带模拟电路电量指示的移动电源开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：设计(论文)题目：带模拟电路电量指示的移动电源指 导 教 师： 2013 年 4 月 12 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。文 献 综 述摘要 本文概要地介绍了移动电源设计的背景及意义。通过分析设计带模拟电路电量指示的移动电源的实施模块，相应地叙述了各模块电路以及选择的最佳器件，并对系统设计进行优化。并介绍了硬件电路的功能及特点。关键词 移动电源 硬件电路 功能 特点 1 带模拟电路电量指示的移动电源设计的背景及意义随着智能产业不断发展，智能手机和平板电脑等产品已成为了生活中必不可少的一大装备。而随着人们需求的不断提升，这些移动产品的配置也越来越高。配置的不断提升，带来的直接结果就是能耗的上升。因此，这对于电池容量就提出了更高的要求，而本身产品自带的电池显然无法满足用户的需求。针对耗电量大，电池容量小，解决这一问题的最佳方案，就是随身携带一个移动电源，就可以实现于室外随时随地为多种数码产品移动充电。智能型移动电源一般都带有内置锂电池的4级LED电量指示，以显示移动电源剩余多少电量，常规作法利用带ADC接口的单片机来侦测电池电压实现这一功能，基于成本考虑，本课题提出利用廉价的四运放模拟电路来实现这一功能。对手机及PAD充电的移动电源的研究对未来的电池发展具有重要的理论意义和应用价值，适应了电子技术的发展需求。2 系统模块图本文论述的电路系统设计由四部分组成：电量指示电路、锂电池充电管理电路、锂电保护IC电路和DC-DC升压电路，总体设计框图如图1所示。图1 总体设计框图3 方案概述根据系统设计要求，基于完整的移动电源进行整体硬件设计，电路主要包含电量指示电路、1A充电管理电路、锂电保护IC电路以及DC-DC升压电路等。3.1 电量指示电路该部分利用四运放设计移动电源内置的锂电池电压检测比较电路，驱动4级LED 指示功能，选用集成运算放大器LM324。LM324四运放集成电路具有电源电压范围宽,静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。LM324采用14脚双列直插塑料封装，引脚排列如图2所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”分别为两个信号输入端的同相输入端和反相输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。14 13 12 11 10 9 8 V-LM324V+-+-+- 1 2 3 4 5 6 7图2 LM324引脚排列-+ A（同相输入端）（反相输入端）Vi-Vi+V+VoV-图3 LM324电路符号3.2 1A充电管理电路本课题选用单节锂电池线性充电管理芯片LTC4054。LTC4054是凌特公司的最新锂电池充电芯片，用LTC4054设计的充电电路用到的外围元器件相对较少，很简洁，而且它们都是超小型的封装，非常适合手持设备使用。LTC4054在工作中不用专门的散热器就可以对电池进行大电流的充电，而且可以直接从USB端口取电工作，适合用于电脑、PAD、手机等设备中。该芯片有以下特性：超小型的封装；可编程的充电电流可达800 mA；不需要外接MOSFET；带温度控制的最大充电率的恒流/恒压充电模式；可直接从USB接口对单节锂离子电池充电；充电电流监测输出；设定4.2V的充电电压，精度达1%；自动重充；充电状态输出引脚；C/10的充电终止控制；关闭时仅25 uA电源电流等。LTC4054引脚排列如图4所示。 LTC40541CHRGGNDBAT2354PROGVCC图4 LTC4054引脚排列LTC4054管脚说明如表1所示。表1 LTC4054管脚功能说明管脚号符号管脚功能描述1开路式的充电状态输出端。当电池正在充电时，引脚端被N沟道MOFSET管置低电平。当电池充电完成时，通过有大约20uA的电流，以指示供电电源仍存在，当LTC4054检测到欠压锁定时，被强迫置高阻抗状态。2GND地线。3BAT充电电流输出端，提供充电电流给电池和控制到4.2V的最后浮充电压。由这个引脚端的一个内置精密电阻分压器来设定这个电压并且在半闭模式中断开该脚。4VCC电源电压供应端，提供电源给充电芯片。5PROG充电电流编程，控制电流监视器和半闭引脚端。3.3 锂电保护IC电路该电路选用DW01+锂电池保护电路。DW01+避免了锂电池因过充电、过放电、电流过大导致的电池寿命缩短或电池被损坏等，它具有高精确度的电压检测与时间延迟电路。管脚排列如图5所示。DW01654132 GND VCC TDOD CS OC图5 DW01+管脚排列管脚功能描述如表2所示。表2 DW01+管脚描述管脚号符号I/O管脚描述1ODO放电控制FET门限连接管脚。2CSI/O电流感应输入管脚，充电器检测。3OCO充电控制FET门限连接管脚。4TDI延迟时间测试管脚。5VCCI正电源输入管脚。6GNDI负电源输入管脚。3.4 DC-DC升压电路本课题选用DC-DC升压IC芯片CH1001。CH1001是一种CMOS升压的DC-DC控制器，主要由振荡电路、误差放大器、相位补偿电路、基准电压源、PWM/PFM切换控制电路等组成。CH1001芯片可用于需要高效率、高输出电流的应用电路上，方法是外接低通态电阻N沟道功率MOS。通过PWM/PFM切换控制电路将工作状态切换为PFM控制电路，这样就可以防止因IC的工作电流引起的效率降低的现象出现。