Administración de energía en sistemas empaquetados o multi-chip
En los últimos años dispositivos móviles y sistemas de cómputo han logrado disminuir sus tamaños y aumentar su funcionalidad sin sacrificar sus consumos energéticos a través de buenas estrategias de administración de energía. En esta tesis se aborda la implementación de convertidores de potencia...
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| Autor principal: | |
|---|---|
| Otros Autores: | |
| Formato: | tesis doctoral |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2015
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/2580 |
| Aporte de: |
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Ingeniería Administración de energía SOC SIP ASIC |
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Ingeniería Administración de energía SOC SIP ASIC Soto, Angel José Administración de energía en sistemas empaquetados o multi-chip |
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Ingeniería Administración de energía SOC SIP ASIC |
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En los últimos años dispositivos móviles y sistemas de cómputo han logrado
disminuir sus tamaños y aumentar su funcionalidad sin sacrificar sus consumos
energéticos a través de buenas estrategias de administración de energía. En esta
tesis se aborda la implementación de convertidores de potencia para administración
de energía. Dos líneas de investigación serán abordadas; la primera a nivel de sistemas
empaquetados (system in a package) y la segunda en sistemas en circuitos
integrados (system on chip). En la primera parte se presenta un análisis de la técnica
de desvío de ondulación (ripple steering) aplicada a tecnologías de cerámicas de baja
temperatura de sinterizado (low temperature co-fired ceramics, LTCC) magnético y
se analiza la factibilidad de usarla en filtros de potencia. Luego se determina la zona
de trabajo en la que el filtro con ripple steering presenta mayor atenuación que un
filtro LC de 2do orden con el mismo volumen. Para esto se modela el comportamiento
del filtro dependiendo de diferentes parámetros de fabricación y se propone
una figura de mérito que evalúa la mejora en la atenuación entre el fltro con ripple
steering y el filtro clásico LC de 2do orden con el mismo volumen.
Para validar el modelo propuesto y la figura de mérito se construyen inductores
acoplados en LTCC que son utilizados en un filtro de potencia. Los resultados
experimentales muestran que el filtro con ripple steering se desempeña mejor, con
una atenuación 66% más alta que el filtro clásico LC de 2do orden. Ambos filtros
son luego utilizados como filtros de salida de un convertidor reductor (buck) y se
comprueba que la ondulación de salida (ripple) también es 66% menor para el filtro
con ripple steering.
En la segunda parte de la tesis se aborda el caso de estudio de un convertidor de
múltiples salidas utilizando una única inductancia (single inductor multiple outputs,
SIMO) completamente integrado, orientado a la administración de energía dentro de
la misma pastilla de silicio (die) de un sistema en circuito integrado. El convertidor
posee dos salidas, una reductora (buck) y otra elevadora (boost) de tensión.
Para llevar a cabo la implementación se elije una tecnología CMOS de 65 nm, ampliamente
utilizada en sistemas en circuitos integrados. Se propone y desarrolla una
estrategia de control por histéresis, los módulos y circuitos necesarios para su implementación. Comparadores de alta velocidad, transductores de corriente instantánea
y media y los sensores de corriente cero por la inductancia son desarrollados junto
con una máquina de estados asincrónica que ofrece las mejores características para
el control del sistema.
El convertidor desarrollado genera tensiones de 1.2 V y 0.8 V a partir de una
tensión de 1 V. Las salidas poseen una regulación del 10% en la condición de máxima
carga que es de 50 mA. El convertidor logra un pico de eficiencia mayor al 70 %,
que es comparable a la eficiencia reportada en trabajos previos y superior a la que
se puede obtener con reguladores lineales. |
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Oliva, Alejandro |
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Oliva, Alejandro Soto, Angel José |
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Soto, Angel José |
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