A CMOS Interface Circuit with MPPT Control for Vibrational Energy Harvesting

진동에너지 수확을 위한 MPPT 제어 기능을 갖는 CMOS 인터페이스 회로

This paper presents a MPPT(Maximum Power Point Tracking) control CMOS interface circuit for vibration energy harvesting. The proposed circuit consists of an AC-DC converter, MPPT Controller, DC-DC boost converter and PMU(Power Management Unit). The AC-DC converter rectifies the AC signals from vibration devices(PZT). MPPT controller is employed to harvest the maximum power from the PZT and increase efficiency of overall system. The DC-DC boost converter generates a boosted and regulated output at a predefined level and provides energy to load using PMU. A full-wave rectifier using active diodes is used as the AC-DC converter for high efficiency, and a schottky diode type DC-DC boost converter is used for a simple control circuitry. The proposed circuit has been designed in a 0.35um CMOS process. The chip area is $950um{\times}920um$.

본 논문에서는 진동에너지 수확을 위한 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 CMOS 인터페이스 회로를 설계하였다. 제안된 회로는 AC-DC 변환기, MPPT 제어회로, DC-DC 부스트 변환기, 그리고 PMU(Power Management Unit)로 구성된다. AC-DC 변환기는 진동소자(PZT)에서 출력되는 AC 신호를 DC 신호로 변환해주는 역할을 하며, MPPT 제어회로는 진동소자로부터 최대전력을 수확하여 효율을 높이는 역할을 한다. DC-DC 부스트 변환기는 AC-DC 변환기에서 공급된 에너지를 원하는 값으로 승압 및 안정화 시키는 역할을 하며 PMU를 통해 부하로 에너지를 전달한다. AC-DC 변환기는 효율 특성이 좋은 능동 다이오드를 이용한 전파정류기를 사용하였으며, DC-DC 부스트 변환기는 제어 회로가 간단한 쇼트키 다이오드를 사용한 구조를 사용하였다. 제안된 회로는 0.35um CMOS 공정으로 설계되었으며, 설계된 칩의 면적은 $950um{\times}920um$이다.