Low-Power Buck-Boost Converter for Multi-Input Energy Harvesting Systems

다중입력 에너지 하베스팅 시스템을 위한 저전력 벅-부스트 변환기

This paper presents a low-power buck-boost converter for multi-input energy harvesting systems. The designed circuit combines the energy harvested from three input channels in real time and stores it in a storage capacitor. The structure of the buck-boost converter is simplified by using one external inductor and applying time division technique using an arbiter. In addition, to improve the efficiency of the system, the controller circuits of the converter are designed so that current consumption is minimized. The proposed circuit is designed with $0.35{\mu}m$ CMOS process. Simulation results show that the designed circuit consumes up to 490nA of current when all three input channels are active, and the maximum power efficiency is 92%. The chip area of the designed circuit is $1310{\mu}m{\times}1100{\mu}m$.

본 논문에서는 다중 입력 에너지 하베스팅 시스템을 위한 저전력 벅-부스트 변환기를 설계하였다. 설계된 회로는 3개의 입력 채널로부터 수확되는 에너지를 실시간 병합한 후, 저장 커패시터에 저장하는 역할을 한다. 하나의 외부 인덕터를 사용하고 Arbiter를 이용한 시간분할 기법을 적용하여 벅-부스트 변환기의 구조를 간략히 하였다. 또한 시스템의 효율을 향상시키기 위해 변환기의 컨트롤러 회로들은 전류소모가 최소화 되도록 설계하였다. 제안된 회로는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계하였다. 모의실험 결과 설계된 회로는 3개의 입력 채널이 모두 활성화 되었을 때 최대 490nA의 전류를 소모하며, 최대 전력효율은 92%이다. 설계된 회로의 칩 면적은 $1310{\mu}m{\times}1100{\mu}m$이다.