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The increasing slew rate of modern power switches can increase the efficiency and reduce the size of power electronic applications. This requires a fast and robust signal transmission to the gate driver of the high-side switch. This work proposes a galvanically isolated capacitive signal transmission circuit to increase common mode transient immunity (CMTI). An additional signal path is introduced to significantly improve the transmission robustness for small duty cycles to assure a safe turn-off of the power switch. To limit the input voltage range at the comparator on the secondary side during fast high-side transitions, a clamping structure is implemented. A comparison between a conventional and the proposed signal transmission is performed using transistor level simulations. A propagation delay of about 2 ns over a wide range of voltage transients of up to 300V/ns at input voltages up to 600V is achieved.
This work presents a fully integrated GaN gate driver in a 180nm HV BCD technology that utilizes high-voltage energy storing (HVES) in an on-chip resonant LC tank, without the need of any external capacitor. It delivers up to 11nC gate charge at a 5V GaN gate, which exceeds prior art by a factor of 45-83, supporting a broad range of GaN transistor types. The stacked LC tank covers an area of only 1.44mm², which corresponds to a superior value of 7.6nC/mm².
Die Spannungsversorgung elektronischer Steuergeräte im Automotive-Bereich wird zunehmend durch Schaltregler sichergestellt. Der SEPIC (Single Ended Primary Inductance Converter) besitzt die Eigenschaft, eine Spannung aufwärts wie auch abwärts wandeln zu können und könnte somit klassische Buck- und Boost-Wandler ablösen. Dieser Beitrag untersucht den SEPIC hinsichtlich Eignung für Automotive-Anwendungen. Dazu wurde eine Groß- sowie Kleinsignalanalyse am Wandler durchgeführt, mit geeigneten Simulationsmodellen nachgebildet und Messungen gegenüber gestellt. Der SEPIC zeigt als Hauptvorteile:
1. einen verzugsfreien Übergang zwischen Buck-/Boost Betrieb, 2. geringe Eingangswelligkeit, 3.DC-Kurzschlussfestigkeit. Auch hinsichtlich Wirkungsgrad und EMV-Verhalten stellt der SEPIC eine interessante Alternative dar. Der zwischen Ein- und Ausgang liegende Kondensator wird dauerhaft von einem Strom durchflossen, auf Basis der Effektivströme wird das damit verbundene Ausfallrisiko diskutiert.
In recent years, significant progress was made on switched-capacitor DCDC converters as they enable fully integrated on chip power management. New converter topologies overcame the fixed input-to-output voltage limitation and achieved high efficiency at high power densities. SC converters are attractive to not only mobile handheld devices with small input and output voltages, but also for power conversion in IoTs, industrial and automotive applications, etc. Such applications need to be capable of handling high input voltages of more than 10V. This talk highlights the challenges of the required supporting circuits and high voltage techniques, which arise for high Vin SC converters. It includes level shifters, charge pumps and back-to-back switches. High Vin conversion is demonstrated in a 4:1 SC DCDC converter with an input voltage as high as 17V with a peak efficiency of 45 %, and a buckboost SC converter with an input voltage range starting from 2 up to 13V, which utilizes a total of 17 ratios and achieves a peak efficiency of 81.5 %. Furthermore a highly integrated micro power supply approach is introduced, which is connected directly to the 120/230 Vrms mains, with an output power of 3mW, resulting in a power density >390μW/mm², which exceeds prior art by a factor of 11.
Multilevel-cell (MLC) flash is commonly deployed in today’s high density NAND memories, but low latency and high reliability requirements make it barely used in automotive embedded flash applications. This paper presents a time domain voltage sensing scheme that applies a dynamic voltage ramp at the cells’ control gate (CG) in order to achieve fast and reliable sensing suitable for automotive applications.
A fast transient current-mode buckboost DC-DC converter for portable devices is presented. Running at 1 MHz the converter provides stable 3 V from a 2.7 V to 4.2 V Li-Ion battery. A small voltage under-/overshoot is achieved by fast transient techniques: (1) adaptive pulse skipping (APS) and (2) adaptive compensation capacitance (ACC). The proposed converter was implemented in a 0.25 μm CMOS technology. Load transient simulations confirm the effectiveness of APS and ACC. The improvement in voltage undershoot and response time at light-to-heavy load step (100 mA to 500 mA), are 17 % and 59 %, respectively, in boost mode and 40 % and 49 %, respectively, in buck mode. Similar results are achieved at heavy-to-light load step for overshoot and response time.
Die Nachfrage nach kompakten Spannungsversorgungen ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Vor allem im Bereich der mobilen Geräte wachsen die Anforderung an die Spannungsversorgung hinsichtlich Bauvolumen und Batterielaufzeit. Für die Vollintegration von DC-DC- Wandlern als „Power Supply on Chip“ ist der SC-Wandler (Switched-Capacitor-Wandler) besonders geeignet. Insbesondere für Low-Power-Anwendungen im Bereich 10 mW kann ein SC-Wandler sehr gut, ohne externe Bauelemente, integriert werden. Während es für niedrige Eingangsspannungen (bis zu 5 V) eine Vielzahl an Topologien und Konzepten gibt, wurden SC-Wandler für höhere Eingangsspannungen (> 8 V) bisher nur wenig untersucht. Dieser Beitrag untersucht die wichtigsten Grundlagen für SC-Wandler mit Schwerpunkt auf hoher und zugleich variabler Eingangsspannung im Bereich 5 - 20 V. Am Beispiel eines Multi-Ratio-Wandlers (Wandler mit mehreren Übersetzungsverhältnissen), dem rekursiven SC-Wandler (RSC- Wandler), werden die Anforderungen eines SC- Wandler für hohe Eingangsspannungen herausgearbeitet und diskutiert.
Durch schnell schaltende Leistungsendstufen werden durch kapazitive Umladeströme Störungen ins Substrat und in empfindliche Schaltungselemente eingekoppelt, die dort zur Störung der Funktion führen können. In dieser Arbeit werden Substratstrukturen zur gezielten Ableitung dieser Störungen vorgestellt und ihre Wirksamkeit mit Hilfe von Device Simulation evaluiert. Ohne Ableitstrukturen kann eine Potentialanhebung des Substrats bis zu 20 V entstehen. Die Untersuchungen belegen, dass die Potentialanhebung durch p-Typ Guard-Ringe um 75 %, durch leitende Trenches um 88 % sowie durch Rückseitenmetallisierung um nahezu 100 % reduziert werden kann.