Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp cải thiện hiệu năng của mạch sạc pin Li-Ion hoạt động với dải điện áp cung cấp thay đổi thích ứng. Đề xuất giải pháp thiết kế mạch biến đổi DC-DC kiểu giảm áp cho mạch sạc hiệu năng cao. Cấu trúc mạch DC-DC kiểu giảm áp đảm bảo cho hệ thống mạch sạc pin Li-Ion đạt hiệu suất cao và cải thiện được kích thước mạch thiết kế.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN HÀO GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠCH SẠC PIN LI-ION SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CMOS LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN HÀO GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠCH SẠC PIN LI-ION SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CMOS Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 9520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM NGUYỄN THANH LOAN PGS TS NGUYỄN ĐỨC MINH Hà Nội – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án kết nghiên cứu thân suốt thời gian làm nghiên cứu sinh chưa xuất công bố tác giả khác Các kết nghiên cứu luận án xác trung thực Tập thể hướng dẫn TS Phạm Nguyễn Thanh Loan PGS.TS Nguyễn Đức Minh Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Nguyễn Văn Hào ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc kính trọng đến tập thể hướng dẫn TS Phạm Nguyễn Thanh Loan PGS.TS Nguyễn Đức Minh hướng dẫn định hướng khoa học cho tơi suốt khóa học Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Quang Tuấn thành viên BKIC Lab hỗ trợ thực số công việc thiết kế luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo, quý thầy cô cán Bộ môn Điện tử Kỹ thuật máy tính, Viện Điện tử - Viễn thông Viện Đào tạo Sau Đại học tạo điều kiện thuận lợi nơi học tập, nghiên cứu, thủ tục hành góp ý chun mơn cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tác giả trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Quy Nhơn, Ban Lãnh đạo đồng nghiệp Khoa Kỹ thuật & Công nghệ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả tập trung nghiên cứu thời gian qua Xin chân thành cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, động viên đồng nghiệp, nhóm Nghiên cứu sinh – Viện Điện tử Viễn thông dành cho Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thành viên gia đình tơi Những người động viên tinh thần giúp đỡ suốt thời gian vừa qua Đây động lực lớn giúp tơi vượt qua khó khăn hoàn thành kết luận án Tác giả luận án Nguyễn Văn Hào iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VI DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .VIII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ X DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU XIII MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu Các kết đạt luận án Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠCH SẠC PIN LI-ION 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Sơ lược pin sạc Li-Ion 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng pin Li-Ion 10 1.2.2.1 Ảnh hưởng điều kiện nhiệt độ mức 10 1.2.2.2 Ảnh hưởng hoạt động sạc/xả mức 11 1.2.2.3 Ảnh hưởng tốc độ sạc/xả nhanh 12 1.2.3 Mơ hình hoạt động pin Li-Ion 12 1.2.3.1 Mơ hình mạch tương đương 13 1.2.3.2 Mơ hình mạch dựa thời gian chạy 15 1.3 Phương thức sạc pin Li-Ion 17 1.3.1 Phương thức sạc dòng điện không đổi-điện áp không đổi 17 1.3.2 Phương thức sạc Boostcharging 18 1.3.3 Phương thức sạc dịng điện khơng đổi nhiều pha 19 1.3.4 Phương thức sạc xung 19 iv 1.3.5 Đánh giá phương thức sạc 20 1.4 Cấu trúc thiết kế mạch sạc pin Li-Ion 22 1.4.1 Mạch sạc kiểu tuyến tính 22 1.4.1.1 Cấu trúc ổn định kiểu tuyển tính 22 1.4.1.2 Nguyên lý mạch sạc kiểu tuyến tính 23 1.4.2 Mạch sạc kiểu chuyển mạch 24 1.4.2.1 Cấu trúc ổn định kiểu chuyển mạch 24 1.4.2.2 Nguyên lý mạch sạc kiểu chuyển mạch 30 1.5 Các mạch chức sử dụng thiết kế mạch sạc 31 1.5.1 Mạch gương dòng điện 31 1.5.2 Mạch khuếch đại thuật toán 34 1.5.3 