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JSSC 2022第6期Power Management180nmBoost ConverterEnergy Harvesting

A Self-Resonant Boost Converter for Photovoltaic Energy Harvesting With a Tracki

本文提出了一种自谐振升压转换器，用于光伏能量收集，具有超宽范围源跟踪功能。
180nm CMOS, 125nW总功耗, 90%跟踪效率, 86%峰值端到端效率
自谐振升压转换器光伏能量收集最大功率点跟踪零电流开关超宽范围源跟踪
▸创新点1：自控谐振频率发生器（SRFG）采用谐波振荡器实现，能在欠阻尼、过阻尼和临界阻尼三种条件下工作，动态调整转换器的开关频率，提升光伏能量收集的适应性和效率（>90%）。
▸创新点2：最大功率点跟踪（MPPT）控制器与SRFG同步工作，通过可编程延迟控制器（PDC）控制功率开关的导通时间，实现超宽范围（20–1500Ω）光源阻抗跟踪，功耗仅38nW，显著降低系统能耗。
▸创新点3：零电流开关（ZCS）控制器以20nW超低功耗实现，有效减少开关损耗，结合片上变压器启动电路（OTSC）支持80mV输入自启动，提升系统整体能效（峰值效率89%）。
▸创新点4：采用180nm CMOS工艺与2μm厚顶层金属选项集成，实现高转换效率（86%@250mV输入）与微型化，适应光伏模块（输出120μW）的紧凑型应用需求。
Abstract
Herein, we present a self-resonant boost converter integrated circuit (IC) for ultra-wide range source tracking of a photovoltaic generator (PVG). The tracking is efficiently achieved using a self-controlled resonant frequency generator (SRFG). The SRFG, which is realized using a harmonic oscillator, defines the switching frequency of the converter by operating under three conditions: underdamping, overdamping, and critical damping. The maximum power point tracking (MPPT) controller, which synchro