طراحي يك مبدل ولتاژ DC-DC خازني تمام مجتمع ولتاژ پايين و پربازده به منظور برداشت انرژي محيطي

Design of a Fully Integrated Low Voltage, High Efficiency Capacitive, DC-DC Converter for Energy Harvesting Applications

در اين مقاله طراحي، شبيه‌سازي و تحليل يك مدار مبدل ولتاژ DC-DC افزاينده خازني مجتمع ولتاژ پايين ارائه شده است. از اين مدار مي‌توان براي افزايش سطح ولتاژ مولدهاي الكتريكي مينياتوري كه ولتاژ پاييني دارند، مانند ژنراتورهاي ترموالكتريك، سلول‌هاي خورشيدي و پيزوالكتريك كوچك استفاده نمود. اين مبدل كاملاً مجتمع و بي‌نياز از عناصر خارجي بوده و قابليت كاركرد با ولتاژهاي بسيار پايين ورودي در حد 200 ميلي‌ولت را داراست و ولتاژ خروجي را به 1 ولت مي‌رساند. براي دسترسي به ولتاژهاي پايين ورودي، از تكنيك باياس بدنه با ساختار خاصي به منظور كاهش حداقل ولتاژ ورودي استفاده شده است. چگالي توان خروجي مبدل 50 ميكرووات بر ميلي‌متر مربع مي‌باشد. در ساختار اين مبدل از يك چندبرابركننده زوج متقابل 5 طبقه با بازده 76% استفاده شده و همچنين حداكثر بازده كلي مبدل به ازاي جريان بار 6 ميكروآمپر به 52% مي‌رسد. مبدل در تكنولوژي 90 نانومتر و با مساحت تراشه تقريبي 0/2 ميلي‌متر مربع طراحي شده است.

In this paper, a low voltage boost DC-DC converter has been presented. The circuit can be used for increasing the output voltage of miniature low voltage generators such as TEG, solar and piezoelectric. The converter is fully integrated and works with low voltages as low as 200 mV, and the output voltage can reach 1 V. Body biasing has been used to handle low input voltages. The output power density is 50 µW/mm2, and the converter uses 5 cross coupled stages with 76% efficiency. The maximum total efficiency of the converter for 6 µA load is 52%. The converter uses 0.2 mm2 of chip area using 90 nm technology.