Thiết kế mạch sạc pin Li-Ion trên cơ sở dòng điện tham chiếu liên tục nhằm giảm thiểu dòng đột biến và chuyển tiếp mềm chế độ sạc

Trong mạch sạc pin Li-Ion, các dòng điện/điện áp tham chiếu được mở/ngắt bởi các chuyển mạch điện tử. Chúng được sử dụng để tham chiếu cho dòng điện sạc pin trong các chế độ sạc khác nhau. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một cơ chế điều khiển và tổng hợp dòng điện tham chiếu.

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử THIẾT KẾ MẠCH SẠC PIN LI-ION TRÊN CƠ SỞ DÒNG ĐIỆN THAM CHIẾU LIÊN TỤC NHẰM GIẢM THIỂU DÒNG ĐỘT BIẾN VÀ CHUYỂN TIẾP MỀM CHẾ ĐỘ SẠC Nguyễn Văn Hào1,2*, Nguyễn Đức Minh1, Phạm Nguyễn Thanh Loan1* Tóm tắt: Trong mạch sạc pin Li-Ion, dòng điện/điện áp tham chiếu mở/ngắt chuyển mạch điện tử Chúng sử dụng để tham chiếu cho dòng điện sạc pin chế độ sạc khác Trong báo này, đề xuất chế điều khiển tổng hợp dòng điện tham chiếu Theo đó, dòng điện tham chiếu tạo liên tục suốt tiến trình sạc nhằm khắc phục ổn định nội trở pin, nhằm giảm thiểu dòng đột biến thời điểm chuyển chế độ sạc Mạch sạc thiết kế mô Cadence sử dụng công nghệ CMOS 0,35 m Các kết mô cho thấy cải thiện đáng kể vấn đề đột biến dao động dòng điện sạc Tiến trình sạc hồn thành điện áp pin dòng điện sạc đạt giá trị tương ứng 4,2 V 43 mA Hiệu cơng suất trung bình mạch sạc đề xuất đạt 92,2 % tương ứng với dải điện áp pin từ 2,9 V đến 4,2 V Từ khóa: Mạch sạc pin Li-Ion, Chuyển tiếp chế độ sạc, Mạch tổng hợp dòng điện tham chiếu ĐẶT VẤN ĐỀ Trong loại pin sạc Li-Ion (lithium ion), SLA (sealed lead acid), NiCd (nickel cadmium) NiMH (nickel-metal hydride), pin Li-Ion có nhiều ưu điểm bật mật độ lượng cao, số chu kỳ sạc/xả lớn (> 1000 chu kỳ), khơng có hiệu ứng nhớ, tốc độ tự xả thấp (2 – %/tháng), dải nhiệt độ hoạt động rộng (sạc: –20 – 60 C, xả: –40 – 65 C) dải điện áp pin đơn điển hình từ 2,5 V đến 4,2 V [1] Vì vậy, pin Li-Ion sử dụng phổ biến thiết bị điện tử di động máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại di động, camera số công cụ kĩ thuật số Tuy nhiên, pin Li-Ion bị dung lượng (giảm thời gian hoạt động), bị phá hỏng tượng nhiệt bị sạc mức tiến trình sạc Nhằm tránh vấn đề này, phương thức sạc chuẩn cho pin Li-Ion đưa đánh giá [2, 3] Nó bao gồm ba giai đoạn sạc tương ứng chế độ dòng điện nhỏ TC (constant trickle current), chế độ dòng điện lớn LC (constant large current) chế độ điện áp không đổi CV (constant voltage) Lưu đồ tiến trình sạc mơ tả hình 1, theo đó, điện áp pin VBat nhỏ giá trị điện áp chuẩn VL = 2,9 V, nội trở pin Li-Ion có giá trị lớn, pin nên sạc với dòng điện số có giá trị nhỏ chế độ sạc TC nhằm đảm bảo pin không bị phá hỏng nhiệt Ở điều kiện điện áp bình thường nội trở thấp điện áp pin VBat nằm hai giá trị điện áp chuẩn VL VH = 4,2 V, dòng điện có giá trị lớn không đổi sử dụng để sạc pin chế độ sạc LC nhằm mục đích giảm thời gian sạc Ngay thời điểm điện áp pin VBat đạt giá trị xấp xỉ điện áp chuẩn VH, pin Li-Ion chuyển sang chế độ sạc CV với điện áp khơng đổi dòng điện sạc giảm dần nhằm đảm bảo pin Li-Ion không bị sạc mức Tiến trình sạc kết thúc dòng điện sạc giảm đến giá trị thiết lập trước nằm dải từ 0,02C đến 0,07C điện áp pin đạt 4,2 V, với C dung lượng pin Li-Ion Như vậy, việc thiết kế mạch sạc có hiệu suất hoạt động tốt, điều khiển xác suốt tiến trình sạc đóng vai trò định đảm bảo độ tin cậy kéo dài tuổi thọ cho pin Li-Ion Nhìn chung, chế điều khiển dòng điện sạc pin Li-Ion dựa sở dòng điện điện áp tham chiếu tạo tương ứng với chế độ sạc tiến trình 86 N.V Hào, N.Đ Minh, P.N.T Loan, “Thiết kế mạch sạc pin Li-Ion… tiếp mềm chế độ sạc.” Nghiên cứu khoa học công nghệ sạc Trong mạch sạc thiết kế thực dựa công nghệ CMOS [4-9], dòng điện tham chiếu thực riêng biệt cho chế độ sạc, chúng mở/ngắt thông qua điều khiển chuyển mạch tương ứng Theo đó, dòng điện tham chiếu bị ngắt dòng điện tham chiếu khác mở thời điểm chuyển chế độ sạc TC-LC LC-CV Nếu có sai khác thời điểm điều khiển mở/ngắt chuyển mạch, dòng điện đột biến xuất dòng điện sạc pin ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động mạch sạc pin Nghiêm trọng điện áp pin xấp xỉ giá trị 4,2 V (tại thời điểm chuyển chế độ sạc LC-CV), giá trị điện áp pin bị giảm điện áp rơi nội trở pin Li-Ion, điều dẫn đến chế độ sạc bị chuyển đổi liên tục hai chế độ LC CV gây nên ổn định cho hoạt động mạch sạc (Hình 2) Trong nghiên cứu trước chúng tơi [9, 10], mạch so sánh có trễ áp dụng nhằm cải thiện vấn đề ổn định điện áp rơi nội trở pin nhỏ giá trị điện áp trễ thiết kế Bên cạnh đó, vấn đề khắc phục theo chế chuyển tiếp mềm khác [11-14] để trình chuyển chế độ sạc LC-CV thực tự động Trong nghiên cứu này, cấu trúc mạch điều khiển mạch tạo dòng điện tham chiếu theo chế tổng hợp dòng điện tương tự đề xuất nhằm đảm bảo rằng, dòng điện tham chiếu cho dòng điện sạc pin khơng bị ngắt suốt tiến trình sạc Nhờ vậy, thời điểm chuyển chế độ sạc, dòng điện tham chiếu cho chế độ sạc không bị ngắt mà mở thêm dòng điện tham chiếu cho chế độ sạc Điều giúp giảm thiểu dòng đột biến sai khác thời điểm điều khiển mở/ngắt chuyển mạch Hơn nữa, đề xuất này, trình chuyển chế độ sạc từ LC sang CV thực theo chế tự động nhằm khắc phục ảnh hưởng nội trở pin đến hoạt động ổn định mạch sạc pin Hình Tiến trình sạc pin Li-Ion Hình Chuyển tiếp khơng ổn định chế độ LC CV Phần lại báo tổ chức sau Mục mô tả chi tiết cấu trúc nguyên lý hoạt động mạch sạc pin Li-Ion thông qua mô đun chức năng, đó, nghiên cứu nhấn mạnh đến chế tổng hợp dòng điện tương tự nhằm tạo dòng điện tham chiếu liên tục suốt tiến trình sạc pin Trong mục 3, kết mô đánh giá nhằm kiểm chứng toàn hoạt động mạch sạc thiết kế Cuối cùng, phần kết luận báo đưa mục Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 87 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử MẠCH SẠC PIN LI-ION 2.1 Kiến trúc hệ thống Hình Kiến trúc hệ thống sạc pin Li-Ion Kiến trúc hệ thống sạc pin Li-Ion hiệu cao hình bao gồm