Abstract
Recently, research on renewable energy technologies has come into the spotlight due to rising concerns over the depletion of fossil fuels and greenhouse gas emissions. Demand for portable electronic and wearable devices is increasing, and electronic devices are becoming smaller. Energy harvesting is a technology for overcoming limitations such as battery size and usage time. In this paper, the V-I characteristic curve and internal resistance of thermal electric devices were analyzed, and MPPT control methods were compared. The Perturbation and Observation (P&O) control method is economically inefficient because two sensors are required to measure the voltage and current of a Thermoelectric Generator(TEG). Therefore, this paper proposes a new MPPT control method that tracks MPP using only one sensor for the regulation of the output voltage. The proposed MPPT control method uses the relationship between the output voltage of the load and the duty ratio. Control is done by periodically sampling the output voltage of the DC-DC converter to increase or decrease the duty ratio to find the optimal duty ratio and maintain the MPP. A DC-DC converter was designed using a cascaded boost-buck converter, which has a two-switch topology. The proposed MPPT control method was verified by simulations using PSIM, and the results show that a voltage, current, and power of V=4.2 V, I=2.5 A, and P=10.5 W were obtained at the MPP from the V-I characteristic curve of the TEG.
최근, 화석연료 고갈과 온실 가스 배출에 대한 우려가 높아지면서 신·재생 에너지 기술에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 휴대용 전자기기 및 웨어러블 디바이스의 수요가 증가하고 IT기기들이 소형화되면서 배터리의 크기, 사용시간 등의 한계를 극복하기 위한 기술로 에너지 하베스팅이 있다. 본 논문에서는 열전소자의 V-I 특성곡선과 내부저항을 분석하고, 기존의 MPPT제어방식을 비교하였다. P&O제어방식은 열전소자의 전압, 전류를 측정하기 위한 센서 2개를 사용해야하기 때문에 경제적으로 비효율적이다. 따라서 본 논문에서는 출력전압 조절을 위한 센서1개만을 이용하여 MPP를 추적하는 새로운 MPPT제어방식을 제안한다. 제안하는 MPPT제어방식은 duty ratio와 부하의 출력전압의 관계를 이용하였으며, DC-DC Converter의 출력전압을 주기적으로 샘플링하여 duty ratio를 증가 또는 감소시켜 최적의 duty ratio를 찾아 MPP를 유지하도록 제어된다. DC-DC Converter는 Two-Switch 토폴로지인 Cascaded boost-Buck Converter를 이용하여 회로도를 설계하였다. 제안된 MPPT 제어방식은 PSIM 시뮬레이션을 이용한 모의실험을 통하여 검증하였고, 그 결과 열전소자의 V-I 특성곡선으로부터 얻어지는 MPP에서 전압×전류 및 전력값(V=4.2V, I=2.5A, P=10.5W)과 일치함을 확인하였다.