Mạch so sánh điện áp 37 1.6 Kết luận chương 40 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG CỦA MẠCH SẠC PIN LI-ION 41 2.1 Giới thiệu chương 41 2.2 Sơ đồ khối chức 41 2.3 Thiết kế hệ thống 43 2.3.1 Nguồn dòng song song mạch cảm biến dòng điện 43 2.3.1.1 Giải pháp thiết kế nguồn dòng song song 43 2.3.1.2 Mạch cảm biến dòng điện 45 2.3.2 Giải pháp thiết kế mạch điều khiển dòng điện sạc 46 2.3.3 Giải pháp thiết kế mạch tạo dòng điện/điện áp 48 2.3.3.1 Mạch tạo dòng điện tham chiếu 48 2.3.3.2 Mạch tạo điện áp điều khiển 53 2.4 Lựa chọn thiết kế phần tử chức 56 2.4.1 Mạch khuếch đại thuật toán OA 56 2.4.2 Mạch khuếch đại truyền dẫn OTA 58 2.4.3 Mạch so sánh điện áp có trễ 60 2.4.4 Mạch cổng logic 62 2.5 Kết mô thảo luận 63 v 2.5.1 Thiết lập mơ hình mạch mơ 63 2.5.2 Kết thảo luận 65 2.6 Kết luận chương 69 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẠCH BIẾN ĐỔI DC-DC KIỂU GIẢM ÁP CHO MẠCH SẠC HIỆU NĂNG CAO 71 3.1 Giới thiệu chương 71 3.2 Giải pháp thiết kế hệ thống mạch sạc hiệu cao 71 3.3 Thiết kế mạch biến đổi DC-DC áp dụng cho mạch sạc pin Li-Ion 72 3.3.1 Mạch biến đổi DC-DC với tải mạch sạc 72 3.3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 73 3.3.2.1 Mạch công suất 73 3.3.2.2 Mạch điều chế độ rộng xung PWM 76 3.3.2.3 Mạch bù tần số 79 3.3.2.4 Mạch điều khiển chuyển mạch 83 3.3.2.5 Mạch tạo xung cưa 85 3.3.2.6 Mạch dịch mức điện áp tham chiếu 88 3.4 Tính ổn định hệ thống 89 3.5 Kết mô thảo luận 94 3.5.1 Thiết lập mơ hình mạch mơ 94 3.5.2 Kết thảo luận 95 3.6 Đánh giá kết đạt 98 3.7 Kết luận chương 99 KẾT LUẬN 101 Nội dung kết đạt luận án 101 Đóng góp khoa học luận án 102 Hướng phát triển luận án 102 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt BC Boostcharging Boostcharging BCD Bipolar-CMOS-DMOS Thư viện công nghệ BCD BW Bandwidth Độ rộng băng tần C Capacity of the Battery Dung lượng pin CC-CV Constant Current-Constant Voltage Dòng điện không đổi-Điện áp không đổi CCM Continuous Conduction Mode Chế độ dẫn dòng liên tục CM Charge Mode Chế độ sạc CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor Công nghệ CMOS CV Constant Voltage Điện áp không đổi D Duty Cycle Hệ số hoạt động DC Direct Current Dòng điện chiều DC-DC Direct Current-Direct Curent Mạch DC-DC DCM Discontinuous Conduction Mode Chế độ dẫn dịng khơng liên tục EC Ethylene Carbonate Etylen cacbonat EIS Electrochemical Impedance Spectroscopy Phổ tổng trở điện hóa EOC End of Charge Kết thúc sạc FCDM Full Charge Detect Mode Chế độ phát sạc đầy GM Gain Margin Dự trữ biên độ IC Integrated Circuit Mạch tích hợp LA Lead-Acid Chì-Axít LC Large Current Dịng điện lớn LDO Low Drop-Out Cấu trúc LDO Li-Ion Lithium-Ion Lithi-Ion LR Linear Regulator Bộ ổn định kiểu tuyến tính MSCC Multistage Constant Current Dịng điện khơng đổi nhiều pha vii Ký hiệu Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt NiCd Nickel-Cadmium Niken-Catmi NiMH Nickel-Metal-Hydride Niken-Kim loại-hyđrua OA Operational Amplifier Khuếch đại thuật toán OTA Operational Transconductance Amplifier Khuếch đại truyền dẫn OTA PC Pulse Charging Sạc xung PCB Printed Circuit Board Bản mạch in PE Polyethylene Polyetylen PM Phase Margin Dự trữ pha PP Polypropylene Polypropylen PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung SEI Solid-Electrode-Interphase Lớp phân ly SEI SM Search Mode Chế độ tìm kiếm SMPS Switching Mode Power Supply Nguồn cung cấp kiểu chuyển mạch SOC State of Charge Trạng thái sạc SWR Switching Regulator Bộ ổn định kiểu chuyển mạch TC Trickle Current Dòng điện nhỏ UBW Unity-Gain Bandwidth Độ rộng băng tần khuếch đại đơn vị VCVS Voltage-Controlled Voltage Source Nguồn áp điều khiển điện áp viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Mobility of charge Độ linh động hạt dẫn điện Power efficiency Hiệu suất công suất Channel length modulation parameter Tham số điều chế chiều dài kênh dẫn CBatt Điện dung đặc trưng cho phần tử