hai khối chính: mạch biến đổi DC-DC thích ứng có điện áp VDC ln trì mức lớn 0,3 V so với điện áp pin VBat Mạch sạc pin Li-Ion thiết kế với điện áp VBat thay đổi từ 2,5 V đến 4,2 V Ngoài ra, mạch nối tiếp RESRCcell sử dụng làm mơ hình đơn giản pin Li-Ion với nội trở pin RESR thường chọn dải từ vài chục đến 150 m điện áp tụ Ccell đại diện cho điện áp hở mạch cell pin, với Ccell = 3600C tính theo đơn vị Fara [15] Trong báo này, tập trung nghiên cứu thiết kế mạch sạc pin Li-Ion với chế tổng hợp dòng điện tham chiếu nhằm cải thiện hiệu suất hoạt động cho mạch sạc pin Chi tiết mạch sạc trình bày thực phần sau 2.2 Mô tả mạch sạc pin Li-Ion Sơ đồ thiết kế mạch sạc pin Li-Ion báo minh họa hình 4, bao gồm mơ đun mạch chức sau Nguồn dòng song song: transistor công suất PMOS MP1 MP2 sử dụng nguồn dòng, chúng điều khiển để cung cấp dòng điện sạc ICh theo mục đích thiết kế chúng tơi, là, transistor MP1 sử dụng chế độ TC hai transistor MP1 MP2 sử dụng nhằm tạo dòng điện lớn chế độ LC Điều giúp tạo dòng điện sạc xác tương ứng theo chế độ sạc khác Mạch cảm biến dòng điện: mạch bao gồm transistor MS1, MS2, MS8 phần tử khuếch đại OA (operational amplifier) thực nhằm tạo dòng điện IS, chép từ dòng điện sạc ICh theo tỉ số kích thước transistor MSi MPi 1/N = (W/L)Si/(W/L)Pi Hệ số N yêu cầu có giá trị lớn nhằm giảm dòng điện IS dẫn đến giảm cơng suất tiêu thụ mạch sạc Tuy nhiên, dòng điện IS cần có giá trị đủ lớn để đảm bảo điều kiện hoạt động cho mạch điều khiển Trong thiết kế này, hệ số N khảo sát lựa chọn với giá trị 5000 Mạch điều khiển sạc: mạch thực transistor M1 – M6 phần tử khuếch đại OTA (operational transconductance amplifier) Nhờ vào đó, dòng điện IS so sánh với dòng điện tham chiếu IRef-ch để tạo tín hiệu Vg1, Vg2 Chúng sử dụng để điều khiển transistor nguồn dòng MP1, MP2 cho dòng điện sạc ICh tạo ln có giá trị (N x IRef) Như vậy, dòng điện sạc ICh ln điều khiển theo dòng điện tham chiếu IRef thay đổi tương ứng với chế độ sạc khác Ngồi ra, dòng điện IS so sánh với dòng điện tham chiếu IRef-end nhằm tạo tín hiệu kết thúc sạc Vend mức điện áp cao dòng điện IS nhỏ IRef-end 88 N.V Hào, N.Đ Minh, P.N.T Loan, “Thiết kế mạch sạc pin Li-Ion… tiếp mềm chế độ sạc.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình Mạch sạc pin Li-Ion Mạch tạo dòng điện/điện áp: sở điện áp pin VBat, mạch có chức tạo tín hiệu điều khiển logic dòng điện tham chiếu tương ứng với chế độ sạc khác Cụ thể là, tín hiệu điều khiển logic VS1, VS2 sử dụng để lựa chọn transistor nguồn dòng thơng qua điều khiển mở/ngắt cổng truyền dẫn M1M2 M3M4 Ba loại dòng điện tham chiếu IRef-ch sử dụng để tham chiếu cho dòng điện sạc ICh chế độ sạc TC, LC CV Nhằm đảm bảo điều kiện hoạt động phần tử khuếch đại mạch sạc công suất tiêu thụ thấp, điện áp lệch không nhỏ, dải điện áp rộng dải điện áp cung cấp thay đổi từ 2,8 V đến 4,5 V Trong thiết kế này, phần tử khuếch đại OA thiết kế dựa cấu trúc mạch khuếch đại điện áp hai tầng đưa [16, 17] Tương tự, sở cấu trúc mạch khuếch đại điện dẫn hai tầng [18], phần tử khuếch đại OTA thực theo cấu hình sử dụng cặp trasistor PMOS đầu vào tầng khuếch đại vi sai 2.3 Đề xuất thiết kế mạch tạo dòng điện/điện áp Mạch tạo dòng điện/điện áp bao gồm mạch tạo dòng điện tham chiếu mạch điều khiển logic Trong đó, mạch điều khiển logic khơng tạo tín hiệu lựa chọn transistor nguồn dòng mà tạo tín hiệu điều khiển sử dụng để mở/ngắt dòng điện tham chiếu tương ứng với chế độ sạc Do vậy, mạch điều khiển logic phải thiết kế dựa cấu trúc mạch tạo dòng điện tham chiếu đề xuất 2.3.1 Mạch tạo dòng điện tham chiếu Hình Mạch tạo dòng điện tham chiếu theo chế tổng hợp tương tự Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 89 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Trong mạch sạc sử dụng phương thức điều khiển logic, dòng điện tham chiếu ITC, ILC ICV mở/ngắt độc lập thông qua transistor chuyển mạch, điều gây vấn đề đề cập mục Mạch tạo dòng điện tham chiếu theo chế tổng hợp tương tự đề xuất hình Theo đó, dòng điện tham chiếu ITC mở suốt tiến trình sạc, ILC mở VLC mức điện áp cao (khi VBat VL) ICV mở tự động điện áp pin VBat VH Các dòng điện tham chiếu thành phần tổng hợp nhằm tạo dòng điện tham chiếu ICh-ref thơng qua mạch tổng hợp tương tự bao gồm transistor M15 – M22 Dòng điện tham chiếu ICh-ref tham chiếu cho dòng điện sạc xác định theo biểu thức (1) I - = (I +I )−I (1) Từ (1) cho thấy rằng, dòng điện tham chiếu ITC (ILC, ICV = 0) chế độ TC, dòng điện tham chiếu tổng ITC ILC (ICV = 0) chế độ LC chế độ CV, dòng điện tham chiếu dòng điện tổng hợp từ ITC, ILC ICV Như vậy, dòng điện tham chiếu IRef-ch tạo không bị ngắt thời điểm chuyển chế độ sạc suốt tiến trình sạc giúp cải thiện hiệu suất hoạt động cho mạch sạc pin Li-Ion Ngồi ra, mạch tạo dòng điện tham chiếu không sử dụng transistor chuyển mạch cho việc mở/ngắt dòng điện ITC ICV dẫn đến việc thực mạch điều khiển logic đơn giản 2.3.2 Mạch điều khiển logic Trên sở mạch tạo dòng điện tham chiếu đề xuất hình 5, mạch điều khiển logic thực hình 6(a) Qua đó, điện áp pin VBat ln so sánh với điện áp chuẩn VH VL để tạo tín hiệu điều khiển logic VS1, VS2 VLC Trạng thái logic tín hiệu điều khiển mơ tả rõ hình 6(b) Trong thiết kế này, nhằm đảm bảo ổn định cho tín hiệu điều khiển mơi trường nhiễu biến động nhỏ VBat, so sánh C1 C2 thiết kế sở mạch so sánh điện áp có trễ [19] với vòng điện áp trễ đạt xấp xỉ giá trị 200 mV (b) (a) Hình (a) Mạch điều khiển logic (b) Trạng thái logic tín hiệu điều khiển MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Q trình mơ mạch sạc thiết kế thực Cadence 5.10.41 Trong mô này, điện áp cung cấp VDC thực phần tử nguồn áp điều khiển điện áp Với mục đích giảm thời gian thực mô đảm bảo kết đánh giá cho đề xuất cải thiện mạch sạc thể rõ ràng, pin Li-Ion có dung lượng 2000 mAh mơ hình hóa mạch nối tiếp RC với giá trị tương ứng 100 m 2000 mF, điều kiện đầu điện áp pin VBat thiết lập mức điện áp 2,5 V Kết mơ dòng điện tham chiếu thể rõ hình Dòng điện IRef-ch tham chiếu cho dòng điện sạc tổng hợp xác từ dòng điện tham chiếu thành phần ITC, ILC ICV Điều khẳng định rằng, dòng điện IRef-ch tạo cách liên tục không bị ngắt thời điểm chuyển chế độ sạc Trong hình 8, 90 N.V Hào, N.