초록 ▼

□ 연구개요
본 과제의 연구기술은 IoT 기기용 자가발전(self-powered)을 위한 에너지 하베스팅 인터페이스 IC를 개발한다. 제안되는 IC는 하베스팅 소자로부터 발생한 전력 에너지를 높은 효율로 극대화하여 추출하며, 여러 개의 다중소스의 에너지를 입력받아 결합하여 하나의 에너지저장원(super capacitor)에 충전하며, 동시에 IoT 전력공급 가능하도록 적절한 전압으로 전력변환한다. 따라서 본 과제는 AC형태의 전원으로부터 최대전력을 추출할 수 있는 새로운 인터페이스 topology 회로설계와 DC/AC 동시 전

□ 연구개요
본 과제의 연구기술은 IoT 기기용 자가발전(self-powered)을 위한 에너지 하베스팅 인터페이스 IC를 개발한다. 제안되는 IC는 하베스팅 소자로부터 발생한 전력 에너지를 높은 효율로 극대화하여 추출하며, 여러 개의 다중소스의 에너지를 입력받아 결합하여 하나의 에너지저장원(super capacitor)에 충전하며, 동시에 IoT 전력공급 가능하도록 적절한 전압으로 전력변환한다. 따라서 본 과제는 AC형태의 전원으로부터 최대전력을 추출할 수 있는 새로운 인터페이스 topology 회로설계와 DC/AC 동시 전력추출이 가능하며 에너지 결합이 가능한 회로설계에 대한 연구를 수행한다. 또한 정밀한 시뮬레이션을 통해 제안한 회로설계의 기능과 성능을 검증한다. 실제 chip 제작을 위한 mask layout design 및 FAB 공정을 통해 샘플을 확보하며, 평가모듈 구현 및 실험측정을 통해 최종 성능을 평가한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서 제안한 cold startup, PV MPPT boost converter, PZT SECE, 그리고 PZT DPM 등 모두가 정상 동작함을 확인할 수 있으며, PZT와 PV 동시 에너지 하베스팅 동작도 함께 검증되었다. 회로 구조적인 면으로는 cross-coupled 회로와 전력제어 스위치 구성을 새롭게 설계한 회로 topology를 제안하였다. 본 연구를 통해 배터리 없이도 완전한 자가기동(self startup)이 가능하고, 현재 충전된 전압과 무관하게 높은 전력추출률을 유지할 수 있으며, 최대 1,645% FoM의 세계최고수준을 달성하였다. 또한 본 연구의 cross-coupled 회로구조를 통해 추가적인 음(-)전압 전원이 필요하지 않다. 뿐만 아니라 비주기적 진동에너지와 주기적 진동에너지를 모두 에너지로 추출할 수 있고 종래대비 높은 추출효율을 보인다. 더불어 진동에너지의 PZT 소자 뿐만 아니라 광에너지 PV소자의 에너지도 동시에 에너지를 수집할 수 있다. (이종간 에너지원들의 동시 에너지추출 가능) 본 연구를 통해 자가발전 효율을 높여 배터리 없는 완전한 자가발전형(self-powered) IoT 시스템을 가능하게 할 것으로 기대된다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 과제에서 개발되는 다채널 에너지 종합 솔루션은 에너지 추출 효율을 극대화하고 이를 통해 에너지 자립형 IoT 스마트 센서를 구현하게 하는 데 그 목적이 있다. 이로 인해 IoT 기기로의 연구가 더욱 활성화될 수 있으며 잦은 배터리 교체 및 전원 구축 비용을 절감하여 높아진 가격 경쟁력으로 인해 IoT 기기의 활용도가 더욱 높아질 것으로 기대된다. 또한, 제안된 기술은 IoT 기기뿐만 아니라 일반적 무선 시스템에도 적용될 수 있어 경제적/ 산업적 파급 효과가 클 것이다고 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 에너지 하베스팅의 중요성 및 집적회로의 필요성 ... 4
• 2) 중장기 연구 목표 - 다채널 에너지 하베스팅 종합 솔루션 개발로 인한 에너지 자립형 IoT 시스템 구축 ... 4
• 3) 과제의 중요성 - 초소형 / 저비용 및 에너지 자립형 IoT 기기로의 확장성 ... 5
• 4) 연구 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 19