에너지 하베스팅용 직류형 승압 컨버터 연구 = A Study of DC-DC Boost Converter for Energy Harvesting

국문 초록 (Abstract)

에너지 하베스팅은 빛, 열, 진동 등의 에너지를 수확하여 전기 에너지로 변환하는 기술이다. 하지만 에너지 하베스터로부터 수확되는 전기 에너지는 작은 전력이며 전압 또한 낮은 수준이다. IoT 센서와 같은 부하를 구동하기 위해서는 전력 변환 및 전력 저장 또는 센서 구동시에만 전력을 사용하는 등의 기능을 수행하는 전력 관리 회로가 필요하다.
본 논문에서는 광전 및 열전 에너지 하베스팅용 전력 관리 회로를 제안한다. 광전 에너지 하베스팅용 직류형 승압 컨버터는 링 오실레이터와 차지 펌프 단을 사용하여 광전 패널로부터 수확한 전압을 승압한다. 그리고 IoT 센서의 안정적인 구동을 위한 로드 연결 제어 회로가 적용되었다. 제안하는 열전 에너지 하베스팅용 직류형 승압 컨버터는 에너지 하베스터에서 수십 mV 수준의 전압이 수확되기 때문에 승압 컨버터를 구동하기 위한 초저전압 시동 회로가 필요하다. 기존의 시동 회로는 링 오실레이터와 차지 펌프단을 이용하여 입력 전압을 승압 컨버터를 구성하는 MOSFET의 문턱 전압 이상까지 승압한 전압을 이용하는 구조이다. 본 논문에서 제안하는 초저전압 시동 회로는 링 오실레이터와 여러 Branch의 차지 펌프단을 이용해 승압한 전압을 커패시터의 직렬 연결을 통해 높은 전압을 얻어 시동 시간을 축소할 수 있었다. 제안하는 회로는 0.18 μm BCD 공정으로 설계되었으며 시뮬레이션을 통해 동작을 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론
• 1.1 배경 1
• 1.2 에너지 하베스팅의 종류 4
• 1.3 직류형 에너지 하베스팅 인터페이스 회로
• 1.3.1 직류형 승압 컨버터 5
• 1.3.2 시동 회로 7
• 2. 본 론
• 2.1 광전 에너지 하베스팅용 전력 관리 회로
• 2.1.1 광전 에너지 하베스팅용 직류형 승압 컨버터 9
• 2.1.2 광전 에너지 하베스팅용 로드 연결 제어 회로 11
• 2.1.3 시뮬레이션 결과 13
• 2.1.4 측정 결과 14
• 2.2 열전 에너지 하베스팅용 전력 관리 회로
• 2.2.1 열전 에너지 하베스팅용 직류형 승압 컨버터 16
• 2.2.2 초저전압 시동 회로 18
• 2.2.3 열전 에너지 하베스팅용 로드 연결 제어 회로 23
• 2.2.4 시뮬레이션 결과 24
• 2.2.5 비교 테이블 25
• 3. 결 론 28
• 참 고 문 헌 29