KR102018806B1 - Energy harvesting device, system and method - Google Patents

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KR102018806B1
KR102018806B1 KR1020180015060A KR20180015060A KR102018806B1 KR 102018806 B1 KR102018806 B1 KR 102018806B1 KR 1020180015060 A KR1020180015060 A KR 1020180015060A KR 20180015060 A KR20180015060 A KR 20180015060A KR 102018806 B1 KR102018806 B1 KR 102018806B1
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김재하
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서울대학교산학협력단
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Abstract

에너지 하베스팅 장치가 일반적으로 설명된다. 일 예시적인 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집부 및 부스트 컨버터부를 포함한다. 에너지 수집부는 외부 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고 변환된 전기 에너지를 수집하도록 구성될 수 있다. 부스트 컨버터부는 기준 전력 생성부, 클럭 신호 생성부, 비교부 및 드라이버부를 포함할 수 있다. 기준 전력 생성부는 기준 전류 및 기준 전압을 생성하도록 구성될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 감소시키면서 클럭 신호를 생성할 수 있다. 비교부는 클럭 신호에 응답하여 기준 전압과 수집된 전기 에너지의 입력 전압을 비교할 수 있다. 또한, 비교부는 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있다. 드라이버부는 출력 신호에 응답하여 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 클럭 신호 생성부는 드라이버부가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 클럭 주파수를 초기화할 수 있다.Energy harvesting apparatus are generally described. One exemplary energy harvesting device includes an energy collector and a boost converter. The energy collector may be configured to convert energy received from an external energy source into electrical energy and collect the converted electrical energy. The boost converter may include a reference power generator, a clock signal generator, a comparator and a driver. The reference power generator may be configured to generate a reference current and a reference voltage. The clock signal generator may generate a clock signal while reducing the clock frequency. The comparator may compare the reference voltage with the input voltage of the collected electrical energy in response to the clock signal. In addition, the comparator may generate an output signal based on the result of the comparison. The driver unit may perform a switching operation to output electrical energy in response to the output signal. The clock signal generator may initialize the clock frequency when the driver performs a switching operation.

Description

에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법 {ENERGY HARVESTING DEVICE, SYSTEM AND METHOD}ENERGY HARVESTING DEVICES, SYSTEMS AND METHOD {ENERGY HARVESTING DEVICE, SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to energy harvesting apparatus, systems and methods.

본 섹션에서 설명되는 접근법은, 여기에서 달리 지적되지 않는다면, 본 출원에서 청구범위에 대한 종래 기술이 아니며, 본 섹션에 포함함으로써 선행 기술로 인정되지 않는다.The approaches described in this section are not prior art to the claims in this application unless otherwise indicated herein and are not admitted to be prior art by inclusion in this section.

에너지 하베스팅 시스템은 예컨대, 빛, 열, 전파, 압력, 등과 같은 외부 에너지원으로부터 에너지를 수신하고, 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 수집하여 배터리에 충전한다. 이러한 에너지 하베스팅 시스템은 배터리를 계속해서 또는 빈번하게 충전할 필요가 있는 예컨대, 무선 센서, 사물 인터넷 제품 등을 포함하는 다양한 제품 또는 구성에서 광범위하게 사용될 수 있다. The energy harvesting system receives energy from external energy sources such as, for example, light, heat, propagation, pressure, etc., converts the received energy into electrical energy, collects the converted electrical energy and charges the battery. Such energy harvesting systems can be used extensively in a variety of products or configurations, including, for example, wireless sensors, Internet of Things products, and the like, which require continuous or frequent charging of batteries.

에너지 하베스팅 시스템에는 부스트 컨버터 구조가 널리 이용된다. 에너지 하베스팅 시스템에 의해 수집되는 전기 에너지의 전압은 통상 배터리로의 저장을 위해 요구되는 전압에 비하여 낮으므로, 부스트 컨버터 구조를 가지는 에너지 하베스팅 시스템은 수집된 전기 에너지의 전압을 증가시키는 한편, 높은 변환 효율로 수집된 전기 에너지를 배터리에 저장할 수 있다.Boost converter structures are widely used in energy harvesting systems. Since the voltage of the electrical energy collected by the energy harvesting system is usually lower than the voltage required for storage into the battery, an energy harvesting system with a boost converter structure increases the voltage of the collected electrical energy, while The electrical energy collected by the conversion efficiency can be stored in the battery.

종래의 에너지 하베스팅 시스템은 보통, 최적화된 입력 전력 범위를 가진다. 예컨대, 나노와트(nW) 단위와 같이 비교적 낮은 범위의 수집 에너지에 대하여 최적화된 에너지 하베스팅 시스템은 입력 전력이 높은 경우, 활용 가능한 전력의 범위가 제한되었다. 한편, 높은 입력 전력에 최적화된 에너지 하베스팅 시스템은 입력 전력이 낮은 경우, 에너지 하베스팅 시스템을 구동하기 위해 소비되는 에너지가 에너지 하베스팅 시스템에 의해 수집되는 에너지에 비해 높았다.Conventional energy harvesting systems usually have an optimized input power range. For example, energy harvesting systems optimized for a relatively low range of collection energy, such as nanowatt (nW) units, have limited range of available power when the input power is high. On the other hand, the energy harvesting system optimized for high input power, when the input power is low, the energy consumed to drive the energy harvesting system was higher than the energy collected by the energy harvesting system.

1. 미국 특허 공보 US 8,704,4941. US Patent Publication US 8,704,494 2. 미국 특허 공보 US 9,577,5292. US Patent Publication US 9,577,529

3. An 18 nA, 87% Efficient Solar, Vibration and RF Energy-Harvesting Power Management System With a Single Shared InductorAn 18 nA, 87% Efficient Solar, Vibration and RF Energy-Harvesting Power Management System With a Single Shared Inductor 위와 같은 선행기술문헌에서는 에너지 하베스팅 시스템에서 전력을 효율적으로 수집하기 위한 다양한 기법을 제시하고 있지만, 시간에 따라 변동 가능한 입력 전력 및 에너지 하베스팅 시스템의 소비 전력 모두를 고려하여 효율적인 에너지 하베스팅을 구현하지 못하고 있다.Although the above prior art documents suggest various techniques for efficiently collecting power in an energy harvesting system, efficient energy harvesting is realized considering both input power that can be changed over time and power consumption of the energy harvesting system. I can't.

일 예시에서, 에너지 하베스팅을 수행하기 위한 에너지 하베스팅 장치가 일반적으로 설명된다. 일 예시적인 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집부 및 부스트 컨버터부를 포함할 수 있다. 에너지 수집부는 외부 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고 변환된 전기 에너지를 수집하도록 구성될 수 있다. 부스트 컨버터부는 에너지 수집부와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 부스트 컨버터부는 기준 전력 생성부, 클럭 신호 생성부, 비교부 및 드라이버부를 포함할 수 있다. 기준 전력 생성부는 기준 전류 및 기준 전압을 생성하도록 구성될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 기준 전력 생성부에 연결될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 비교부는 기준 전력 생성부 및 클럭 신호 생성부에 연결될 수 있다. 비교부는 클럭 신호 생성부에 의해 생성된 클럭 신호에 응답하여, 에너지 수집부에 의해 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압을 기준 전력 생성부에 의해 생성된 기준 전압과 비교하도록 구성될 수 있다. 또한, 비교부는 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 드라이버부는 비교부에 의해 생성된 출력 신호에 응답하여 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 드라이버부가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화하도록 구성될 수 있다.In one example, an energy harvesting apparatus for performing energy harvesting is generally described. One exemplary energy harvesting device may include an energy collector and a boost converter. The energy collector may be configured to convert energy received from an external energy source into electrical energy and collect the converted electrical energy. The boost converter may be operatively connected to the energy collector. The boost converter may include a reference power generator, a clock signal generator, a comparator and a driver. The reference power generator may be configured to generate a reference current and a reference voltage. The clock signal generator may be connected to the reference power generator. The clock signal generator may be configured to generate the clock signal while reducing the clock frequency of the clock signal from the initial clock frequency. The comparator may be connected to the reference power generator and the clock signal generator. The comparator may be configured to, in response to the clock signal generated by the clock signal generator, compare an input voltage, which is a voltage of electrical energy collected by the energy collector, with a reference voltage generated by the reference power generator. The comparator may also be configured to generate an output signal based on the result of the comparison. The driver unit may be configured to perform a switching operation to output electrical energy collected in the energy collector in response to the output signal generated by the comparator. The clock signal generator may be configured to initialize the clock frequency to an initial clock frequency when the driver performs a switching operation.

일 예시에서, 클럭 신호 생성부는 클럭 신호의 클럭 주파수를 지수 함수적으로(exponentially) 감소시키도록 구성될 수 있다. 일 예시에서, 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 클럭 신호를 생성할 때마다 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시킬 수 있다. 일 예시에서, 드라이버부는 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지의 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정하도록 구성될 수 있다.In one example, the clock signal generator may be configured to exponentially reduce the clock frequency of the clock signal. In one example, the clock signal generator may reduce the clock frequency to half of the previous clock frequency every time the clock signal is generated. In one example, the driver unit may be configured to adjust the input voltage of the electrical energy collected in the energy collector to a predetermined output voltage.

일 예시에서, 에너지 하베스팅 시스템은 전술한 적어도 하나의 에너지 하베스팅 장치 및 적어도 하나의 배터리를 포함할 수 있다.In one example, the energy harvesting system may include at least one energy harvesting device and at least one battery described above.

