Redresseur de tension ultra-basse CMOS à haute

Redresseur de tension ultra-basse CMOS à haute efficacité
pour applications à énergie sans fil et de récupération
d’énergie.
Contexte
Un convertisseur de tension ou redresseur (diode) fournit un chemin unidirectionnel au courant
circulant de la source vers la charge. En microélectronique, on remplace les traditionnelles diodes
par des transistors MOS à diode-liée, mais les résistances de canal des commutateurs limitent la
puissance globale et réduisent la tension de sortie. Cette structure est inefficace dans un système
à très basse tension. Les redresseurs de type passif utilisent diverses configurations de transistors
MOS, tandis que des commutateurs MOS sont au cœur des redresseurs dits actifs. Ces
redresseurs actifs ont besoin d'une puissance statique supplémentaire pour alimenter leur circuit
interne et connaissent des pertes dynamiques relatives aux commutateurs.
Technologie
Afin d'améliorer les performances de la chaîne de conversion d'énergie et d'augmenter la tension
de sortie pour une amplitude donnée de la source d'entrée, nous proposons un nouveau design
de redresseur CMOS pleine-onde. Il utilise une paire de commutateurs pMOS « bootstrapped »
avec une tension de seuil effectif très faible formée dans la structure de grille à couplage
transversal dont le volume est polarisé de façon dynamique afin de réduire les fuites. Cette
structure est associée à un réservoir de charge unique afin de réduire la tension de seuil efficace
des commutateurs MOS associés à la fois pour le cycle d'entrée positif et le cycle négatif. Ce
design est entièrement compatible avec les technologies de pointe CMOS submicronique, comme
le 0,18 µm et sa mise en œuvre ne nécessite pas de circuiterie complexe. Les mesures sur le
prototype ont confirmé un taux de conversion de tension supérieur à 70% de la source de courant
alternatif en entrée d’une amplitude-crête de 0,8 V.
Application
Cette technologie vise tout circuit intégré où l'efficacité énergétique est cruciale en améliorerant la
chaîne de gestion de puissance de la puce. Les applications ciblées sont celles qui utilisent des
sources de tension d’amplitudes ultra-basses, tels que des systèmes de récupération d’énergie,
« Energy Harvesting », les implants biomédicaux intelligents ou les systèmes RFIDs.
Avantages compétitifs
• Rendement élevé: taux de conversion de tension > 70% pour une source de courant alternatif en
entrée d’une amplitude-crête de 0,8 V.
• Compatibilité totale avec les technologies de pointe CMOS submicronique, comme la 0,18 pm
• Conception de circuit simple
Brevet
Demande américaine provisoire US 61/814,858 “SINGLE RESERVOIR FULL-WAVE RECTIFIER”
Prochaines étapes
Nous sommes à la recherche d'un partenaire pour commercialiser la technologie sous licence.
Contact
Morgan Guitton, Ing. Jr.
Directrice de projects, Développement des affaires,
Sciences & génie
Univalor
[phone] poste: 4231
[email protected]
Yvon Savaria, M.Sc.A., Ph.D.
Professeur et Directeur,
Département de génie électrique
Polytechnique Montreal
[phone] poste: 4737
[email protected]