A Thermal Energy Harvesting Power Supply With an Internal Startup Circuit for Pacemakers

电气工程 电压 CMOS芯片 升压变换器 功率(物理) 能量收集 热电发电机 电子工程 工程类 热电效应 物理 量子力学 热力学
作者
Mohammadreza Ashraf,Nasser Masoumi
出处
期刊:IEEE Transactions on Very Large Scale Integration Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (1): 26-37 被引量:86
标识
DOI:10.1109/tvlsi.2015.2391442
摘要

A complete thermal energy harvesting power supply for implantable pacemakers is presented in this paper. The designed power supply includes an internal startup and does not need any external reference voltage. The startup circuit includes a prestartup charge pump (CP) and a startup boost converter. The prestartup CP consists of an ultralow-voltage oscillator followed by a high-efficiency modified Dickson. Forward body biasing is used to effectively reduce the MOS threshold voltages as well as the supply voltage in oscillator and CP. The steady-state circuit includes a high-efficiency boost converter that utilizes a modified maximum powerpoint tracking scheme. The system is designed so that no failure occurs under overload conditions. Using this approach, a thermal energy harvesting power supply has been designed using 180-nm CMOS technology. According to HSPICE simulation results, the circuit operates from input voltages as low as 40 mV provided from a thermoelectric generator and generates output voltages up to 3 V. A maximum power of 130 μW can be obtained from the output of the boost converter, which means that its efficiency is 60%. A minimum voltage of 60 mV and a maximum time of 400 ms are needed for the circuit to start up.

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