Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Giải pháp nâng cao hiệu năng mạch sạc pin li-ion sử dụng công nghệ CMOS

Đề tài 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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Giải pháp nâng cao hiệu năng mạch sạc pin li-ion sử dụng công nghệ CMOS BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN HÀOGIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠCH SẠC PIN LI-ION SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CMOS Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 9520203 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Hà Nội – 2019 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. PHẠM NGUYỄN THANH LOAN 2. PGS. TS. NGUYỄN ĐỨC MINH Phản biện 1: PGS. TS. ĐẶNG HOÀI BẮC Phản biện 2: PGS. TS. CHỬ ĐỨC TRÌNH Phản biện 3: PGS. TS. HOÀNG VĂN PHÚCLuận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩcấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi ….. giờ ….., ngày ….. tháng ….. năm ………Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 1 MỞ ĐẦU1. Đặt vấn đề Ngày nay, pin sạc Lithi-Ion (Li-Ion) [1] đã và đang được sử dụng phổ biến trong các thiết bịđiện tử dân dụng như máy tính xách tay, máy tính bảng, camera số và điện thoại di động v.v.Tuy nhiên, loại pin điện hóa Li-Ion dễ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện hoạt động quá mức nhưlà hoạt động sạc/xả quá mức, sạc/xả nhanh và điều kiện nhiệt độ vượt quá giới hạn hoạt độngcủa pin [4, 5]. Ngoài hạn chế về thời gian sạc dài hơn so với các phương thức sạc khác, phươngthức sạc dòng điện không đổi-điện áp không đổi (CC-CV) có khả năng thực thi phần cứng mạchtích hợp và đưa ra các yêu cầu về dòng điện và điện áp sạc phù hợp cho pin Li-Ion. Cho nên,phương thức sạc này vẫn được xem là phương thức sạc chuẩn được áp dụng phổ biến trong cácthiết kế mạch sạc pin Li-Ion [8-24]. Qua đó cho thấy, thiết kế mạch sạc giữ vai trò quan trọngtrong việc đảm bảo độ tin cậy và an toàn cho pin Li-Ion cũng như các thiết bị điện tử trong suốttiến trình sạc. Bên cạnh đó, vấn đề nghiên cứu và thiết kế mạch sạc có hoạt động chính xác theophương thức sạc và đạt hiệu năng cao luôn nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học trongnước và quốc tế. Điều này cũng được thể hiện thông qua các công trình công bố về thiết kếmạch sạc theo phương thức sạc CC-CV trong những năm gần đây [25-39]. Xét trên khía cạnh cấu trúc thiết kế, các thiết kế mạch sạc dựa trên cấu trúc LDO (Low Drop-Out) [17, 18, 26, 29, 31] đưa ra đáp ứng điều khiển nhanh, chính xác và khả năng tích hợp cao.Hạn chế của cấu trúc thiết kế này là hiệu suất công suất thấp và tăng tổn hao nhiệt khi mạch sạchoạt động với dòng điện lớn. Tương tự, thiết kế mạch sạc dựa trên cấu trúc mạch biến đổi DC-DC kiểu tụ điện trong [12] cũng đưa ra khả năng tích hợp cao và hiệu suất công suất thấp. Vấnđề về hiệu suất công suất có thể được cải thiện bởi các thiết kế mạch sạc dựa trên cấu trúc mạchbiến đổi DC-DC kiểu giảm áp trong [19, 21, 24, 27, 28, 30]. Những cấu trúc thiết kế này đưa rahiệu suất công suất cao, mức độ tích hợp trên chíp thấp hơn so với các thiết kế mạch sạc dựatrên cấu trúc LDO và khả năng cách ly chưa tốt cho pin Li-Ion có thể dẫn đến tổn thất nănglượng của pin khi mạch DC-DC hoạt động trong chế độ dẫn dòng không liên tục. Bên cạnh đó,các thiết kế mạch sạc dựa trên thiết kế kết hợp giữa cấu trúc mạch DC-DC kiểu tăng điện áphoặc cấu trúc mạch DC-DC kiểu Flyback với thiết kế mạch sạc dựa trên cấu trúc LDO trong [9]và [8] cũng đưa ra hiệu suất cao và cải thiện được độ cách ly cho pin Li-Ion. Tuy nhiên, các cấutrúc thiết kế này này sử dụng các phần tử thiết kế ngoài chíp với kích thước lớn dẫn đến tăngkích thước mạch thiết kế PCB (Printed Circuit Board) và chưa phù hợp để áp dụng cho các thiếtbị điện tử di động cầm tay với kích thước nhỏ gọn. Xét trên khía cạnh cải thiện hiệu năng hoạtđộng của thiết kế mạch sạc, giải pháp sạc nhanh được đưa ra trong các nghiên cứu [13, 14, 28,30] nhằm cải thiện đáng kể thời gian sạc. Hạn chế của giải pháp này là tăng kích thước mạchthiết kế do thực hiện thêm mạch cảm biến nội trở của pin và vấn đề sạc quá mức điện áp có thểxảy ra sẽ ảnh hưởng đến chất lượng cũng như tuổi thọ của pin Li-Ion. Bên cạnh đó, các nghiêncứu trong [11, 13, 16, 21, 28, 30] đã đưa ra giải pháp thực hiện chuyển tiếp chế độ sạc ổn địnhnhằm cải thiện ảnh hưởng bởi nội trở của pin đến hoạt động ổn định của hệ thống mạch sạc.Ngoài ra, giải pháp thiết kế chuyển tiếp chế độ sạc ổn định chưa được nghiên cứu để thực hiệntrên các thiết kế mạch sạc sử dụng cấu trúc mạch điều khiển logic trong [8, 12, 31, 33]. Tronghầu hết các thiết kế mạch sạc sử dụng cấu trúc mạch điều khiển logic đều áp dụng dòng điệnhoặc điện áp tham chiếu riêng biệt tương ứng cho mỗi chế độ sạc. Theo đó, sự sai khác về thờiđiểm mở/ngắt của các tín hiệu điều khiển có thể gâ ...