Đ Minh, P.N.T Loan, “Thiết kế mạch sạc pin Li-Ion… tiếp mềm chế độ sạc.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ dòng điện cảm biến IS ln có giá trị tỉ lệ với dòng điện sạc ICh theo tỉ số thiết kế suốt tiến trình sạc Từ kết mơ dòng điện IRef-ch, IS ICh hình cho thấy, vấn đề dòng điện đột biến thời điểm chuyển chế độ sạc giảm thiểu Hình Kết mơ dòng điện tham chiếu Hình Kết mơ dòng điện sạc ICh dòng điện cảm biến IS Hình biểu diễn kết mơ dòng điện điện áp đầu mạch sạc Trong đó, VBat sạc từ 2,5 V đến 4,2 V, có nghĩa pin sạc đầy dung lượng Quá trình chuyển đổi chế độ sạc từ TC sang LC từ LC sang CV xảy thời điểm VBat đạt giá trị xấp xỉ 2,89 V 4,2 V Dòng điện sạc ICh đạt giá trị tương ứng 209 mA chế độ TC, 1000 mA chế độ LC giảm dần từ 1000 mA đến 43 mA chế độ CV Quan trọng thời điểm chuyển chế độ sạc từ LC sang CV, dòng điện sạc ICh điện áp pin VBat không xảy tượng thăng giáng Điều cho thấy ảnh hưởng nội trở pin đến hoạt động ổn định mạch sạc cải thiện chế chuyển tiếp tự động hai chế độ sạc LC CV Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 91 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Hình Kết mơ dòng điện điện áp đầu mạch sạc Hiệu công suất mạch sạc hình 10 với dải điện áp pin từ 2,9 V đến 4,2 V đạt mức giá trị cao 93,3 %, hiệu trung bình đạt 92,2 % Cuối cùng, kết đạt mạch sạc thiết kế liệt kê so sánh với số thiết kế mạch sạc điển hình bảng Hình 10 Hiệu công suất mạch sạc với VBat = 2,9  4,2 V Bảng Bảng so sánh Thiết kế Tham số [4] [5] [6] [8] đề xuất TSMC TSMC TSMC CMOS BCD Thư viện cơng nghệ 0,18 µm 0,35 µm 0,35 m 0,35 m 0,35 m Điện áp cung cấp Chuyển tiếp mềm chế độ sạc Hiệu cơng suất trung bình 5,0 V 2,3 – 4,5 V 5,0 V 4,8 – 5,0 V 2,8 – 4,5 V - - - X X 67,89 % 91,2 % 67,4 % 79 % 92,2 % (Chế độ LC) 92 N.V Hào, N.Đ Minh, P.N.T Loan, “Thiết kế mạch sạc pin Li-Ion… tiếp mềm chế độ sạc.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Dòng điện sạc ITC 325 mA 300 mA 304 mA 74 mA 209 mA Dòng điện sạc ILC 710 mA 698 mA 711 mA 450 mA 1000 mA Điện áp đầu VBat 2,5 – 4,2 V 2,0 – 4,2 V 2,0 – 4,2 V NA – 4,2 V 2,5 – 4,2 V KẾT LUẬN Trong báo này, mạch sạc pin Li-Ion thiết kế sử dụng thư viện công nghệ BCD 0,35 m Mạch sạc hoạt động với dải điện áp cung cấp từ 2,8 V đến 4,5 V, dải điện áp đầu từ 2,5 V đến 4,2 V Các giá trị dòng điện sạc tạo chế độ sạc TC, LC CV hoàn toàn phù hợp để sạc pin Li-Ion Hơn nữa, với đề xuất chế mạch tổng hợp tương tự nhằm tạo dòng điện tham chiếu khơng ngắt tiến trình sạc khơng giúp giảm thiểu dòng điện đột biến thời điểm chuyển chế độ sạc, mà giúp khắc phục ảnh hưởng nội trở pin đến hoạt động ổn định mạch sạc pin Li-Ion Điều dẫn đến nâng cao hiệu suất