pin Cg Gate capacitance Điện dung cực cửa gm Transconductance parameter Tham số truyền đạt MOS ICh Charging current Dòng điện sạc pin ICV Dòng điện tham chiếu chế độ sạc CV ID Drain current Dòng điện cực máng ILC Dòng điện tham chiếu chế độ sạc LC IO Oput current Dòng điện đầu IRef Reference current Dòng điện tham chiếu IS Sensing current Dòng điện cảm biến ITC Dòng điện tham chiếu chế độ sạc TC L Channel length Chiều dài kênh dẫn MOS PI Input power Công suất đầu vào PLs Power losses Công suất tổn hao PO Output power Công suất đầu RDS Drain-Source resistance Điện trở cực máng cực nguồn Rg Gate resistance Điện trở cực cửa RS Series resistance Điện trở nối tiếp (nội trở pin) RTrans Điện trở đặc trưng cho hoạt động đáp ứng tức thời pin Li-ion TLi Loop gain Hàm khuếch đại vòng Ti Transfer function Hàm truyền đạt VARV Adaptive reference voltage Điện áp tham chiếu thích ứng VBatt Battery voltage Điện áp pin 103 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [HN1] Hao Nguyen-Van, Cuong Dao, Long Nguyen, Minh nguyen, Loan PhamNguyen (2014), "A Fast and Long-Life Li-Ion Battery Charger with Decoupled Current Source," International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification (ICDV), pp 123-128 [HN2] Hao Nguyen-Van, Dat Nguyen, Minh Nguyen, Thang Nguyen, Loan PhamNguyen (2015), "A Li-Ion Battery Charger with Stable Charging Mode Controller in Noise Environments," International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), pp 270-274 [HN3] Hao Nguyen-Van, Thang Nguyen, Vu Quan, Minh Nguyen, Loan PhamNguyen (2016), "A Topology of Charging Mode Control Circuit Suitable for Long-Life Li-Ion Battery Charger," International Conference on Communications and Electronics (ICCE), pp 167-171 [TC1] Hao Nguyen-Van, Minh Nguyen, Loan Pham-Nguyen (2017), "A New Topology of Parallel Current Source Applied for Li-Ion Battery Charger," Journal of Science & Technology, No 120, pp 078-084 [HN4] Hao Nguyen-Van, Minh nguyen, Loan Pham-Nguyen (2017), "An Adaptive DC-DC Converter for Loading Circuit of Li-Ion Battery Charger," International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification (ICDV), pp 100-103 [TC2] Nguyễn Văn Hào, Nguyễn Đức Minh, Phạm Nguyễn Thanh Loan (2017), "Thiết Kế Mạch Sạc Pin Li-Ion Trên Cơ Sở Dòng Điện Tham Chiếu Liên Tục Nhằm Giảm Thiểu Dòng Đột Biến Chuyển Tiếp Mềm Chế Độ Sạc," Tạp Chí Nghiên Cứu Khoa Học Cơng Nghệ Qn Sự, Số 51, Trang 86-94 [TC3] Nguyen Van Hao, Nguyen Duc Minh, Pham Nguyen Thanh Loan (2018), "An Adaptive and Wide-Range Output DC-DC Converter for Loading Circuit of Li-Ion Battery Charger," VNU Journal of Science: Comp Science & Com Eng, Vol 34, No 1, pp 10-18 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] T Reddy (2010), "Linden's Handbook of Batteries, 4th Edition", McGrawHill Education Christophe Pillot (2015), "The rechargeable battery market and main trends 2014–2025", 31st International Battery Seminar & Exhibit Christophe Pillot (2012), "The worldwide battery market 2011-2025", Avicenne Energy, Nice, France MA Danzer, V Liebau, and F Maglia (2015), "Aging of lithium-ion batteries for electric vehicles", Advances in Battery Technologies for Electric Vehicles, Elsevier, pp 359-387 Chao Wu, Chunbo Zhu, et al (2015), "A review on fault mechanism and diagnosis approach for Li-ion batteries", Journal of Nanomaterials, vol 2015, p Shen Weixiang, Vo Thanh Tu, and A Kapoor (2012), "Charging algorithms of lithium-ion batteries: An overview", 2012 7th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), pp 1567-1572 Elie Ayoub and Nabil Karami (2015), "Review on the charging techniques of a li-ion battery", Technological Advances in Electrical, Electronics and Computer Engineering (TAEECE), 2015 Third International Conference on, IEEE, pp 50-55 Jiann-Jong Chen, Fong-Cheng Yang, et al (2009), "A high-efficiency multimode Li–ion battery charger with