Nâng cao hiệu suất chuyển đổi điện áp một chiều với cấu trúc bậc cao tận dụng cảm kháng ký sinh dùng cho sạc pin Li-ion
213 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.78.2022.49-57Từ khóa:
Bộ chuyển đổi DC-DC; Bộ chuyển đổi Buck; Bộ chuyển đổi bậc cao; Pin Li-ion, Sạc nhanh.Tóm tắt
Bài báo này sẽ trình bày một cấu trúc bộ hạ áp một chiều bậc cao ứng dụng cho các bộ sạc pin Li-ion, tận dụng cảm kháng ký sinh trong cáp USB đóng vai trò cuộn cảm. Cấu trúc này cung cấp hiệu suất chuyển đổi cao, dải chuyển đổi rộng như cấu trúc Buck truyền thống. Dòng điện đầu vào có dạng liên tục giúp giảm nhiễu và nhiễu điện từ (EMI) khi chuyển mạch. Cấu trúc đề xuất được đánh giá với thiết kế cho bộ sạc pin Li-ion sử dụng cáp sạc USB type-C loại 1 m. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu suất lớn nhất mà cấu trúc đề xuất có thể đạt được là 95% cao hơn 8% so với mạch truyền thống ở cùng điều kiện.
Tài liệu tham khảo
[1]. Youssef Ziadi and Hassan Qjidaa “A High Efficiency Li-Ion Battery LDO-Based Charger for Portable Application”, Active and Passive Electronic Components Vol. 2015.
[2]. Ouremchi, M., et al,“Li-Ion Battery Charger Based on LDO Regulator for Portable Device Power Management”, 2018 6th International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC), vol. 2019.
[3]. C.Schaef and J. T. Stauth,“A highly integrated series–parallel switchedcapacitor converter with 12 V input and quasi-resonant voltage-mode regulation”, IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron, vol. 6, no. 2 (2018), pp. 456–464.
[4]. W. Liu, P. Assem, Y. Lei, P. K. Hanumolu “A 94.2%-peak-efficiency 1.53 A direct-battery-hook-up hybrid Dickson switched-capacitor DC-DC converter with wide continuous conversion ratio in 65 nm CMOS”, in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC),Dig. Tech. Papers, Feb. 2017, pp. 182–183.
[5]. R. Das, G.-S. Seo, and H.-P. Le, “A 120V-to-1.8V 91.5%-efficient 36W dual-inductor hybrid converter with natural soft-charging operations for direct extreme conversion ratios”, in Proc. IEEE Energy Convers. Congr.Expo. (ECCE), Sep. 2018, pp. 1266–1271.
[6]. P. Renz, M. Kaufmann, M. Lueders, and B. Wicht, “8.6 A fully integrated 85%-peak-efficiency hybrid multi ratio resonant DC-DC converter with 3.0-to-4.5V input and 500μA-to-120 mA load range load range,” in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2019, pp. 156–158.
[7]. J. S. Rentmeister, C. Schaef, B. X. Foo, and J. T. Stauth, “A flying capacitor multilevel converter with sampled valley-current detection for multi-mode operation and capacitor voltage balancing,” in Proc. IEEE Energy Convers. Congr. Expo. (ECCE), Sep. 2016, pp. 1–8.
[8]. Pilawa-Podgurski, D. J. Perreault, “Merged two-stage power converter with soft charging switched-capacitor stage in 180 nm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 47, no. 7 (2012), pp. 1557–1567.
[9]. . M. Sun, Z. Yang, K. Joshi, D. Mandal, P. Adell, and B. Bakkaloglu “A 6 A, 93% peak efficiency, 4-phase digitally synchronized hysteretic buck converter with ±1.5% frequency and ±3.6% current-sharing error,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 52, no. 11 (2017), pp. 3081–3094.
[10]. S. J. Kim, R. K. Nandwana, Q. Khan, R. C. N. Pilawa-Podgurski, and P. K. Hanumolu, “A 4-phase 30–70 MHz switching frequency buck converter using a time-based compensator,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 50, no. 12 (2015), pp. 2814–2824.
[11]. Abdulslam, "A Passive-Stacked Third-Order Buck Converter with Inherent Input" IEEE Solid-State Circuits Letters, vol. 2, no. 11 (2019), pp. 240-243.
[12]. Hanh-Phuc. Le, Gab-Su Seo, "An Inductor-Less Hybrid Step-Down DC-DC Converter Architecture for Future Smart Power Cable," Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo (2018), pp. 247-253.
[13]. Hanh-Phuc. Le, Gab- Su Seo, "S-Hybrid Step-Down DC–DC Converter-Analysis of Operation and Design Considerations" IEEE Transactions of Industrial Electronics, vol. 67, no. 1, pp. 265-275, 2020.
[14]. J. Duncan Glover, Thomas J. Overbye, Mulukutla S. Sarma, “Power System Analysis and Design”, Cengage Learning (2017), pp. 161-188.
[15]. Nguyen Van Hao, Nguyen Duc Minh, Pham Nguyen Thanh Loan, “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 (2018) 10-18.
[16]. Fouad Farah, et al, “A new Li-ion battery charger with charge mode selection based on 0.18 um CMOS for phone applications”, International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), Vol. 11, No. 3, June 2021, pp. 1994~2002.