hoạt động cho mạch sạc pin Li-Ion TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Linden, T B Reddy, “Handbook of batteries,” New York: McGraw-Hill (2002), ch 35 [2] S Dearborn, “Charging li-ion batteries for maximum run times,” Power Electron Technol Mag., (2005), pp 40-49 [3] A A Hussein, I Batarseh, “A review of charging algorithms for nickel and lithium battery chargers,” IEEE Trans Veh Technol., Vol 60, No (2011), pp 830-838 [4] Y S Hwang, S C Wang, F C Yang, J J Chen, “New compact CMOS li-ion battery charger using charge-pump technique for portable applications,” IEEE Trans Circuits Syst I, Reg Papers, Vol 54, No (2007), pp 705-712 [5] J J Chen, F C Yang, C C Lai, Y S Hwang, R G Lee, “A high-efficiency multimode li-ion battery charger with variable current source and controlling previous-stage supply voltage,” IEEE Trans Ind Electron., Vol 56, No (2009), pp 2469-2478 [6] C C Tsai, “A reduced li-ion battery charger for portable applications,” Ninth Int Conf Natural Computation, (2013), pp 1718-1722 [7] H Y Yang, T H Wu, J J Chen, Y S Hwang, C C Yu, “An omnipotent li-ion battery charger with multimode controlled techniques,” IEEE 10th International Conf Power Electron and Drive Syst., (2013), pp 531-534 [8] P H V Quang, T Tien Ha, J W Lee, “A fully integrated multimode wireless power charger IC with adaptive supply control and built-in resistance compensation,” IEEE Trans Ind Electron., Vol 62, No (2015), pp 1251-1261 [9] H Nguyen-Van, D Nguyen, T Nguyen, M Nguyen and L Pham-Nguyen, “A li-ion battery charger with stable charging mode controller in noise environments,” Int Conf Advanced Technologies for Communications, (2015), pp 270-274 [10] H Nguyen-Van, T Nguyen, V Quan, M Nguyen and L Pham-Nguyen, “A topology of charging mode control circuit suitable for long-life li-ion battery charger,” IEEE Sixth Int Conf Communications and Electronics, (2016), pp 167-171 [11] M Chen, G A Rincón-Mora, “Accurate, compact, and power-efficient li-ion battery charger circuit,” IEEE Trans Circuits Syst II, Exp Briefs, Vol 53, No 11 (2006), pp 1180-1184 [12] C H Lin, C Y Hsieh, K H Chen, “A li-ion battery charger with smooth control circuit and built-in resistance compensator for achieving stable and fast charging,” IEEE Trans Circuits Syst I, Reg Papers, Vol 57, No (2010), pp 506–517 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 93 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử [13] R Pagano, M Baker, R E Radke, “A 0.18-m monolithic li-ion battery charger for wireless devices based on partial current sensing and adaptive reference voltage,” J Solid-State Circuits, Vol 47, No (2012), pp 1355-1368 [14] S H Yang, J W Liu, C C Wang, “A single-chip 60-v bulk charger for series li-ion batteries with smooth charge-mode transition,” IEEE Trans Circuits Syst I, Reg Papers, Vol 59, No (2012), pp 1588-1597 [15] S Gold, “A PSPICE macromodel for lithium-ion batteries,”The