High-Efficiency Low-Voltage Rectifiers for Power Scavenging Systems

Les redresseurs sont couramment utilisés dans de nombreux systèmes afin de transformer l'énergie électrique obtenue à partir d'une source alternative en une alimentation continue. Les topologies traditionnelles telles que les ponts de diodes et les redresseurs se servant de transistors à grilles croisées-couplées ne sont pas suffisamment efficaces en terme d'énergie, en particulier pour des signaux à faibles amplitudes. Dépendamment de leur élément de redressement, leur efficacité en termes de consommation d'énergie est limitée soit par la chute de tension de polarisation directe d'une diode, soit par la tension de seuil du transistor MOS. Les redresseurs passifs avancés utilisent une technique de conception pour réduire la tension de seuil des diodes MOS. Les redresseurs actifs utilisent des circuits actifs pour contrôler l'angle de conduction des commutateurs MOS à faible perte. Dans cette thèse, nous avons proposé un redresseur actif avec une topologie en grille croisée-couplée. Elle utilise des commutateurs MOS à faible perte à la place des transistors MOS connectés en diode comme redresseurs. Le circuit proposé utilise: des caractéristiques intrinsèques des transistors MOS pour les montages comparateurs et une polarisation dynamique des substrats des commutateurs principaux supportés par de petits transistors de rappel. Le redresseur proposé présente des faibles chutes de tension à travers le commutateur principal menant à une efficacité de puissance plus élevée par rapport aux structures d'un redresseur conventionnel pour une large gamme de fréquences de fonctionnement de l'ordre des MHz. La conduction des courants de charge élevée est une autre caractéristique du redresseur proposé. En utilisant la méthode de bootstrap, des redresseurs à simple et à double réservoir sont proposés. Ils présentent une efficacité de puissance et un rapport de conversion de tension élevés en comparaison avec les structures des redresseurs conventionnels. Avec une amplitude de source de 3,3 V, le redresseur proposé offre des efficacités de puissance et de conversion de tension améliorées par rapport au circuit à transistors croisés couplés. Ces améliorations atteignent 10% et 16% respectivement. Les redresseurs proposés utilisent la technique de bootstrap. Ils sont bien adaptés pour des amplitudes d'entrée très basses. À une amplitude d'entrée de 1,0 V, ces derniers redresseurs présentent des rendements de conversion de puissance et de tension de 75% et 76%. Le redresseur à simple réservoir réduit également l'aire de silicium requise de 70% par rapport à la version à double-réservoir.