- Titel
- Entwurf, Aufbau und Charakterisierung eines mikromechanischen Gleichspannungswandlers
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-717446
- Übersetzter Titel (EN)
- Design, Implementation and Characterization of a micromechanical DC/DC Converter
- Datum der Einreichung
- 11.10.2019
- Datum der Verteidigung
- 07.08.2020
- ISBN
- 978-3-96100-124-8
- Abstract (DE)
- Die mikromechanische Gleichspannungswandlung basierend auf verschiebungsabhängigen Kapazitäten stellt eine Alternative zu etablierten rein elektronischen Wandlern für den Spezialfall der kapazitiven oder piezoelektrischen Verbraucher dar. Durch ihre kleine Bauform und den Verzicht auf Induktivitäten bietet sie den Vorteil der On-Chip-MEMS- und CMOS-Integration und ermöglicht die Bereitstellung hoher elektrischer Gleichspannungen aus den verfügbaren Grundspannungen der Elektronik (z. B. 3, 5 bzw. 12 V). Von hohen Polarisationsspannungen profitieren nicht nur kapazitive Sensoren und Aktoren, sondern auch piezoelektrische Messverfahren. Diese Arbeit stellt eine umfangreiche Übersicht und Bewertung der möglichen Bauformen mikromechanischer Gleichspannungswandler sowie die konkrete Umsetzung, Charakterisierung und Modellbildung eines resonant arbeitenden Wandlers vor. Es wird auf Besonderheiten und Probleme im Entwurf eingegangen und ausgehend von den Ergebnissen ein Konzeptentwurf für einen optimierten resonanten Gleichspannungswandler erarbeitet.
- Abstract (EN)
- Micromechanical DC/DC conversion based on variable capacitances is an alternative to established electronic voltage converters, which does not require bulky inductors and is suitable for capacitive and piezoelectric loads. The converters are capable of boosting up the polarization voltage from CMOS and electronic levels (3, 5, 12 V), which is beneficial not only for capacitive sensors and actuators but also for piezoelectric sensing. Advantages of this method are the on-chip- and CMOS-integrability. This thesis introduces a comprehensive overview and evaluation of possible designs as well as the practical application, characterization and modeling of a resonant micromechanical DC/DC converter. Innovative claims include a test board for the characterization of resonant DC/DC converters and a SPICE behavioral model of the device, considering parasitic effects. Characteristics and problems of the design are discussed and the results are used to demonstrate an optimized conceptual design of a resonant DC/DC converter.
- Freie Schlagwörter (DE)
- fluidische Dämpfung, Finite Elemente Simulation, elektromechanische Analogie
- Freie Schlagwörter (EN)
- Charge Pump, On-Chip-Integration, Phase-Locked Loop, High Aspect Ratio Micromachining, Acoustic Emission
- Klassifikation (DDC)
- 600
- 620
- 621.3
- Normschlagwörter (GND)
- Gleichspannungswandler, Mikrosystemtechnik, Resonator, Phasenregelkreis, Körperschall
- GutachterIn
- Prof. Dr.-Ing. habil. Jan Mehner
- Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Hoffmann
- BetreuerIn Hochschule / Universität
- Prof. Dr.-Ing. habil. Jan Mehner
- Verlag
- Universitätsverlag Chemnitz, Chemnitz
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Technische Universität Chemnitz, Chemnitz
- Version / Begutachtungsstatus
- publizierte Version / Verlagsversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-717446
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 09.12.2020
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY 4.0- Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 3 Ausführungsvarianten von MEMS-DC/DC-Wandlern 4 Designstudie und Umsetzung des resonanten Funktionsprinzips 5 Zusammenfassung und Ausblick