A Low-voltage Vibrational Energy Harvesting Circuit using a High-performance AC-DC converter

고성능 AC-DC 변환기를 이용한 저전압 진동에너지 하베스팅 회로

This paper describes a vibrational energy harvesting circuit with MPPT control. A high-performance AC-DC converter of which the efficiency is improved by using body-bias technique and bulk-driven technique is proposed and applied for the vibrational energy harvesting circuit design. MPPT (Maximum Power Point Tracking) control function is implemented using the linear relationship between the open-circuit voltage of a vibrational device and its MPP voltage. The designed MPPT control circuit traces the maximum power point by periodically sampling the open circuit voltage of a vibrational device, makes the reference voltages using sampled voltage and delivers the maximum available power to load. The proposed circuit is designed with a $0.35{\mu}m$ CMOS process, and the chip area is $1.21mm{\times}0.98mm$.

본 논문에서는 진동 에너지를 이용한 MPPT 제어기능을 갖는 에너지 하베스팅 회로를 설계하였다. Body-bias technique과 bulk-driven technique을 이용하여 저전압에서도 높은 효율특성을 갖는 고성능 AC-DC 변환기를 제안하고 진동에너지 하베스팅 회로 설계에 적용하였다. MPPT (Maximum Power Point Tracking) 제어는 진동소자의 개방회로전압과 MPP 전압간의 관계를 이용하였으며, 진동소자의 개방회로전압을 주기적으로 샘플링 함으로써 이를 이용해 MPPT 기준전압을 생성하고, 이를 기준으로 부하로의 에너지 공급을 제어한다. $0.35{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계된 회로의 칩 면적은 $1.21mm{\times}0.98mm$이다.