Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bộ chuyển đổi DC-DC bước tăng tụ điện chuyển mạch kiến trúc nối tiếp-parallel và các mạch điều khiển cổng cho các công tắc vượt quá dải cung cấp
Tóm tắt
Kiểm soát hiệu quả điện áp cổng của các công tắc hoạt động ngoài phạm vi cung cấp là một vấn đề xảy ra trong các mạch như bộ chuyển đổi DC/DC bước tăng và mạch kích thích cho các thiết bị cấy ghép. Bài báo này đề xuất các giải pháp cho vấn đề này, sử dụng như một trường hợp nghiên cứu bộ chuyển đổi DC/DC bước tăng 3x, siêu tiết kiệm năng lượng với kiến trúc nối tiếp-parallel. Chiến lược điều khiển cổng được đề xuất tối thiểu hóa dao động cổng của các công tắc và tái chế điện tích cổng trong một số trường hợp, do đó giảm năng lượng tiêu tốn để điều khiển công tắc. Bộ chuyển đổi được thiết kế đạt được hiệu suất mô phỏng 81% (bao gồm tất cả các tín hiệu cần thiết để tạo ra, trừ vòng phản hồi) tại $$V_{in}=400$$ mV và dòng tải $$5\;\upmu$$ A, và hoạt động xuống đến $$V_{in}=200$$ mV.
Từ khóa
#chuyển đổi DC-DC #bộ chuyển đổi bước tăng #điều khiển cổng #hiệu suất năng lượng #thiết bị cấy ghépTài liệu tham khảo
Ramadass, Y. K., & Chandrakasan, A. P. (2011). A battery-less thermoelectric energy harvesting interface circuit with 35 mV startup voltage. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 46(1), 333–341.
Chen, P.H., Ishida, K., Okuma, Y., Ryu, Y., Takamiya, M., & Sakurai, T. (2012). A 120-mV input, fully integrated dual-mode charge pump in 65-nm CMOS for thermoelectric energy harvester. In IEEE 17th Asia and South Pacific Design Automation Conference (January 2012) (pp. 469–470).
Himes, C., Carlson, E., Ricchiuti, R., Otis, B., & Parviz, B. (2010). Ultralow voltage nanoelectronics powered directly, and solely, from a tree. IEEE Transactions on Nanotechnology, 9(1), 2–5.
Shih, Y. C., Shen, T., & Otis, B. P. (2011). A 2.3 \(\mu W\) wireless intraocular pressure/temperature monitor. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 46(11), 2592–2601.
Kimball, J., Flowers, T., & Chapman, P. (2004). Low-input-voltage, low-power boost converter design issues. IEEE Power Electronics Letters, 2(3), 96–99.
Carlson, E. J., Strunz, K., & Otis, B. P. (2010). A 20 mV input boost converter with efficient digital control for thermoelectric energy harvesting. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 45(4), 741–750.
Chen, P.H., Ishida, K., Ikeuchi, K., Zhang, X., Honda, K., Okuma, Y., Ryu, Y., Takamiya, M., & Sakurai, T. (2011) A 95mV-startup step-up converter with \(V_{TH}\)-tuned oscillator by fixed-charge programming and capacitor pass-on scheme. In IEEE International Solid-State Circuits Conference (February 2011) (pp. 216–218).
Dickson, J. (1976). On-chip high-voltage generation in MNOS integrated circuits using an improved voltage multiplier technique. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 11(3), 374–378.
Shih, Y. C., & Otis, B. P. (2011). An inductorless DC-DC converter for energy harvesting with a 1.2\(\mu W\) bandgap-referenced output controller. IEEE Transactions on Circuits and Systems II, 58(12), 832–836.
Ulaganathan, C., Blalock, B.J., Holleman, J., & Britton, C.L. (2012). An ultra-low voltage self-startup charge pump for energy harvesting applications. In IEEE 55th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS) (August 2012) (pp. 206–209).