variable current source and controlling previous-stage supply voltage", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 56(7), pp 2469-2478 Min Chen and Gabriel A Rincón-Mora (2006), "Accurate, compact, and power-efficient Li-ion battery charger circuit", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol 53(11), pp 1180-1184 Lin Chia-Hsiang, Chen Chi-Lin, et al (2008), "Fast charging technique for Li-Ion battery charger", 2008 15th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, pp 618-621 Bruno Do Valle, Christian T Wentz, and Rahul Sarpeshkar (2011), "An area and power-efficient analog Li-ion battery charger circuit", IEEE transactions on biomedical circuits and systems, vol 5(2), pp 131-137 Yuh-Shyan Hwang, Shu-Chen Wang, et al (2007), "New compact CMOS Liion battery charger using charge-pump technique for portable applications", IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol 54(4), pp 705-712 Chia-Hsiang Lin, Chun-Yu Hsieh, and Ke-Horng Chen (2010), "A Li-ion battery charger with smooth control circuit and built-in resistance compensator for achieving stable and fast charging", IEEE Transactions on Circuits and Systems I-Regular Papers, vol 57(2), pp 506-517 Chia-Hsiang Lin, Hong-Wei Huang, and Ke-Horng Chen (2008), "Built-in 105 [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] resistance compensation (BRC) technique for fast charging Li-Ion battery charger", Custom Integrated Circuits Conference, 2008 CICC 2008 IEEE, IEEE, pp 33-36 K B Omar, N Soin, et al (2010), "A new charger system approach: The current and voltage control loops", 2010 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics (ICSE2010), pp 165-170 Yueming Sun, Xiaobo Wu, and Menglian Zhao (2009), "Li-Ion battery charger with smooth-switch-over four-stage control", Proceedings of the 2009 12th International Symposium on Integrated Circuits, IEEE, pp 49-52 Chia-Chun Tsai, Chin-Yen Lin, et al (2009), "The design of a Li-Ion battery charger based on multimode LDO Technology", Journal of Circuits, Systems, and Computers, vol 18(05), pp 947-963 Chia-Chun Tsai, Chin-Yen Lin, et al (2004), "A multi-mode LDO-based Liion battery charger in 0.35um CMOS technology", Circuits and Systems, 2004 Proceedings The 2004 IEEE Asia-Pacific Conference on, IEEE, pp 49-52 Fong-Cheng Yang, Chih-Chiang Chen, et al (2006), "Hysteresis-currentcontrolled buck converter suitable for Li-ion battery charger", Communications, Circuits and Systems Proceedings, 2006 International Conference on, IEEE, pp 2723-2726 Shang-Hsien Yang, Jen-Wei Liu, et al (2011), "A high voltage battery charger with smooth charge mode transition in BCD process", Circuits and Systems (ISCAS), 2011 IEEE International Symposium on, IEEE, pp 813816 Rosario Pagano, Michael Baker, and Russell E Radke (2012), "A 0.18-um Monolithic Li-Ion Battery Charger for Wireless Devices Based on Partial Current Sensing and Adaptive Reference Voltage", IEEE Journal of SolidState Circuits, vol 47(6), pp 1355-1368 R Peng, Y Su, et al (2012), "Robust switch-mode charger with bootstrap detector (BSD) and soft-start embedded in type III compensation (SSEC) technique", 2012 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp 1164-1167 Tsu-Wei Tsai, Ruei-Hong Peng, et al (2012), "Automatic power monitor (APM) in switching charger with smooth transition loop selector (STLS) for high-energy throughput system", Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012 IEEE, IEEE, pp 3182-3186 Shang-Hsien Yang, Jen-Wei Liu, and Chua-Chin Wang (2012), "A singlechip 60-V bulk charger for series Li-ion batteries with smooth charge-mode transition", IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol 59(7), pp 1588-1597 Judy Amanor-Boadu, Mohamed A Abouzied, et al (2014), "A switched mode Li-ion battery charger with multiple energy harvesting systems simultaneously used as input