일 예시에서, 에너지 하베스팅 방법이 일반적으로 설명된다. 일 예시적인 에너지 하베스팅 방법은 에너지 수집 소자로부터 수집되는 전기 에너지를 배터리에 충전하기 위하여 에너지 수집 소자와 배터리 사이에 배치된 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 에너지 하베스팅 방법은 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하는 단계; 생성된 클럭 신호에 응답하여 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압과 기준 전압을 비교하는 단계; 입력 전압이 기준 전압 보다 큰 경우, 수집된 전기 에너지를 배터리에 저장하는 단계; 및 수집된 전기 에너지를 배터리에 저장하는 단계에 응답하여 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.In one example, an energy harvesting method is generally described. One exemplary energy harvesting method may be performed using an energy harvesting device disposed between the energy collection element and the battery to charge the battery with electrical energy collected from the energy collection element. The energy harvesting method includes generating a clock signal while reducing a clock frequency of the clock signal from an initial clock frequency; Comparing an input voltage with a reference voltage, which is a voltage of electrical energy collected in response to the generated clock signal; If the input voltage is greater than the reference voltage, storing the collected electrical energy in the battery; And resetting the clock frequency to an initial clock frequency in response to storing the collected electrical energy in the battery.

이상의 설명은 단순히 예시적인 것으로서 어떠한 방식으로든 제한적으로 의도된 것이 아니다. 이하의 상세한 설명과 도면을 참조함으로써, 상기 설명된 예시적인 양태들, 실시예들, 그리고 특징들에 더하여, 추가적인 양태들, 실시예들, 그리고 특징들 또한 명확해질 것이다.The above description is merely illustrative and is not intended to be limiting in any way. In addition to the illustrative aspects, embodiments, and features described above, additional aspects, embodiments, and features will become apparent by reference to the following detailed description and drawings.

본 개시의 전술한 특징 및 다른 특징은 첨부 도면과 결합하여, 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 더욱 충분히 명백해질 것이다. 이들 도면은 본 개시에 따른 단지 몇 개의 예시를 묘사할 뿐이고, 따라서, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 될 것임을 이해하면서, 본 개시는 첨부 도면의 사용을 통해 더 구체적이고 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 예시적인 에너지 하베스팅 장치를 개략적으로 도시하는 블록도이고;
도 2는 도 1의 예시적인 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 예시적인 에너지 하베스팅 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이고;
도 3(a)는 도 2의 예시적인 에너지 하베스팅 시스템에 대한 일부 회로 소자를 포함하는 보다 구체적인 블록도이고 도 3(b)는 도 3(a)의 회로의 동작을 나타내는 그래프이고;
도 4는 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에서 이용 가능한 일 예시적인 오실레이터의 회로도이고;
도 5(a) 및 도 5(b)는 예시적인 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템이 다양한 범위의 입력 전력에서 동작하는 예시를 나타내는 도면이며;
도 6은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에서 수행되는 에너지 하베스팅에 대한 예시적인 프로세스를 나타내는 흐름도이다.The foregoing and other features of the present disclosure, in conjunction with the accompanying drawings, will become more fully apparent from the following description and the appended claims. While these drawings depict only a few examples in accordance with the present disclosure and therefore should not be considered as limiting the scope of the present disclosure, the present disclosure is described in more detail and detail through the use of the accompanying drawings. Will be.
1 is a block diagram schematically illustrating an exemplary energy harvesting apparatus in accordance with at least some embodiments of the present disclosure;
FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating an example energy harvesting system including the example energy harvesting apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 (a) is a more specific block diagram including some circuit elements for the example energy harvesting system of FIG. 2 and FIG. 3 (b) is a graph showing the operation of the circuit of FIG. 3 (a);
4 is a circuit diagram of an exemplary oscillator available in an energy harvesting apparatus according to at least some embodiments of the present disclosure;
5 (a) and 5 (b) are diagrams illustrating examples in which an exemplary energy harvesting apparatus or system operates at various ranges of input power;
6 is a flow diagram illustrating an exemplary process for energy harvesting performed in an energy harvesting apparatus according to at least some embodiments of the present disclosure.

이하의 상세한 설명에서 본 개시의 일부를 이루는 첨부된 도면이 참조된다. 문맥에서 달리 지시하고 있지 않은 한, 통상적으로, 도면에서 유사한 부호는 유사한 컴포넌트를 나타낸다. 상세한 설명, 도면, 그리고 청구범위에 설명되는 예시적인 예시는 제한적으로 여겨지지 않는다. 본 개시에서 제시되는 대상의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않으면서도 다른 예시가 이용되거나, 다른 변경이 이루어질 수 있다. 여기에서 일반적으로 설명되고, 도면에 도시되는 본 개시의 양태는 다양한 다른 구성으로 배열, 대체, 조합, 분리, 및 설계될 수 있음과 이 모두가 여기에서 암시적으로 고려됨이 기꺼이 이해될 것이다.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof. Unless otherwise indicated in the context, like reference numerals generally refer to like components in the drawings. The illustrative examples described in the detailed description, drawings, and claims are not to be considered as limiting. Other examples may be utilized, or other changes may be made, without departing from the scope or spirit of the subject matter presented in this disclosure. It will be appreciated that aspects of the present disclosure generally described herein and illustrated in the drawings may be arranged, substituted, combined, separated, and designed in a variety of other configurations, all of which are implicitly contemplated herein.

일반적으로 본 개시는, 그 중에서도, 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 관련된다. 이하에서는 하드웨어로 구현되는 장치 및 시스템과 그러한 장치 및 시스템에서 수행되는 방법에 관하여 주로 설명될 것이지만, 통상의 기술자는 본 개시에서 설명된 특징 중 적어도 일부가 예컨대, FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은 프로그램 가능한 회로를 이용함으로써, 프로그램과 같은 소프트웨어에 의해서도 구현 가능하다는 점을 인정할 것이다.In general, the present disclosure relates, inter alia, to energy harvesting apparatus, systems, and methods. Although the following will primarily describe apparatus and systems implemented in hardware and methods performed on such apparatus and systems, those skilled in the art will appreciate that at least some of the features described in this disclosure are, for example, field programmable gate arrays (FPGAs). It will be appreciated that by using a programmable circuit, it can also be implemented by software such as a program.

간략히 기술하면, 에너지 하베스팅 장치가 일반적으로 개시된다. 본 개시의 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집부 및 부스트 컨버터부를 포함할 수 있다. 에너지 수집부는 예컨대, 빛, 열, 전파, 압력, 등과 같은 외부 에너지원으로부터 에너지를 수신할 수 있으며, 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 또한, 에너지 수집부는 변환된 전기 에너지를 수집할 수 있다. 수신된 에너지로부터 변환된 전기 에너지가 에너지 수집부에서 수집됨에 따라, 수집된 전기 에너지의 전압, 즉 입력 전압은 시간에 따라 증가할 수 있다. 그러나, 입력 전압은 에너지 수집부가 에너지를 수신하는 환경에 의존하여 증가할 수 있다. 예컨대, 에너지 수집부가 빛 에너지를 수신하여 전기 에너지를 수집하는 경우, 에너지 하베스팅 장치가 비교적 어두운 환경에 놓이거나 빈번하게 어두운 환경에 놓이면, 수집되는 전기 에너지의 입력 전압은 비교적 느리게 증가할 수 있다. 반면, 에너지 하베스팅 장치가 밝은 환경에 빈번하게 놓이면, 수집되는 전기 에너지의 입력 전압은 비교적 빠르게 증가할 수 있다.In brief, an energy harvesting apparatus is generally disclosed. An energy harvesting apparatus according to some embodiments of the present disclosure may include an energy collector and a boost converter unit. The energy collector may receive energy from external energy sources, such as light, heat, propagation, pressure, and the like, and may convert the received energy into electrical energy. In addition, the energy collector may collect the converted electrical energy. As electrical energy converted from the received energy is collected in the energy collector, the voltage of the collected electrical energy, i.e., the input voltage, may increase over time. However, the input voltage may increase depending on the environment in which the energy collector receives the energy. For example, when the energy collector receives light energy to collect electrical energy, if the energy harvesting device is placed in a relatively dark environment or frequently in a dark environment, the input voltage of the collected electrical energy may increase relatively slowly. On the other hand, if the energy harvesting device is frequently placed in a bright environment, the input voltage of the collected electrical energy can increase relatively quickly.

부스트 컨버터부는 에너지 수집부와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 부스트 컨버터부는 에너지 수집부와 배터리 사이에 배치될 수 있다. 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지는 부스트 컨버터부의 동작에 기초하여 배터리로 전달되어 배터리에 저장될 수 있다. 일부 예시에서, 부스트 컨버터부는 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation, PFM)를 이용하여 동작할 수 있다. 또한, 부스트 컨버터부는 불연속 동작 모드(Discontinuous Conduction Mode; DCM)로 동작할 수 있다.The boost converter may be operatively connected to the energy collector. The boost converter may be disposed between the energy collector and the battery. The electrical energy collected in the energy collector may be transferred to the battery and stored in the battery based on the operation of the boost converter unit. In some examples, the boost converter unit may operate using pulse frequency modulation (PFM). In addition, the boost converter unit may operate in a discontinuous operation mode (DCM).

