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超低压电源供电的便携式电子产品电源管理系统的设计和研究

陆佳颖  
【摘要】: 当前,能源短缺使得节能和新能源的研究受到越来越多的关注,而便携式电子产品的的发展及其功能的不断提升更对电源技术提出新的挑战,包括更低的电压和功耗水平,以及便于补充能量等,这就使太阳能电池和微型燃料电池等新能源进入人们的视野。为促进它们在便携电子产品的应用,超低电压启动及驱动等问题成为亟待解决的技术关键。 基于上述背景,本文提出一种适用于超低压电源便携式电子产品的电源管理系统。该系统以太阳能电池或者微型燃料电池等超低压电压源作为输入,把输入的不稳定的低压转化成合适的稳定电平,给便携式产品的充电器提供电源,对便携式产品的锂电池进行充电。在有电网覆盖的地方,系统又可以作为一个通用的充电器,以USB接口等外部稳压电压源对便携式产品的锂电池进行充电。 所提出的系统主要由两部分组成,第一部分是能够把太阳能电池或者燃料电池等提供的较低且不稳定的输入电压,转化成稳定输出的超低压Boost转换器;第二个是为便携式产品的电池充电的锂电池充电管理器。两个子系统既可以组合起来构成一个完整的多功能便携式产品充电管理系统,也可以分别单独应用。 论文首先针对低压输入的条件,提出了一个分阶段双端切换供电的低压Boost系统方案。与常规Boost系统相比,本文提出的系统增加了低压启动模块,实现了低输入电压时系统的正常启动。在控制策略上,系统采用了峰值电流的控制方式,并进行了环路补偿,实现了快速响应和高精度控制。然后,论文给出了一个线性锂电池充电控制器的设计。此控制器可以以Boost电路的输出作为输入,构成低压充电管理系统;也可兼容USB等直流电压源作为输入。该控制器具有应用电路简单,具备过温、过流保护功能,充电时间和充电电流可编程等特点。 本文设计的低压Boost控制器在TSMC 0.35μm工艺下进行了设计和仿真;锂电池线性充电控制器则在1.5μm BCD工艺下进行了系统仿真和流片,仿真和测试的结果验证了系统的设想,系统能够在超低压的条件下启动并正常工作,系统自身的充电器能够充电过程的精确控制和对电池的保护。


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