供电,如图2-9所示: 图2-9该部分的供电电压大小都是3.3V供电.由主电压芯片提供的输出电压.要得到稳定的,低频的直流电压,就采用了磁珠对高频进行衰减再滤波后供给各个需求电压芯片.注意此处选择磁珠是因为磁珠有很高的电阻率和磁导率, 他等效于电阻和电感串联, 但电阻值和电感值都随频率变化。 他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。主要用于高频隔离,抑制差模噪声等. 2.3.7 TFT屏的电源电路设计 图2-10该屏是采用的高清晰屏,为视频,音频部分提供一个显示平台,需要13V-16V的电压来
30、点亮.屏的输入电压需要一个稳定的可控制的,因此用了一块控制芯片来控制该电压,只要加了控制信号LCD EN该芯片开始工作将输入电压经过滤波处理后输出.屏要能点亮还要一个驱动电路,供应屏的背光电压.此电路如图2-11所示: 图2-11该电路是在输入TFT_IN的条件下对该电压进行升压.采用的是比较典型的并联型开关稳压电路.在5V左右的输入电压条件下.输出电压VLED为16V左右.该电路的主要工作原理如下: Q9的工作状态受基极电压的控制,当U1为高电平时Q9饱和导通,TFT_IN通过Q9给电感L9充电储能,充电电流几乎线性增长;D6因承受反压而截止;滤波电容C85和C86对负载电阻放电.当U1为低
31、电平时,Q9截止,L9产生感生电动势其方向阻止电流的变化,因而与U1同方向,两个电压相加后通过二级管D6对C85和C86充电.因此无论Q9和D6的状态如何.负载电流的方向不变.由分析可知它是通过电感的储能作用将感生电动势与输入电压相迭加后作用与负载进行升压.只有当L足够大才能进行升压.只有当C足够大输出电压的脉动才可能足够小.当U1的周期不变时,其占空比越大输出电压越大.此部分的控制部分可以ZXLD1100芯片来取代.该控制芯片取代三极管这一部分的好处是可以通过软件来调节对比度. 2.3.8USB供电部分5V的输出部分加了一个控制电路给usb接口供电如图2-12所示: 图2-12C43处电源主
32、芯片输出5V的电压.经过滤波后由控制芯片提供,当给USB接口的第一脚插入USB接口时由CPU检测到信号送回一个信号给LI_DISK_EN然后进行PC机与CPU的信号传输.该芯片为RT9701.简介如图2-13所示:图2-132.3.9时钟供电部分和电池电压检测RTC(Real Time Clock)电路如图2-14所示: 图2-14电池电压检测电路如2-16图所示: 当开机后由BAT_DET检测该处电压然后连接到主芯片,由软件来实现通过屏反映电量的多少看该机能否正常工作.图2-162.3.10 TPS62046开机电路设计对任何一种电子产品来说能否正常开机与关机是首先要考虑的因素,除开与电源电
33、路的设计有很大关系外,开机电路的设计也起着很重要的作用,本次课题开机电路原理设电路如下图2-27所示:图2-17 开机电路原理: 当按下开机键时双二极管的第二支管子导通,场效应管Q1的栅极得到一个低电平0,使MOS管Q1导通电池电压送给开机芯片的输入管脚.在输出一个3.3V电压供给CPU.当CPU检测到此信号时在给POWER ON送一个高电平1使MOS管Q6导通然后维持Q1导通; 关机时再次按下POWER ON键时CPU检测到POWER OFF此时的信号为一个低电平时,再送给POWER ON一个低电平,使双二极管和Q6截止,从而使MOS管Q1截止.阻止电源信号通过.3.mp4充电电路设计 3.
34、1mp4供电的锂电池工作原理 一锂电池特性: 锂离子电池俗称“锂电”,是目前综合性能最好的电池体系。锂离子电池负极是碳素材料,如石墨。正极是含锂的过渡金属氧化物,如LiMn2O4. 主要特性如下:1工作电压高。锂离子电池的工作电压在3.6V,是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍。 2比能量高。锂离子电池比能量目前已达140Whkg是镍镉电池的3倍,镍氢电池的1.5倍。 3循环寿命长。目前锂离子电池循环寿命已达1000次以上,在低放电深度下可 达几万次,超过了其他几种二次电池。 4自放电小。锂离子电池月自放电率仅为68,远低于镍镉电池(2530)及镍氢电池(3040)。 5无记忆效应。可以根据要求随时
35、充电,而不会降低电池性能。 6对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质,是名副其实的“绿色电池”。锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池具有重量轻,容量大,内阻小的特点,因而广泛使用。但是它又极容易损坏,如果不按照它的充电特性,可充电次数将大打折扣。锂离子电池充电分为两个阶段:先恒流充电,到接近终止电压时改为恒压充电,其充电特性如图3-1所示。图3-1这是一种800mAh容量的电池,其终止充电电压为4.2V。电池以800mA(充电率为1C)恒流充电,开始时电池电压以较大的斜率升压,当电池电压接近4.1V时,改成4.1V恒压充电,电流渐降,电压变化不大,到充电电流降为1/10C(约
36、80mA)时,认为接近充满,可以终止充电(有的充电器到1/10C后启动定时器,过一定时间后结束充电)。 锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时,会造成电池的损坏或降低使用寿命。锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时会降低放电时间(内部会产生较高的温度而损耗能量)。因此电池生产工厂给出最大放电电流,在使用中应小于最大放电电流。 锂离子电池对温度有一定要求,工厂给出了充电温度范围、放电温度范围及保存温度范围。 锂离子电池对充电的要求是很高的,它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电电压精度允差为额定值的1%(例如:充4.2V的锂离子电池,其允差0.042V),过压充电会