일부 예시에서, 부스트 컨버터부는 기준 전력 생성부, 클럭 신호 생성부, 비교부 및 드라이버부를 포함할 수 있다. 기준 전력 생성부는 기준 전류(reference current) 및 기준 전압(reference voltage)을 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 기준 전류 및 기준 전압은 부스트 컨버터부를 동작하는 데 이용될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 기준 전력 생성부로부터 생성되는 기준 전류 및/또는 기준 전압을 이용하여 클럭 신호를 생성할 수 있다. 클럭 신호 생성부에서 생성되는 클럭 신호의 클럭 주파수는 점차 감소될 수 있다. 즉, 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 감소시키면서 클럭 신호를 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부는 클럭 신호의 클럭 주파수를 지수 함수적으로(exponentially) 감소시킬 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 클럭 신호 생성부는 클럭 신호를 생성할 때마다 클럭 주파수를 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시킬 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 감소시킬 수 있다. 클럭 주파수가 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 감소된 이후에, 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 더 감소시키지 않고 최소 클럭 주파수에서 유지할 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부는 오실레이터를 포함할 수 있으며, 이러한 오실레이터는 시프트 레지스터를 포함할 수 있다.In some examples, the boost converter may include a reference power generator, a clock signal generator, a comparator and a driver. The reference power generator may be configured to generate a reference current and a reference voltage. This reference current and reference voltage may be used to operate the boost converter section. The clock signal generator may generate a clock signal using the reference current and / or the reference voltage generated from the reference power generator. The clock frequency of the clock signal generated by the clock signal generator may be gradually decreased. That is, the clock signal generator may generate a clock signal while reducing the clock frequency. In some examples, the clock signal generator may exponentially reduce the clock frequency of the clock signal. Alternatively or additionally, the clock signal generator may reduce the clock frequency to half of the previous clock frequency each time the clock signal is generated. In some examples, the clock signal generator may reduce the clock frequency from the initial clock frequency to a predetermined minimum clock frequency. After the clock frequency is reduced to a predetermined minimum clock frequency, the clock signal generator may maintain at the minimum clock frequency without further reducing the clock frequency. In some examples, the clock signal generator may include an oscillator, which may include a shift register.

부스트 컨버터부의 비교부는 클럭 신호 생성부에 의해 생성되는 클럭 신호에 응답하여 동작하도록 구성될 수 있다. 비교부는 에너지 수집부에 의해 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압과 기준 전력 생성부에 의해 생성된 기준 전압을 비교할 수 있으며, 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 비교부는 입력 전압이 기준 전압에 비해 높은 경우, 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. The comparator of the boost converter unit may be configured to operate in response to a clock signal generated by the clock signal generator. The comparator may compare the input voltage, which is the voltage of the electrical energy collected by the energy collector, with the reference voltage generated by the reference power generator, and generate an output signal based on the result of the comparison. In some examples, the comparator may be configured to generate an output signal when the input voltage is higher than the reference voltage.

드라이버부는 비교부에 의해 생성된 출력 신호에 응답하여, 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 드라이버부는 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지의 전압, 즉, 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정할 수 있으며, 조정된 미리 정해진 출력 전압을 가지는 전기 에너지를 배터리에 전달할 수 있다. 한편, 클럭 신호 생성부는 드라이버부가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화할 수 있다. 이와 같이, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 신호 및 수집된 전기 에너지의 전압에 기초하여 에너지를 배터리에 저장할 수 있으며, 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 전기 에너지를 배터리에 저장할 때마다 초기화할 수 있다.In response to the output signal generated by the comparator, the driver may perform a switching operation to output the electrical energy collected in the energy collector. The driver unit may adjust the voltage of the electrical energy collected in the energy collector, that is, the input voltage to a predetermined output voltage, and transmit the electrical energy having the adjusted predetermined output voltage to the battery. The clock signal generator may initialize the clock frequency to the initial clock frequency when the driver performs a switching operation. As such, the energy harvesting device may store energy in the battery based on the clock signal and the voltage of the collected electrical energy, and initialize the clock frequency at which the clock signal is generated every time the electrical energy is stored in the battery.

도 1은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 예시적인 에너지 하베스팅 장치(100)를 개략적으로 도시하는 블록도이다. 예시적인 에너지 하베스팅 장치(100)는 에너지 수집부(110) 및 부스트 컨버터부(120)를 포함할 수 있다. 에너지 수집부(110)는 예컨대, 빛, 열, 전파, 압력, 등과 같은 다양한 외부 에너지원으로부터의 에너지를 수신하고, 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 수집부(110)는 예컨대, 열전 소자, 압전 소자, 광전 소자 또는 RF(Radio Frequency) 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 에너지 수집부(110)는 외부 에너지로부터 변환된 전기 에너지를 수집할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 수집부(110)는 수집된 전기를 축적하기 위한 예컨대, 커패시터를 포함할 수 있다. 에너지 수집부(110)가 전기 에너지를 수집함에 따라, 수집된 전기 에너지의 전압, 즉 입력 전압은 시간이 경과함에 따라 점차 증가할 수 있다.1 is a block diagram schematically illustrating an exemplary energy harvesting apparatus 100 in accordance with at least some embodiments of the present disclosure. The example energy harvesting apparatus 100 may include an energy collector 110 and a boost converter 120. The energy collector 110 may receive energy from various external energy sources such as light, heat, radio waves, pressure, and the like, and convert the received energy into electrical energy. In some examples, the energy collection unit 110 may include, for example, at least one of a thermoelectric device, a piezoelectric device, a photoelectric device, or a radio frequency (RF) device, but is not limited thereto. In addition, the energy collector 110 may collect electrical energy converted from external energy. In some examples, the energy collector 110 may include a capacitor, for example, to accumulate collected electricity. As the energy collector 110 collects electrical energy, the voltage of the collected electrical energy, that is, the input voltage, may gradually increase over time.

부스트 컨버터부(120)는 에너지 수집부(110)와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 부스트 컨버터부(120)는 기준 전력 생성부(122), 클럭 신호 생성부(124), 비교부(126) 및 드라이버부(128)를 포함할 수 있다. 에너지 수집부(110)에 연결된 부스트 컨버터부(120)는 에너지 수집부(110)에 수집된 전기 에너지를 에너지 하베스팅 장치(100)의 외부, 예컨대 수집된 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리로 출력하도록 동작할 수 있다. 일부 예시에서, 부스트 컨버터부(120)는 펄스 주파수 변조(PFM) 기법을 이용하여 동작할 수 있다. 또한, 부스트 컨버터부(120)는 불연속 동작 모드(DCM)로 동작할 수 있다.The boost converter unit 120 may be operatively connected to the energy collector 110. In some embodiments, the boost converter 120 may include a reference power generator 122, a clock signal generator 124, a comparator 126, and a driver 128. The boost converter unit 120 connected to the energy collector 110 outputs the electrical energy collected by the energy collector 110 to the outside of the energy harvesting apparatus 100, for example, to a battery for storing the collected electrical energy. It can work. In some examples, the boost converter 120 may operate using a pulse frequency modulation (PFM) technique. In addition, the boost converter 120 may operate in a discontinuous operation mode (DCM).

기준 전력 생성부(122)는 기준 전류 및 기준 전압을 생성하도록 구성될 수 있다. 기준 전력 생성부(122)는 에너지 하베스팅 장치(100) 내부의 구동 전력을 이용하여 동작할 수 있다. 일부 예시에서, 기준 전력 생성부(122)는, 도 1에는 도시되지 않았지만, 기준 전류 생성부 및 기준 전압 생성부를 포함할 수 있다. 기준 전류 생성부는 기준 전류를 생성하고, 생성된 기준 전류를 클럭 신호 생성부(124) 입력하도록 구성될 수 있으며, 기준 전압 생성부는 기준 전류에 기초하여 기준 전압을 생성하고, 생성된 기준 전압을 비교부(126)에 입력하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 기준 전력 생성부(122)에 의해 생성된 기준 전류 및 기준 전압은 부스트 컨버터부(120)를 적절하게 동작하도록 하는 데 이용될 수 있다. 일부 추가적인 예시에서, 기준 전압 생성부는 외부의 컨트롤 신호에 기초하여 기준 전압을 생성하도록 구성될 수 있다.The reference power generator 122 may be configured to generate a reference current and a reference voltage. The reference power generator 122 may operate using driving power inside the energy harvesting apparatus 100. In some examples, the reference power generator 122 may include a reference current generator and a reference voltage generator, although not shown in FIG. 1. The reference current generator may be configured to generate a reference current and input the generated reference current to the clock signal generator 124, and the reference voltage generator generates a reference voltage based on the reference current, and compares the generated reference voltage. It may be configured to input to the unit 126. As such, the reference current and the reference voltage generated by the reference power generator 122 may be used to properly operate the boost converter 120. In some additional examples, the reference voltage generator may be configured to generate a reference voltage based on an external control signal.

클럭 신호 생성부(124)는 기준 전력 생성부(122)로부터 생성되는 기준 전류 (및/또는 기준 전압)을 이용하여 클럭 신호를 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 감소시킬 수 있다. 즉, 클럭 신호 생성부(124)는 시간에 따라 클럭 신호를 감소시키면서 클럭 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수를 디지털적으로 또는 아날로그적으로 감소시킬 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수를 지수 함수적으로(exponentially) 감소시킬 수 있지만, 이러한 예시에 제한되지는 않는다. 예컨대, 클럭 주파수는 선형적으로 감소될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 신호를 생성할 때마다 클럭 주파수를 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시킬 수 있다. The clock signal generator 124 may generate a clock signal using a reference current (and / or a reference voltage) generated from the reference power generator 122. In some examples, the clock signal generator 124 may reduce the clock frequency at which the clock signal is generated. That is, the clock signal generator 124 may be configured to generate a clock signal while decreasing the clock signal with time. The clock signal generator 124 may reduce the clock frequency digitally or analogously. In some examples, clock signal generator 124 may decrease the clock frequency exponentially, but is not limited to this example. For example, the clock frequency can be reduced linearly. Additionally or alternatively, the clock signal generator 124 may reduce the clock frequency to half of the previous clock frequency each time the clock signal is generated.

