Σχεδιασμός ολοκληρωμένου κυκλώματος DC-DC μετατροπέα για εφαρμογές συγκομιδής ενέργειας από το περιβάλλον
Creators: name: Τοπουζλής, Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Συγκομιδή ενέργειας
Συνθήκες φωτεινότητας εσωτερικού χώρου
DC-DC μετατροπέας
Θερμοηλεκτρική γεννήτρια
Φωτοβολταϊκό κύτταρο
Energy harvesting
Indoor light conditions
DC-DC converter
Thermoelectric generator
Photovoltaic cell
Zero Current Switching

description: Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν ο σχεδιασμός ενός DC-DC μετατροπέα ανύψωσης τάσης, ο οποίος αντλώντας ενέργεια από μία θερμοηλεκτρική γεννήτρια (Thermoelectric Generator – TEG) και ένα φωτοβολταϊκό πάνελ (Photovoltaic panel – PV), έχει την ικανότητα παροχής τάσης εξόδου μεγαλύτερη των 1.8 V σε συνθήκες εσωτερικού χώρου. Κύριο μέλημα ήταν η αντιμετώπιση του προβλήματος παροχής ενέργειας στην είσοδο όταν και οι δύο πηγές παρέχουν συγκρίσιμη ποσότητα ενέργειας αλλά με διαφορετικές τιμές τάσης. Έπειτα από εκτενή αναζήτηση στη διεθνή βιβλιογραφία, το πρόβλημα αντιμετωπίστηκε με την σχεδίαση ενός DC-DC μετατροπέα της κατηγορίας των διακοπτικών-πηνίου (switched-inductor), στον οποίο προστέθηκε ένα κύκλωμα εποπτείας τάσεων των δύο εισόδων. Επίσης, σχεδιάστηκε κύκλωμα εφαρμογής της τεχνικής μηδενικής μεταγωγής ρεύματος (Zero Current Switching – ZCS) για τη μείωση των απωλειών. Ως πηγές εισόδου επιλέχθηκαν το PV KXOB25-04X3F της εταιρείας IXYS και το TEG TXL-127-03L της εταιρείας TXL. Οι λόγοι επιλογής τους ήταν ο μικρός όγκος που καταλαμβάνουν και η υψηλή απόδοσή τους. Το πηνίο που επιλέχθηκε είναι χωρητικότητας 3.3 μF της σειράς 1011 της εταιρείας Würth Elektronik και ο λόγος επιλογής του είναι η μικρή εσωτερική του αντίσταση και ο μικρός του όγκος. Η απόδοση του κυκλώματος κυμάνθηκε από 69.95 % έως 77.06 % με τις δύο πηγές στην είσοδο και από 60.87 % έως 77.14 % μόνο με το TEG. Οι συνθήκες που μετρήθηκαν οι αποδόσεις ήταν: α) ακτινοβολία από 3 W/m2 έως 40 W/m2, β) διαφορά θερμοκρασίας ΔΤ από 3 °C έως 30 °C, γ) τάση εξόδου 1.8 V και δ) φορτίο των 2 kΩ στην έξοδο. Η τεχνολογία σχεδιασμού ολοκληρωμένων που χρησιμοποιήθηκε είναι η AMS 0.35 μm και ο σχεδιασμός του ολοκληρωμένου κυκλώματος καθώς και τα αποτελέσματα των αποδόσεων πραγματοποιήθηκαν στο λογισμικό Cadence Virtuoso έκδοσης IC 6.1.6.
description: The purpose of this master thesis was the design of a DC-DC boost converter that draws power from a Thermoelectric Generator (TEG) and a Photovoltaic panel (PV) and offers an output greater than 1.8 V in indoor conditions. Our goal was to solve the problem of power supply at the input, when both sources provide comparable amount of energy but different voltage values. Extensive research in the bibliography has led to design a circuit that falls in the switched-inductor category, where a voltage supervisor was added to solve the abovementioned problem. Furthermore, a zero current switching circuit was designed and added, in order to reduce power losses. The input sources chosen were the PV KXOB25-04X3F model by IXYS and the TEG TXL-127-03L model produced by TXL. We have selected these sources due to their small physical size and high efficiency. The inductor chosen had an inductance of 3.3 μF and it belongs to the 1011 series of Würth Elektronik. It was selected because of its low resistance and its small physical size. The efficiency of the circuit ranged from 69.95% to 77.06% with two input sources and from 60.87% to 77.14% only with the TEG. The measurement conditions were: a) radiation from 3 W/m2 to 40 W/m2, b) temperature difference from 3 °C to 30 °C, c) output voltage of 1.8 V and d) load of 2 kΩ. The fabrication technology of the integrated circuits used was AMS 0.35 μm and the software where the integrated circuit of DC-DC boost converter was designed and tested was Cadence Virtuoso IC version 6.1.6.