Análise e Implementação de Conversores DC-DC para uma Célula Fotovoltaica Orgânica

Acompanhando o desenvolvimento da sociedade moderna e da Internet of Things (IoT), observa-se que uma pessoa possui, em média, quatro dispositivos eletrónicos como smartphones, tablets ou gadgets [1]. Também novas tecnologias associadas às fontes de energia renováveis têm vindo a ser estudas. Como tal, verifica-se a necessidade de recolher e armazenar essa energia. Para tal, é apresentada nesta dissertação a análise e implementação de uma unidade de gestão de potência aplicada a um sistema de recolha de energia baseado em células fotovoltaicas orgânicas. Relativamente à implementação da PMU, esta foi realizada na tecnologia de circuito integrado CMOS de 0,13 μm e optimizada de quatro formas distintas. Das quatro soluções propostas, duas foram completamente integradas, enquanto que as restantes careceram da introdução componentes discretos. No processo de optimização da unidade de gestão de potência foram considerados dois graus de liberdade, a frequência de comutação do conversor DC-DC e a tensão de saída disponibilizada pela PMU. Relativamente à frequência de operação da arquitetura, foram consideradas as frequências de 100 kHz, 100 MHz e 500 MHz para uma gama de tensões de entrada que varia de 100 mV a 900 mV. Quanto à tensão de saída da unidade, esta é do tipo standard (1,2 V ou 2,4 V). Adicionalmente, como base comparativa, efectuou-se uma análise experimental à PMU baseada em condensadores comutados apresentada em [32], aplicada às células fotovoltaicas orgânicas. Esta dissertação faz ainda parte do projecto de investigação científica μFlexBat. Este projecto tem por objectivo estudar e implementar uma unidade de gestão de potência para IoT capaz de converter e armazenar a energia proveniente de uma célula fotovoltaica orgânica. Este concerne-se ao estudo de uma PMU flexível do ponto de vista mecânico, com baixos custos de implementação, autossuficiente e capaz de gerar uma tensão standard à sua saída cuja funcionalidade será alimentar um dispositivo eletrónico de muito baixa potência, como um sensor de monitoração de parâmetros biomédicos. Do ponto de vista dos resultados obtidos, nas optimizações a 100 kHz, a PMU revelou-se autossuficiente e com um rendimento de 65,66% na arquitetura a 1,2 V, e de 84,22% na PMU a 2,4 V. Relativamente às soluções de 100 MHz e 500 MHz, o rendimento apresentado por estas é de 20,21%, para a proposta de 100 MHz, e de 26,73% para o sistema a operar a 500 MHz. Quanto à PMU baseada em condensadores comutados proposta em [32], obteve-se, considerando as células fotovoltaicas orgânicas como fontes de energia, um rendimento máximo de 75,76%