Progetto di una pompa di carica adattativa a micropotenze in tecnologia BCD

Il crescente interesse verso l'Internet of Things (IoT), che frequentemente sfrutta Wireless Sensor Networks (WSN) per raccogliere dati dall'ambiente, ha suscitato la ricerca di metodi per alimentare i sensori senza subire gli inconvenienti legati all'uso di batterie. Infatti, l'impego di quest'ultime, comporta svantaggi come i costi associati alla sostituzione delle stesse, un non trascurabile ingombro e limitazioni prestazionali in condizioni ambientali estreme. Per mitigare le limitazioni delle tradizionali batterie o perfino per sostituirle, spesso il design dei nodi sensori prevede tecniche di Energy Harvesting (EH). L'EH consente di fornire ad un sistema l'energia raccolta dall'ambiente circostante. I sistemi che sfruttano Energy Harvesting possono essere classificati in Harvest-Use e Harvest-Store-Use (HSU). I primi utilizzano direttamente l’energia estratta, mentre i secondi prevendono l’accumulo di energia in una piccola batteria o in un condensatore. Il presente progetto di tesi ha come obiettivo quello di realizzare un’unità di Power Management integrata e compatibile con Energy Harvesting HSU da sorgenti a Radio Frequenza sfruttando una pompa di carica di Dickson, ed ottimizzando l’estrazione di potenza in modo tale da minimizzare il tempo necessario per caricare il condensatore di storage. Sono state considerate sorgenti capaci di erogare potenze nell'ordine dei micro-Watt e il convertitore è stato progettato in modo che la pompa di carica di Dickson si adatti dinamicamente durante la carica del condensatore di storage, variando la frequenza di switching e il numero di stadi utilizzati al fine di lavorare, per il maggior tempo possibile, in un intorno del punto di massimo trasferimento di potenza al carico. Parte dei blocchi circuitali che componono il convertitore proposto sono stati sviluppati in tecnologia BCD di STMicroelectronics. Infine, è stato verificato il funzionamento del convertitore proposto tramite una simulazione complessiva.