Aplicação em gerenciamento de energia em circuitos integrados: seleção e regulação de tensão em tecnologia BCD 130 nm

Abstract

A crescente demanda por circuitos integrados capazes de operar a partir de baterias de 12 ou 24 V comuns em aplicações automotivas, industriais e médicas, tem impulsionado o desenvolvimento de soluções compactas e eficientes para gerenciamento de energia. Nesse contexto, este trabalho apresenta o projeto de um circuito integrado em tecnologia CMOS BCD 130 nm para seleção e regulação de tensões provenientes dessas baterias. O sistema proposto integra uma lógica de comutação com comparador para identificação da tensão de entrada, um charge pump para divisão capacitiva de tensão, com redução para 12 V , uma chave de passagem de alta tensão, e um regulador linear para estabilização da saída e conversão para 5 V . As simulações demonstraram que o charge pump atingiu a tensão de saída de 9.84 V com ondulação de 45 mVpp, o regulador linear manteve a saída estável em 5 V ± 5% com corrente de carga de até 25 mA, a chave de passagem suportou 12 V e o comparador apresentou tempos de resposta compatíveis para a comutação. A integração confirmou a estabilidade do sistema completo, com eficiência adequada para aplicações de baterias de 12 ou 24V . Assim, o trabalho contribui para o avanço de soluções integradas em gerenciamento de energia, eliminando a necessidade de indutores externos e oferecendo confiabilidade em aplicações de alta tensão.

The growing demand for integrated circuits capable of operating from 12 V and 24 V batteries, commonly found in automotive, industrial, and medical applications, has driven the development of compact and efficient power management solutions. In this context, this work presents the design of an integrated circuit in 130 nm CMOS BCD technology for selection and regulation of voltages derived from such batteries. The proposed system integrates a selectable path using a comparator for input voltage detection, a charge pump for capacitive voltage division reducing the input to 12 V, a high-voltage pass switch, and a linear regulator for output stabilization and conversion to 5 V. Simulations demonstrated that the charge pump achieved an output voltage of 9.84 V with 45 mVpp ripple, the linear regulator maintained 5 V ± 5% with load currents up to 25 mA, the pass switch supported 12 V, and the comparator exhibited response times compatible with switching requirements. System-level integration confirmed overall stability, with efficiency appropriate for 12, V and 24, V battery-powered applications. Therefore, this work contributes to the advancement of integrated power management solutions, eliminating the need for external inductors and providing reliability in battery-operated systems.