Design of fully integrated milliwatt thermoelectric energy harvesting interface circuit for wireless body sensor networks
Kablosuz vücut sensör ağları için tam entegre milivat termoelektrik enerji toplama arayüz devresi tasarımı
- Tez No: 647531
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ MUHTAROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Odtü Kuzey Kıbrıs Kampusu (kktc-Güzelyurt)
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kablosuz vücut sensörü ağları milyonlarca kronik rahatsızlığa sahip insanın hastane dışı tanı ve anormal durumların izlenmesi amacıyla oldukça önem kazanmıştır. Bu sensör ağlarına güç veren piller, hantal yapıları ve sınırlı enerji depolama yetenekleri nedeniyle ağların hareketlilik ve ömürlerine zarar verir. Bu nedenle bu tez çalışması vücut sıcaklığı ve termoelektrik jeneratörlerden yararlanıp nihai olarak bataryaların yerini almayı hedefleyen tamamen entegre bir arayüz devresinden 1 mW üzerinde bir çıkış gücü elde etmeyi amaçlar. Cadence IC dizayn yazılımı kullanılarak tasarlanan standart 180nm CMOS devresi önceden dizayn edilen giriş voltajını dört katına çıkaran bir osilatör konsepti, şarj pompası temelli bir DC-DC dönüştürücü ve bir maksimum güç takibi devresinden oluşur. Mevcut bir termoelektrik jenaratör (TEJ) elektriksel modeli kullanılarak elde edilen simülasyon verilerine göre, DC-DC dönüştürücü 500 mV TEJ voltajında 37% verimlilik ile 2V çıkış voltajı ve 1.50 mW çıkış gücü sağlayabilir. Dönüştürücünün minimum başlangıç voltajı tasarım sonrası simülasyonlarda 92 mV olarak bulunmuştur. DC-DC dönüştürücü ve MPPT devresinden oluşan tamamen özerk arayüz devresi 500 mV TEJ voltajı ile 1.5V çıkış voltajı ve 1.24 mW çıkış gücü sağlar. Aynı koşullarda, arayüz devresi verimliliği %20 olarak kaydedilmiştir. Optimize edilen arayüz devresi rahatlıkla kablosuz vücut sensör ağlaraını aktive etmek için kullanılabilir ve bataryasız sensör devrelerinin operasyonunu etkinleştirebilir.
Özet (Çeviri)
Wireless body sensor networks have drawn significant attention for providing out-of-hospital diagnosis and remote abnormality monitoring, which are vitally important for millions of people suffering from chronic diseases. Batteries powering these sensor networks hurt their mobility and longevity due to their bulkiness and down-time during charging or replacement. Therefore, this study focuses on thermoelectric energy harvesting from body heat, and targets eventual replacement of batteries by generating power levels above 1 mW using a fully integrated interface circuit component. The 180nm standard CMOS circuit, designed using Cadence IC design suite, contains the first optimized implementation of a previously developed quadrupling oscillator concept, a charge-pump based DC-DC converter, and a maximum power point tracking circuitry. Simulations using the electrical model of a commercial TEG module show that the DC-DC converter is capable of up to 1.5 mW output power, and 2 V output voltage, with 37% interface circuit efficiency when the TEG voltage is 500 mV. Minimum input voltage for the converter startup is found as 92 mV in the post-layout simulations. The interface circuit simulations with MPPT achieve 1.24 mW output power and 1.5 V output voltage for the TEG voltage of 500 mV. In the corresponding circumstance, the interface circuit efficiency is recorded as %20. The optimized interface circuit can be utilized to power up WBSN and enables batteryless sensor network operations.
Benzer Tezler
- Design and realization of fully integrated multiband multistandard Bi-CMOS sigma delta frequency synthesizer
Tamamen tümleşik çok bantlı ve çok standartlı Bi-CMOS sigma delta frekans sentezleyicisi tasarımı ve gerçeklemesi
EMRE ÖZEREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- Design and fabrication of fully integrated Gilbert Cell down-conversion mixer in 0.15um GaAs phemt technology
0.15um GaAs phemt teknolojisi kullanılarak tam entegre Gilbert Cell alt dönüştürücü mikser tasarım ve üretimi
UTKU TUNCEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERKAN TOPALOĞLU
- New possibilities in the design of analog integrated circuit with MOS-C realization
MOS-C gerçeklemesi ile analog tüm devre tasarımında yeni olanaklar
AHMET GÖKÇEN
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ÇAM
- Investigation of the damping effectiveness of particle damper integrated structures design produced by laser powder bed fusion under different boundary conditions
Lazerle toz yatağında füzyon ile üretilmiş parçacık sönümleyici entegreli yapıların tasarımlarının sönüm etkinliğinin farklı sınır koşulları altında incelenmesi
BİROL ÖZÇEVİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRECAN SÖYLEMEZ
- Design and development of an isotope identification device (RID) based on a low energy resolution CsI(TL) detector integrated with a standard radiation portal monitor (RPM)
Standart radyasyon portal monitörü (RPM) ile entegre edilmiş düşük enerji ayırma güçlü CsI(TL) dedektör esaslı bir izotop tanımlama cihazının (RID) tasarımı ve geliştirilmesi
EGE CAN KARANFİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Nükleer MühendislikAnkara ÜniversitesiMedikal Fizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHADIR SAYGI
PROF. DR. HALUK YÜCEL