The perceived battery capacity of battery-powered devices can be increased by harvesting energy from readily available sources. Third generation solar cells are a good candidate for this purpose since they can be integrated with these battery-powered devices and harvest power from diffused light. For a single third generation solar cell to be useful in the context of charging a Lithium based battery, the voltage must be increased tenfold. To increase this perceived battery capacity as much as possible, efficiency is crucial. In this thesis, DCDC converter topologies and designs are studied from a system design perspective. The specifications of a converter suitable for interfacing Dye-Sensitised Solar Cells with Lithium batteries are described and a market research is conducted based on those specifications. A comparison of the available commercial solutions is presented, highlighting the most suitable options. However, none of the commercial solutions met the specifications to the full extent. The design process of two DC-DC converters is presented, one is a Boost converter operating in Continuous Conduction Mode and the other is a Boost converter operating in Discontinuous Conduction Mode. A comparison of the two designs highlights the advantages of operating the Boost converter in Discontinuous Conduction Mode when interfaced with a Dye-Sensitised Solar Cell. The design with a Boost converter operating in Discontinuous Conduction Mode has an efficiency of 80.3 % and is capable of tracking the Maximum Power Point of the Dye-Sensitised Solar Cell. / Den uppfattade batterikapaciteten hos batteridrivna enheter kan ökas genom att skörda energi från lättillgängliga källor. Tredje generationens solceller är en bra kandidat för detta ändamål eftersom de kan integreras med dessa batteridrivna enheter och skörda ström från spritt ljus. För att en enda tredje generationens solcell ska vara användbar i samband med laddning av ett litiumbaserat batteri måste spänningen ökas tiofaldigt. För att öka denna uppfattade batterikapacitet så mycket som möjligt är effektiviteten avgörande. I denna avhandling studeras topologier och strategier för DC-DC-omvandlare från ett systemdesignperspektiv. Specifikationerna för en omvandlare som är lämplig för att ansluta Dye-sensitized solceller med litiumbatterier beskrivs och en marknadsundersökning utförs utifrån dessa specifikationer. En jämförelse av de tillgängliga kommersiella lösningarna presenteras och belyser de lämpligaste alternativen. Ingen av de kommersiella lösningarna uppfyllde emellertid specifikationerna i sin helhet. Designprocessen för två DC-DComvandlare presenteras, en Boost-omvandlare som arbetar i kontinuerligt ledande läge och en Boost-omvandlare som arbetar i diskontinuerligt ledande läge. En jämförelse av de två designerna belyser fördelarna med att driva Boost-omvandlaren i diskontinuerligt ledningsläge när den kopplats till en färgkänslig solcell. Konstruktionen med en Boostomvandlare som arbetar i diskontinuerlig ledningsläge har en effektivitet på 80.3 % och kan spåra den maximala effektpunkten för solcellen.

Energy harvesting is identified as an alternative solution for powering implantable biosensors. It can potentially enable the development of self-powered implants if the harvested energy is properly handled. This development implies that batteries, which impose many limitations, are replaced by miniature harvesting devices. Customized interface circuits are necessary to correct for differences in the voltage and power levels provided by harvesting devices from one side, and required by biosensor circuits from another. This thesis investigates the available harvesting sources within the human body, proposes various methods and techniques for designing power-efficient interfaces, and presents two CMOS implementations of such interfaces. Based on the investigation of suitable sources, this thesis focuses on glucose biofuel cells and thermoelectric harvesters, which provide appropriate performance in terms of power density and lifetime. In order to maximize the efficiency of the power transfer, this thesis undertakes the following steps. First, it performs a detailed analysis of all potential losses within the converter. Second, in relation to the performed analysis, it proposes a design methodology that aims to minimize the sum of losses and the power consumption of the control circuit. Finally, it presents multiple design techniques to further improve the overall efficiency. The combination of the proposed methods and techniques are validated by two highly efficient energy harvesting interfaces. The first implementation, a thermoelectric energy harvesting interface, is based on a single-inductor dual-output boost converter. The measurement results show that it achieves a peak efficiency of 86.6% at 30 μW. The second implementation combines the energy from two sources, glucose biofuel cell and thermoelectric harvester, to accomplish reliable multi-source harvesting. The measurements show that it achieves a peak efficiency of 89.5% when the combined input power is 66 μW. / Energiskörd har identifierats som en alternativ lösning för att driva inplanterbara biosensorer. Det kan potentiellt möjliggöra utveckling av själv-drivna inplanterbara biosensorer. Denna utveckling innebär att batterier, som sätter många begränsningar, ersätts av miniatyriserade energiskördsenheter. Anpassade gränssnittskretsar är nödvändiga för att korrigera för de skillnader i spänning och effektnivå som produceras av de energialstrande enheterna, och de som krävs av biosensorkretsarna. Denna avhandling undersöker de tillgängliga källorna för energiskörd i den mänskliga kroppen, föreslår olika metoder och tekniker för att utforma effektsnåla gränssnitt och presenterar två CMOS-implementeringar av sådana gränssnitt. Baserat på undersökningen av lämpliga energiskördskällor, fokuserar denna avhandling på glukosbiobränsleceller och termoelektriska energiskördare, som har lämpliga prestanda i termer av effektdensitet och livstid. För att maximera effektiviteten hos effektöverföringen innehåller denna avhandling följande steg. Först görs en detaljerad analys av alla potentiella förluster inom boost-omvandlare. Sedan föreslår denna avhandling en designmetodik som syftar till att maximera den totala effektiviteten och effektförbrukningen. Slutligen presenterar den flera designtekniker för att ytterligare förbättra den totala effektiviteten. Kombinationen av de föreslagna metoderna och teknikerna är varierade genom två högeffektiva lågeffekts energigränssnittskretsar. Den första inplementeringen är ett termoelektriskt energiskördsgränssnitt baserat på en induktor, med dubbla utgångsomvandlare. Mätresultaten visar att omvandlaren uppnår en maximal effektivitet av 86.6% vid 30 μW. Det andra genomförandet kombinerar energin från två källor, en glukosbiobränslecell och en termoskördare, för att åstadkomma en tillförlitlig multi-källas energiskördslösning. Mätresultaten visar att omvandlaren uppnår en maximal effektivitet av 89.5% när den kombinerade ineffekten är 66 μW. / <p>QC 20170508</p> / Mi-SoC