Jingjing, C., Chun, Z., Zhongqi, L., Ziqiang, W., & Zhihua, W. (2009). Ultra-low-voltage low-power charge pump for solar energy harvesting systems. In IEEE International Conference on Communications, Circuits and Systems (July 2009) (pp. 674–677).
Wu, J.-T., & Chang, K.-L. (1998). MOS charge pumps for low-voltage operation. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 33(4), 592–597.
Doms, I., Merken, P., Van Hoof, C., & Mertens, R. P. (2009). Capacitive power management circuit for micropower thermoelectric generators with a 1.4 \(\mu A\) controller. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 44(10), 2824–2833.
Myono, T., Uemoto, A., Kawai, S., Nishibe, E., Kikuchi, S., Iijima, T., et al. (2001). High-efficiency charge-pump circuits with large current output for mobile equipment applications. IEICE Transactions on Electronics, 84, 1602–1611.
Chang, Y. H., & Kuo, S. Y. (2013). A gain/efficiency-improved serial-parallel switched-capacitor step-up DC-DC converter. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 60(10), 2799–2809.
Beck, Y., & Singer, S. (2011). Capacitive transposed series-parallel topology with fine tuning capabilities. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 58(1), 51–61.
Zhang, R., Huang, Z., & Inoue, Y. (2009). A low breakdown-voltage charge pump based on Cockcroft-Walton structure. In IEEE 8th International Conference on ASIC (October 2009) (pp. 328–331).
Ueno, F., Inoue, T., Oota, I., & Harada, I. (1991). Emergency power supply for small computer systems. In IEEE International Sympoisum on Circuits and Systems (pp. 1065–1068).
Starzyk, J. (2001). A DC-DC charge pump design based on voltage doublers. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications, 48(3), 350–359.
Favrat, P., Deval, P., & Declercq, M. (1998). A high-efficiency CMOS voltage doubler. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 33(3), 410–416.
AbdElFattah, M., Mohieldin, A., Emira, A., & Sanchez-Sinencio, E. (2011). A low-voltage charge pump for micro scale thermal energy harvesting. In IEEE International Symposium on Industrial Electronics (June 2011) (pp. 76–80).
Palumbo, G., & Pappalardo, D. (2010). Charge pump circuits: An overview on design strategies and topologies. IEEE Circuits and Systems Magazine, 10(1), 31–45.
Seeman, M. D., & Sanders, S. R. (2008). Analysis and optimization of switched-capacitor DC-DC converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 23(2), 841–851.
Wayne, D. (1995). Low voltage low power design techniques for medical devices. In R. Plassche, W. Sansen, & J. Huijsing (Eds.), Analog circuit design (pp. 105–126). New York: Springer.
Silveira, F., & Flandre, D. (2004). Low power analog CMOS for cardiac pacemakers. Boston: Springer.
Klaassen, E. (2011). Cardiac rhythm management ICs. In H.J. Yoo, C. van Hoof (Eds.) Bio-Medical CMOS ICs pp. 421–451.
Su F., Ki, W.-H., & Tsui, C-Y. (2005). Gate control strategies for high efficiency charge pumps. In IEEE International Symposium on Circuits and Systems (pp. 1907–1910).
Wang, C.-C., & Jiin-Chuan, W. (1997). Efficiency improvement in charge pump circuits. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 32(6), 852–860.
Feng, S., & Ki, W.-H. (2008). Component-efficient multiphase switched-capacitor DC-DC converter with configurable conversion ratios for LCD driver applications. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, 55(8), 753–757.
Eguchi, K., Zhu, H., Ueno, F., & Tabata, T. (2003). Design of a step-up/step-down SC DC-DC converter with series-connected capacitors. In Proceedings of the 2003 International Symposium on Circuits and Systems. ISCAS ’03. Volume 3, IEEE III-300-III-303.
Abdelaziz, S., Radwan, A.G., Eladawy, A., Mohieldin, A.N., & Soliman, A.M. (2012). A low start-up voltage charge pump for energy harvesting applications. In International Conference on Engineering and Technology (ICET) (October 2012) (pp. 1–5).