This article proposes a single-path three-switch (1P3S) single-inductor dual-input dual-output (SIDIDO) converter to manage power among a photovoltaic (PV) module, battery, and load for indoor PV energy harvesting. For low duty-cycle applications, the 1P3S converter increases efficiency in the PV-to-battery-to-load path by eliminating inductor-sharing power switches. This article also proposes a reconfigurable controller to achieve reconfigurability and extendibility that the 1P3S converter can be reconfigured as a dual-path three-switch (2P3S) SIDIDO converter, combined as a dual-path six-switch (2P6S) SIDIDO converter, or extended as a paralleled-1P3S converter for high energy efficiency in various applications with different PV and load power profiles. To identify each converter’s advantageous applications, the efficiencies of the 1P3S, reconfigured 2P3S, and combined 2P6S converters were analyzed under dynamic PV and load powers. The chip is fabricated in the 0.5- $\mu \text{m}$ CMOS process with a 1.24-mm2 chip area. The measured peak efficiencies for the 1P3S, 2P3S, and 2P6S converters are 95.0%, 95.2%, and 90.0%, respectively, while the measured quiescent currents are 210, 130, and 140 nA, respectively. Compared with the state-of-the-art 2P3S and 2P6S converters, the reconfigured 2P3S and combined 2P6S converters with the proposed IC, respectively, achieve higher efficiency through appropriate switch sizes and ON-time optimizations.

中文翻译：

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一种用于室内光伏能量收集的可重构和可扩展单电感器单路三开关转换器

本文提出了一种单路径三开关 (1P3S) 单电感双输入双输出 (SIDIDO) 转换器，用于管理光伏 (PV) 模块、电池和负载之间的功率，以实现室内光伏能量收集。对于低占空比应用，1P3S 转换器通过消除电感共享电源开关来提高 PV 到电池到负载路径的效率。本文还提出了一种可重构控制器来实现可重构性和可扩展性，即 1P3S 转换器可以重构为双路三开关 (2P3S) SIDIDO 转换器，组合为双路六开关 (2P6S) SIDIDO 转换器，或扩展作为并联 1P3S 转换器，可在具有不同 PV 和负载功率分布的各种应用中实现高能效。确定每个转换器的优势应用，1P3S 的效率，重新配置的 2P3S，并在动态 PV 和负载功率下分析了组合的 2P6S 转换器。该芯片采用 0.5-$\mu\text{m}$ CMOS 工艺制造，芯片面积为 1.24-mm2。1P3S、2P3S 和 2P6S 转换器的测得峰值效率分别为 95.0%、95.2% 和 90.0%，而测得的静态电流分别为 210、130 和 140 nA。与最先进的 2P3S 和 2P6S 转换器相比，重新配置的 2P3S 和组合的 2P6S 转换器分别通过适当的开关尺寸和导通时间优化实现了更高的效率。和 2P6S 转换器分别为 95.0%、95.2% 和 90.0%，而测得的静态电流分别为 210、130 和 140 nA。与最先进的 2P3S 和 2P6S 转换器相比，重新配置的 2P3S 和组合的 2P6S 转换器分别通过适当的开关尺寸和导通时间优化实现了更高的效率。和 2P6S 转换器分别为 95.0%、95.2% 和 90.0%，而测得的静态电流分别为 210、130 和 140 nA。与最先进的 2P3S 和 2P6S 转换器相比，重新配置的 2P3S 和组合的 2P6S 转换器分别通过适当的开关尺寸和导通时间优化实现了更高的效率。