Promotie S. Heidary Shalmany: Coulomb counters

16 mei 2019 15:00 - Locatie: Aula, TU Delft - Door: webredactie

Integrated CMOS Current Sensing Systems for Coulomb Counters. Promotor: Prof.dr. K.A.A. Makinwa (EWI).

Coulomb tellen is een veelgebruikte methode voor het inschatten van de batterijlading (SoC). Dit houdt in het meten en integreren van de stroom door de batterij om de netto batterijlading te bepalen. De algehele nauwkeurigheid van een Coulomb teller voornamelijk bepaald door de nauwkeurigheid van zijn stroommeting systeem (CSS). De offset van deze CSS moet lager zijn dan de zelfontlading van de accu (~50µA voor een draagbaar apparaat). Een versterkingsfout van minder dan 0.5%, voor stromen tot een paar ampere en over het industriele temperatuurbereik (−40°C tot +85°C), zijn vereist voor een nauwkeurige inschatting van de batterijlading. Een resolutie van beter dan 14 bits in een meettijd van 25-ms is nodig voor een snelle kalibratie. Bovendien maakt de geintegreerde en CMOS-compatibele stroommeter met digitale uitgang de realisatie van een kleine en kosteneffectieve batterijladingsmeter mogelijk. Tot slot, om vermogensverlies te minimaliseren, moet het stroomverbruik van de stroommeter beneden het vermogensverlies van de zelfontlading van de batterij gehouden worden. Shunt gebaseerde sensoren, die de stroom meten doormiddel van de spanningsval over een shunt weerstand, zijn geschikt voor gebruik in Coulomb tellers. Twee groot prototype CSSs samen met hun meetresultaten worden beschreven in dit proefschrift. . Het eerste ontwerp (CSS2) is gebaseerd op een 10mΩ op-de-chip shunt, terwijl de tweede (CSS3) een 260µΩ bedradingsframe weerstand van een plastic HVQFN32 behuizing gebruikt. Beide modellen zijn gerealiseerd in een standaard 0.13µm CMOS proces en trekken 13µA van een 1.5V spanningsbron. Voor stromen binnen een bereik van 5A tot +5A en over een temperatuurbereik van 55°C tot +85°C, vertoont (CSS2) een maximale afwijking van 4µA en een maximale winstfout van 0.3%. Over hetzelfde temperatuurbereik, maar voor stromen varierend van 36A tot +36A, vertoont (CSS3) een maximale afwijking van 400µA en een maximale winstfout van 0.3%. Vergeleken met de state-of-the-art vertegenwoordigen deze prestaties een aanzienlijke stijging in het stroombereik, de nauwkeurigheid en het dynamisch bereik, desondanks het gebruik van een standaard op-de-chip en bedradingsframe shunt.

Meer informatie?

Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU Delft Repository, de digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft. Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende promotie in de Repository te vinden zijn.