에너지 하베스팅 설계의 차세대 변혁, 초저전력 회로

TI 코리아는 빛, 열 또는 기계적 에너지원으로부터 마이크로와트(uW)에서 밀리와트(mW)의 전력을 효율적으로 수집하고 관리하는 차세대 전원 관리 IC(integrated circuit) 5종을 새롭게 출시했다.

bq25570, bq25505, TPS62740, TPS62737 및 TPS62736은 업계 최저 수준의 능동 대기 전류를 관리하면서 무선 센서 네트워크, 모니터링 시스템, 웨어러블 의료 기기, 모바일 액세서리 및 기타 전원 접근이 제한된 애플리케이션에서 배터리 없는 구동을 가능케한다.

TI는 선도적인 전원 관리 IC 및 MCU 공급업체로 고효율, 최저전력 소비로 주변 에너지를 추출하고 관리하는 혁신적인 디바이스를 연이어 출시하며 차세대 초저전력 설계를 이끌고 있다고 강조한다.

실제로 TI는 2011년 330nA의 낮은 대기 전류의 bq25504 부스트 충전기 회로를 출시 한 바 있으며, 이 밖에도 모든 저전압, 저전력 설계 요건을 지원하는 부스트 컨버터, 벅 컨버터 및 배터리 충전기를 공급하고 있다.

나노 전력 하베스팅
벅 컨버터가 내장된 TI의 최신 bq25570 부스트 충전기는 극도로 적은 488nA의 대기 전류를 소비하고, 10uA 미만의 출력 전류에서 90% 이상의 효율을 달성하면서 최저 가용 전력량에서도 고효율을 유지한다.

이 디바이스는 MPPT(maximum power point tracking) 기능을 갖추고 있어 광전지와 열전기 발전기로부터 전력을 추출하고 관리하며, 충전식 리튬 이온 배터리, 박막 배터리, 슈퍼 커패시터 또는 기존 커패시터와 같은 모든 에너지 저장 요소를 지원한다. 저장 시간이 긴 경우, “ship mode” 기능으로 bq25505에 공급되는 전원을 차단할 수 있으며, 이를 통해 디바이스는 5nA 미만을 소비한다.

bq25505 부스트 충전기는 bq25570과 유사하지만 325nA의 더욱 낮은 능동 대기 전류를 달성한다. bq25505는 고유의 자동 전력 멀티플렉서 게이트 드라이브를 내장하고 있어 에너지 하베스팅 소스와 1차 배터리로부터 매끄러운 시스템 동작을 수행함으로써, 하베스터에서 가용 에너지가 없는 경우에도 시스템 동작이 필요할 때 일정한 전력을 사용할 수 있도록 보장한다.

TI는 배터리 관리 회로 외에도 300mA 출력 전류 설계를 위한 초소형의 최저전력 벅 컨버터 TPS62740을 출시했다. 이 디바이스는 능동 동작 중에는 360nA, 대기 상태에는 70nA의 대기 전류를 제공하고, 최저 10uA까지 90% 이상의 효율을 달성한다.

전체 솔루션 크기는 31mm2에 불과하며, 프로그래머블 출력 전압 기능 및 DCS-Control™ 기능을 사용하여 TI의 초저전력 MSP430FR59xx와 같은 마이크로컨트롤러 및 SimpleLink™ CC2541 무선 MCU와 같은 블루투스 저 에너지 솔루션에 전원을 공급한다. 또한 내장된 부하 스위치로 일시적으로 사용되는 LED 또는 센서와 같은 부품의 전력을 절약한다.

이 외에도 보다 낮은 전류 설계를 위한 새로운 디바이스도 함께 출시 되었다. 200mA 설계를 위한 TPS62737 컨버터와 50mA 설계를 위한 TPS62736은 능동 동작 중에 370nA의 매우 낮은 대기 전류를, 슬립 모드에서는 15nA를 제공하면서 15uA 미만의 출력 전류에서 90% 효율을 달성한다.©

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아이씨엔 매거진 2013년 12월호