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실내 조명용 에너지 수확 IC: 50Lux에서 IoT에 전원을 공급하는 방법
2026/10/19 
안 에너지 하베스팅 IC 실내 태양광을 실용적으로 만드는 것입니다. 사무실 및 가정용 조명은 소형 광전지(PV) 셀에 마이크로와트만 공급하며, 표준 DC-DC 변환기는 켜진 상태를 유지하기 위해 그보다 더 많은 전력을 소비할 수 있습니다. 전용 수확기는 수백 밀리볼트에서 시작하여 셀의 최고 작동 지점을 추적하고 모든 마이크로와트를 배터리에 저장합니다.
이 기사에서는 다음 내용을 학습합니다.
- 실내 조명이 햇빛과 매우 다른 에너지원인 이유
- 저조도 조건에 적합한 PV 재료
- 실내 수확이 해결해야 할 세 가지 전력 관리 문제
- ETEK의 ET95640 및 ET9PW64 에너지 수확 IC가 이를 해결하는 방법
에너지 수확 IC란 무엇입니까?
에너지 수확 IC는 실내 조명이나 열전 발전기(TEG)와 같은 주변 광원으로부터 에너지를 추출하는 전력 관리 칩입니다. 매우 낮은 전압에서 콜드 스타트하고, 에너지를 효율적으로 변환하고, 저장 요소를 충전하고, 센서, MCU 및 라디오에 조정된 레일을 공급합니다.
실내 조명을 수확하기 어려운 이유
2~3배 더 적은 빛
실외 햇빛은 일반적으로 10,000~100,000럭스에 이릅니다. 실내 공간은 일반적으로 50~1,000럭스만 제공합니다. 동일한 셀 면적을 사용하더라도 실내에서 사용 가능한 에너지는 수백 또는 수천 배 더 낮을 수 있습니다.
더 좁고 더 뾰족한 스펙트럼
햇빛의 범위는 자외선부터 적외선까지입니다. 실내 광원은 가시광선 대역(약 400~700nm)에 집중되어 있습니다.
- 형광등: 날카로운 피크(예: 546nm 및 611nm 근처)
- 백색 LED: 450nm 부근의 강한 청색 피크와 넓은 인광체 밴드
- 백열등: 흑체 방사선에 가깝고 대부분의 에너지가 적외선으로 손실됩니다.
따라서 PV 셀은 가시광 스펙트럼의 약한 빛을 수신하며, 그 뒤의 전력 스테이지는 두 가지 모두에 대처해야 합니다.
어떤 PV 재료가 실내에 가장 잘 작동합니까?
광자는 에너지가 물질의 밴드갭을 초과하는 경우에만 전자-정공 쌍을 생성합니다. 가시적인 실내 조명은 약 1.77~3.10eV에 해당하므로 밴드갭이 더 넓은 소재가 더 잘 맞습니다.
| 재료 | 밴드갭(eV) | 실내 효율성 | 메모 |
|---|---|---|---|
| 비정질 실리콘(a-Si) | 1.7–1.8 | 중간 | 성숙하고 저렴한 비용 |
| 결정질 실리콘(c-Si) | ~1.12 | 낮은 | 실외에 강함; 실내의 낮은 개방 회로 전압 |
| 유기 PV(OPV) | 1.5~2.0(조정 가능) | 중간 | 유연하고 반투명합니다. 안정성은 아직 검증중 |
| 페로브스카이트 | 1.5~1.6(조정 가능) | 높은 | 조정 가능한 밴드갭, 저온 처리 |
페로브스카이트 세포는 특히 유망해 보입니다. 실험실 페로브스카이트 실내 전지는 LED 조명(일반적으로 1,000럭스 근처에서 테스트)에서 30%를 훨씬 넘는 전력 변환 효율을 달성했으며 동료 검토 결과는 약 32%에서 40% 이상에 이릅니다. 2025년 자연 리뷰 청정 기술 실내 태양광 발전 조사 및 2024년 에너지 및 환경 과학 보고서(실내 조명 하에서 44.72%) 모두 이 성능 범위를 기록합니다. 그러나 최고의 셀이라도 문제의 절반만 해결합니다.
