Ultra-Low Power, Fully Integrated Start-up Circuit for Power Conditioning Interface in DC Energy Harvesting Circuits

La récupération d’énergie (EH) est rapidement devenue un moyen intéressant pour alimenter diverses applications au lieu d’utiliser des batteries. Le générateur thermoélectrique (TEG) en tant que récolteur d’énergie DC présente des avantages pour les applications portables sur le corps ou les dispositifs implantables, mais la tension de sortie est limitée à environ 50 mV pour de faibles différences de température entre le corps et l’environnement (1–2 K). Par conséquent, une interface de conditionnement de puissance est nécessaire pour tirer parti de la faible tension de sortie du TEG. Traditionnellement, un convertisseur élévateur DC-DC à inductance à haute efficacité est déployé pour augmenter avec succès la tension de sortie à des niveaux supérieurs. Néanmoins, le déclenchement du fonctionnement du convertisseur boost principal nécessite une tension DC d’environ 500 mV pour alimenter son électronique restante, ce qui nécessite la mise en œuvre d’un circuit de démarrage alimenté par le faible niveau de tension disponible (≈50 mV) provenant du récolteur d’énergie DC primaire (par ex. TEG). Parmi les diverses approches de démarrage rapportées, la conversion DC-AC-DC utilisant l’approche des oscillateurs à anneau (Ring Oscillator - RO) est la plus efficace, car elle est entièrement intégrée, compatible avec la technologie CMOS classique, moins coûteuse et plus fiable. Cependant, deux principaux obstacles existent : tout d’abord, l’utilisation d’un inverseur CMOS simple pour réaliser le RO conventionnel est insuffisante, car elle nécessite une tension d’alimentation élevée. Deuxièmement, l’amplitude des signaux d’horloge générés par le RO est limitée, ce qui dégrade l’efficacité de la pompe à charge et prolonge le temps de démarrage. En réponse à ces problèmes, cette thèse propose un schéma de démarrage entièrement intégré, basse tension et ultra-basse consommation pour déclencher le fonctionnement du convertis- seur boost basé sur inductance DC-DC afin d’augmenter la tension de sortie du TEG à un niveau utile plus élevé. Le rôle du circuit de démarrage proposé est d’alimenter le contrôleur du convertisseur boost DC-DC, qui utilise à son tour l’inductance dans un processus de con- version de puissance DC-DC efficace. Le circuit de démarrage proposé se compose de circuits novateurs du RO et de l’amplificateur d’horloge et d’une pompe à charge à double branche conventionnelle.