عنوان پایان‌نامه
طراحی مدار تنظمیم کننده ولتاژ برای سیستمهای برداشت انرژی بی سیم فرکانس رادیویی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2499;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64225
- تاریخ دفاع
- ۱۰ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- حمید هلالیان
- استاد راهنما
- شاهین جعفرآبادی آشتیانی
- چکیده
- سیستمهای برداشت انرژی در سال‌های اخیر مورد توجه زیادی قرارگرفته‌اند. مهم‌ترین امتیاز استفاده از این سیستمها حذف باتری است که سبب ارزان و کوچک شدن این سیستمها، تناسب آن‌ها با محیط‌زیست و عدم نیاز به نگهداری سیستمهای الکترونیکی می‌شود. کاربرد مدار‌های برداشت توان RF در پزشکی این مدار‌ها را از اهمیت بسیار بالایی برخوردار کرده است. سیستمهای برداشت انرژی در ابزار‌های پزشکی قابل کاشت در بدن انسان برای افزایش زمان کارکرد ابزار، کاهش خطر عفونت ناشی از عمل جراحی تعویض باتری و همچنین ناپایداری شیمیایی باتری درون بدن کارآمد هستند. یک سیستم برداشت توان از قسمت‌های آنتن، یکسوساز، مبدل ولتاژ DC به DC و تنظیم‌کننده ولتاژ تشکیل‌شده است. چالش عمده‌ی موجود در مدار‌های برداشت انرژی، بازده انتقال توان در طراحی سیستم انتقال توان است. وابستگی بازده مدار به توان ورودی و محدودیت میزان تشعشع توان برای بافت زنده، نیز بر محدودیت‌های مدار می‌افزاید. علاوه بر آن مشکلات ناشی از افت شدت میدان با افزایش فاصله از منبع را باید به‌حساب آورد. طراحی مبدل ولتاژ DC به DC مناسب و الگوریتم کنترلی آن، از حساسیت خاصی برخوردار است. ازآنجایی‌که دامنه توان ورودی بسیار متغیر است، این مسئله نیاز به طراحی تنظیم‌کننده ولتاژ دقیق را افزایش می‌دهد. در این پایان‌نامه یک گیرنده توان برای سیستم انتقال توان به منظور استفاده در ابزار های پزشکی قابل کاشت در بدن انسان طراحی‌شده است. این گیرنده توان از سه بخش یکسوساز، مبدل ولتاژ DC به DC کلید خازنی و تنظیم‌کننده ولتاژ خطی تشکیل‌شده است. این مدار گیرنده توان برای شارژ باتری طراحی شده است. مبدل کلید خازنی دارای بهره متغیر با ولتاژ ورودی است تا مانع افت ولتاژ خروجی در اثر کاهش ولتاژ در ورودی شود.همچنین این مبدل ولتاژ کلید خازنی دارای کنترل‌کننده دیجیتالی است که با تغییر بهره مانع از افت بازده طبقه تنظیم‌کننده ولتاژ خطی LDO می‌شود. به ازای همه مقادیر جریان خروجی مدار تنظیم‌کننده ولتاژ خطی جبران سازی شده و پایدار است. برای پایدارسازی مدار تنظیم کننده ولتاژ خطی از خازن خارج از تراشه استفاده‌نشده است. برای جبران سازی تنظیم‌کننده ولتاژ خطی یک مدار جبران ساز با بایاس وفقی ارائه‌شده که در همه شرایط کمترین جریان لازم برای جبران-سازی را تأمین و مانع افزایش جریان بیکاری و افزایش بازده مدار می‌شود. طراحی در فناوری CMOS 180nm tsmc انجام‌شده است. محدوده ولتاژ ورودی 8/0 ولت تا 2 ولت و محدوده ولتاژ خروجی 2/1 تا 75/1 ولت با حداکثر جریان 10 mA بیشینه بازده تنظیم‌نشده 2/79 درصد و بازده تنظیم‌شده 4/64 درصد است.
- Abstract
- In recent years energy harvesting systems have received much attention. The main advantages of these systems eliminating or minimizing battery that results reduction in system cost. Induced voltage in secondary coil has variations due to changes in distance and angle between two coils. This changes motivated concerns about reliable support for charging batteries. In this work a robust highly efficient CMOS power receiver for wireless power transmission is presented. The power receiver consists of three main parts: rectifier, switch capacitor DC-DC converter, and low-dropout regulator (LDO). The switch capacitor DC-DC converter has variable conversion ratio and synchronous controller permits DC-DC converter transform itself between five different conversion ratios. This method prevents large output voltage drop and LDO regulator efficiency reduction. For entire range of output current (0 to 10 mA) LDO is stable. Voltage regulator compensation does not need off-chip capacitor. A novel frequency compensation method for low-dropout voltage regulator is proposed. This method provides the minimum current, essential for frequency compensation and reduces the quiescent current effectively. The power receiver was designed in a 180 nm CMOS technology. The output voltage range is from 1.2V to 1.75V. Simulation results show that the proposed power receiver achieves 66.4 percent power conversion efficiency in 10mA output current and output voltage line regulation of 2.5 percent. Keywords: wireless power transmission; biomedical implants; LDO voltage regulator; Switch capacitor DC-DC converter; adaptive biasing, active frequency compensation
