[뉴스웍스=장진혁 기자] 전자부품연구원(KETI)이 프랑스 남파리대학(UPSUD)과 공동연구를 통해 별도 알고리즘 없이 다양한 주파수와 진폭에 대응할 수 있는 압전 에너지하베스팅용 초소형·광대역 전력변환회로를 개발했다고 21일 밝혔다.

기존 연구들은 바람과 같은 자연환경, 공장설비와 같은 인공적 환경 등 주변에 존재하는 다양한 주파수와 진폭의 진동에 대응할 수 있도록 임피던스 매칭을 수행해 최대 출력을 확보하는 방식이었다.

복잡한 알고리즘이 내재된 반도체칩을 구현해야 됐을 뿐만 아니라 이를 구동하기 위한 소비전력도 수백 μW 이상으로 높았다. 또 전력변환효율 또한 진동 주파수에 따라 변환효율이 현저히 떨어지는 등 변동이 심해 효율이 최적화된 특정 주파수 대역에서만 80%수준의 효율을 낼 수 있었다.

하지만 이번에 KETI가 개발한 전력변환회로는 최대전력 추출지점에서 임피던스가 일정하게 유지되는 buck-boosting 형태의 전력변환회로의 특성을 이용해 에너지를 추출하기 때문에 임피던스 매칭이 필요 없다.

소비전력이 수십 μW로 낮은 것은 물론, 양산 시 생산단가 절감도 가능하다. 변환효율 또한 108~132Hz의 넓은 주파수 대역과 0.5~2.0G의 진동 크기에 대해 80%이상, 특히 2.0G의 진동 크기에 대해서는 전 주파수 범위에 대해 90%정도로 우수하다.

이번 연구를 주도한 유찬세 융복합전자소재연구센터 박사는 "현재 프랑스 남파리대학과 공동으로 5건의 국외특허(PCT 2건 등)를 출원했고 10건 이상의 해외저널을 통해 독창성을 인정받았다"며 "확보된 지적재산권을 바탕으로 국내 및 프랑스 등 다수 유럽기업들과 기술이전 협의를 진행 중"이라고 밝혔다.

그러면서 "이번에 개발된 기술은 압전 에너지하베스팅 뿐 아니라 다양한 주파수와 크기를 갖는 AC신호를 DC로 변환해야 하는 RF하베스팅, 마찰전기 하베스팅 등에도 확대적용 가능하다"며 "앞으로 동 기술을 통해 전력인프라 시설감시, 스마트공장 내 장비모니터링 등 IoT응용시장 확대에 힘을 보탤 것"이라고 덧붙였다.

본 기술개발은 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원(KETEP)이 지원하는 에너지국제공동연구개발사업 '75%이상의 변환효율을 갖는 고효율 회로 기반 10mW급 압전 에너지 하베스터 고효율 회로기술 개발' 과제의 일환으로 수행됐다. 현재 국내 화력 발전소, 변전소 내 변압기, 리액터 등 전력인프라를 대상으로 실증 실험을 통해 제품화 추진 중이다.