37、造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据电池生产厂的建议,并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率为0.25C1C(C是电池的容量,如C=800mAh,1C充电率即充电电流为800mA)。在大电流充电时往往要检测电池温度,以防止过热损坏电池或产生爆炸。锂离子电池充电要求很高,要保证终止电压精度在1%之内,目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC,以保证安全、可靠、快速地充电.3.2充电芯片的选型为了快速地充电,得到稳定的电压,给据锂电池的工作原理及其特性,要达到正常的工作并且使锂电池得到很好的保护,再结合闪存MP4的特点选用MCP73861对电池进行充电.3
38、.3充电芯片介绍1:充电电路芯片MCP73861,它主要是用来实现对锂电池的充电控制,包括了电流状态指示、电流检测,电池温度检测与控制,高精度电流电压异常控制等功能单元。对锂电池充电电路进行核心管理与控制。其芯片原理图外观如图3-2所示: 图3-2、池电压4.1V 即进入待机模式(不作电池充电)。、电池电压稍后低于4.1 V 即自动进入充电模式。、以上程序可避免为已充满电池作不需要的充电,因为这会缩短电池寿命。、涓流充电功能可防止严重放电的电池受损。、内部集成了晶体管、内部集成了电流检测、反向阻断保护、高精度预置电压调节: + 0.5%、可编程充电电流:最大1.2A、可编程安全充电定时器、对深
39、度放电的电池进行预充、可选择对电池温度进行持续监视、充电状态直接输出到LED、故障直接输出到LED、自动关断电源、热调节、温度范围:-40C 至+85C引脚功能表Pin Number Pin Name Pin Function1 VSET 电压调节选择2 VDD1 芯片输入电源3 VDD2 芯片输入电源4 VSS1 芯片0V 参考电压5 PROG 电流调节设置6 THREF 电池温度检测偏置7 THERM 电池温度检测输入8 TIMER 定时器设置9 VSS3 芯片0V 参考电压10 VBAT1 电池充电控制输出11 VBAT2 电池充电控制输出12 VBAT3 电池电压检测13 VSS2 芯
40、片0V 参考电压14 EN 逻辑使能15 STAT2 故障状态输出16 STAT1 充电状态输出3.4充电电路原理该充电电路主要由充电芯片,接电源的插口,电池,外围电路几部分组成.由于锂离子电池能量密度高,因此难以确保电池的安全性。在过度充电状态下,电池温度上升后能量将过剩,于是电解液分解而产生气体,因内压上升而产生自燃或破裂的危险;反之,在过度放电状态下,电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化,因而降低可充电次数。 该充电芯片的目的就是保护电池以达到正确进行充电.当插入5V的直流电源时,由10脚检测电池的电压从而判断充电的状态,如果充电正常则绿色的发光二极管亮.如果充电异常.则红色的发光二极管
41、亮.当充电正常时由电压检测到充电电压小于4.1V时恒流充电,当电池电压接近4.1V时,改成4.1V恒压充电.当再次检测到电压为4.2V时停止充电.在充电时还对温度进行检测看温度是否在电池所承受的温度的范围.第5脚对充电电流进行检测是否在正常范围之内.当在充电时会给CPU一个信号来看充电是否正常.具有以下保护措施: 一、过度充电保护对锂电池充电时,为防止因温度上升所导致的内压上升,需终止充电状态。此时,当超过4.2V时,即激活过度充电保护,将功率充电芯片内部的MOSFET由开转为切断,进而截止充电。 二、充电时的过电流保护 当连接充电器进行充电时突然产生过电流(如充电器损坏),电路立即进行过电流
42、检测,此时Cout将由高转为低,内部功率MOSFET管由开转为切断,实现保护功能。如图3-3所示:图3-31)充电条件的判断和预充 当接入电池或接入外部电源时,以该芯片为主体的电路自动进行一系列的安全检查以判定是否符合充电条件.输入电源电压应高于欠压锁定阀值电压(UVLO).使能引脚电压必须高于逻辑电平,而电池温度应处于高低阀值之间.器件将对上述法则进行持续监视.当超出充电条件时充电周期将自动停止.一旦满足充电条件,以MCP73861为主体的电路将启动充电周期.充电状态输出在整个充电周期中被置于低电平.若电池电压低于预充电压阀值(VPTH),MCP73861将采用涓流电流对电池实行预充电.预充
43、电流设定为快速充电调节电流的10%左右.涓流预充电可安全地对深度放电的电池进行充电,并在初始充电周期时使散热量最小.如果在预充电时间结束时电池电压还没有达到预充电压阀值,将有故障指示并终止充电周期.2)恒流充电当电池电压超过预充电压阀值,预充电阶段结束,进入快速充电阶段.快速充电用一个恒定的电流(IREG)对电池进行充电,该电流通过连接到PROG引脚的外部电阻设定.在电池电压达到调节调节电压(VREG)或快速充电时时间结束之前,电池将持续进行快速充电.否则将有故障指示并终止充电周期.3)恒压充电 当电池电压达到调节电压(VREG)时,进入恒压调节阶段.以MCP73861为主体的电路在VBAT引脚监视电池电压.该输入引脚直接连接到电池正极.MCP73861给据VSET状态选择调节电压值.如果VSET连接到VSS,MCP73861稳定4.1V.如果如果VSET连接到VDD,MCP73861稳压为4.2V.4)温度调节 以MCP73861为主体的电路给据芯片温度限制充电电流大小.热调节能优化充电周期时间并维护器件可靠性.如果进入
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