IoT 센서용 에너지 하베스팅 전력관리 회로 기술

A09

특허기술명 : 에너지 하베스팅 기반의 스마트 센서 및 그 동작방법

Energy Harvesting Power Management IC for IoT Sensor

TRL5 :구현환경 적용실험

한줄 기술 요약

IoT 센서용 에너지 하베스팅 전력관리 회로 기술은 센서 및 IoT 기기 등과 같이 부하 전류를 많이 소모하는 장치들에 에너지 하베스터를 적용하기 위한 기술.

에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 감지하고 이에 기초하여 에너지 저장장치의 충전 상태를 정확하게 검출할 수 있는 부하 연결 장치와 부팅모드로 진입하는 스마트 센서를 통해 초기 시스템 부팅 시 부하 전류를 많이 소모하는 IoT 센서들을 안정적으로 구동할 수 있게 하는 기술

개발배경 및 해결과제

  • 스마트 센서의 전원 공급 장치로 에너지 하베스팅 장치를 사용하는 경우, 센서 초기 시스템 부팅 시 소모 전류가 에너지 하베스터 생산 전류보다 클 경우 센서 구동은 물론 에너지 저장장치 충전에도 어려움이 있음
  • 따라서, 초기 시스템 부팅 시 부하 전류를 많이 소모하는 스마트 센서들을 안정적으로 구동하기 위한 기술이 필요

기술의 우수성

  • 에너지 저장장치의 충전 상태를 정확하게 검출 가능
  • 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압이 매우 낮은 경우에도 안정적인 시스템 부팅 수행 가능
  • 부하 전류를 많이 소모하는 장치에 에너지 하베스터를 적용할 수 있는 전력관리 회로 기술
  • 어떠한 부하 장치에 대해서도 적용 가능한 에너지 하베스터 구현을 통한 에너지 하베스터 응용 범위 확대

기술의 차별성

  • 에너지 하베스터 출력 전압을 감지하고 감지된 출력 전압을 바탕으로 에너지 저장장치의 충전 상태 검출
  • 에너지 저장장치가 만 충전 상태일 경우 에너지 저장장치와 부하 장치 사이를 연결하고 방전 되었을 경우 연결을 해제함으로써 하베스터의 생산 전류보다 많은 전류를 소비하는 부하 장치 동작 가능
  • 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링하여 시스템의 부팅을 위한 임계 전압보다 낮을 경우 슬립모드 유지 후 시스템 부팅 개시
기술자료 다운로드
기술이전 상담 신청

구현방법

  • 에너지 하베스터, 정류기, 에너지 저장장치, 에너지 하베스팅 회로로 구성됨
  • 에너지 하베스팅 장치의 출력 전압을 모니터링하여 미리 설정된 임계 전압보다 작은 경우 슬립 모드를 유지한 후 시스템 부팅
  • 출력 전압이 임계 전압보다 크거나 같은 경우에는 슬립 모드 없이 시스템 부팅 동작

활용분야

  • 센서 / 비상조명 구동용 전원장치
  • 에너지 하베스팅 전력관리 회로

적용제품

  • 전력설비 진단용 센서
  • 스마트 팩토리용 IoT 센서

기술동향 1

  • 웨어러블과 IoT 기기 시장의 확대로 인해 배터리의 소형화 및 장시간 사용을 위한 PMIC(Power Management Integrated Circuit, 전력관리 집적회로) 기술의 필요성이 꾸준하게 제기됨.
  • 해외에서는 IoT 기기의 장시간 동작 및 PCB(인쇄회로기판) 공간을 적게 차지하기 위해 대기 전류를 감소하고 저면적 고효율의 PMIC 개발이 이루어지고 있음

기술동향 2

  • 국내에서는 LG, 삼성전자등 전자 업체에서 시장을 이끌어가고 있으며 점차적으로 자동차, IoT 관련 분야로 범위를 넓혀가고 있지만 아직 IoT 기기를 전용으로 한 PMIC의 개발은 더딘 상태
  • Texas Instrument(TI), MAXIM 등은 대표적인 시스템반도체 IC 제조 기업이며 IoT 기기를 위한 PMIC 제품을 지속적으로 선보이고 있음

시장전망

에너지 하베스팅 디바이스 시장은 2017년 3억달러 규모에서 2026년 8억달러 규모로 전망.

그 중 전력관리회로 시장은 약 20%를 차지함. 

세계 IoT 센서 시장규모는 2016년 약 75억 달러에서 연평균 24.1% 성장률을 보이며 2022년 약 274억 달러 규모로 증가할 것으로 전망