일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수를 미리 정해진 초기 클럭 주파수로부터 점차 감소시킬 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수가 미리 정해진 최소 클럭 주파수가 될 때까지 감소시킬 수 있다. 일부 추가적인 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수가 미리 정해진 최소 클럭 주파수가 된 이후에, 클럭 주파수를 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 유지하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 시프트 레지스터를 가지는 오실레이터를 포함할 수 있으며, 시프트 레지스터는 클럭 주파수를 감소시키는 데 이용될 수 있다. In some examples, the clock signal generator 124 may gradually reduce the clock frequency from a predetermined initial clock frequency. In some examples, the clock signal generator 124 may decrease the clock frequency until the clock frequency becomes a predetermined minimum clock frequency. In some additional examples, the clock signal generator 124 may be configured to maintain the clock frequency at a predetermined minimum clock frequency after the clock frequency has become a predetermined minimum clock frequency. In some examples, clock signal generator 124 may include an oscillator having a shift register, which may be used to reduce the clock frequency.

비교부(126)는 클럭 신호 생성부(124)에 연결될 수 있으며, 클럭 신호 생성부(124)에 의해 생성된 클럭 신호를 수신할 수 있다. 비교부(126)는 클럭 신호에 응답하여 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 비교부(126)는 기준 전력 생성부(122)에 연결될 수 있으며, 기준 전력 생성부(122), 예컨대, 기준 전압 생성부에 의해 생성된 기준 전압을 수신하도록 구성될 수 있다. 비교부(126)는 에너지 수집부(110)에 의해 수집된 전기 에너지의 전압, 즉, 입력 전압과 기준 전력 생성부(122)에 의해 생성된 기준 전압을 비교하고 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 비교부(126)는 입력 전압이 기준 전압에 비해 높은 경우, 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 비교부(126)는 클럭 신호에 기초하여 동작하는 인버터를 포함할 수 있다.The comparator 126 may be connected to the clock signal generator 124 and receive a clock signal generated by the clock signal generator 124. The comparator 126 may be configured to operate in response to a clock signal. In addition, the comparator 126 may be connected to the reference power generator 122 and may be configured to receive the reference voltage generated by the reference power generator 122, for example, the reference voltage generator. The comparator 126 compares the voltage of the electrical energy collected by the energy collector 110, that is, the input voltage with the reference voltage generated by the reference power generator 122 and outputs the output signal based on the result of the comparison. It can be configured to generate. In some examples, the comparator 126 may be configured to generate an output signal when the input voltage is higher than the reference voltage. For example, the comparator 126 may include an inverter that operates based on a clock signal.

드라이버부(128)는 에너지 수집부(110) 및 비교부(126)에 연결될 수 있다. 부 실시예에서, 드라이버부(128)는 비교부(126)로부터 출력 신호를 수신하고, 출력 신호의 수신에 응답하여, 에너지 수집부(110)에 수집된 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 드라이버부(128)는 비교부(126)로부터의 출력 신호의 수신에 응답하여, 수집된 전기 에너지를 미리 정해진 출력 전압으로 조정할 수 있으며, 조정된 전압을 가지는 전기 에너지를 에너지 하베스팅 장치(100)의 외부, 예컨대, 배터리로 출력 또는 전달할 수 있다.The driver unit 128 may be connected to the energy collector 110 and the comparator 126. In some embodiments, the driver unit 128 receives an output signal from the comparator 126, and in response to receiving the output signal, performs a switching operation so that the collected electrical energy is output to the energy collection unit 110. Can be configured. In some examples, the driver 128 may adjust the collected electrical energy to a predetermined output voltage in response to receiving the output signal from the comparator 126, and harvest the electrical energy having the adjusted voltage to energy harvesting. It may be output or delivered to the exterior of the device 100, such as a battery.

일부 실시예에서, 드라이버부(128)는 클럭 신호 생성부(124)에 연결될 수 있다. 일부 예시에서, 드라이버부(128)에 의해 생성되는 적어도 하나의 신호는 클럭 신호 생성부(124)에 공급될 수 있다. 클럭 신호 생성부(124)는 드라이버부(128)가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 클럭 주파수를 예컨대, 초기 클럭 주파수로 초기화하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 클럭 신호 생성부(124)는 드라이버부(128)로부터 수신된 적어도 하나의 신호의 수신에 응답하여, 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화할 수 있다.In some embodiments, the driver unit 128 may be connected to the clock signal generator 124. In some examples, at least one signal generated by the driver unit 128 may be supplied to the clock signal generator 124. The clock signal generator 124 may be configured to initialize the clock frequency to, for example, an initial clock frequency when the driver 128 performs a switching operation. For example, the clock signal generator 124 may initialize the clock frequency at which the clock signal is generated to an initial clock frequency in response to receiving at least one signal received from the driver 128.

이상 설명된 바와 같이, 에너지 하베스팅 장치(100)는 클럭 신호 및 수집된 전기 에너지의 상태, 예컨대, 수집된 전기 에너지의 전압에 기초하여 수집된 에너지를 에너지 하베스팅 장치의 외부, 예컨대, 배터리에 출력할 수 있으며, 에너지 하베스팅 장치(100)를 동작하는 데 이용되는 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 전기 에너지가 에너지 하베스팅 장치(100)의 외부, 예컨대, 배터리에 전달 또는 출력될 때마다 초기화할 수 있다. 도 1에서 도시된 에너지 수집부(110)와 부스트 컨버터부(120)의 적어도 일부 구성 간의 연결이 이상 설명된 에너지 하베스팅 장치(100)의 기능을 수행하기 위하여 적절히 추가, 변경, 제거될 수 있음이 통상의 기술자에게 이해될 것이다. As described above, the energy harvesting device 100 transmits the collected energy to the exterior of the energy harvesting device, such as a battery, based on a clock signal and the state of the collected electrical energy, for example, the voltage of the collected electrical energy. And outputs a clock frequency at which a clock signal used to operate the energy harvesting device 100 is generated whenever electrical energy is transmitted or output to the outside of the energy harvesting device 100, for example, a battery. can do. The connection between the energy collection unit 110 and at least some components of the boost converter unit 120 shown in FIG. 1 may be appropriately added, changed, or removed to perform the functions of the energy harvesting apparatus 100 described above. It will be understood by those skilled in the art.

도 2는 도 1의 예시적인 에너지 하베스팅 장치(100)를 포함하는 예시적인 에너지 하베스팅 시스템(200)을 개략적으로 도시하는 블록도이다. 에너지 하베스팅 시스템(200)은 도 1에 도시된 바와 같은, 적어도 하나의 에너지 하베스팅 장치(100) 및 배터리부(210)를 포함할 수 있다. 에너지 하베스팅 장치(100)는 도 1에서 설명된 바와 같이, 예컨대, 미리 정해진 출력 전압을 가지는 전기 에너지를 출력할 수 있다. 배터리부(210)는 적어도 하나의 배터리를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 배터리 각각은 에너지 하베스팅 장치(100)로부터 출력되는 전기 에너지를 이용하여 전력을 충전하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 배터리부(210) 에너지 하베스팅 시스템(200)의 외부로 충전된 전기 에너지를 공급 가능하도록 구성될 수 있다.FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating an example energy harvesting system 200 that includes the example energy harvesting apparatus 100 of FIG. 1. The energy harvesting system 200 may include at least one energy harvesting device 100 and a battery unit 210, as shown in FIG. 1. The energy harvesting apparatus 100 may output electrical energy having, for example, a predetermined output voltage as described in FIG. 1. The battery unit 210 may include at least one battery, and each of the at least one battery may be configured to charge power by using electric energy output from the energy harvesting apparatus 100. In some examples, the battery unit 210 may be configured to supply electric energy charged to the outside of the energy harvesting system 200.

도 3(a)는 본 개시에 따른 예시적인 에너지 하베스팅 시스템(300)이며, 에너지 하베스팅 시스템(300)의 구체적인 일부 회로 소자가 표현된 블록도이고 도 3(b)는 도 3(a)의 회로의 동작을 나타내는 그래프이다. 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 예시는 단순히 설명을 위하여 제시된 예시일 뿐이며, 다양한 변경 및 변동이 가능함이 통상의 기술자에 의해 인정될 것이다.FIG. 3A is an exemplary energy harvesting system 300 in accordance with the present disclosure, in which some specific circuit elements of the energy harvesting system 300 are represented, and FIG. 3B is FIG. 3A. A graph showing the operation of the circuit. 3 (a) and 3 (b) are merely examples provided for explanation, and it will be appreciated by those skilled in the art that various changes and variations are possible.