sources", Circuits and Systems (MWSCAS), 2014 IEEE 57th International Midwest Symposium on, IEEE, pp 330-333 106 [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] Jader A De Lima (2014), "A compact and power-efficient CMOS battery charger for implantable devices", Integrated Circuits and Systems Design (SBCCI), 2014 27th Symposium on, IEEE, pp 1-6 Thanh Tien Ha, Do-Young Chung, et al (2014), "A buck DC-DC converter using automatic PFM/PWM mode change for high-efficiency Li-Ion battery charger", SoC Design Conference (ISOCC), 2014 International, IEEE, pp 238-239 Tzu-Chi Huang, Ruei-Hong Peng, et al (2014), "Fast charging and high efficiency switching-based charger with continuous built-in resistance detection and automatic energy deliver control for portable electronics", IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol 49(7), pp 1580-1594 Hieu M Nguyen, Lam D Pham, and Trang Hoang (2016), "A novel Li-ion battery charger using multi-mode LDO configuration based on 350 nm HVCMOS", Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol 88(3), pp 505-516 Ruei-Hong Peng, Tsu-Wei Tsai, et al (2013), "Switching-based charger with continuously built-in resistor detector (CBIRD) and analog multiplicationdivision unit (AMDU) for fast charging in Li-ion battery", ESSCIRC (ESSCIRC), 2013 Proceedings of the, IEEE, pp 157-160 C Tsai (2013), "A reduced Li-Ion battery charger for portable applications", 2013 Ninth International Conference on Natural Computation (ICNC), pp 1718-1722 Phu Ho Van Quang, Thanh Tien Ha, and Jong-Wook Lee (2015), "A Fully Integrated Multimode Wireless Power Charger IC With Adaptive Supply Control and Built-In Resistance Compensation", IEEE Trans Industrial Electronics, vol 62(2), pp 1251-1261 Hong-Yi Yang, Tse-Hsu Wu, et al (2013), "An omnipotent Li-ion battery charger with multimode controlled techniques", Power Electronics and Drive Systems (PEDS), 2013 IEEE 10th International Conference on, IEEE, pp 531-534 Young-Ho Jung, Jae-Hyung Jung, et al (2018), "A Fast and Highly-Accurate Battery Charger With Accurate Built-In Resistance Detection", IEEE Transactions on Power Electronics Edward KF Lee (2018), "A Power Efficient LDO-Type Wireless Battery Charger for Biomedical Implants Based on Direct Charging from Regulated Rectifier Current", Circuits and Systems (ISCAS), 2018 IEEE International Symposium on, IEEE, pp 1-4 Pang-Jung Liu and Lin-Hao Chien (2018), "A High-Efficiency Integrated Multimode Battery Charger With an Adaptive Supply Voltage Control Scheme", IEEE Transactions on Power Electronics, vol 33(8), pp 68696876 Pang-Jung Liu and Chia-Hung Yen (2017), "A fast-charging switching-based charger with adaptive hybrid duty cycle control for multiple batteries", IEEE Transactions on Power Electronics, vol 32(3), pp 1975-1983 107 [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] Kyoohyun Noh, Minglei Zhang, and Edgar Sánchez-Sinencio (2018), "A Unified Amplifier-Based CC-CV Linear Charger for Energy-Constrained Low-Power Applications", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs Jian-Fu Wu, Chia-Ling Wei, and Ying-Zong Juang (2018), "A Monolithic High-Voltage Li-Ion Battery Charger With Sharp Mode Transition and Partial Current Control Technique", IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers A.S Hameed (2016), "Phosphate Based Cathodes and Reduced Graphene Oxide Composite Anodes for Energy Storage Applications", Springer Singapore I Buchmann (2001), "Batteries in a Portable World Cadex Electronics", Inc J.T Warner (2015), "The Handbook of Lithium-ion Battery Pack Design: Chemistry, Components, Types and Terminology", Elsevier Diego Lisbona and Timothy Snee (2011), "A review of hazards associated with primary lithium and lithium-ion batteries", Process Safety and Environmental Protection, vol 89(6), pp 434-442 PG Balakrishnan, R Ramesh, and T Prem Kumar (2006), "Safety mechanisms in lithium-ion batteries", Journal of Power Sources, vol 155(2), pp 401-414 J Vetter, Petr Novak, et al (2005), "Ageing mechanisms in lithium-ion batteries", Journal of Power Sources, vol 147(1-2), pp 269-281 Christian Schlasza, Peter Ostertag, et al (2014), "Review on the aging mechanisms in Li-ion batteries for electric vehicles based on the FMEA method", Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2014 IEEE, IEEE, pp 1-6 B Haran, R White, and BN Popov (2002), "Capacity fade of Sony 18650 cells cycled at elevated temperatures Part II Capacity fade analysis", J Power Sources, vol 112, pp 614-620 DP Abraham, EM Reynolds, et al (2006), "Temperature dependence of capacity and impedance data from fresh and aged high-power lithium-ion cells", Journal of the Electrochemical Society, vol 153(8), pp A1610A1616 Thomas Waldmann, Marcel Wilka, et al (2014), "Temperature dependent ageing mechanisms in Lithium-ion batteries–A Post-Mortem study", Journal of Power Sources, vol 262, pp 129-135 How to Prolong Lithium-based Batteries, [Online] Available: https://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_b atteries Todd M Bandhauer, Srinivas Garimella, and Thomas F Fuller (2011), "A critical review of thermal issues in lithium-ion batteries", Journal of the Electrochemical Society, vol 158(3), pp R1-R25 H-P Lin, D Chua, et al (2001), "Low-temperature behavior of Li-ion cells", Electrochemical and Solid-State Letters, vol 4(6), pp A71-A73 108 [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] A Senyshyn, MJ Mühlbauer, et al (2015), "Low-temperature performance of Li-ion batteries: The behavior of lithiated graphite", Journal of Power Sources, vol 282, pp 235-240 D Belov and Mo-Hua Yang (2008), "Failure mechanism of Li-ion battery at overcharge conditions", Journal of Solid State Electrochemistry, vol 12(78), pp 885-894 Dmitry Belov and Mo-Hua Yang (2008), "Investigation of the kinetic mechanism in overcharge process for Li-ion battery", Solid State Ionics, vol 179(27-32), pp 1816-1821 Hossein Maleki and Jason N Howard (2006), "Effects of overdischarge on performance and thermal stability of a Li-ion cell", Journal of Power Sources, vol 160(2), pp 1395-1402 Rui Guo, Languang Lu, et al (2016), "Mechanism of the entire overdischarge process and overdischarge-induced internal short circuit in lithium-ion batteries", Scientific reports, vol 6, p 30248 Nalin A Chaturvedi, Reinhardt Klein, et al (2010), "Algorithms for advanced battery-management systems", IEEE Control Systems, vol 30(3), pp 49-68 Dennis W Dees, Vincent S Battaglia, and André Bélanger (2002), "Electrochemical modeling of lithium polymer batteries", Journal of Power Sources, vol 110(2), pp 310-320 Kuan-Cheng Chiu, Chi-Hao Lin, et al (2014), "An electrochemical modeling of lithium-ion battery nail penetration", Journal of Power Sources, vol 251, pp 254-263 Peng Rong and Massoud Pedram (2006), "An analytical model for predicting the remaining battery capacity of lithium-ion batteries", IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol 14(5), pp 441-451 Parthasarathy M Gomadam, John W Weidner, et al (2002), "Mathematical modeling of lithium-ion and nickel battery systems", Journal of Power Sources, vol 110(2), pp 267-284 Johnny Wehbe and Nabil Karami (2015), "Battery equivalent circuits and brief summary of components value determination of lithium ion: A review", 2015 Third International Conference on Technological Advances in Electrical, Electronics and Computer Engineering (TAEECE), IEEE, pp 4549 Markus Einhorn, Fiorentino Valerio Conte, et al (2013), "Comparison, selection, and parameterization of electrical battery models for automotive applications", IEEE Transactions on Power Electronics, vol 28(3), pp 14291437 Hongwen He, Rui Xiong, and Jinxin Fan (2011), "Evaluation of lithium-ion battery equivalent circuit