CH1001有以下特点：低电压工作，可保证以0.9V（IOUT =1mA）启动；占空比，内置PWM/PFM切换控制电路（15%78%）；振荡频率，300KHz；输出电压，在1.5V15V之间；输出电压精度，2%；带开/关控制功能；外接部件可以是线圈、二极管、电容器、晶体管等。CH1001芯片的引脚排列如图6所示。CH1001 12354图6 CH1001芯片的引脚排列管脚功能描述如表3所示。表3 CH1001管脚功能说明管脚号符号管脚功能描述1 FB电压调整。2 VDDIC电源引脚。3 CE使能引脚。4 GND接地引脚。5 EXT 外接晶体管引脚。4 硬件功能及特点4.1 功能包括(1) 1A充电管理，根据锂电的电压，自动调节充电电流。过程有：预充，恒压充电和浮充充电等；(2) DC-DC升压，锂电的电压在2.74.2V之间，而2.74.2V的电压是不能直接给其它数码产品充电的，因为数码产品的锂电电压也是2.74.2V,同电位的电压之间是不能充电的。所以移动电源向外输出电能是必须要有升压系统，把2.74.2V 的锂电电压升压到5V，由智能IC监控整个充电过程，这样就可以给其它数码产品充电了；(3) 电量指示，即在电路中加有电量指示LED灯，用户可以在使用过程中随时检查电量；(4) 带短路保护、自动负载检测、恒压、恒流输出；(5) 带锂电保护控制，包括过充电保护、过放电保护和过电流保护。4.2 特点插上负载自动开机，无负载自动关机，输出短路时系统功耗与待机功耗均低于5uA，升压效率大于90%。5 小结根据开题报告的要求，分析设计课题的意义，构思方案。通过查阅资料了解移动电源的相关知识，并将知识总结分析，了解到相关原理并对主题进行系统设计。本文通过了解带模拟电路电量指示的移动电源设计的背景及意义，对其硬件原理图进行总体方案论证，选出合适的元器件实现电路模块功能。在此基础上进行深入地学习，从而更好地完成对带模拟电路电量指示的移动电源的设计。参 考 文 献1 周志敏，周继海，纪爱华. 便携式电子设备充电器使用电路与电源管理M. 北京：中国电力出版社，2008.2 王鸿麟，景占荣. 通信基础电源M. 西安：西安电子科技大学出版社，2001.3 李健，田航. 锂电池线性充电器管理芯片LTC4054及其应用J. 重庆教育学院学报，2004，3：2025.4 张超，曹波，张志甜，卢汉. RFID手持机锂电池快速充电电路设计J. 微计算机信息，2009，32：12.5 陈学元，田晓明，于天国. 基于手持导航产品的锂离子电池充电技术J. 现代电子技术，2007，23：182184.6 黄闽海. LM324四运放实用电路的设计J. 福建轻纺，2002，8：2629.7 胡新福. 锂离子电池保护电路应用中存在的问题及改进J. 常州工学院学报，2012，1：5558.8 童诗白. 模拟电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，1988.9 严晓浪，吴晓波. 低压低功耗模拟集成电路的发展J. 微电子学，2004，4：371376.10 程剑平，魏同立. 锂离子保护电路中的负电压检测J. 电子器件，2002，4：409412. 11 张新昌. 集成运算放大器的应用M. 北京：高等教育出版社，1985.12 王阳. CMOS模拟集成电路与系统设计M. 北京：北京大学出版社，2012.13 程玮. 简易锂电池后备电源控制板设计J. 机电技术，2012，5：104106.14 李桂宏，谢世健. 集成电路设计宝典M. 北京：电子工业出版社，2006. 15 徐芝兰，杨莲兴. CMOS集成电路低功耗设计方法J. 微电子学，2004，3：223226. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1、本课题要研究的问题本课题主要研究如何通过模拟电路来实现移动电源4级LED 电量指示。智能型移动电源一般都带有内置锂电池的4级LED电量指示，以显示移动电源剩余多少电量，本课题提出利用廉价的四运放模拟电路来实现这一功能，研究内容基于完整的移动电源进行整体硬件设计，包含移动电源内部对锂电充电电路，过压，过流，短路保护，同时需支持双路USB 5V/2A输出，以满足同时给手机及PAD充电需求。2、拟采用的研究手段先修主干课程包括：数字电路、模拟电路。查找资料：通过网络、会议、报纸、期刊、文献等途径自行查找有关带模拟电路电量指示的移动电源设计的知识，并在大量的资料中找出对本课题有用的知识，整理与总结。向他人请教：对于带模拟电路电量指示的移动电源设计的问题，可以向老师、同学或网络在线解答等途径，进一步的学习与掌握有关带模拟电路电量指示的移动电源设计的知识。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：文献综述对课题背景、充电保护电路、低压检测电路、锂电保护、短路保护、自动负载检测、系统方案等问题进行了阐述。文献综述内容较完整，思路清晰，格式较规范，对完成毕业设计有良好的促进作用。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：毕业设计将重点研究模拟电路来实现移动电源4级LED 电量指示。设计一个完整的移动电源硬件，包含移动电源内部对锂电充电电路，过压，过流，短路保护电路。该毕业设计工作具有一定的难度和深度，工作量合适。该生通过进一步的研究，能够完成毕业设计预定任务。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日