Linear Technology는 고성능의 회로를 제작하는 회사이다. 회로를 디자인하고, 제조하고 마케팅까지 하는 거대한 회사로 이들의 회로로 다른 많은 회사들이 전자 기기 communication, networking, 자동화, 컴퓨터화, 의료 기기화 등을 가능하게 한다.
이들이 만드는 회로는 구체적으로 전력을 알맞게 사용하거나, 데이터를 변환하건, 신호를 조절한다.
특히 Energy harvesting과 관련하여 이들은 적은 에너지 투입으로도 구동가능한 회로를 만들고 있다. 가령 진동, 태양에너지, 열에너지를 저장하고 높은 효율로 변환한다.
이러한 기술은 산업 자동화, 무선 센서, 운송, 자동 건물 관리 등에 응용된다.
이중 wireless sensors에 대해 알아보자. 무선센서는 사람이 접근하기 어려운 곳이나 너무 많은 개수가 설치되어야 할 때 사용된다. 이러한 경우 일일이 수작업으로 배터리를 교체하기 어렵기 때문이다.
그러나 에너지 하베스팅 자체로는 충분히 많은 에너지를 생산하지 못하는게 현재 문제점이다. 가령 필요로 하는 양이 100에서 250mW인데 반해 생산되는 양은 1에서 10mW이다.
또한 무선센서에 있어서 생산된 에너지가 반드시 저장되어야 하며 sensor/transmitter로 인해 언제든 사용가능해야한다. 또한 이들은 에너지하베스팅이 이뤄지지 않을 때도 작동가능해야 한다.
가능하다면 만약 저장된 에너지가 고갈되었을 때도 센서가 기본적인 일은 수행할 수 있어야 하고, 기존에 모아둔 정보 같은 것을 저장할 수 있도록 센서를 설계해야한다. 또한 남아있는 에너지양을 체크하는 것도 중요한 쟁점이다.
구체적으로 우리의 관심사인 에너지 하베스터에 관련해 이들이 만드는 회로를 살펴보자.
우선 구성요소로는 energy harvester, buck regulator IC, shunt battery charger, batteries, sensor-transmitter, rectifier(정류기) 가 있다.
ex. energy harvestor (LTC 3588) - piezoelectric transducer(12mW까지 생산가능), shunt battery charger(LTC 4071) - programmable float voltage, temperature compensation
이들은 두 가지 작동 모드를 갖는다. charging-sending모드와 discharging-sending모드인데, 전자의 모드에서는 배터리가 충전되고 후자에서는 배터리가 충전되지 않고 sensor/transmitter가 작동한다.
그 예시로 LTC3588 piezo energy harvesting power supply를 살펴보자. 이 기기에서는 우선 내부의 piezoeletric transducer를 통해 주변의 여러 에너지를 모은다. 모아진 에너지를 converter를 통해 규칙적인 에너지로 생산해 data converter, micro controller, sensor 등에 사용하도록 한다.
또다른 회로 구성요소 중 Hysteretic buck DC/DC converter는 최대 100mA정도의 규칙적인 전류를 생산해낸다. output voltage는 1.8V, 2.5V, 3.3V, 3.6V로 설정가능하다.
좀 더 자세히 살펴보면, 처음에 piezoelectric transducer를 통해 생산해낸 에너지를, 최대 950nA정도, External energy capacitor에 저장한 다음 일정량을 전류로 만들어 흘려보낸다.
Input voltage range는 2.7-20V로 넓은 범위의 에너지를 piezoelectric transducer통해 받아들일 수 있게 해준다.
이 장치의 장점은 크게 세 가지로 요약가능하다. 첫째, 수확한 에너지를 바로 사용하지 않고 저장함으로서 일정한 전류를 내보낼 수 있다. 둘째, piezoeletric transducer에서의 출력은 비교적 작지만 이를 energy capacitor를 통한 후 내보낼 때 전류는 비교적 큰 값을 가진다. 셋째, 인풋 전압이 작아도 일정량의 전류를 생산해낼 수 있다.
질문거리
LTC3588 piezo energy harvesting power supply 이 회로를 휴대폰 액정에 사용하고 싶다. 휴대폰 내에 존재하는 많은 센서에 에너지를 공급하는데 사용하거나 액정에 불을 밝히는데 쓸 수 있다면 휴대폰 배터리의 수명이 많이 늘어날 것 같다.
탐방을 갔을 때 회사에서 만든 에너지 하베스터를 휴대전화 내에 삽입해 스크린 터치에서 발생하는 진동을 통해 에너지를 생산하고 이를 배터리로 저장 할 수 있는지 여쭤보고 싶다. 그리고 LTC3588 sample을 얻어오고 싶다.
좀 더 구체적으로 piezo energy harvester의 사용처를 묻고 실제로 생산 비용을 알고 싶다. end product는 아니지만 부품으로서의 가격을 알면 휴대전화에 응용되었을 때 상용화 가능성이 있는지 체크해볼 수 있기 때문이다.
또한 현재 상황보다 더 높은 출력을 하기 위해서 어떤 노력이 필요한지 물어보고싶다. 가령 piezo transducer에 좀더 압전 상수가 높고, coupling effect가 높은 물질을 쓰면 input 전류가 높아질 수 있지 않을까?
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