A Low-Voltage Self-Startup DC-DC Converter for Thermoelectric Energy Harvesting

열에너지 수확을 위한 저전압 자율시동 DC-DC 변환기

This paper describes a DC-DC converter with MPPT control for thermoelectric energy harvesting. The designed circuit converts low voltage harvested from a thermoelectric generator into higher voltage for powering a load. A start-up circuit supplies VDD to a controller, and the controller turns on and off a NMOS switch of a main-boost converter. The converter supplies the boosted voltage to the load through the switch operation. Bulk-driven comparators can do the comparison under low voltage condition and are used for voltage regulation. Also, bulk-driven comparators raise system's efficiency. A peak conversion efficiency of 76% is achieved. The proposed circuit is designed in a 0.35um CMOS technology and its functionality has been verified through simulations. The designed chip occupies $933um{\times}769um$.

본 논문에서는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 갖는 열에너지 하베스팅을 위한 DC-DC컨버터를 설계하였다. 설계된 회로는 열전소자로부터 수확된 낮은 전압을 변환하여 부하에 승압된 전압을 공급한다. 시동회로는 제어기가 동작할 수 있는 VDD를 공급하고 결과적으로 Main 부스트 변환기의 파워스위치를 ON/OFF하게 되며, 스위칭 동작을 통해 부하에 승압된 전압을 공급한다. Bulk-driven 비교기를 이용하여 낮은 전압에서도 비교동작을 가능하게 하였고, 이를 이용하여 시스템 효율을 높이고, 전압안정화 동작을 하게 된다. 최대 효율은 76%이다. 제안된 회로는 0.35um CMOS 공정으로 설계되었으며, 모의실험을 통하여 동작을 검증하였다. 설계된 회로의 칩 면적은 $933um{\times}769um$이다.