Slimme hybride DC-DC converters voor Mobiele Li-Ion batterij gevoede systemen

Het doel van dit proefschrift is het ontwikkelen van geïntegreerde schakelingen voor energiebeheer (PMICs) voor draagbare elektronica die op Li-ion-batterijen werkt en die lichtgewicht, betaalbaar en efficiënt zijn. Aan de ene kant maakt een beperkte energiebron, zoals een kleine batterij, een efficiënt gebruik van energie noodzakelijk om de levensduur van de batterij te verlengen. Opkomende toepassingen zoals het internet-of-things (IoTs) streven daarentegen naar ongelooflijk kleinere footprints. De traditionele methode van energieconversie is niet langer werkbaar vanwege deze tegenstrijdige beperkingen. Helaas heeft de batterijtechnologie op dit gebied niet veel hulp kunnen bieden. Zelfs de schaalvergroting van de technologie, die anderszins een revolutie teweegbracht in andere domeinen van het IC-ontwerp, heeft het PMIC-ontwerp zeer weinig ten goede gekomen. Daarom is de enige overgebleven keuze van ontwerpers het innoveren van stroomconvertorcircuits om te profiteren van technologische vooruitgang en te voldoen aan de vereisten voor efficiëntie en vermogensdichtheid. Geschakelde condensatorconverters (SC) kunnen effectief profiteren van technologische schaalvergroting en de voorkeur geven aan compacte oplossingen, ideaal voor draagbare toepassingen. Het onvermijdelijke verlies als gevolg van de herverdeling van de lading resulteert echter in een slechtere efficiëntie. De opname van een of meer inductoren heeft het potentieel om het verlies aan ladingsdeling in een SC-omzetter te elimineren. Deze strategie is uitgebreid onderzocht in hybride omvormers. Hybride converters zijn stroomomvormers die condensatoren en inductoren op hybride wijze combineren. Dankzij een extra vrijheidsgraad bieden deze omvormers een breed scala aan mogelijkheden om de efficiëntie en vermogensdichtheid te verbeteren. Dit proefschrift heeft tot doel hybride DC-DC-omzetteropties te onderzoeken voor verschillende bekende Li-ion-batterijstroomtoepassingen. De power-system-inpackage (PSiP)-benadering, waarbij passieve componenten buiten de chip worden geïntegreerd, is een ander aandachtspunt van deze inspanning. Om het actieve en passieve gebruik te verbeteren, worden actieve en passieve apparaten afzonderlijk geoptimaliseerd. Twee bekende CMOS-gebaseerde DC-DCconverter IC-prototypes werden geïmplementeerd en vervolgens geëvalueerd om hun functionaliteit en aanbevolen werkingsprincipes te bevestigen.