Lu / Ki | CMOS Integrated Circuit Design for Wireless Power Transfer | E-Book | www2.sack.de
E-Book

E-Book, Englisch, 167 Seiten

Reihe: Analog Circuits and Signal Processing

Lu / Ki CMOS Integrated Circuit Design for Wireless Power Transfer


1. Auflage 2018
ISBN: 978-981-10-2615-7
Verlag: Springer Nature Singapore
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Englisch, 167 Seiten

Reihe: Analog Circuits and Signal Processing

ISBN: 978-981-10-2615-7
Verlag: Springer Nature Singapore
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark



This book presents state-of-the-art analog and power management IC design techniques for various wireless power transfer (WPT) systems. To create elaborate power management solutions, circuit designers require an in-depth understanding of the characteristics of each converter and regulator in the power chain. This book addresses WPT design issues at both system- and circuit-level, and serves as a handbook offering design insights for research students and engineers in the integrated power electronics area.


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Weitere Infos & Material


1;Preface;6
2;Contents;8
3;Chapter 1: Introduction of Wireless Power Transfer;11
3.1;1.1 Motivations;11
3.2;1.2 Operation Principles, Regulations, and Standards;12
3.2.1;1.2.1 Near-Field and Far-Field Operation;13
3.2.2;1.2.2 Ultrasound Wireless Power Transfer;15
3.2.3;1.2.3 Inductive and Resonant WPT;16
3.2.4;1.2.4 Wireless Charging Standards;16
3.3;1.3 Design Perspectives;17
3.3.1;1.3.1 Comparison of Wired and Wireless Power;17
3.3.2;1.3.2 System Overview;18
3.4;1.4 Organization of the Book;18
3.5;References;20
4;Chapter 2: Wireless Power Transfer Systems;22
4.1;2.1 Introduction;22
4.2;2.2 Output Voltage Regulation Schemes;24
4.2.1;2.2.1 Primary Side Non-linear Power Control;25
4.2.2;2.2.2 Reconfigurable Rectifier for Adaptive Output;28
4.2.3;2.2.3 Resonant Regulating Rectifier;30
4.2.4;2.2.4 Reconfigurable Resonant Regulating Rectifiers;32
4.2.5;2.2.5 Pre-rectifier Regulation;34
4.2.6;2.2.6 Multi-Level Single-Inductor Multiple Output Operation;36
4.3;2.3 Summary and Discussion;38
4.4;References;39
5;Chapter 3: Analysis of Coupled-Coils;42
5.1;3.1 Introduction;42
5.2;3.2 Coupled-Coils and Modeling;43
5.2.1;3.2.1 Ideal Transformer;43
5.2.2;3.2.2 Ideal Coupled-Coils;43
5.2.3;3.2.3 T-Model of Coupled-Coils;44
5.2.4;3.2.4 Transformer Model of Coupled-Coils;45
5.2.5;3.2.5 Reflected Impedance Model of Coupled-Coils;46
5.2.6;3.2.6 Link Voltage Gain and Link Efficiency;47
5.2.7;3.2.7 Computing A and eta of the Ideal Coupled-Coils;48
5.2.8;3.2.8 Design-Oriented Analysis of Coupled-Coils with Parasitics;50
5.3;3.3 Resonant Coupled-Coils;53
5.3.1;3.3.1 Series-Series Resonant Coupled-Coils;53
5.3.2;3.3.2 Series-Parallel Resonant Coupled-Coils;56
5.4;3.4 Summary;59
5.5;References;60
6;Chapter 4: Circuit Design of CMOS Rectifiers;61
6.1;4.1 Introduction;61
6.2;4.2 Diodes and Diode-Connected Transistors;63
6.3;4.3 Comparator-Based Active Rectifiers;67
6.3.1;4.3.1 Delay Compensation Schemes;69
6.3.2;4.3.2 Delay Time Analysis of Active Diodes;75
6.3.3;4.3.3 Biasing Circuits of Active Rectifiers;78
6.3.4;4.3.4 Full-Wave Rectifier Design Examples;80
6.3.4.1;4.3.4.1 Power Transistor Sizing;82
6.3.4.2;4.3.4.2 Start-Up Process;83
6.3.4.3;4.3.4.3 Measurement Results;84
6.3.5;4.3.5 Reconfigurable Rectifier Design Example;91
6.4;4.4 DLL-Based Rectifiers;94
6.5;4.5 Rectifiers for RF Energy Harvesting;97
6.6;4.6 Summary and Discussion;100
6.7;References;102
7;Chapter 5: Linear Regulators for WPT;105
7.1;5.1 Introduction;105
7.2;5.2 PMOS and NMOS LDO Regulators;107
7.3;5.3 Control Loop Design;109
7.3.1;5.3.1 Dominant Pole Considerations;109
7.3.2;5.3.2 Replica Regulator;111
7.3.3;5.3.3 Flipped Voltage Follower;111
7.3.4;5.3.4 Impedance Attenuation Buffer;113
7.3.5;5.3.5 Digitally Controlled LDO Regulator;113
7.4;5.4 Design Case Study;114
7.4.1;5.4.1 Design of Tri-Loop LDO Regulator;114
7.4.1.1;5.4.1.1 Tri-Loop Design;115
7.4.1.2;5.4.1.2 Buffer Design;116
7.4.1.3;5.4.1.3 Stability Design;118
7.4.1.4;5.4.1.4 Load Regulation;122
7.4.1.5;5.4.1.5 Power Supply Ripple Rejection;122
7.4.1.6;5.4.1.6 Measurement Results;125
7.4.1.7;5.4.1.7 Conclusions for the Tri-Loop Design;127
7.4.2;5.4.2 LDO Regulator with Enhanced Super Source Follower;128
7.5;5.5 Summary and Discussion;131
7.6;References;133
8;Chapter 6: DC-DC Converters for WPT;135
8.1;6.1 Introduction;135
8.2;6.2 DC-DC Converter Comparisons;136
8.3;6.3 Control Loop Design;138
8.3.1;6.3.1 Loop Design for Inductor-Based Converters;138
8.3.2;6.3.2 Loop Design for SC DC-DC Converters;140
8.4;6.4 Architectures of DC-DC Conversion;144
8.4.1;6.4.1 Multiple-Output Converters;144
8.4.2;6.4.2 Layout Strategy for Efficient Power Delivery;144
8.4.3;6.4.3 Cascade Voltage Regulators;146
8.5;6.5 Summary;147
8.6;References;148
9;Chapter 7: Power Amplifiers for WPT;150
9.1;7.1 Introduction;150
9.1.1;7.1.1 Integration Processes;151
9.1.2;7.1.2 Losses in Switching PAs;151
9.1.2.1;7.1.2.1 Conduction Loss;152
9.1.2.2;7.1.2.2 Turn-On Switching Loss;152
9.1.2.3;7.1.2.3 Turn-Off Switching Loss;153
9.1.2.4;7.1.2.4 Gate-Drive Loss;153
9.1.3;7.1.3 Zero Voltage (Current) Switching;154
9.2;7.2 Class-D PA;154
9.2.1;7.2.1 Operation Conditions;156
9.2.2;7.2.2 ZVS Class-D PA;159
9.3;7.3 Class-E PA;160
9.4;7.4 Summary and Discussion;162
9.5;References;163
10;Chapter 8: Conclusions and Future Works;165
10.1;8.1 Concluding Remarks of the Book;165
10.2;8.2 Suggested Future Works;166
10.3;References;167



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