1. 수행배경

열전소자에서 발생되는 전압은 온도 1도 당 25mV(@10cm²)로 매우 작다. 인체에 열전소자를 적용했을 때 온도 차이는 2-3도 정도로 발생되는 전압은 100mV 이내로 매우 작아 열전에너지 하베스팅 회로를 구동하기 어렵다. 따라서 회로를 구동시키기 위해 DC-DC 부스트 변환기를 사용한다. 참고 문헌 DC-DC부스트 변환기를 이용하여 인체에 헬스 케어 시스템 적용이 가능하고 산업현장에서도 적용가능하다. 자연에너지를 이용하는 하베스팅 기술은 환경오염을 최소화 하고 자체적으로 전력을 생산하므로 경제적으로도 유리하다.

본 논문에서 설계할 DC-DC 변환기는 그림1과 같이 시동회로, Controller, Main DC-DC Boost 변환기로 구성되어 있다. Cadence Virtuoso 와 Cadence Spectre를 이용하여 회로에 대한 Schematic을 구성하고 시뮬레이션을 통한 검증으로 설계를 진행하며, Layout을 완성한다.

2. 수행기간

• 추진일정표	일련번호	주요내용	추진일정						기간 (주)
  			9월	10월			11월
  	1	측정을 위한 PCB 설계							1주
  	2	PCB 제작 및 측정을 위한 Chip 가공							2주
  	3	제작된 PCB에 외부소자 납땜							1주
  	4	본 연구에 대한 추계학술대회 논문 발표							1주
  	5	설계한 칩 측정							2주
  	6	결과 보고서 작성							2주

         

3. 개발작품 설명

• 본 연구에서는 열에너지 하베스팅을하여  센서나 웨어러블 기기를 구동시킬 수 있도록 하는 회로를 설계하였다. 참고 논문[1]과 달리 보조 부스터 없이 약 200mV의 전압을 1.8V의 전압으로 레벨 업 시키는 DC-DC 부스트 컨버터를 설계하였다. 쇼트키다이오드와 MPP주파수를 이용하여 시스템 효율을 높이는 방법을 사용하였다.
• 제안하는 열에너지 하베스팅을 위한 저전압 DC-DC 부스트 변환기의 블록도이다. 제안된 회로는 TEG(열전소자), 저전압 시동(Start-Up)회로, 컨트롤 블록(Control block), Main DC-DC 부스트 변환기로 이루어져 있다. 이회로는 비동기식 방법을 이용하여 제어가 간단하고 2단 구성으로 부하에 전원을 공급한다.

4. 활용방안

•     이번 프로젝트를 통해 tool 사용법을 익히고 회로를 설계해봄으로써 전공 지식을 향상시킬 수 있다. 또한 열전소자로부터 작은 에너지를 수확하여 높은 전압으로 변환하는 과정에서 소모되는 에너지가 작으므로, 이로 인해 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다. 열에너지를 사용하므로 태양광 발전시스템으로의 적용이 가능하다. 또한, 장비 및 인체의 열에너지를 이용하여 군사용으로도 각광 받고 있다. 그 밖에 지그비(Zigbee) 같은 저전력 통신장치 및 센서들 위주로 에너지 하베스팅 기술 적용을 위한 표준화가 진행되고 있어, 앞으로의 통신 기술 향상을 기대할 수 있다. 이로써 기존의 에너지 공급원인 2차 전지 및 연료전지 등과는 독립적으로 태양전지 등 친환경 대체에너지용 전력 변환기기의 기반기술을 확립할 수 있으며, 보다 가볍고 편리한 에너지원을 활용할 수 있게 된다. 이러한 결과물을 좀 더 발전시켜 저널 논문 발표 및 특허 출원이 가능할 것으로 예상된다.