如今,能量采集技术已经可以从多种不同类型的环境能量源中收集电能,例如,太阳能、热能、振动能等。理想状态下,电子设备可以在能量采集技术的支撑下独立运行,对于迫切需要解决续航能力的物联网(IoT,Internet of Things)设备来说,能量采集技术表现出绝对的优势,有效延长了电子设备的续航时间。传统物联网设备使用锂电池作为电源,在多数应用中似乎是一个不错的选择,但电池有限的容量总是无法满足使用者对续航能力的要求,若利用能量采集技术为物联网设备中的锂电池进行补充充电,将会极大的改善续航能力。环境能源复杂多变,换能器的输出功率不稳定,因此一个完整的能量采集系统必定包含对电池进行充放电管理的电路,实现能量采集场景下锂电池充放电过程的安全可控。本文以太阳能电池作为换能器,其单片输出电压较低且存在较大范围内波动。针对实际需要设计了为锂电池充电电路提供电源轨的自适应升压变换器,将一定范围内的输入电压转换到充电电路所需的电源电压,输出电压动态跟踪锂电池的电池电压,降低充电通路上的损耗;为应对输入功率不稳定的情况,设计出多种模式协同充电的充电电路,可工作在涓流、定频恒流脉冲充电、变频恒流脉冲充电三种模式下,分别实现锂电池的预充电、输入功率充足时的快速充电和输入功率匮乏时的稳定充电,与传统恒流恒压充电方式相比,有效消除充电期间锂离子浓度极化的影响,在定频恒流脉冲充电模式下,根据锂电池状态分别采用快充电(75%占空比)和慢充电(25%占空比)两种模式,充分适应锂电池不同阶段的特性;创新性的将内阻补偿应用到脉冲充电,对充电模式切换和充电终止判断进行校准,避免电池内阻的压降导致锂电池充电时间延长,充电过程提前终止;此外,还设计了功率路径管理电路,用于配合充电电路在不同输入功率下的充电操作,在弱输入功率时引入储能电容,根据外界输入功率实时调整充电频率,使充电电路能更好的工作在能量采集场景下。本文所设计的锂电池充放电管理芯片基于0.18μm CMOS工艺,按照两阶段进行设计,第一阶段设计了自适应前级升压变换器,其输入电压范围为1.5V-2.5V,输出电压范围为3.2V-4.7V,工作在1MHz频率下,设计带载300mA;第二阶段对充电电路和功率路径管理电路进行设计,可对容量最大为300mAh的锂电池以1C速率进行充电,充电终止电压4.2V,内阻补偿模块最大可以补偿200mΩ的内阻。