Direction de recherche : Dimitri GALAYKO

Circuits d’interface intégrés sur silicium pour une gestion optimale de la puissance dans les récupérateurs d’énergie vibratoire à transduction capacitive

Les vibrations ambiantes représentent une source potentielle d’énergie pour alimentation des capteurs sans fil autonomes. La transduction électrostatique est une des techniques utilisées pour la conversion de l’énergie des vibrations en électricité. De nombreuses réalisations des transducteurs et leurs circuits de conditionnement ont déjà été présentées dans la littérature. Pour transmettre l’énergie convertie vers une charge utile (par exemple, une batterie), des interfaces spécifiques doivent être conçues. Ce dernier sujet a été peu abordé dans la littérature.
Ce travail étudie une interface avec la charge dans un dispositif de récupération d’énergie vibratoire. L’architecture proposée au cours de cette étude est particulièrement adaptée aux circuits de conditionnement de type pompe de charge, qui fonctionne selon un cycle charge-tension rectangulaire. L’interface proposée accomplit deux tâches. Premièrement, il permet de transférer l’énergie électrique du circuit de conditionnement vers une charge tout en abaissant la tension d’une manière adiabatique, c.a.d., en minimisant les dissipations. Deuxièmement, il permet de réguler le débit d’extraction d’énergie du circuit de conditionnement en ajustant dynamiquement la puissance de ce transfert. Cela est réalisé avec un circuit intégrée en technologie 0.35um AMS CMOS haute tension dont l’architecture est inspirée d’un convertisseur DC-DC de type Buck fonctionnant en régime discontinu. La consommation de l’interface est minimisée grâce à l’utilisation du régime sous le seuil des transistors MOS pour pratiquement tous les blocs, grâce à une alimentation réduite à 1.1 Volt. L’interface consomme en dessous de 100 nanoWatts, et est capable de gérer des sources d’énergie à puissance en dessous de 1 microWatt.

Publications 2016-2017

• 2017
  • M. Bedier : “Circuits d’interface intégrés sur silicium pour une gestion optimale de la puissance dans les récupérateurs d’énergie vibratoire à transduction capacitive”, thèse, soutenance 20/12/2017, direction de recherche Galayko, Dimitri (2017)
  • M. Bedier, A. Karami, D. Galayko, Ph. Basset : “Autonomous energy management interface for electrostatic series-parallel charge pump vibrational energy harvester”, 2017 15^th IEEE International New Circuits and Systems Conference (NEWCAS), Strasbourg, France, pp. 385-388, (IEEE) (2017)
  • A. Karami, D. Galayko, M. Bedier, Ph. Basset : “Analysis and Comparison of Charge-Pump Conditioning Circuits for Capacitive Electromechanical Energy Conversion”, Circuits and Systems (ISCAS), 2017 IEEE International Symposium on, Baltimore, United States, pp. 1-4, (IEEE) (2017)
  • M. Bedier, Ph. Basset, D. Galayko : “A Smart Load Interface and Voltage Regulator for Electrostatic Vibration Energy Harvester”, 16^th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2016) 6–9 December 2016, Paris, France, vol. 773, Journal of Physics: Conference Series, Paris, France, pp. 012105, (Institute of Physics Publishing (IOP)), (ISBN: 9781510835306) (2017)
• 2016
  • M. Bedier, D. Galayko : “A smart energy extraction interface for electrostatic vibrational energy harvester”, 2016 IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), Monte Carlo, Monaco, pp. 425-426, (IEEE) (2016)
  • M. Bedier, D. Galayko : “A 100nW Power Overhead Load Interface for Electrostatic Vibrational Energy Harvester with a High Biasing Voltage”, The 30^th EUROSENSORS conference (2016), Budapest, Hungary (2016)
  • M. Bedier, D. Galayko : “Multiple energy-shot load interface for electrostatic vibrational energy harvesters”, New Circuits and Systems Conference (NEWCAS), 2016 14^th IEEE International, Vancouver, BC, Canada (2016)
  • M. Bedier, D. Galayko : “Low Power Load Interface For Vibrational Energy MEMS harvesters”, Journées Nationales sur la Récupération et le Stockage d'Energie (JNRSE’2016), Bordeaux, France (2016)