Direction de recherche : Dimitri GALAYKO

Étude, optimisation et implémentation en silicium du circuit de conditionnement intelligent haute-tension pour le système de récupération électrostatique d'énergie vibratoire

Cette thèse se porte sur les récupérateurs d'énergie vibratoire (REV) employant des transducteursélectrostatiques, qui se composent d'un transducteur capacitif, d’un circuit de conditionnement et d’unélément de stockage. Ce travail se concentre sur l'examen du circuit de conditionnement auto-synchrone qui combine la pompe de charge et le convertisseur DC-DC inductif (flyback). Cettearchitecture est très prometteuse car elle élimine la commande de grille précise des transistors utilisésdans les architectures synchrones. La thèse propose une analyse théorique du circuit de conditionnement. Nous avons développé unalgorithme qui par commutation appropriée de flyback implémente la stratégie de conversiond'énergie optimale. En ajoutant une fonction de calibration, le système devient adaptatif pour lesfluctuations de l'environnement. Une autre contribution est la réalisation de l'algorithme proposé au niveau du circuit CMOS. Lesdifficultés majeures de conception étaient liées à l'exigence de haute tension (HT) et à la priorité de laconception faible puissance. Nous avons conçu un contrôleur du commutateur HT de faible puissanceen utilisant la technologie AMS035HV. Sa consommation varie entre quelques centaines denanowatts et quelques microwatts, en fonction des niveaux de tension de la pompe de charge, lafréquence de la commutation de commutateur, la fréquence de calibration, etc. Nous avons réalisé en silicium, fabriqué et testé un commutateur à HT avec une nouvelle architecturede l'élévateur de tension. En montant sur des composants discrets de la pompe de charge et du circuitde retour et en utilisant l'interrupteur conçu, nous avons caractérisé le fonctionnement large bande HTdu prototype de transducteur MEMS fabriqué à côté de cette thèse. Lorsque le capteur est excité pardes vibrations stochastiques ayant un niveau d'accélération de 0,8 g rms distribué dans la bande 110-170 Hz, jusqu'à 0,75 µW de la puissance nette a été récupérée.

