Diseño de la bomba de carga para un conversor Dc-Dc empleando capacitores conmutados

La administración de potencia, área encargada del uso racional y óptima distribución de la energía en un sistema, está cobrando mayor interés en función del creciente desarrolló tecnológico en los últimos años. Los circuitos reguladores de tensión forman parte de los bloques administradores de poten...

Full description

Autores:
Otero Flórez, Andres Felipe
Tipo de recurso:
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Fecha de publicación:
2013
Institución:
Universidad Industrial de Santander
Repositorio:
Repositorio UIS
Idioma:
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OAI Identifier:
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Acceso en línea:
https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/29258
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Palabra clave:
Administración De Potencia
Capacitores Conmutados
Conversores Dc-Dc
Soc.
Power Management
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Dc-Dc Converters
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Rights
License
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description La administración de potencia, área encargada del uso racional y óptima distribución de la energía en un sistema, está cobrando mayor interés en función del creciente desarrolló tecnológico en los últimos años. Los circuitos reguladores de tensión forman parte de los bloques administradores de potencia, grupo al que pertenecen reguladores lineales y conversores conmutados, estos últimos incluyen los conversores DC-DC y conversores DC-DC con capacitores conmutados (SC DC-DC). Actualmente es posible implementar estas celadas reguladoras en SoCs (Sistemas en un chip), sin embargo su integración completa depende de la disponibili- dad de circuitos compactos y eficientes. En este trabajo se aborda el diseño de la bomba de carga totalmente integrada para un conversor SC DC-DC, orientado a aplicaciones de baja potencia, buscando obtener máxima eficiencia y reducir el consumo de área. En el capítulo se presenta un estudio detallado de este tipo de conversores, resaltando las ventajas sobre otras celdas reguladoras de tensión en aplicaciones de baja potencia. En el capítulo 2 se evalúan diferentes topologías y se porponen dos adicionales, una de las cuáles es seleccionada como la más adecuada para la implementación del circuito. El capítulo 3 muestra la metodología de diseño utilizada y finalmente, el capítulo 4 presenta los resultados obtenidos por el conversor, el cual opera a una frecuencia de conmutación de 100MHz, entregando una tensión de 1V y corriente máxima de 1mA con una fuente de suministro de potencia de 1.8V; en condiciones de máxima carga la bomba de carga alcanza una eficiencia del 87.89% con una tensión de rizo de 10mV.
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Los circuitos reguladores de tensión forman parte de los bloques administradores de potencia, grupo al que pertenecen reguladores lineales y conversores conmutados, estos últimos incluyen los conversores DC-DC y conversores DC-DC con capacitores conmutados (SC DC-DC). Actualmente es posible implementar estas celadas reguladoras en SoCs (Sistemas en un chip), sin embargo su integración completa depende de la disponibili- dad de circuitos compactos y eficientes. En este trabajo se aborda el diseño de la bomba de carga totalmente integrada para un conversor SC DC-DC, orientado a aplicaciones de baja potencia, buscando obtener máxima eficiencia y reducir el consumo de área. En el capítulo se presenta un estudio detallado de este tipo de conversores, resaltando las ventajas sobre otras celdas reguladoras de tensión en aplicaciones de baja potencia. En el capítulo 2 se evalúan diferentes topologías y se porponen dos adicionales, una de las cuáles es seleccionada como la más adecuada para la implementación del circuito. El capítulo 3 muestra la metodología de diseño utilizada y finalmente, el capítulo 4 presenta los resultados obtenidos por el conversor, el cual opera a una frecuencia de conmutación de 100MHz, entregando una tensión de 1V y corriente máxima de 1mA con una fuente de suministro de potencia de 1.8V; en condiciones de máxima carga la bomba de carga alcanza una eficiencia del 87.89% con una tensión de rizo de 10mV.PregradoIngeniero ElectrónicoPower management is the área in charge of the rational and optimal use of energy distribution in a system. It is acquiring interest due to the rapid technological advancements in recent years. Voltage regulator circuits are part of the power management blocks, these circuits are composed of lineal regulators and switched converters, the latter include DC-DC converters and also DC-DC converters with switched capacitors (SC DC-DC). Currently it is possible to implement these regulator cells in SoCs (Systems on Chips), however, their full integration depends in the availability of compact and efficient circuits. This work addresses the design of a fully integrated switched-capacitor charge pump for a SC DC-DC converter aimed at low-power applications focusing on maximum efficiency and reduced área. Chapter presents a detailed study of this type of converters, highlighting advantages over other voltage regulator cells on low-power applications. Chapter 2 evaluates different topologies and additionally two more are proposed, one of which, after reviewed, was selected as more appropriate for circuit implementation. Chapter 3 shows the design methodology used, and finally, chapter 4 presents obtained results for the converter, which operates at 100MHz of switching frequency, delivering a voltage of 1V and a maximum current of 1mA, with a 1.8V power-supply; on maximum load conditions the charge pump reaches 87.89 % of efficiency with a voltage ripple of 10mV.application/pdfspaUniversidad Industrial de SantanderFacultad de Ingenierías FisicomecánicasIngeniería ElectrónicaEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y TelecomunicacionesAdministración De PotenciaCapacitores ConmutadosConversores Dc-DcSoc.Power ManagementSwitched CapacitorsDc-Dc ConvertersSoc.Diseño de la bomba de carga para un conversor Dc-Dc empleando capacitores conmutadosDesign of a switched capacitor charge pump for a dc-dc converter #Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcceORIGINALCarta de autorización.pdfapplication/pdf306528https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/e30254b5-4db9-45c9-a62a-4fed402d8872/download1ffe105cd43ce98bd28f1be96a770db3MD51Documento.pdfapplication/pdf2410192https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/246dc14f-a241-41fe-a3ae-a077729b08a1/download43318c6abdd634e830906325bc6d0d2bMD52Nota de proyecto.pdfapplication/pdf472924https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/33d184e8-f37f-40db-be16-2503865a4011/downloadcec9894e72b710a36ffbff5cd3fb0926MD5320.500.14071/29258oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/292582024-03-03 15:09:10.009http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/open.accesshttps://noesis.uis.edu.coDSpace at UISnoesis@uis.edu.co

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