Development of high efficiency and wide input / output voltage range power supply circuit with intermittent operation for energy harvesting

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04597
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: SATO TAKAHIDE 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (10345390)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: DC-DCコンバータ / スイッチング電源 / 効率改善 / エナジーハーベスト

Outline of Final Research Achievements

A DC-DC converter for energy harvesting has been developed. This converter operates in three modes: step-down, buck-boost, and boost, covering a wide input-output voltage range. Due to the presence of only one switch in the main current path, it has high efficiency. Control circuits and their auxiliary power source have also been designed. In the voltage control , the new control circuit suppresses transient fluctuations in the output voltage, thereby improving efficiency and stability. In the hysteresis control, efficiency is enhanced by eliminating the error amplifier and optimizing the driving voltage of the switch. In both control, when the generated power decreases, the switch can be shut off, disconnecting the generator from the DC-DC converter, allowing intermittent operation.

Free Research Field

アナログ集積回路設計

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、高効率かつ広い入力電圧範囲を持つDC-DCコンバータが実現可能であることが示された。数mW程度の電源回路を汎用CMOSプロセスで作成する際には、スイッチの導通損失が効率を制限する問題があった。提案するDC-DCコンバータは、電流経路のスイッチを常に1個にした初の構成であり、従来回路に比べて高効率である。さらに昇圧、降圧、昇降圧の3つの動作状態を有し、広い入力電圧に対応するため、電圧変動の大きいエナジーハーベスト用の電源回路に最適である。提案回路の出力電圧範囲は広く、様々な用途への応用できる。提案回路の利用により、エナジーハーベスティングを用いた新たな装置の開発が加速される。