도 3(a)에 도시된 에너지 하베스팅 시스템(300)의 에너지 수집 소자(312)는 외부로부터 에너지를 수신하고 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 커패시터(314)는 에너지 수집소자(312)에 의해 변환된 전기 에너지를 수집, 예컨대 축적하도록 할 수 있다. 커패시터(314)에 수집된 전기 에너지의 전압, 즉, 입력 전압(VIN)은 시간에 따라 점차 증가할 수 있다. 예컨대, 도 3(b)의 제1 시간 구간(382)에서 입력 전압(VIN)에 관하여 도시된 바와 같이 입력 전압은 시간에 따라 점차 증가할 수 있다. 부스트 컨버터부는 기준 전류 생성부(322), 기준 전압 생성부(324), 클럭 신호 생성부(330), 인버터(340) 및 하나 이상의 드라이버 컴포넌트(352, 353, 354, 355, 356)를 포함하는 드라이버부를 포함할 수 있다. 기준 전류 생성부(322)에 의해 생성되는 기준 전류(IREF) 및 기준 전압 생성부(324)에 의해 생성되는 기준 전압(VREF)은 부스트 컨버터부를 동작하는 데 이용될 수 있다. 예컨대, 기준 전류(IREF)는 약 100pA일 수 있으며, 기준 전압(VREF)은 0.3V 내지 3.0V의 범위 중 임의의 값일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The energy harvesting element 312 of the energy harvesting system 300 shown in FIG. 3A may receive energy from the outside and convert the received energy into electrical energy. Capacitor 314 may collect, eg, accumulate, the electrical energy converted by energy collection element 312. The voltage of the electrical energy collected in the capacitor 314, that is, the input voltage V IN may increase gradually over time. For example, as illustrated with respect to the input voltage V IN in the first time period 382 of FIG. 3B, the input voltage may gradually increase with time. The boost converter section includes a reference current generator 322, a reference voltage generator 324, a clock signal generator 330, an inverter 340, and one or more driver components 352, 353, 354, 355, and 356. It may include a driver unit. The reference current I REF generated by the reference current generator 322 and the reference voltage V REF generated by the reference voltage generator 324 may be used to operate the boost converter. For example, the reference current I REF may be about 100 pA, and the reference voltage V REF may be any value in the range of 0.3V to 3.0V, but is not limited thereto.

일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(330)는 클럭 주파수를 지수적으로 감소시키는 오실레이터를 포함할 수 있다. 일 예시에서, 클럭 주파수는 예컨대, 800Khz와 같은 초기 클럭 주파수로부터 100Hz와 같은 최소 클럭 주파수로 감소될 수 있으나, 초기 클럭 주파수 및 최소 클럭 주파수의 예시는 이에 제한되지 않는다. 도 3(b)의 클럭 주파수(fCLK) 그래프, 특히 제3 시간 구간(386)에서 도시된 바와 같이, 클럭 주파수(fCLK)는 연속적으로 감소될 수 있다. 예컨대, 클럭 주파수(fCLK)는 클럭 신호(CLK)가 생성될 때마다 반으로 감소될 수 있다. 일 예시에서, 클럭 신호 생성부(330)에 포함된 오실레이터는 시프트 레지스터를 포함할 수 있으며, 이러한 시프트 레지스터는 클럭 주파수를 감소시키는 데 이용될 수 있다. 시프트 레지스터를 포함하고 시간에 따라 주파수를 감소시키는 오실레이터의 일 예시는 도 4에 도시된다.In some examples, the clock signal generator 330 may include an oscillator for exponentially decreasing the clock frequency. In one example, the clock frequency may be reduced, for example, from an initial clock frequency such as 800 Khz to a minimum clock frequency such as 100 Hz, but examples of the initial clock frequency and the minimum clock frequency are not limited thereto. As shown in the clock frequency f CLK graph of FIG. 3B, particularly in the third time interval 386, the clock frequency f CLK may be continuously reduced. For example, the clock frequency f CLK may be reduced in half every time the clock signal CLK is generated. In one example, the oscillator included in the clock signal generator 330 may include a shift register, which may be used to reduce the clock frequency. One example of an oscillator that includes a shift register and decreases frequency with time is shown in FIG. 4.

도 4는 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에서 이용 가능한 일 예시적인 오실레이터의 회로도이다. 도 4를 참조하면, 커패시터(C1)에 기준 전류(IREF)의 임의의 배수인 전류(IDAC)가 흐르며, 전류(IDAC)에 의해 커패시터(C1)의 전압(VC1)이 증가한다. 도 4의 일 예시적인 오실레이터는 증가된 전압(VC1)이 트랜지스터(M1)의 문턱 전압(Threshold Voltage)(Vth,M1)과 동일하거나 큰 경우, 트랜지스터(M1)가 동작하고, 이러한 트랜지스터(M1)의 동작에 응답하여, 결과적으로 클럭 신호(CLK)가 발생한다. 한편, 시프트 레지스터는 커패시터(C1)에 공급되는 전류(IDAC)의 크기를 클럭 신호(CLK)를 생성할 때마다 절반으로 감소시킨다. 클럭 신호(CLK) 생성되는 주파수(fCLK)는 아래 수학식 1과 같은 관계가 성립한다.4 is a circuit diagram of an exemplary oscillator available in an energy harvesting apparatus, in accordance with at least some embodiments of the present disclosure. 4, the capacitor (C 1) the reference current (I REF) any of the current (I DAC) multiple of the flows, and the voltage (V C1) of the capacitor (C 1) by the current (I DAC) Increases. An exemplary oscillator of Figure 4 is the increased voltage (V C1) in this case equal to the transistor threshold voltage (Threshold Voltage) (V th, M1) of (M 1) or larger, a transistor (M 1) is operating, and this In response to the operation of the transistor M 1 , a clock signal CLK is generated as a result. On the other hand, the shift register reduces the magnitude of the current I DAC supplied to the capacitor C 1 by half every time the clock signal CLK is generated. The frequency f CLK generated by the clock signal CLK has a relationship as shown in Equation 1 below.

Figure 112018013524716-pat00001
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이러한 오실레이터가 소모하는 전력은 주로 커패시터를 충전하는 전류(IDAC)에 의한 것이며, 전류(IDAC)는 기준 전류(IREF)의 임의의 배수이므로, 주파수(fCLK)가 오실레이터의 소모전력에 비례한다는 것을 알 수 있다.The power consumed by this oscillator is mainly due to the current I DAC charging the capacitor, and the current I DAC is an arbitrary multiple of the reference current I REF , so the frequency f CLK is dependent on the power consumption of the oscillator. It can be seen that it is proportional.

도 3(a) 및 도 3(b)로 돌아오면, 주파수 생성부(330)는 클럭 주파수가 지수적으로 감소하는 클럭 신호(CLK)를 생성할 수 있으며, 인버터(340)는 클럭 신호 생성부(330)에 의해 생성된 클럭 신호(CLK)의 수신에 응답하여, 기준 전압(VREF)과 입력 전압(VIN)을 비교할 수 있다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 시간 구간(382 및 384) 간의 경계선의 시점에서, 인버터(340)는 클럭 신호(CLK)를 수신할 수 있으며, 이러한 클럭 신호(CLK)의 수신에 응답하여, 기준 전압(VREF)과 입력 전압(VIN)을 비교할 수 있다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 인버터(340)는 입력 전압(VIN)이 기준 전압(VREF) 보다 큰 경우, 출력 신호(CMP)를 생성할 수 있다. 이후, 하나 이상의 드라이버 컴포넌트(352, 353, 354, 355, 356)를 포함하는 드라이버부는 출력 신호(CMP)에 기초하여, 커패시터(314)에 수집된 전기 에너지를 배터리(360)에 저장할 수 있다. 예컨대, 최적시간 펄스 생성기(352) 및 는 전기 에너지가 배터리(360)에 저장되기 위한 적절한 시간(ton)의 길이의 펄스 신호(φ1)를 생성하고 트랜지스터(355)에 입력할 수 있다. 예컨대, ton 은 수학식 2와 같은 관계가 성립할 수 있다.Returning to FIGS. 3A and 3B, the frequency generator 330 may generate a clock signal CLK in which the clock frequency decreases exponentially, and the inverter 340 generates the clock signal generator. In response to the reception of the clock signal CLK generated by 330, the reference voltage V REF and the input voltage V IN may be compared. As shown in FIG. 3B, at the time of the boundary between the first and second time intervals 382 and 384, the inverter 340 may receive the clock signal CLK, which is the clock signal CLK. In response to the reception of the reference voltage), the reference voltage V REF may be compared with the input voltage V IN . As shown in FIG. 3B, when the input voltage V IN is greater than the reference voltage V REF , the inverter 340 may generate an output signal CMP. Thereafter, the driver unit including one or more driver components 352, 353, 354, 355, and 356 may store the electrical energy collected by the capacitor 314 in the battery 360 based on the output signal CMP. For example, the optimal time pulse generator 352 and may generate a pulse signal φ 1 of a suitable time t on for electrical energy to be stored in the battery 360 and input it to the transistor 355. For example, t on may have a relationship as in Equation 2.

Figure 112018013524716-pat00002
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또한, 영전류 스위칭 펄스 생성기(353)는 인덕터(354)를 통하여 배터리(360)에 전달되는 전류(IL)가 감소하는 경우, 역펄스 신호(φ2)를 생성하고, 생성된 역펄스 신호(φ2)를 트랜지스터(356)에 입력하여, 결과적으로 전기 에너지의 배터리(360)로의 전달을 종료시킬 수 있다. 예컨대, 역펄스 신호(φ2)은 전류(IL)가 0이거나 실질적으로 0인 경우, 생성될 수 있다. 또한, 인덕터(354), 등의 컴포넌트는 전기 에너지를 배터리(360)에 저장하기 전에, 입력 전압(VIN)을 배터리(360)에 저장되는 전압(VBAT)으로 조정하도록 역할할 수 있다.In addition, the zero current switching pulse generator 353 generates the reverse pulse signal φ 2 when the current I L transmitted to the battery 360 through the inductor 354 decreases, and generates the generated reverse pulse signal. (φ 2 ) may be input to the transistor 356, resulting in termination of the transfer of electrical energy to the battery 360. For example, the reverse pulse signal φ 2 may be generated when the current I L is zero or substantially zero. In addition, components such as the inductor 354 may serve to adjust the input voltage V IN to the voltage V BAT stored in the battery 360 before storing electrical energy in the battery 360.