models for state of charge estimation by an experimental approach", Energies, vol 4(4), pp 582-598 V H Johnson (2002), "Battery performance models in ADVISOR", Journal of Power Sources, vol 110(2), pp 321-329 González-Longatt and Francisco M (2006), "Circuit based battery models: A 109 [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] review", Proceedings of 2nd Congreso IberoAmericano De Estudiantes de Ingenieria Electrica, Puerto la Cruz, Venezuela Lijun Gao, Shengyi Liu, and Roger A Dougal (2002), "Dynamic lithium-ion battery model for system simulation", IEEE transactions on components and packaging technologies, vol 25(3), pp 495-505 Stephan Buller, Marc Thele, et al (2005), "Impedance-based simulation models of supercapacitors and Li-ion batteries for power electronic applications", IEEE Transactions on Industry Applications, vol 41(3), pp 742-747 Weilin Luo, Chao Lv, et al (2011), "Study on impedance model of li-ion battery", Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 2011 6th IEEE Conference on, IEEE, pp 1943-1947 Sean Gold (1997), "A PSPICE macromodel for lithium-ion batteries", Battery Conference on Applications and Advances, 1997., Twelfth Annual, IEEE, pp 215-222 Min Chen and Gabriel A Rincon-Mora (2006), "Accurate electrical battery model capable of predicting runtime and IV performance", IEEE transactions on energy conversion, vol 21(2), pp 504-511 Scott Dearborn (2005), "Charging Li-ion batteries for maximum run times", Power Electronics Technology, vol 31(4), pp 40-49 Overcharge/ Overdischarge/Overcurrent Safety Circuits, [Online] Available: https://industrial.panasonic.com/cdbs/wwwdata/pdf/ACA4000/ACA4000PE4.pdf Ala Al-Haj Hussein and Issa Batarseh (2011), "A review of charging algorithms for nickel and lithium battery chargers", IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 60(3), pp 830-838 Peter HL Notten, JHG Op het Veld, and JRG Van Beek (2005), "Boostcharging Li-ion batteries: A challenging new charging concept", Journal of Power Sources, vol 145(1), pp 89-94 Chun-Liang Liu, Shun-Chung Wang, et al (2012), "An optimum fast charging pattern search for Li-ion batteries using particle swarm optimization", Soft Computing and Intelligent Systems (SCIS) and 13th International Symposium on Advanced Intelligent Systems (ISIS), 2012 Joint 6th International Conference on, IEEE, pp 727-732 Jia-Wei Huang, Yi-Hua Liu, et al (2009), "Fuzzy-control-based five-step Liion battery charger", Power Electronics and Drive Systems, 2009 PEDS 2009 International Conference on, IEEE, pp 1547-1551 Yi-Hwa Liu, Ching-Hsing Hsieh, and Yi-Feng Luo (2011), "Search for an optimal five-step charging pattern for Li-ion batteries using consecutive orthogonal arrays", IEEE transactions on energy conversion, vol 26(2), pp 654-661 Yi-Hwa Liu and Yi-Feng Luo (2010), "Search for an optimal rapid-charging pattern for Li-ion batteries using the Taguchi approach", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 57(12), pp 3963-3971 110 [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] PE De Jongh and PHL Notten (2002), "Effect of current pulses on lithium intercalation batteries", Solid State Ionics, vol 148(3-4), pp 259-268 Jun Li, Edward Murphy, et al (2001), "The effects of pulse charging on cycling characteristics of commercial lithium-ion batteries", Journal of Power Sources, vol 102(1-2), pp 302-309 Liang-Rui Chen (2007), "A design of an optimal battery pulse charge system by frequency-varied technique", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 54(1), pp 398-405 Liang-Rui Chen (2009), "Design of duty-varied voltage pulse charger for improving Li-ion battery-charging response", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 56(2), pp 480-487 Liang-Rui Chen, Shing-Lih Wu, et al (2009), "Detecting of optimal Li-ion battery charging frequency by using AC impedance