[논문]IoT 센서노드 시스템을 위한 고출력 에너지 하베스팅 시스템

김용석; 박용수; 백돈규

doi:10.9723/jksiis.2022.27.4.029

IoT 센서노드 시스템을 위한 고출력 에너지 하베스팅 시스템
High Power Energy Harvesting Systems for IoT Sensor Nodes Systems 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.27 no.4, 2022년, pp.29 - 36

김용석 (충북대학교 전자공학부) , 박용수 (충북대학교 전자공학부) , 백돈규 (충북대학교 전자공학부)

초록
AI-Helper

기존의 IoT 센서 노드는 배터리로부터 에너지를 공급받아 동작하는데, 넓게 분포되어 다양한 정보를 수집해야 하는 센서 노드의 특성상, 주기적으로 배터리를 새로 교체해야 하는 단점이 존재한다. 이 단점을 극복하기 위해 에너지 하베스팅 시스템을 통해 태양광이나 고온 증기 등으로부터 에너지를 수확할 수 있다. 하지만, 기존의 에너지 하베스팅 시스템은 공급전력이 상당히 제한적이기 때문에 통신과 같이 순간적으로 높은 전력을 요구하는 어플리케이션을 활용하기가 어렵다. 이 논문에서 우리가 제안하는 고출력 에너지 하베스팅 시스템은 기존 에너지 하베스팅의 단점을 보완한 Switch Control Unit을 설계하여 수확된 에너지양과 어플리케이션 동작 모드에 따라 수확된 에너지를 에너지 저장장치에 저장하거나 수확 및 저장된 에너지를 순간적으로 모두 어플리케이션에서 사용할 수 있도록 구상하였다. 제안한 시스템을 검증하기 위해 태양광을 기반으로 한 에너지 하베스팅 시스템을 구현하였으며 각각의 동작 모드에 따라 어플리케이션에 공급하는 전력량과 에너지 저장장치의 용량에 따른 최대 공급 시간을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Existing IoT sensor nodes operate by receiving energy from a battery. But due to the characteristics of sensor nodes that are widely distributed for collecting various information, there is a disadvantage that the battery needs to be periodically replaced. In order to overcome this disadvantage, energy can be harvested from sunlight or high-temperature steam through an energy harvesting system. However, since the harvested power is quite limited, it is difficult to use applications that require instantaneous high power such as communication. We propose the design of the high-power energy harvesting system where a switch control unit compensates for the limited harvested energy with the energy storage device such as a capacitor. To verify the proposed system, an energy harvesting system based on sunlight was implemented, and we confirmed the maximum supply power to the application and the maximum supply time according to capacity of the energy storage device.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 System Configuration
그림 Fig. 2 MPPT Structure
그림 Fig. 3 APP and Energy Storage Device Operation according to Switch Control
표 Table 1 Switch Control Unit Operation
그림 Fig. 4 APP operation according to energy harvesting supply voltage
그림 Fig. 5 Switch System implementation
표 Table 2 Features of Spartan 6 Development Board
표 Table 3 Features of HC-06
표 Table 4 Current consumption measurement
그림 Fig. 6 Energy storage voltage in active mode
그림 Fig. 7 Energy storage voltage in sleep mode
그림 Fig. 8 Energy storage voltage in high performance mode

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