또한, 펄스 신호(φ1, φ2)는 적절한 회로 소자(370), 예컨대, 도 3(a)에 도시된 바와 같은 NAND 소자를 통하여 클럭 신호 생성부(330)로 입력될 수 있다. 클럭 신호 생부(330)는 이러한 펄스 신호(φ1, φ2)에 기초한 입력에 응답하여 클럭 신호의 클럭 주파수를 도 3(b)의 제2 및 제3 시간 구간 사이의 경계선에서의 시점에서 클럭 주파수 그래프에 도시된 바와 같이 초기화될 수 있다. 이와 같이, 하나 이상의 드라이버 컴포넌트(352, 353, 354, 355, 356)를 포함하는 드라이버부의 동작에 응답하여, 클럭 신호 생성부(330)는 클럭 주파수를 초기화할 수 있다. 에너지 하베스팅 장치 또는 에너지 하베스팅 시스템(300)의 동작 및 그러한 동작에 따른 전력 소비에 대한 평가는 도 5(a) 및 (b)의 예시를 참조하여 보다 구체적으로 설명된다.In addition, the pulse signals φ 1 and φ 2 may be input to the clock signal generator 330 through an appropriate circuit element 370, for example, a NAND element as shown in FIG. 3A. The clock signal generator 330 clocks the clock frequency of the clock signal in response to an input based on the pulse signals φ 1 and φ 2 at the time point at the boundary between the second and third time intervals of FIG. It can be initialized as shown in the frequency graph. As such, in response to the operation of the driver unit including one or more driver components 352, 353, 354, 355, and 356, the clock signal generator 330 may initialize the clock frequency. The evaluation of the operation of the energy harvesting device or energy harvesting system 300 and the power consumption resulting from such an operation is described in more detail with reference to the examples of FIGS. 5A and 5B.

도 5(a) 및 도 5(b)는 예시적인 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템이 다양한 범위의 입력 전력에서 동작하는 예시를 나타내는 도면이다. 도 5(a) 및 (b)에서, VIN은 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템(이하에서는, 설명의 편의를 위해 에너지 하베스팅 장치로 통칭함)의 에너지 수집부에 수집되는 에너지의 입력 전압을 나타내고, VREF는 에너지 하베스팅 장치에서 생성되는 기준 전압을 나타내고, IL은 에너지 하베스팅 장치로부터 배터리로 전달되는 전기 에너지의 전류를 나타내고, CLK는 클럭 신호 생성부에 의해 생성되는 클럭 신호(CLK)를 나타내고, Pφ1및 Pφ2는 드라이버부에 의해 소비되는 전력을 나타내고, POSC는 클럭 신호 생성부에 의해 소비되는 전력을 나타내고, Pstatic은 에너지 하베스팅 장치가 클럭 신호에 무관하게 계속해서 소비하는 전력, 예컨대, 기준 전류 및 기준 전압을 생성하기 위하여 소비하는 전력을 나타낸다. 5 (a) and 5 (b) are diagrams illustrating an example in which an exemplary energy harvesting apparatus or system operates at various ranges of input power. 5 (a) and (b), V IN represents the input voltage of the energy collected in the energy collector of the energy harvesting device or system (hereinafter collectively referred to as the energy harvesting device for convenience of description). , V REF represents the reference voltage generated in the energy harvesting device, I L represents the current of the electrical energy transferred from the energy harvesting device to the battery, CLK is the clock signal CLK generated by the clock signal generator Pφ1 and Pφ2 represent power consumed by the driver portion, POSC represents power consumed by the clock signal generator, and P static denotes that the energy harvesting device continues to consume regardless of the clock signal. The power consumed to generate the reference current and the reference voltage.

도 5(a)은 에너지 하베스팅 장치의 에너지 수집부에 의해 수집되는 전기 에너지의 전압(입력 전압)이 비교적 느리게 증가하는 경우, 즉, 단위 시간당 입력 전력이 낮은 경우를 나타내는 한편, 도 5(b)는 입력 전압이 비교적 빠르게 증가하는 경우, 즉, 단위 시간된 입력 전력이 높은 경우를 나타낸다. 본 개시에 따른 에너지 하베스팅 장치가 수집된 전기 에너지를 배터리에 전달할 때마다, 클럭 주파수를 초기화함에 따라, 도 5(a) 및 (b)의 VIN 그래프에 표시된 화살표와 같이, 입력 전압(VIN)이 기준 전압을 초과한 시점과 에너지 하베스팅 장치가 배터리에 전기 에너지를 전달하는 시점(예컨대, IL 그래프에서 전류가 0이 아닌 시점) 사이의 시간 간격은 시간당 수집되는 전기 에너지의 비율에 의존할 수 있다. 또한, 에너지 하베스팅 장치에 단위 시간당 수집되는 전력의 크기(PIN)에 따라, 에너지 하베스팅 장치가 소비하는 전력이 변동할 수 있다. 예컨대, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스팅 장치에 시간당 수집되는 전력(PIN)이 낮은 경우, 에너지 하베스팅 장치에 의해 소비되는 평균 전력(PCTRL , avg)은 도 5(b)의 아래의 전력 소비 그래프(PCTRL)에 도시되는 에너지 하베스팅 장치에 시간당 수집되는 전력(PIN)이 높은 경우의 평균 전력(PCTRL, avg)에 비하여 낮을 수 있다. 이와 같이, 본 개시에 따른 에너지 하베스팅 장치는 시간당 압력되는 전력(PIN)에 따라, 에너지 하베스팅 장치에 의하여 소비되는 전력(PCTRL 또는 PCTRL , avg)을 효율적으로 그리고 자동적으로 조정할 수 있다. 한편, 본 개시에 따른 에너지 하베스팅 장치에 포함된 특징, 예컨대, 입력 에너지, 입력 전력에 기초하여 소비 전력을 자동적으로 변경할 수 있는 특징은 에너지 하베스팅 뿐만 아니라 전압 레귤레이팅을 하는 데에도 이용 가능하다.FIG. 5 (a) shows the case where the voltage (input voltage) of the electrical energy collected by the energy collector of the energy harvesting device increases relatively slowly, that is, when the input power per unit time is low, while FIG. ) Represents the case where the input voltage increases relatively quickly, that is, the unit time input power is high. Whenever the energy harvesting device according to the present disclosure delivers the collected electrical energy to the battery, as the clock frequency is initialized, as shown by the arrows shown in the V IN graphs of FIGS. 5A and 5B, the input voltage V The time interval between when IN exceeds the reference voltage and when the energy harvesting device delivers electrical energy to the battery (e.g., when the current is not zero in the I L graph) depends on the percentage of electrical energy collected per hour. Can depend In addition, the power consumed by the energy harvesting device may vary according to the amount of power P IN collected per unit time in the energy harvesting device. For example, as shown in FIG. 5A, when the power P IN collected per hour in the energy harvesting device is low, the average power P CTRL , avg consumed by the energy harvesting device is 5 (FIG. 5A). The power P IN collected per hour in the energy harvesting device shown in the power consumption graph P CTRL below b) may be lower than the average power P CTRL, avg . As such, the energy harvesting device according to the present disclosure can efficiently and automatically adjust the power consumed by the energy harvesting device (P CTRL or P CTRL , avg ) according to the hourly pressured power P IN . . On the other hand, the features included in the energy harvesting device according to the present disclosure, for example, a feature that can automatically change the power consumption based on the input energy, the input power can be used for voltage regulation as well as energy harvesting. .

도 6은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에서 수행되는 에너지 하베스팅에 대한 예시적인 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 도 6에 도시된 프로세스(600)는 블록(610, 620, 630 및/또는 640)에 의해 도시된 바와 같은 하나 이상의 동작, 기능 또는 작용을 포함할 수 있다. 이러한 동작, 기능 또는 작용은 예컨대, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템 상에서 수행될 수 있다. 즉, 프로세스(600)는 에너지 수집 소자로부터 수집되는 전기 에너지를 배터리에 충전하기 위하여, 적어도 에너지 수집 소자와 배터리 사이에 배치된 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 다양한 블록은 설명된 실시예로 제한하려고 의도되지는 않는다. 예컨대, 당업자는 여기에서 개시된 본 프로세스에 대하여, 프로세스 및 방법에서 수행되는 기능이 상이한 순서로 구현될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 또한, 개략적인 동작들은 예시로서만 제공되고, 개시된 실시예의 본질에서 벗어나지 않으면서, 동작들 중 일부가 선택적일 수 있거나, 더 적은 동작으로 조합될 수 있거나, 추가적인 동작으로 확장될 수 있다. 프로세스(600)는 클럭 신호의 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하는 블록(610)에서 시작될 수 있다.6 is a flow diagram illustrating an exemplary process for energy harvesting performed in an energy harvesting apparatus according to at least some embodiments of the present disclosure. The process 600 shown in FIG. 6 may include one or more operations, functions or actions as illustrated by blocks 610, 620, 630 and / or 640. Such operation, function or action may be performed on, for example, the energy harvesting apparatus or system described with reference to FIGS. That is, process 600 may be performed using an energy harvesting device disposed at least between the energy collection element and the battery to charge the battery with electrical energy collected from the energy collection element. Various blocks are not intended to be limited to the described embodiments. For example, those skilled in the art will appreciate that, for the present processes disclosed herein, the functions performed in the processes and methods may be implemented in a different order. In addition, the schematic operations are provided by way of example only, and some of the operations may be optional, may be combined in fewer operations, or may be extended to additional operations without departing from the spirit of the disclosed embodiment. Process 600 may begin at block 610 generating a clock signal while decreasing the frequency of the clock signal from the initial clock frequency.