technique", Industrial Electronics and Applications, 2009 ICIEA 2009 4th IEEE Conference on, IEEE, pp 3378-3381 Liang-Rui Chen, Shing-Lih Wu, et al (2013), "Sinusoidal-ripple-current charging strategy and optimal charging frequency study for Li-ion batteries", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 60(1), pp 8897 Bora Tar and Ayman Fayed (2016), "An overview of the fundamentals of battery chargers", Circuits and Systems (MWSCAS), 2016 IEEE 59th International Midwest Symposium on, IEEE, pp 1-4 S Ang and A Oliva (2005), "Power-Switching Converters, Second Edition", Taylor & Francis B Choi (2013), "Pulsewidth Modulated DC-to-DC Power Conversion: Circuits, Dynamics, and Control Designs", Wiley Marian K Kazimierczuk (2016), "Pulse-width modulated DC-DC power converters", John Wiley & Sons P.E Allen and D.R Holberg (2012), "CMOS Analog Circuit Design", OUP USA T Ndjountche (2011), "CMOS Analog Integrated Circuits: High-Speed and Power-Efficient Design", Taylor & Francis Group J Mahattanakul and J Chutichatuporn (2005), "Design Procedure for TwoStage CMOS Opamp With Flexible Noise-Power Balancing Scheme", IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol 52(8), pp 15081514 J Mahattanakul (2005), "Design procedure for two-stage CMOS operational amplifiers employing current buffer", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol 52(11), pp 766-770 R.J Baker (2010), "CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation", Wiley Inductors (Coils), [Online] Available: https://product.tdk.com/en/search /inductor/inductor/smd/info?part_no=VLF10045T-220M2R8 John Lee (2015), Basic Calculation of a Buck Converter’s Power Stage, [Online] Available: https://www.richtek.com/en/Design%20Support/Tech 111 [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] nical%20Document/AN041 Multilayer Ceramic Chip Capacitors, [Online] Available: https://product.tdk.com/en/search/capacitor/ceramic/mlcc/info?part_no=C32 25X5R1C226K250AA Robert W Erickson and Dragan Maksimovic (2007), "Fundamentals of power electronics", Springer Science & Business Media J Aguado-Ruiz, A Lopez-Martin, et al (2014), "Power Efficient Class AB Op-Amps With High and Symmetrical Slew Rate", IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol 22(4), pp 943-947 P J Liu, W S Ye, et al (2012), "A High-Efficiency CMOS DC-DC Converter With 9-us Transient Recovery Time", IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol 59(3), pp 575-583 A Shebaita and Y Ismail (2009), "Lower power, lower delay design scheme for CMOS tapered buffers", 2009 4th International Design and Test Workshop (IDT), pp 1-5 Brian S Cherkauer and Eby G Friedman (1995), "A unified design methodology for CMOS tapered buffers", IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems(1), pp 99-111 Siu Man, P K T Mok, et al (2006), "A voltage-mode PWM buck regulator with end-point prediction", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol 53(4), pp 294-298 Lu Ming-Xiang, Hwang Bo-Han, et al (2010), "A sub-1V voltage-mode DCDC buck converter using PWM control technique", 2010 IEEE International Conference of Electron Devices and Solid-State Circuits (EDSSC), pp 1-4 ... BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN HÀO GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠCH SẠC PIN LI-ION SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CMOS Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 9520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN... phương thức sạc phổ biến áp dụng để sạc pin Li-Ion phương thức sạc lựa chọn để thực hệ thống mạch sạc hiệu cao luận án 22 1.4 Cấu trúc thiết kế mạch sạc pin Li-Ion Dựa phương thức sạc CC-CV đưa... hệ thống mạch sạc pin Li-Ion hiệu cao dựa kết hợp cấu trúc mạch biến đổi DCDC cấu trúc mạch sạc thực chương Theo đó, giải pháp thiết kế mạch biến đổi DC-DC kiểu giảm áp cho mạch sạc pin Li-Ion