Publications 2008-2015

• 2015
  • E. O'Riordan, A. Dudka, D. Galayko, Ph. Basset, O. Feely, E. Blokhina : “Capacitive Energy Conversion With Circuits Implementing a Rectangular Charge-Voltage Cycle Part 2: Electromechanical and Nonlinear Analysis”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 62 (11), pp. 2664-2673, (IEEE) (2015)
  • D. Galayko, A. Dudka, A. Karami, E. O'Riordan, E. Blokhina, O. Feely, Ph. Basset : “Capacitive Energy Conversion With Circuits Implementing a Rectangular Charge-Voltage Cycle—Part 1: Analysis of the Electrical Domain”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 62 (11), pp. 2652-2663, (IEEE) (2015)
• 2014
  • A. Dudka : “Étude, optimisation et implémentation en silicium du circuit de conditionnement intelligent haute-tension pour le système de récupération électrostatique d’énergie vibratoire”, soutenance de thèse, soutenance 18/02/2014, direction de recherche Galayko, Dimitri (2014)
  • D. Galayko, A. Dudka, Ph. Basset : “Capacitive kinetic energy harvesting: System-level engineering challenges”, ICECS 2014 - 21^st IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, vol. 557, Marseille, France, pp. 882-885, (IEEE) (2014)
  • A. Dudka, D. Galayko, E. Blokhina : “Smart integrated conditioning electronics for electrostatic vibration energy harvesters”, Circuits and Systems (ISCAS), 2014 IEEE International Symposium on, Melbourne VIC, Australia (2014)
  • D. Galayko, E. Blokhina, E. Zianbetov, A. Dudka, F. Anceau, E. Colinet, A. Korniienko, J. Juillard, Ph. Basset : “Complexity in heterogeneous systems on chips: Design and analysis challenges”, Proc. of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Melbourne, Australia, pp. 1997-2000, (IEEE) (2014)
• 2013
  • A. Dudka, D. Galayko, Ph. Basset : “IC design of an adaptive high-voltage electrostatic vibration energy harvester”, Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS (DTIP), 2013 Symposium on, Barcelona, Spain (2013)
  • D. Galayko, E. Blokhina, Ph. Basset, F. Cottone, A. Dudka, E. O'Riordan, O. Feely : “Tools for Analytical and Numerical Analysis of Electrostatic Vibration Energy Harvesters: Application to a Continuous Mode Conditioning Circuit”, Journal of Physics: Conference Series, London, United Kingdom, (IOP Publishing) (2013)
  • A. Dudka, Ph. Basset, F. Cottone, E. Blokhina, D. Galayko : “Wideband Electrostatic Vibration Energy Harvester (e-VEH) Having a Low Start-Up Voltage Employing a High-Voltage Integrated Interface”, The 13^th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2013), vol. 476, Journal of Physics: Conference Series, London, United Kingdom, pp. 012127, (IOS Publishing) (2013)
• 2012
  • A. Dudka, D. Galayko, Ph. Basset : “Design of Controller IC for Asynchronous Conditioning Circuit of an Electrostatic Vibration Energy Harvester”, Green Computing and Communications (GreenCom), 2012 IEEE International Conference on, Besancon, France (2012)
• 2011
  • D. Galayko, R. Guillemet, A. Dudka, Ph. Basset : “Comprehensive dynamic and stability analysis of electrostatic Vibration Energy Harvester (E-VEH)”, Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference (TRANSDUCERS), 2011 16^th International, Beijing, China, pp. 2382-2385, (IEEE) (2011)
• 2010
  • R. Khalil, A. Dudka, D. Galayko, R. Iskander, Ph. Basset : “Design and Modeling of a Successive Approximation ADC for the Electrostatic Harvester of Vibration Energy”, BMAS 2010 - IEEE International Behavioral Modeling and Simulation Conference, San Jose, United States, pp. 57-62, (IEEE) (2010)
  • R. Khalil, A. Dudka, D. Galayko, Ph. Basset : “High-voltage low power analogue-to-digital conversion for adaptive architectures of capacitive vibration energy harvesters”, Proceedings of PowerMEMS 2010, Louvain, Belgium, pp. 147-150 (2010)
• 2009
  • A. Dudka, D. Galayko, Ph. Basset : “Smart Adaptive Power Management in Electrostatic Harvester of Vibration Energy”, PowerMEMS Workshop on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications 2009, Washington DC, United States, pp. 257-260 (2009)
  • Ph. Basset, D. Galayko, A. Mahmood Paracha, F. Marty, A. Dudka, T. Bourouina : “A batch-fabricated and electret-free silicon electrostatic vibration energy harvester”, Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 19 (11), pp. 115025, (IOP Publishing) (2009)
  • A. Dudka, D. Galayko, Ph. Basset : “VHDL-AMS modeling of adaptive electrostatic harvester of vibration energy with dual-output DC-DC converter”, BMAS IEEE International Behavioral Modeling and Simulation Conference, San Jose, CA, United States, pp. 13-18, (IEEE) (2009)
  • A. Mahmood Paracha, Ph. Basset, D. Galayko, A. Dudka, F. Marty, T. Bourouina : “MEMS DC/DC converter for 1D and 2D vibration-to-electricity power conversion”, Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, 2009. TRANSDUCERS 2009. International, Denver, CO, United States (2009)
• 2008
  • A. Mahmood Paracha, Ph. Basset, D. Galayko, F. Marty, A. Dudka, T. Bourouina : “Characterization of a DC/DC converter using an in-plane bulk-silicon capacitive transducer for vibration-to-electricity power conversion”, PowerMEMS Workshop on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications, Sendai, Japan, pp. 297-300 (2008)