Volledig geïntegreerde breed ingangsbereik en tweekwadrants geschakelde condensator DC-DC converters

Dit werk spitst zich toe op twee specifieke toepassingen van volledig geïntegreerde switched-capacitor DC-DC converters, met name converters met een groot werkingsbereik, en tweekwadrants converters. Om switched-capacitor DC-DC converters over een breed spanningsbereik op efficiënte wijze te laten werken, zijn meerdere Voltage Conversion Ratios (VCR's) nodig, om de verliezen van de uitgangsimpedantie tegen te gaan. Hiertoe werd in dit werk voorgesteld om te vertrekken vanuit de Dickson topologie, en deze om te vormen in de folding Dickson topologie, die in staat is om over een breed spanningsbereik te werken. In deze topologie worden meerdere VCR's bekomen door de fase van de schakelaars te wijzen. Dit laat toe om twee of meerdere flying capacitors samen te voegen tot een enkele flying capacitors, waardoor nieuwe VCRs kunnen geëmuleerd worden. Verder laat een kleine wijziging aan de uitgang toe om nog meer VCR's toe te voegen. Deze bevindingen werden gevalideerd door middel van metingen van de siliciumresultaten, waarbij een gemiddelde efficiëntie werd opgemeten over een ingangspanningsbereik van 2.5V tot 8V, wat meer dan 4,5 keer de voedingsspanning van de technologie bedraagt. De regelmatigheid van deze topologie laat bovendien om uitgebreid te worden om over een nog breder spanningsbereik te werken, met een minimale ontwerpbesteding.

Tweekwadrants DC-DC convertoren aan de andere hand kunnen gebruikt worden om de problemen op te lossen die men tegenkomt wanneer steeds grotere stromen on-chip moeten gebracht worden. In plaats van de verbruikers in parallel te plaatsen, wordt hier voorgesteld om de verbruikers in gestapelde spanningsdomeinen te plaatsen. De node die gedeeld wordt door de verbruikers moet nu gebalanceerd worden door een DC-DC converter die in staat is om zowel stroom te leveren als weg te trekken. Switched-capacitor DC-DC converters hebben hiervoor twee VCR's nodig om beide modi te bekomen. In dit werk wordt de eerste volledig geïntegreerde tweekwadrants switched-capacitor DC-DC converter gepresenteerd, die in staat is om verbruikers die zich in gestapelde spanningsdomeinen bevinden te voorzien in vermogen, waarbij de lastspanningen kunnen varieren tussen 0.75V en 1.1V, dit alles bij systeemefficiënties tot en met 99.6%, wat mogelijk is door het lage vermogenverbruik van de tweevoudige controlelus.