마찰전기 나노발전기의 특성 분석과 자가전력 공급 가능한 초저전력 전력관리시스템(PMS) 개발

Characteristic Analysis of Triboelectric Nanogenerators and Development of a Self-Powered Ultra-Low-Power Power-Management System(PMS)

본 연구는 회전형 마찰전기 나노발전기(R-TENG)의 고임피던스 및 간헐적 출력 특성을 반영한 초저전력 전력관리시스템(PMS: Power Management System) 모델을 정립하고, 커패시터 최소 용량 산출식을 제시하였다. LTC3588 기반 PMIC와 최적화된 커패시터 설계를 통해 이론적 분석과 실험 결과를 종합하여 최소 1.2mF 이상의 용량이 필요함을 확인하였다. BLE 센서 모듈을 연동한 실험에서는 20초 주기의 무선 통신에서 100% 전송 성공률을 달성하였으며, 4-Layer R-TENG 구성에서 측정된 최대 공급전력은 34.4 mW로 이론 예측치(31.2 mW)와 ±10% 이내의 오차범위에서 일치하였다. 제안된 플랫폼은 TENG 기반 IoT 기기의 자가전력 공급 가능성을 입증하였으며, 향후 웨어러블·저전력 센서 네트워크에 적용할 수 있는 설계 지침을 제공한다.

This study proposes an ultra-low-power management system(PMS) model tailored to the high-impedance and intermittent output characteristics of rotational triboelectric nanogenerators (R-TENGs), and presents a formula for calculating the minimum capacitor capacity. Through theoretical analysis and experimental validation using an LTC3588-based PMIC with optimized capacitor design, we confirmed that a minimum capacitance of 1.2mF is required for stable operation. In experiments integrating a BLE sensor module, a 100% transmission success rate was achieved with a 20-second communication cycle. Additionally, a 4-layer R-TENG configuration delivered a maximum power output of 34.4mW, aligning within ±10% of the theoretical prediction (31.2mW). The proposed platform validates the potential for self-powered IoT devices using TENG technology and offers practical design guidelines for wearable devices and low-power sensor networks.