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一种具有 750%扩展输出功率范围、自适应开关控制和电压-功率调节的双输出可重构共享电感器升压转换器/电流模式感应功率管理 ASIC。

A Dual-Output Reconfigurable Shared-Inductor Boost-Converter/Current-Mode Inductive Power Management ASIC With 750% Extended Output-Power Range, Adaptive Switching Control, and Voltage-Power Regulation.

出版信息

IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2019 Oct;13(5):1075-1086. doi: 10.1109/TBCAS.2019.2937253. Epub 2019 Aug 23.

Abstract

This paper describes a dual-output, reconfigurable integrated power management (IPM) ASIC for inductive power delivery. The proposed ASIC operates either as a current-mode (CM) rectifier or a boost converter by sharing the receiver (Rx) coil (L) to improve performance of inductive power transmission against the variations of Rx input power (P) and dual-output DC power (P+ P). Conventional IPM structures either fail to generate regulated outputs (e.g., V and V) when the required P+ P exceeds P or suffer from low power-conversion efficiency (PCE) when P exceeds P+ P due to voltage regulation and protection. To overcome these challenges, the proposed ASIC offers the unique capabilities of 1) generating multiple regulated outputs [Formula: see text] directly from L with single-stage conversion, 2) efficient CM operation with active rectification, enabled by adaptive switching control (ASC), 3) charging a large capacitor ( C) with the purpose of operating as a shared-inductor boost converter (SBC), transferring energy from C to C and C, when , and 4) efficient voltage-power regulation (VPR). A proof-of-concept chip was fabricated in a 0.35-μm 2P4M standard CMOS process occupying 1.35-mm active area. In measurements, the proposed ASIC was able to successfully provide regulated [Formula: see text] and [Formula: see text] despite significant variations in P, P, and P. Moreover, the chip extended the peak output power range by 750% and improved the PCE by 1.3 times and 8.1 times thanks to the ASC and VPR, respectively.

摘要

本文介绍了一种用于感应功率传输的双输出、可重构集成电源管理 (IPM) ASIC。所提出的 ASIC 通过共享接收器 (Rx) 线圈 (L) 来工作在电流模式 (CM) 整流器或升压转换器模式,以提高感应功率传输的性能,应对 Rx 输入功率 (P) 和双输出直流功率 (P+P) 的变化。传统的 IPM 结构要么无法在所需的 P+P 超过 P 时生成稳压输出 (例如,V 和 V),要么由于电压调节和保护而在 P 超过 P+P 时效率低 (PCE)。为了克服这些挑战,所提出的 ASIC 提供了独特的功能,1) 直接从 L 采用单级转换生成多个稳压输出 [公式:见文本],2) 采用自适应开关控制 (ASC) 实现高效的 CM 操作,进行有源整流,3) 通过充电大电容 (C) 来作为共享电感升压转换器 (SBC) 运行,当 [公式:见文本] 时,将能量从 C 传输到 C 和 C,以及 4) 高效的电压功率调节 (VPR)。一个概念验证芯片是在 0.35-μm 2P4M 标准 CMOS 工艺中制造的,占用 1.35-mm 的有源面积。在测量中,尽管 P、P 和 P 有很大变化,但所提出的 ASIC 成功地提供了稳压 [公式:见文本] 和 [公式:见文本]。此外,由于 ASC 和 VPR,该芯片将峰值输出功率范围扩展了 750%,并将 PCE 提高了 1.3 倍和 8.1 倍。

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