A Solar Energy Harvesting Circuit with Low-Cost MPPT Control for Low Duty-Cycled Sensor Nodes.

낮은 듀티 동작의 센서 노드를 위한 저비용 MPPT 제어기능을 갖는 빛에너지 하베스팅 회로

In this paper a solar energy harvesting system with low-cost MPPT control for low duty-cycled sensor nodes is proposed. The targeted applications are environment, structure monitoring sensor nodes that are not required successively to operate, and MPPT(Maximum Power point Tracking) control using simple circuits is low-cost differently than existing MPPT control. The proposed MPPT control is implemented using linear relationship between the open-circuit voltage of a solar cell. The designed MPPT circuit traces the maximum power point by sampling periodically the open circuit voltage of the solar cell and delivers the maximum available power to the load. The proposed circuit is designed in 0.35um CMOS process. The designed chip area is $975um{\times}1025um$ including pads. Measured results show that the designed system can track the MPP voltage by sampling periodically the open circuit voltage of solar cell.

본 논문에서는 낮은 듀티 동작의 센서 노드를 위한 저비용 MPPT 제어기능을 갖는 빛에너지 하베스팅 회로를 제안한다. 환경, 구조물 모니터링 센서와 같은 연속적인 동작이 요구되지 않는 센서 노드가 어플리케이션이며, 기존의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어방법과 다르게 간단한 회로들을 이용하여 저비용 MPPT 제어 방법을 구현하였다. 제안된 MPPT 방법은 솔라셀의 개방회로전압과 MPP 전압간의 비례관계를 이용하여, 솔라셀의 개방회로 전압을 주기적으로 샘플링함으로써 최대 가용전력이 생성되는 지점을 추적하고 이를 부하로 전달한다. 제안된 회로는 $0.35{\mu}m\;CMOS$ 공정으로 설계되었으며, 칩 면적은 패드를 포함하여 $975{\mu}m{\times}1025{\mu}m$이다. 제작된 칩을 측정한 결과 주기적으로 솔라셀의 개방회로를 샘플링하여 솔라셀의 MPP를 실시간 추적하는 것을 확인하였다.