에너지 수확 IC가 해결해야 할 세 가지 문제
1. 수확된 힘이 작다
소형 실내 PV 셀은 마이크로와트에서 수십 마이크로와트까지만 전달할 수 있습니다. 기존 컨버터는 수백 마이크로와트의 대기 전력을 소비하는 경우가 많습니다. 이 경우 칩은 셀이 생산하는 것보다 더 많은 것을 소비합니다.
ETEK의 접근 방식: 내장형 콜드 스타트 회로는 다음에서 작동합니다. 275mV. ET95640은 275mV/5μW부터 시작하고 ET9PW64는 275mV/2μW부터 시작합니다. ET95640에서 배터리 측 대기 전류(일반, TA = 25°C)는 다음과 같습니다. 400nA 방전 모드(IBAT1)에서 SYS가 비활성화된 상태 및 350nA 충전 완료 후 SYS가 비활성화된 상태(IBAT2) SYS를 활성화하면 수치가 650nA/550nA로 증가합니다.
2. 입력 전압이 계속 움직입니다.
실내 조명의 범위는 복도의 경우 약 50럭스부터 창가의 경우 10,000럭스까지입니다. 셀의 개방 회로 전압(VOC)은 100mV 이상 이동할 수 있으며 직렬로 연결된 4개의 셀에서 1V에 접근합니다. 고정된 작동점은 하루 중 대부분의 에너지를 낭비합니다.
ETEK의 접근 방식: 부스트 단계에서는 수확기의 입력 전압을 조절하면서 배터리를 충전하므로 소스가 붕괴되지 않습니다. MPPT(최대 전력 지점 추적)는 제품군 전반에 걸쳐 두 가지 형태로 제공됩니다. 고정 전압 조정(ET95640, ET9PW64, ET9504XXX는 핀을 통해 VPV_CELL,REG를 설정, 일반적으로 0.25~3.2V) 및 적응형 VOC 분율 추적(ET95641 및 ET9PW65). 적응 부분에서 MPPT_R[2:0]은 VMPPT/VOC 비율을 선택합니다. 35%, 50%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% 또는 90%, IC는 주기적으로 VOC를 샘플링합니다. 소스에서 최대 110mA를 추출할 수 있습니다.
3. 에너지는 필요에 따라 저장하고 방출해야 합니다.
수확은 느리고 연속적이지만 센서와 Bluetooth 무선 장치는 순간적으로 전력을 소비합니다. 시스템에는 안전한 보관과 효율적인 출력 레일이 필요합니다.
ETEK의 접근 방식(ET95640):
- LiC, 리튬 이온 및 LiPo 셀에 대해 선택 가능한 과충전 및 과방전 보호
- 2.4V~4.4V 이내의 배터리 전압 설정
- 효율이 90% 이상, 최대 135mA인 벅 출력(ET9PW64: 최대 120mA)
- 조명을 사용할 수 없을 때 사전 충전/CC/CV 모드를 갖춘 5V 선형 충전기
- 배터리 누출이 10nA 미만인 배송 모드
- GPIO로 구성
ETEK 에너지 하베스팅 IC 제품군 개요
| 특징 | ET95640 | ET9PW64 |
|---|---|---|
| 콜드 스타트 | 275mV / 5μW | 275mV / 2μW |
| 최대. 수확기의 전류 | 110mA | 110mA |
| 벅 효율성 | >90% | >90% |
| 벅 출력 전류 | 최대 135mA | 최대 120mA |
| 5V 선형 충전기 | 예 | 예 |
| 배송 모드 누출 | <10nA | <10nA |
| 패키지 | QFN24(4mm × 4mm) | QFN24(4mm × 4mm) |
| MPPT | 고정 전압(0.25~3.2V) | 고정 전압(0.25~3.2V); 페로브스카이트 최적화 |
ETEK의 중국 제품 선택기 및 개별 데이터시트에 따른 더 넓은 제품군:
| 부분 | MPPT | 포지셔닝 | 패키지 |
|---|---|---|---|
| ET95640 | 고정 0.25~3.2V | 범용 수확기 | QFN24 4×4 |
| ET95641 | VOC의 적응형 35%~90% | ET95640의 적응형 MPPT 형제 | QFN24 4×4 |
| ET9PW64 | 고정 0.25~3.2V | 페로브스카이트 태양전지판에 최적화됨 | QFN24 4×4 |
| ET9PW65 | VOC의 적응형 35%~90% | 페로브스카이트에 최적화됨 + 적응형 MPPT | QFN24 4×4 |
| ET9504XXX | 고정 0.25~3.2V | 컴팩트한 고정 옵션 부품 | DFN10 3×3 |
일반적인 응용 분야
- 스마트 홈: 무선 센서, 온도 조절기, 스마트 도어록
- 빌딩 자동화: 조도 센서, 점유 감지, HVAC 모니터링
- 웨어러블: 스마트워치, 헬스밴드 보조충전
- IoT 노드: 유지 관리가 필요 없는 무선 감지 및 데이터 로깅
- 전자 라벨: 전자 선반 라벨(ESL), 물류 추적
- 소비자 기기: 리모콘, 무선 키보드
시스템 수준 보기는 이전 기사를 참조하세요. 저전력 IoT를 위한 ETEK의 에너지 하베스팅 솔루션.