Twelfth Annual Battery Conf Applications and Advances, (1997), pp 215-222 [16] P E Allen, D R Holberg, “CMOS analog circuit design,” New York: Oxford Univ Press (2002), ch [17] J Mahattanakul, J Chutichatuporn, “Design procedure for two-stage CMOS opamp with flexible noise-power balancing scheme,” IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Reg Papers, Vol 52, No (2005), pp 1508-1514 [18] R J Baker, “CMOS: Circuit design, layout, and simulation,” New Jersey: Wiley, IEEE Press (2010), ch 24 [19] R Gregorian, “Introduction to CMOS op-amps and comparators,” New York: Wiley (1999), Chapter ABSTRACT A LI-ION BATTERY CHARGER DESIGN BASED ON AN UNINTERRUPTED REFERENCE CURRENT FOR CANCELLING SPIKE CURRENT AND SMOOTHING CHARGE-MODE TRANSITION In charging circuit for Li-Ion battery, the reference current/voltage, which are used as references for charging current in different charging modes, are turned on/off by electronic switches In this paper, a mechanism of control and combination for the reference current is proposed In this approach, the reference current is generated uninterruptedly throughout the charging process to overcome instability caused by internal resistance of the battery as well as to minimize the spike current at the time of changing the charging mode The battery charger was designed and simulated by Cadence using 0.35 m CMOS technology The simulation results show a significant improvement regarding abrupt change and fluctuation of the charging current The charging process is completed as soon as the battery voltage and charging current reach the values of 4.2 V and 43 mA, respectively The average power efficiency of the proposed charging circuit is 92.2 % corresponding to the battery voltage range of 2.9 V to 4.2 V Keywords: Li-Ion battery charger, Charge-mode transition, Reference current combination circuit Nhận ngày 10 tháng 07 năm 2017 Hoàn thiện ngày 18 tháng 08 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 10 năm 2017 Địa chỉ: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Số Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội; Trường Đại học Quy Nhơn, 170 An Dương Vương, Quy Nhơn, Bình Định * Email: nvhao@ftt.edu.vn; loan.phamnguyenthanh@hust.edu.vn 94 N.V Hào, N.Đ Minh, P.N.T Loan, “Thiết kế mạch sạc pin Li-Ion… tiếp mềm chế độ sạc.” ... điểm chuyển chế độ sạc, dòng điện tham chiếu cho chế độ sạc không bị ngắt mà mở thêm dòng điện tham chiếu cho chế độ sạc Điều giúp giảm thiểu dòng đột biến sai khác thời điểm điều khiển mở/ngắt chuyển. .. cứu thiết kế mạch sạc pin Li-Ion với chế tổng hợp dòng điện tham chiếu nhằm cải thiện hiệu suất hoạt động cho mạch sạc pin Chi tiết mạch sạc trình bày thực phần sau 2.2 Mô tả mạch sạc pin Li-Ion. .. rằng, dòng điện tham chiếu ITC (ILC, ICV = 0) chế độ TC, dòng điện tham chiếu tổng ITC ILC (ICV = 0) chế độ LC chế độ CV, dòng điện tham chiếu dòng điện tổng hợp từ ITC, ILC ICV Như vậy, dòng điện