블록(610)에서, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 시간에 따라 점차 감소시킬 수 있다. 에너지 하베스팅 장치는 예컨대, 클럭 주파수를 지수 함수적으로 감소시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 신호를 생성할 때마다 클럭 주파수를 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시킬 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 주파수를 미리 정해진 초기 클럭 주파수로부터 미리 정해진 최소 클럭 주파수가 될 때까지 감소시킬 수 있다. 일부 추가적인 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 주파수가 최소 클럭 주파수가 된 이후에, 클럭 주파수를 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 유지하도록 구성될 수 있다. 프로세스는 블록(610)에서, 생성된 클럭 신호에 응답하여 수집된 전기 에너지의 입력 전압과 기준 전압을 비교하는 블록(620)으로 이어질 수 있다.At block 610, the energy harvesting device may generate a clock signal while decreasing the clock frequency of the clock signal from the initial clock frequency. In some examples, the energy harvesting device may gradually reduce the clock frequency at which the clock signal is generated over time. The energy harvesting apparatus can, for example, reduce the clock frequency exponentially. Additionally or alternatively, the energy harvesting device may reduce the clock frequency to half of the previous clock frequency each time it generates a clock signal. In some examples, the energy harvesting device may reduce the clock frequency from a predetermined initial clock frequency to a predetermined minimum clock frequency. In some additional examples, the energy harvesting device may be configured to maintain the clock frequency at a predetermined minimum clock frequency after the clock frequency has reached a minimum clock frequency. The process may continue at block 610 with block 620 comparing the reference voltage and the input voltage of the electrical energy collected in response to the generated clock signal.

블록(620)에서, 에너지 하베스팅 장치는 생성된 클럭 신호에 응답하여, 에너지 수집부에 의해 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압과 기준 전압을 비교할 수 있다. 기준 전압은 에너지 하베스팅 장치의 내부에서 생성된 전압일 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 기준 전압과 입력 전압의 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있다. 예컨대, 에너지 하베스팅 장치는 입력 전압이 기준 전압에 비해 높은 경우 출력 신호를 생성할 수 있다. 프로세스(600)는 블록(620)에서 입력 전압이 기준 전압 보다 큰 경우, 수집된 전기 에너지를 배터리에 저장하는 블록(630)으로 이어질 수 있다.At block 620, the energy harvesting device may compare the reference voltage with the input voltage, which is the voltage of the electrical energy collected by the energy collector, in response to the generated clock signal. The reference voltage may be a voltage generated inside the energy harvesting device. In some examples, the energy harvesting device may generate an output signal based on a result of the comparison of the reference voltage and the input voltage. For example, the energy harvesting device may generate an output signal when the input voltage is higher than the reference voltage. Process 600 may continue to block 630 where the collected electrical energy is stored in the battery if the input voltage is greater than the reference voltage at block 620.

블록(630)에서 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집 소자에 의해 수집된 전기 에너지의 전압, 즉, 입력 전압이 기준 전압 보다 높은 경우, 전기 에너지를 배터리에 저장할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집 소자에 의해 수집된 전기 에너지가 배터리로 전달 또는 출력되도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 수집된 전기 에너지의 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정하고, 조정된 출력 전압을 가지는 전기 에너지를 배터리에 전달할 수 있다. 프로세스(600)는 블록(630)에서 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화 하는 블록(640)으로 이어질 수 있다. In block 630 the energy harvesting device may store the electrical energy in the battery if the voltage of the electrical energy collected by the energy collection element, ie, the input voltage is higher than the reference voltage. In some examples, the energy harvesting device may perform a switching operation such that electrical energy collected by the energy collection element is delivered or output to the battery. In some examples, the energy harvesting device may adjust the input voltage of the collected electrical energy to a predetermined output voltage and deliver electrical energy having the regulated output voltage to the battery. Process 600 may continue to block 640 to initialize the clock frequency to an initial clock frequency at block 630.

블록(640)에서, 에너지 하베스팅 장치는 블록(630)에서 수행되는 바와 같이, 전기 에너지가 배터리에 저장되는 것에 응답하여, 감소된 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화할 수 있다.At block 640, the energy harvesting apparatus may initialize the reduced clock frequency to an initial clock frequency in response to the electrical energy being stored in the battery, as performed at block 630.

이상 설명된 바와 같이, 본 개시에 따른 장치, 예컨대, 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템은 전기 에너지를 배터리에 저장할 때마다 에너지 하베스팅 장치를 구동하기 위한 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기화 함으로써, 전기 에너지가 에너지 하베스팅 장치에 수집되는 속도 또는 효율에 따라 에너지 하베스팅 장치를 구동하기 위한 전력을 자동적으로 조정할 수 있다.As described above, an apparatus, such as an energy harvesting apparatus or system, according to the present disclosure initializes the clock frequency of a clock signal for driving an energy harvesting apparatus every time electrical energy is stored in a battery, whereby electrical energy is energy. The power to drive the energy harvesting device can be automatically adjusted according to the speed or efficiency collected in the harvesting device.

본 개시는 다양한 태양의 예시로서 의도된 본 출원에 기술된 특정 예시들에 제한되지 않을 것이다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 많은 수정과 변형이 그 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 여기에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 안에서 기능적으로 균등한 방법과 장치가 위의 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 수정과 변형은 첨부된 청구항의 범위에 들어가도록 의도된 것이다. 본 개시는 첨부된 청구항의 용어에 의해서만, 그러한 청구항에 부여된 균등물의 전 범위와 함께, 제한될 것이다. 또한, 여기에서 사용된 용어는 단지 특정 예시들을 기술하기 위한 목적이고, 제한하는 것으로 의도되지 않음이 이해될 것이다.This disclosure will not be limited to the particular examples described in this application, which are intended as illustrations of various aspects. As will be apparent to those skilled in the art, many modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope thereof. In addition to those listed herein, methods and apparatus that are functionally equivalent within the scope of the present disclosure will be apparent to those skilled in the art from the above description. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the appended claims. This disclosure will be limited only by the terms of the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled. It is also to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular examples only and is not intended to be limiting.

여기에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수의 용어의 사용에 대하여, 당업자는 맥락 및/또는 응용에 적절하도록, 복수를 단수로 및/또는 단수를 복수로 해석할 수 있다. 다양한 단수/복수의 치환은 명확성을 위해 여기에서 명시적으로 기재될 수 있다. 또한, 당업자라면, 일반적으로 본 개시에 사용되며 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위)에 사용된 용어들이 일반적으로 "개방적(open)" 용어(예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 이에 제한되지 않는"으로, 용어 "갖는"는 "적어도 갖는"으로, 용어 "포함하다"는 "포함하지만 이에 한정되지 않는" 등으로 해석되어야 함)로 의도되었음을 이해할 것이다.With respect to the use of virtually any plural and / or singular term herein, one skilled in the art can interpret the plural to singular and / or the plural to plural, as appropriate to the context and / or application. Various singular / plural substitutions may be explicitly described herein for clarity. Moreover, those skilled in the art generally use the terms used in the present disclosure and particularly those used in the appended claims (eg, the appended claims) to generally refer to the term "open" (eg, including the term "comprising"). It will be understood that "is intended to be interpreted as" including, but not limited to ", the term" having "is" having at least ", and the term" comprising "is" including but not limited to "and the like.

여기에서 기술된 대상은 때때로 상이한 다른 컴포넌트 내에 포함되거나 접속된 상이한 컴포넌트를 도시한다. 도시된 그러한 아키텍처는 단순히 예시적인 것이고, 사실상 동일한 기능을 달성하는 다른 많은 아키텍처가 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 개념적으로, 동일한 기능을 달성하기 위한 컴포넌트의 임의의 배치는 원하는 기능이 달성되도록 유효하게 "연관"된다. 이에 따라, 특정 기능을 달성하기 위해 여기서 결합된 임의의 두 개의 컴포넌트는, 아키텍처 또는 중간 컴포넌트와는 무관하게, 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관"된 것으로 볼 수 있다. 마찬가지로, 연관된 임의의 두 개의 컴포넌트는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "동작적으로 접속"되거나 또는 "동작적으로 연결"되는 것으로 간주될 수 있고, 그와 같이 연관될 수 있는 임의의 두 개의 컴포넌트는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "동작적으로 연결가능"한 것으로 볼 수 있다. 동작적으로 연결가능하다는 것의 특정예는 물리적으로 양립가능하고 및/또는 물리적으로 상호작용하는 컴포넌트 및/또는 무선으로 상호작용이 가능하고 및/또는 무선으로 상호작용하는 컴포넌트 및/또는 논리적으로 상호작용하고 및/또는 논리적으로 상호작용이 가능한 컴포넌트를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다The subject matter described herein sometimes shows different components included or connected within different other components. It is to be understood that the illustrated architecture is merely exemplary and that many other architectures may be implemented that substantially achieve the same functionality. Conceptually, any arrangement of components to achieve the same functionality is effectively "associated" such that the desired functionality is achieved. Thus, any two components combined herein to achieve a particular function may be viewed as “associated with” each other such that the desired function is achieved, regardless of the architecture or intermediate components. Likewise, any two associated components may also be considered to be "operably connected" or "operatively connected" to each other to achieve the desired functionality, and any two components that may be associated as such May also be viewed as "operably connectable" with one another to achieve a desired function. Specific examples of being operatively connectable are components that are physically compatible and / or physically interacting and / or wirelessly interacting and / or wirelessly interacting and / or logically interacting. And / or logically interactable components, including but not limited to

다양한 양상 및 예시들이 여기에서 개시되었지만, 다른 양상 및 예시들이 당업자에게 명확할 것이다. 본 개시에 기재된 다양한 양상 및 예시는 예시의 목적으로 제시된 것이고, 제한하려고 의도된 것이 아니며, 진정한 범위와 사상은 이하 청구범위에 의해 나타낸다.While various aspects and examples have been disclosed herein, other aspects and examples will be apparent to those skilled in the art. The various aspects and examples described in this disclosure are presented for purposes of illustration and are not intended to be limiting, the true scope and spirit of which are represented by the following claims.

