Start-up Voltage Generator for 250mV Input Boost Converters

This paper proposes a start-up voltage generator for reducing the minimum input supply voltage of DC-DC boost converters to 250mV. The proposed start-up voltage generator boosts 250mV input voltage to over 500mV to charge the capacitor for starting the boost converter. After the boost converter operates initially with the supply voltage charged in the capacitor, it uses its boosted output voltage for the supply voltage. Therefore, after the start-up operation, the proposed DC-DC boost converter works as the same as the conventional one. The proposed start-up voltage generator reduces the threshold voltage of the transistors by adjusting the body voltage at a low input voltage. This causes the higher clock frequency and the larger current to a Dickson charge-pump for boosting the input voltage. The proposed start-up voltage generator was implemented with a $0.18{\mu}m$ CMOS process. Its clock frequency and output voltage were 34.5kHz and 522mV at 250mV input voltage, respectively.

250mV 입력 부스트 컨버터를 위한 스타트업 전압 발생기

본 논문에서는 DC-DC 부스트 컨버터의 최소 입력전압을 250mV 까지 낮출 수 있도록 하는 저전압 스타트업 전압 발생기를 제안 하였다. 제안된 스타트업 전압 발생기는 250mV의 입력전압을 500mV 이상으로 승압시켜 커패시터에 충전한다. 이후, 커패시터에 저장된 전압으로 부스트 컨버터를 시동시킴으로써, 250mV의 낮은 입력 전압에서도 부스트 컨버터가 동작을 시작할 수 있도록 하였다. 부스트 컨버터가 정상 동작한 후에는, 부스트 컨버터에 의하여 만들어지는 승압된 출력전압을 다시 부스트 컨버터의 전원으로 사용하게 함으로써, 스타트업 동작 후에는 기존 부스트 컨버터와 동일한 높은 전력 변환 효율로 동작 하도록 하였다. 제안된 스타트업 전압 발생기는 낮은 입력전압에서 트랜지스터의 바디전압을 조절하여 트랜지스터의 문턱전압을 낮춤으로써, 입력전압을 승압시키는 딕슨 차지펌프에 높은 클럭 주파수와 큰 전류를 공급하도록 하였다. 제안된 스타트업 전압 발생기는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작되었으며, 250mV의 입력전압에서 생성된 클럭 주파수와 출력전압은 각각 34.5kHz와 522mV였다.