현재 전 세계적으로 생산되고 있는 에너지 총량 중에서 재생 에너지의 비율이 빠르게 성장하고 있으며, 그 중에서도 태양광을 통해 생산되는 에너지 생산량 성장이 크게 두드러진다. 또한 세계적 전력 관리 시장에서도 하드웨어 분야의 성장이 크게 성장하고 있다.
본 논문에서는 태양광 photovoltaic(PV) 패널에서 생산된 전력이 DC-AC 인버터를 통해서 AC로 전력 계통에 공급될 수 있는 시스템에서, 태양광 패널로부터 인버터의 DC 입력까지 효율적으로 전력을 전달하기 위한 module integrated converter 시스템에 적합한 MPPT 컨트롤러의 아날로그 프론트-엔드를 설계하였다.
태양광 PV 패널의 기본적인 전기적 특성부터 전력 계통에 공급까지의 시스템에 대해서 간략한 소개에 이어, 디지털 영역에서의 maximum power point tacking 제어를 위한 아날로그 프론트-엔드에 대해서 설계한다.
아날로그 프론트-엔드는 태양광 PV 패널의 전압 및 전류를 센싱하는 블록과 ADC로 구성되었다. 전체 시스템에서 요구하는 11 비트의 해상도를 만족하기 위해서 전류 센서는 공통 모드 입력의 변동을 고려하여 높은 common mode rejection ratio을 갖기 위해 완전 차동 증폭기의 구조를 갖고, 증폭기 옵셋을 보상하기 위해 혼성 신호 방식의 보상 기법을 제안한다.
ADC는 회로의 면적을 우선적으로 고려하여 switched 캐패시터 증폭기를 활용한 11 비트 알고리즘 ADC를 설계한다. ADC는 시뮬레이션상에서 70.45 dB의 signal-to-noise ratio과 10.92비트의 effective number of bits를 갖는다. 센서와 ADC를 포함한 전체 아날로그 프론트-엔드는 PV 패널 전압 40V, 전원 전압 5V에서 34.6 mW의 소모전력을 갖는다.