A Dual-Input Energy Harvesting Charger with MPPT Control

MPPT 제어 기능을 갖는 이중 입력 에너지 하베스팅 충전기

This paper describes a dual-input battery charger with MPPT control using photovoltaic and piezoelectric energy. Each energy is harvested from photovoltaic cells and piezoelectric cells and is stored to each capacitor. The battery voltage is boosted by charger block and two energy sources are used as input to charge battery capacitor. A DC-DC boost converter is designed to boost the battery voltage, and inductor sharing technique is employed such that only one inductor is required. The time division ratio for piezoelectric cell and photovoltaic cell is set to 8:1. The proposed circuit is designed in a 0.35um CMOS process technology. The condition of battery capacitor is managed by battery management block and the battery voltage can be boosted up to 3V. The maximum efficiency of the designed entire system is 88.56%, and the chip area including pads is $1230um{\times}1330um$.

본 논문에서는 진동에너지와 빛에너지를 이용한 MPPT 기능을 갖는 이중 입력 충전기 회로를 제안한다. 빛에너지는 photovoltaic cell로부터 수확하고, 진동에너지는 piezoelectric cell로부터 수확하여 각각 커패시터에 저장된다. Charger 블록에 의해 배터리 전압이 승압되며 이때 두 가지 에너지원이 모두 입력으로 사용되어 충전하게 된다. 승압하는 방법은 DC-DC boost converter를 사용하였으며 시간 구간에 따라 하나의 인덕터를 공유하는 방법을 적용하였고, 진동에너지와 빛에너지를 입력으로 사용하는 비율은 8:1로 설계하였다. 제안된 회로는 0.35um CMOS 공정으로 설계하였고 배터리 관리블록에 의해 배터리 커패시터의 충전 상태가 제어되며 최대 3V의 전압까지 충전할 수 있다. 설계된 회로의 최대 효율은 88.56%이며, 칩 면적은 패드를 포함하여 $1230um{\times}1330um$이다.