In this paper, we propose a hybrid DC-DC converter combined with a switched-capacitor that can be used in battery-powered applications. Firstly, we proposed a step-up/down converter powering disposable IoTs with reconfigurable alkaline battery cells from 1xBAT to 3xBATs. The proposed topology enables its input/output currents to be continuous, resulting in reduced power loss at DCRs of inductor and battery. By virtue of battery cell balancer (BCB) in this chip, all energies can be fully extracted from multiple cells. The chip shows 96.8% peak efficiency, and the extended battery time of +12.5% is expected compared to prior works. Nextly, a ±15V bipolar-output high step-up SC DC-DC converter with energy-recycled regulation is presented. An energy-recycled fine regulation scheme with wide VCR is proposed in SC step-up converter. It accurately controls the dropout voltage of post-regulator to be minimal to reduce power loss. Such improvements were achieved without increasing the complexity (cost) overhead or the power loss in the SC circuit. Also, the proposed voltage/currenthybrid (VIH) post-regulator offers high suppression of switching ripple and noise while maintaining a voltage efficiency of 98.7%. The fabricated chip offers 28.7μVRMS output noise and a total peak efficiency of 90.5%.
본 논문에서는 battery-powered application에서 활용 가능한 switched-capacitor와 결합된 형태의 hybrid DC-DC컨버터에 대해 제안한다. 먼저 제안되는 alkaline battery용 step-up/down 컨버터는 연속적인 입/출력 전류를 가지며, inductor와 배터리의 DCR에 의한 전력 손실을 줄여준다. 또한 제안된배터리-셀-밸런싱 테크닉을 통해, 배터리의 에너지를 효율적으로 사용 가능하다. 제안된 컨버터는 96.8%의 효율을 가지며, 기존 구조에 비해 12.5% 높은 동작 시간을 갖는다. 다음으로, 에너지 재활용 regulation 기능을 갖춘 ± 15V 바이폴라 출력 고 승압 SC DC-DC 컨버터에 대해 제안한다.제안된 SC 컨버터에는 넓은 VCR을 가지는 에너지 재활용 미세 조절 방식이 제안된다. 전력 손실을 줄이기 위해 포스트 레귤레이터의 드롭 아웃 전압을 최소로 유지하도록 제어한다. 이러한 개선은 SC 회로의 복잡성 (비용) 또는 전력 손실을 증가시키지 않고 달성된다. 또한 제안 된 VIH (Voltage / current-hybrid) 포스트 레귤레이터는 98.7 %의 전압 효율을 유지하면서 스위칭 리플 및 노이즈를 높은 수준으로 억제한다. 제안 된 칩은 28.7μVRMS 출력 잡음과 90.5 %의 총 피크 효율을 제공한다.
