Diseño y simulación de un circuito de arranque basado en la carga de empuje de Dickson para aplicaciones de cosecha de energía

Abstract

Según Ericsson, líder mundial en despliegue 5G, la cantidad de dispositivos de Internet de las Cosas (IoT por sus siglas en inglés) han aumentado año tras año en promedio 15% desde el 2014. Este constante crecimiento hizo que en 2020 estos superen a la cantidad de celulares, laptops, tablets, computadoras de escritorio y teléfonos fijos combinados. Como todo dispositivo electrónico, necesitará de una fuente de alimentación local; sin embargo, al considerar tal cantidad de dispositivos a nivel mundial, esto supone un gran reto; especialmente en zonas remotas donde, en algunos casos, no se podría conectar a la red eléctrica convencional. Por ello, una alternativa en las zonas remotas debe tener como características principales una fuente "eterna" y de muy bajo o nulo mantenimiento por los costos de acercamiento a estas zonas. En consecuencia, el recolectar/cosechar (harvest) la energía de los alrededores es una opción ideal para estas aplicaciones. La cosecha de energía es el método por el cual se puede aprovechar la energía natural omnipresente en ciertas áreas; por ejemplo, la energía térmica, ya que no importe el lugar donde nos encontremos, siempre estará presente la temperatura. Es por esto por lo que la presente tesis consiste en diseñar un circuito que eleve el bajo voltaje obtenido de la cosecha de energía de una diferencia de temperatura para alimentar circuitos de bajo consumo en zonas remotas. Para ello, se tomará como base el Circuito Elevador de Voltaje de Empuje de Dickson (Dickson Charge Pump en inglés, DCP). El primer objetivo es diseñar y simular el circuito de arranque en base a su modelo matemático teniendo en cuenta la eficiencia del número de etapas. Además, el segundo objetivo es analizar cómo varían los parámetros eléctricos de la salida del circuito al cambiar los parámetros del modelo matemático, así también como identificar las limitaciones de este modelo.