Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A Dual-Output Thermoelectric Energy Harvesting Interface with 86.6% Peak Efficiency at 30 μW and Total Control Power of 160 nW
KTH, Skolan för informations- och kommunikationsteknik (ICT), Integrerade komponenter och kretsar. (Integrated Circuits and Systems)ORCID-id: 0000-0002-2684-0724
KTH, Skolan för informations- och kommunikationsteknik (ICT), Integrerade komponenter och kretsar.
KTH, Skolan för informations- och kommunikationsteknik (ICT), Integrerade komponenter och kretsar. (Integrated Circuits and Systems)ORCID-id: 0000-0003-3802-7834
2016 (Engelska)Ingår i: IEEE Journal of Solid-State Circuits, ISSN 0018-9200, E-ISSN 1558-173XArtikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

A thermoelectric energy harvesting interface based on a single-inductor dual-output (SIDO) boost converter is presented. A system-level design methodology combined with ultra-low power circuit techniques reduce the power consumption and minimize the losses within the converter. Additionally, accurate zero-current switching (ZCS) and zero-voltage switching (ZVS) techniques are employed in the control circuit to ensure high conversion efficiency at μW input power levels. The proposed SIDO boost converter is implemented in a 0.18 μm CMOS process and can operate from input voltages as low as 15 mV. The measurement results show that the converter achieves a peak conversion efficiency of 86.6% at 30 μW input power.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
IEEE Solid-State Circuits Society, 2016.
Nyckelord [en]
Boost converter, energy harvesting, single-inductor dual-output, zero-current switching, zero-voltage switching, dead time, low-power design
Nationell ämneskategori
Elektroteknik och elektronik
Forskningsämne
Elektro- och systemteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-186514DOI: 10.1109/JSSC.2016.2561959ISI: 000382169400017Scopus ID: 2-s2.0-84986321427OAI: oai:DiVA.org:kth-186514DiVA, id: diva2:927521
Projekt
Mi-SoC
Forskningsfinansiär
Vetenskapsrådet
Anmärkning

QC 20160517

Tillgänglig från: 2016-05-12 Skapad: 2016-05-12 Senast uppdaterad: 2019-02-08Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Highly-Efficient Energy Harvesting Interfaces for Implantable Biosensors
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Highly-Efficient Energy Harvesting Interfaces for Implantable Biosensors
2017 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Energy harvesting is identified as an alternative solution for powering implantable biosensors. It can potentially enable the development of self-powered implants if the harvested energy is properly handled. This development implies that batteries, which impose many limitations, are replaced by miniature harvesting devices. Customized interface circuits are necessary to correct for differences in the voltage and power levels provided by harvesting devices from one side, and required by biosensor circuits from another. This thesis investigates the available harvesting sources within the human body, proposes various methods and techniques for designing power-efficient interfaces, and presents two CMOS implementations of such interfaces.

Based on the investigation of suitable sources, this thesis focuses on glucose biofuel cells and thermoelectric harvesters, which provide appropriate performance in terms of power density and lifetime. In order to maximize the efficiency of the power transfer, this thesis undertakes the following steps. First, it performs a detailed analysis of all potential losses within the converter. Second, in relation to the performed analysis, it proposes a design methodology that aims to minimize the sum of losses and the power consumption of the control circuit. Finally, it presents multiple design techniques to further improve the overall efficiency.

The combination of the proposed methods and techniques are validated by two highly efficient energy harvesting interfaces. The first implementation, a thermoelectric energy harvesting interface, is based on a single-inductor dual-output boost converter. The measurement results show that it achieves a peak efficiency of 86.6% at 30 μW. The second implementation combines the energy from two sources, glucose biofuel cell and thermoelectric harvester, to accomplish reliable multi-source harvesting. The measurements show that it achieves a peak efficiency of 89.5% when the combined input power is 66 μW. 

Abstract [sv]

Energiskörd har identifierats som en alternativ lösning för att driva inplanterbara biosensorer. Det kan potentiellt möjliggöra utveckling av själv-drivna inplanterbara biosensorer. Denna utveckling innebär att batterier, som sätter många begränsningar, ersätts av miniatyriserade energiskördsenheter. Anpassade gränssnittskretsar är nödvändiga för att korrigera för de skillnader i spänning och effektnivå som produceras av de energialstrande enheterna, och de som krävs av biosensorkretsarna. Denna avhandling undersöker de tillgängliga källorna för energiskörd i den mänskliga kroppen, föreslår olika metoder och tekniker för att utforma effektsnåla gränssnitt och presenterar två CMOS-implementeringar av sådana gränssnitt.

Baserat på undersökningen av lämpliga energiskördskällor, fokuserar denna avhandling på glukosbiobränsleceller och termoelektriska energiskördare, som har lämpliga prestanda i termer av effektdensitet och livstid. För att maximera effektiviteten hos effektöverföringen innehåller denna avhandling följande steg. Först görs en detaljerad analys av alla potentiella förluster inom boost-omvandlare. Sedan föreslår denna avhandling en designmetodik som syftar till att maximera den totala effektiviteten och effektförbrukningen. Slutligen presenterar den flera designtekniker för att ytterligare förbättra den totala effektiviteten.

Kombinationen av de föreslagna metoderna och teknikerna är varierade genom två högeffektiva lågeffekts energigränssnittskretsar. Den första inplementeringen är ett termoelektriskt energiskördsgränssnitt baserat på en induktor, med dubbla utgångsomvandlare. Mätresultaten visar att omvandlaren uppnår en maximal effektivitet av 86.6% vid 30 μW. Det andra genomförandet kombinerar energin från två källor, en glukosbiobränslecell och en termoskördare, för att åstadkomma en tillförlitlig multi-källas energiskördslösning. Mätresultaten visar att omvandlaren uppnår en maximal effektivitet av 89.5% när den kombinerade ineffekten är 66 μW. 

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
KTH Royal Institute of Technology, 2017. s. 84
Nyckelord
Energy harvesting interface, thermoelectric generator, glucose biofuel cell, power management, dc-dc converter, boost converter, zero-current switching, zero-voltage switching, implantable biosensor, Energiskördsgränssnitt, termoelektrisk generator, glukosbiobränslecell, energihantering, DC-DC-omvandlare, boost-omvandlare, inplanterbar biosensor
Nationell ämneskategori
Annan elektroteknik och elektronik
Forskningsämne
Informations- och kommunikationsteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-206588 (URN)978-91-7729-370-5 (ISBN)
Disputation
2017-06-09, Ka-Sal B (Sal Peter Weissglas), Kistagången 16, Stockholm, 13:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Projekt
Mi-SoC
Forskningsfinansiär
Vetenskapsrådet
Anmärkning

QC 20170508

Tillgänglig från: 2017-05-08 Skapad: 2017-05-05 Senast uppdaterad: 2017-05-09Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

EH_Interface(1848 kB)154 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 1848 kBChecksumma SHA-512
c66e15b3287634126286d33895ca493e71e5268db0ae216d8b382cc763a95ac416caf1ebe9b88839de6fb30a6fe76a9989280e9499df8f226d7be9129917cf2d
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopushttp://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=7484264

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Katic, JankoRodriguez, SaulRusu, Ana
Av organisationen
Integrerade komponenter och kretsar
I samma tidskrift
IEEE Journal of Solid-State Circuits
Elektroteknik och elektronik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 154 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 282 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf