This paper presents a switched capacitor (SC) based bidirectional dc-dc converter topology for high voltage gain applications. The proposed converter is able to operate with multiple integral voltage conversion ratios based on user input. The architecture of a user-friendly, inductor-less multi-voltage-gain bidirectional dc-dc converter is proposed in this study. The inductor-less or magnetic-less design of the proposed converter makes it effective in higher temperature applications. Furthermore, the proposed converter has a reduced component count and lower voltage stress across its switches and capacitors when compared to existing SC converters. An output impedance analysis of the proposed converter is presented and compared with popular existing SC converters. The proposed converter is simulated in the OrCAD PSpice environment and the obtained results are presented. A 200 W hardware prototype of the proposed SC converter has been developed. Experimental results are presented to validate the efficacy of the proposed converter.
An extension of the one-cycle control (OCC) method for switched-capacitor (SC) converters is proposed in this paper, featuring a fast dynamic response, wide line and load operation ranges, and simplicity in implementation. To illustrate the operation principle of this nonlinear control method and to demonstrate its simplicity in design, a dual-phase unity gain SC converter is examined. A new control loop based on the charge balance in a flying capacitor is formulated for the OCC technique and implemented with a 15W dual-phase unity gain SC converter on a circuit board for control verification. The obtained experimental results show that external disturbances can be rejected in one switching cycle by the OCC controlled SC converter with good line and load regulations. When compared to other control methods, the proposed nonlinear control loop exhibits superior dynamic performance in suppressing input and load disturbances.
Three switched-capacitor(SC) networks are presented including series-parallel capacitor set, reversed-switched-capacitor network and push-pull switched-capacitor network, the performances of which are discussed. Combining the SC networks with traditional DC-DC converters, we form several new topologies. Experiment and analyzed results show that the behavior of a DC-DC converter with large voltage ratio can be improved. A wider voltage conversion range is also obtained.
Ye, Yuanmao;Peng, Wei;Jiang, Bijia;Zhang, Xianyong
Journal of Power Electronics
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v.18
no.3
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pp.672-680
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2018
A bidirectional exponential-gain switched-capacitor (SC) DC-DC converter is developed in this paper. When compared with existing exponential SC converters, the number of switches is significantly reduced and its structure is simplified. The voltage transfer features, voltage ripple across capacitors, efficiency and output impedance of the proposed converter are analyzed in detail. Optimization of the output impedance is also discussed and the best type of capacitance distribution is determined. A common function of the voltage gain to the output impedance is found among the proposed converter and other popular SC voltage multipliers. Experimental evaluation is carried out with a 6-24V bidirectional prototype converter.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.9
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pp.1755-1762
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2016
In this paper, a small areal dual-output SC(switched capacitor) DC-DC converter with a improved range of an input voltage is presented. The conventional SC DC-DC converter has an advantage of low cost and small chip area. But, it has a narrow input voltage range to convert efficiently. Also, it has a lager chip area and a lower power efficiency from multiple outputs. The proposed SC DC-DC converter improves the power efficiency by using the capacitor array structure which efficiently converts the voltage according to the input voltage. By sharing two switch array, it reduces the number of switches and capacitors from 32 to 25. The proposed SC DC-DC converter was manufactured in a $0.18{\mu}m$ CMOS process. In the simulation, the range of the input voltage is 0.7~ 1.8V, the max. power efficiency is 90%, and the chip area is $0.255mm^2$.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.12
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pp.4984-4990
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2010
In this paper, a Step-down CMOS DC-DC Converter using low power switched capacitor method is designed in a 0.5 ${\mu}m$ technology for the integration of devices. Conventional DC-DC converter is used inductor that can store energy in a magnetic field but have low efficiency because power consumption is caused by magnetic flux. And there were problems with size, weight and price to integrate chip. In this paper, a proposed Inductorless step-down CMOS DC-DC converter of low power using SC method is designed in a 0.5um technology to solve these problems. Designed DC-DC converter have 96% power efficiency with 200kHz frequency by using cadence simulation.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.47
no.3
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pp.13-18
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2010
This work proposes and characterizes switched-capacitor type cyclic digital-to-analog converter for display data driving. The proposed digital-to-analog converter composes simple structure, and can be implemented for low-power, small area display driver ICs. By circuit level simulations, it is verified that the op-amp input referred offset is attenuated at the DAC output and the circuit performance is robust at 0.5% of capacitor mismatch.
This review paper describes the overall operating principle of a discrete-time delta-sigma modulator (DTDSM) and a continuous-time delta-sigma modulator (CTDSM) using a switched-capacitor (SC). In addition, research that has solved the problems related to each delta-sigma modulator (DSM) is introduced, and the latest developments are explained. This paper describes the chopper-stabilization technique that mitigates flicker noise, which is crucial for the DSM. In the case of DTDSM, this paper addresses the problems that arise when using SC circuits and explains the importance of the operational transconductance amplifier performance of the first integrator of the DSM. In the case of CTDSM, research that has reduced power consumption, and addresses the problems of clock jitter and excess loop delay is described. The recent developments of the analog front end, which have become important due to the increasing use of wireless sensors, is also described. In addition, this paper presents the advantages and disadvantages of the three-opamp instrumentation amplifier (IA), current feedback IA (CFIA), resistive feedback IA, and capacitively coupled IA (CCIA) methods for implementing instrumentation amplifiers in AFEs.
The performance of a 1-bit DAC depends on that of the analog circuits. The mixed SC-CT (switched capacitor-continuous time) architecture is an effective design methodology for the analog circuits. This paper Proposes a new buffer scheme for the 1-bit digital-to-analog subconverter and a new SF-DSC(smoothing filter and differential-to-sig le converter) which performs both the smoothing filter and the differential-to-single convertor simultaneously.
A switched-capacitor(SC) type DC-DC converter having capability of integrated circuit fabrication have been marked for the application of mobile equipments. Especially, a ring type SC power supply is featured by the flexible and dynamic voltage conversion ratio change. In this paper, an improvement of the gate driving techniques is proposed for high power efficiency and less area occupation on the chip. Furthermore, its power-saving operation in the stand-by state is proposed. The three-capacitors ring type power supply is really designed and discussed. As results, the simulation results shows the high efficiency of 92.1%, and the higher output put voltage of 10.5 V compared with conventional one of 8.6 V.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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