자주 묻는 질문
실내 태양광 전지에 표준 DC-DC 변환기를 사용할 수 없는 이유는 무엇입니까?
대부분의 표준 컨버터는 더 높은 시동 전압이 필요하며 실내 셀이 공급할 수 있는 것보다 더 많은 대기 전력을 소비합니다. ET95640과 같은 전용 에너지 수확 IC는 275mV에서 콜드 스타트하고 수백 나노암페어만 소비하므로 수확된 에너지는 컨버터에서 손실되지 않고 배터리에 도달합니다.
에너지 수확 IC가 작동하기 위한 최소 조도는 얼마입니까?
이는 IC뿐만 아니라 PV 셀의 크기와 재질에 따라 달라집니다. 데이터시트에서는 전기적 용어로 콜드 스타트를 지정합니다. 275mV 및 2~5μW 소스에서. ETEK 애플리케이션 기사에서는 콜드 스타트에 대해서도 설명합니다. 275mV / 50럭스 이하 ET95640/ET95641 제품군을 갖춘 a-Si, OPV 및 페로브스카이트 전지용입니다. 럭스 수치는 일반적인 셀과 관련된 애플리케이션 지침입니다. 보장된 시작 조건은 데이터시트의 전기적 한계로 유지됩니다.
ET95640은 열전 발전기에서 에너지를 수확할 수 있습니까?
예. ET95640은 광전지 및 열전 발전기(TEG)를 포함한 고임피던스 DC 소스용으로 설계되었습니다. 조정된 부스트 입력은 소스 붕괴를 방지하는 동시에 내장된 배터리 관리 및 벅 출력은 부하를 효율적으로 공급합니다.
어떤 ETEK 에너지 수확 IC를 선택해야 합니까?
5μW 콜드 스타트 및 고정 MPPT를 갖춘 최대 135mA 벅 출력을 위해 ET95640을 선택하십시오. 소스가 더 약하거나(2μW 콜드 스타트) 필요한 경우 ET9PW64를 선택하십시오. 페로브스카이트 최적화 고정 MPPT 부분. 셀의 MPP가 빛과 함께 이동하고 적응형 35%~90% VOC 추적이 필요한 경우 ET95641 또는 ET9PW65를 선호합니다(패널이 페로브스카이트인 경우 ET9PW65). ET9504XXX 또는 배터리/SYS 옵션의 맞춤형 조합의 경우 PV 셀, 배터리 유형 및 로드 프로필을 ETEK와 공유하세요.
결론: 실내 조명을 안정적인 전원으로 만들기
실내 조명은 IoT 장치가 배포된 거의 모든 곳에서 사용할 수 있지만 전달하는 전력은 마이크로와트에 불과합니다. 올바른 에너지 수확 IC는 275mV에서 시작하여 이동하는 전력 지점을 추적하고 나노암페어 수준의 손실로 스토리지를 관리함으로써 이를 신뢰할 수 있는 전력으로 전환합니다.
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