Claims (14)

외부 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고 상기 변환된 전기 에너지를 수집하도록 구성된 에너지 수집부;
상기 에너지 수집부와 동작 가능하게 연결되고 상기 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지를 전력 변환하는 부스트 컨버터부; 및
상기 에너지 수집부 및 상기 부스트 컨버터부와 동작 가능하게 연결된 부스트 컨버터 제어부
를 포함하고,
상기 부스트 컨버터 제어부는
기준 전류 및 기준 전압을 생성하도록 구성된 기준 전력 생성부;
상기 기준 전력 생성부에 연결되고 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하도록 구성된 클럭 신호 생성부;
상기 기준 전력 생성부 및 상기 클럭 신호 생성부에 연결되고, 상기 클럭 신호 생성부에 의해 생성된 상기 클럭 신호에 동기하여, 상기 에너지 수집부에 의해 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압을 상기 기준 전력 생성부에 의해 생성된 상기 기준 전압과 비교하고 상기 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성하도록 구성된 비교부; 및
상기 비교부에 의해 생성된 상기 출력 신호에 응답하여, 상기 에너지 수집부에 수집된 상기 전기 에너지가 출력되도록 상기 부스트 컨버터부로 하여금 스위칭 동작을 수행하도록 하는 드라이버부
를 포함하고,
상기 클럭 신호 생성부는 상기 드라이버부가 상기 부스트 컨버터부로 하여금 스위칭 동작을 수행하도록 하는 경우, 상기 클럭 주파수를 상기 초기 클럭 주파수로 초기화하도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.An energy collector configured to convert energy received from an external energy source into electrical energy and collect the converted electrical energy;
A boost converter unit operatively connected to the energy collector and converting electrical energy collected in the energy collector; And
A boost converter controller operatively connected to the energy collector and the boost converter section
Including,
The boost converter control unit
A reference power generator configured to generate a reference current and a reference voltage;
A clock signal generator coupled to the reference power generator and configured to generate a clock signal while reducing a clock frequency of a clock signal from an initial clock frequency;
The reference power is connected to the reference power generator and the clock signal generator, and inputs an input voltage which is a voltage of electrical energy collected by the energy collector in synchronization with the clock signal generated by the clock signal generator. A comparator configured to compare with the reference voltage generated by the generator and generate an output signal based on a result of the comparison; And
A driver unit for causing the boost converter unit to perform a switching operation in response to the output signal generated by the comparator, such that the electrical energy collected in the energy collector is outputted
Including,
And the clock signal generation unit is configured to initialize the clock frequency to the initial clock frequency when the driver unit causes the boost converter unit to perform a switching operation. 제1항에 있어서,
상기 에너지 수집부는 열전 소자, 압전 소자, 광전 소자 또는 RF(Radio Frequency) 소자 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 1,
The energy harvesting unit, at least one of the thermoelectric element, piezoelectric element, photoelectric element or RF (Radio Frequency) element, energy harvesting apparatus. 제1항에 있어서,
상기 부스트 컨버터 제어부는 펄스 주파수 변조 불연속적 동작 모드(Pulse Frequency Modulation Discontinuous Conduction Mode)로 동작하도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 1,
And the boost converter controller is configured to operate in a Pulse Frequency Modulation Discontinuous Conduction Mode. 제1항에 있어서,
상기 기준 전력 생성부는
상기 기준 전류를 생성하고 생성된 상기 기준 전류를 상기 클럭 신호 생성부에 입력하도록 구성된 기준 전류 생성부, 및
상기 기준 전류에 기초하여 상기 기준 전압을 생성하고 생성된 상기 기준 전압을 상기 비교부에 입력하도록 구성된 기준 전압 생성부를 포함하는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 1,
The reference power generation unit
A reference current generator configured to generate the reference current and input the generated reference current to the clock signal generator, and
And a reference voltage generator configured to generate the reference voltage based on the reference current and input the generated reference voltage to the comparison unit. 제1항에 있어서,
상기 클럭 신호 생성부는 상기 클럭 신호의 상기 클럭 주파수를 지수 함수적으로(exponentially) 감소시키도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 1,
And the clock signal generator is configured to exponentially reduce the clock frequency of the clock signal. 제1항에 있어서,
상기 클럭 신호 생성부는 상기 클럭 주파수를 상기 클럭 신호를 생성할 때마다 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시키는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 1,
And the clock signal generator reduces the clock frequency by half of a previous clock frequency each time the clock signal is generated. 제1항에 있어서,
상기 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 상기 초기 클럭 주파수로부터 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 감소시키도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 1,
And the clock signal generator is configured to reduce a clock frequency from the initial clock frequency to a predetermined minimum clock frequency. 제7항에 있어서,
상기 클럭 신호 생성부는 상기 클럭 주파수가 상기 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 감소된 이후 그리고 상기 클럭 주파수가 초기화되기 전에는 상기 클럭 주파수를 상기 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 유지하도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 7, wherein
And the clock signal generator is configured to maintain the clock frequency at the predetermined minimum clock frequency after the clock frequency is reduced to the predetermined minimum clock frequency and before the clock frequency is initialized. 제1항에 있어서,
상기 비교부는 상기 입력 전압이 상기 기준 전압 보다 높은 경우 상기 출력 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 1,
And the comparing unit is configured to generate the output signal when the input voltage is higher than the reference voltage. 제1항에 있어서,
상기 드라이버부는 상기 부스트 컨버터부로 하여금 상기 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지의 상기 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정하도록 하는 것인, 에너지 하베스팅 장치.The method of claim 1,
Wherein said driver portion causes said boost converter portion to adjust said input voltage of electrical energy collected in said energy collector to a predetermined output voltage. 제1항에 따른 적어도 하나의 에너지 하베스팅 장치; 및
상기 에너지 하베스팅 장치에 연결되고, 상기 에너지 하베스팅 장치로부터 출력되는 전기 에너지를 충전하도록 구성된 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리부
를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.At least one energy harvesting device according to claim 1; And
A battery unit connected to the energy harvesting device and including at least one battery configured to charge electrical energy output from the energy harvesting device
Energy harvesting system comprising a. 에너지 수집 소자로부터 수집되는 전기 에너지를 배터리에 충전하기 위하여, 상기 에너지 수집 소자와 상기 배터리 사이에 배치된 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 수행되는 에너지 하베스팅 방법으로서,
클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하는 단계;
상기 생성된 클럭 신호에 동기하여, 상기 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압과 기준 전압을 비교하는 단계;
상기 입력 전압이 상기 기준 전압 보다 큰 경우, 상기 수집된 전기 에너지를 상기 배터리에 저장하는 단계; 및
상기 수집된 전기 에너지를 상기 배터리에 저장하는 단계에 응답하여, 상기 클럭 주파수를 상기 초기 클럭 주파수로 초기화하는 단계
를 포함하는, 에너지 하베스팅 방법.An energy harvesting method performed by using an energy harvesting device disposed between the energy collection element and the battery to charge electrical energy collected from an energy collection element into a battery.
Generating a clock signal while reducing a clock frequency of the clock signal from an initial clock frequency;
Comparing an input voltage, which is a voltage of the collected electrical energy, with a reference voltage in synchronization with the generated clock signal;
If the input voltage is greater than the reference voltage, storing the collected electrical energy in the battery; And
In response to storing the collected electrical energy in the battery, initializing the clock frequency to the initial clock frequency.
Including, energy harvesting method. 제12항에 있어서,
상기 클럭 신호를 생성하는 단계는 상기 클럭 주파수를 지수 함수적으로 감소시키는 단계를 포함하는 것인, 에너지 하베스팅 방법.The method of claim 12,
Generating the clock signal comprises exponentially decreasing the clock frequency. 제12항에 있어서,
상기 배터리에 저장하는 단계는,
상기 수집된 전기 에너지의 상기 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정하는 단계; 및
상기 조정된 미리 정해진 출력 전압을 가지는 상기 전기 에너지를 상기 배터리에 전달하는 단계를 포함하는, 에너지 하베스팅 방법.The method of claim 12,
Storing in the battery,
Adjusting the input voltage of the collected electrical energy to a predetermined output voltage; And
Delivering the electrical energy having the regulated predetermined output voltage to the battery.
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