Buck Converters for Low Power Applications. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Thesis: Buck Converters for Low Power Applications) MohanadThesis_SubmitDGS.pdf - Submitted Version Download (11MB) | Preview

Arabic Abstract

لقد دخلت الإلكترونيات الحديثة في كافة مجالات الحياة. تعتبر تقنية\textLR{CMOS} هي التقنية الأكثر استخداما في الإالكترونيات، و قد أدى تصغيرها المتواصل إلى جعلها الأداة الأفضل لتحقيق رغبة المستهلك في أجهزة تحتوي على وظائف أكثر، أداء أفضل و استهلاك أقل للبطاريات و تكلفة أقل. تقوم محولات \textLR{Buck} بتحويل جهد البطارية المرتفع إلى جهد أقل موائم للدوائر الرقمية المستخدمة في هذه الأجهزة نتطرق في هذه الرسالة إلى موضوعين متعلقين بمحولات \textLR{Buck} الأول: تصميم دوائر المحولات يحتاج من المصمم إلى تحديد أبعاد الترانزيستورات و عناصر الدائرة الأخرى. الإختيار الأمثل لهذه القيم يعتمد على مقدرة المصمم على تقييم أداء المحول عند نقطة معينة. في هذه الرسالة نقترح خوارزمية لتقييم هذا الأداء بصورة أوتوماتكية ابتداء من معطيات الدائرةز تم تطبيق هذه الخوارزمية و مقارنة نتائجها مع نتائج برنامج \textLR{SPICE} و تبين النتائج تقاربا جيدا في النتائج و مقدار خطأ لا يزيد عن \I{1\%} تمهد الخوارزمية المقترحة أيضا الطريق لأتمتة عملية تحديد الأبعاد بشكل أوتوماتيكي من خلال أي من خوارزميات ال \textLR{Optimization} المعروفة. ثانيا: يؤثر المدى الذي يغطيه محول بك بكفاءة جيدة على مدة استخدام البطارية من غير شحن. لتحسين المدى نقترح في هذم لرسالة محول بك مدمج مكون من محول يك حثي لتغطية التيارات المرتفعة و محول المكثفات متقطعة التوصيل لتغطية المدى التيارات الأقل. يوفر هذا المحول خرجا بين \I{0.7V} و \I{1.4V} بكفاءة قصوى تعادل \I{82\%}.

English Abstract

Consumer electronics has no doubt entered every aspect of modern life. Scaling of CMOS technologies has provided the platform to serve the ever more increasing demands of consumers: more functionality, higher performance, longer battery lifetime all at lower prices and smaller sizes. Many portable devices have Buck converters that adapt the higher battery or supply voltage to the lower voltage levels demanded by digital circuits. This thesis explores two topics related to Buck converters. First: the design of buck converters requires the sizing of switches and passive components. Selecting a suitbale design point requires the ability to evaluate the performance at the design point. In this thesis we propose an automated algorithm (called MNA-SS-REDOX) for state space generation and performance evaluation of DC-DC converters (in general). The algorithm is applied to several types of buck converters and compared against simulation results from SPICE found to be in good agreement with the simulation results. The algorithm also sets the stage for an automated optimizer to be used for sizing of components. Second: the output range over which the buck converter exhibits certain efficiency directly affects the battery lifetime. Portable devices spend considerable amount of time in low power modes. We propose a hybrid buck converter power stage that allows serving of a wide range of loads (100$ \mu $ - 1A) i.e. a range of 10000. The power stage is formed of a switched capacitor power stage and an inductive power stage. The output voltages provided by this converter are in the range 0.7 -- 1.4V with a peak efficiency of 82\%.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Al-Ghamdi, Mohammad Khalaf
Committee Members:	Al-Zaher, Hussein and Hussein, Alaa ElDein
Depositing User:	MOHANAD AHMED MOHAMMED ELHASSAN (g201207560)
Date Deposited:	27 Jan 2016 10:12
Last Modified:	01 Nov 2019 16:32
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139858