KR102311138B1 - 다중입력-단일인덕터-다중출력 직류-직류 변환기를 위한 전력전달 알고리즘이 적용된 에너지 하베스팅 제어장치 - Google Patents

다중입력-단일인덕터-다중출력 직류-직류 변환기를 위한 전력전달 알고리즘이 적용된 에너지 하베스팅 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 출원의 일 실시예에 따르는 에너지 하베스팅 제어장치는, 복수의 전력스위치들을 통해 인덕터전류를 공급하는 직류-직류 변환부, 기설정된 동작모드에 기초하여, 상기 복수의 전력스위치들을 제어하는 스위치 제어부, 상기 직류-직류 변환부의 입출력 전압의 변화에 따라, 상기 인덕터전류를 증가시키기 위한 온타임 정보를 조절하는 적응형 전류 제어부 및 상기 인덕터전류를 감소시키기 위한 오프타임 정보에 따라 판단되는 디지털 영전류 딜레이에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부에 대한 영전류 탐지 동작을 수행하는 영전류 탐지부를 포함한다.

Description

다중입력-단일인덕터-다중출력 직류-직류 변환기를 위한 전력전달 알고리즘이 적용된 에너지 하베스팅 제어장치{ENERGY HARVESTING CONTROL DEVICE WITH POWER TRANSFER ALGORITHM FOR MULTIPLE INPUTS-SINGLE INDUCTOR-MULTIPLE OUTPUTS DC-DC CONVERTER}
본 출원은 에너지 하베스팅 제어장치에 관한 것으로, 특히, 다중입력-단일인덕터-다중출력 직류-직류 변환기를 위한 전력전달 알고리즘이 적용되어, 보다 효율적으로 전력을 전달할 수 있는 에너지 하베스팅 제어장치에 관한 것이다.
무선 센서 노드의 대부분의 전력 소모는 센서로부터 정보 수집 및 전송시에 발생한다. 이를 제외한 유휴 기간에는 정보 가공 및 후처리를 위한 제어회로가 동작하며 이후에는 특별한 이벤트가 없을 시에는 대기모드에서 동작한다.
특히, 극소형 센서노드는 수십에서 수백 마이크로 와트에 해당하는 전력을 생산할 수 있는 에너지 하베스터를 주로 사용하기 때문에 센서노드의 유휴기간에는 하베스터로부터의 전력으로 배터리 충전 및 대기모드 동작을 제어한다. 또한, 정보 수집 및 전송 동작을 포함하는 활성모드에서는 수십 밀리와트에 해당하는 큰 전력을 필요로 하기 때문에 하베스터의 전력으로 활성모드를 안정적으로 동작시킬 수 없기 때문에 배터리를 이용하여 큰 전력을 제공할 수 있도록 한다.
이러한 배터리를 통해서 평균 입력전력이 평균 출력 전력보다 크게 될 경우, 시스템은 영구적으로 유지가 가능해지고, 더 많은 출력 전력은 더 많은 기능을 가능하게 하므로, 평균 입력 전력을 높이기 위한 여러 가지의 에너지원을 이용하는 회로들이 발전하였다.
이에, 하나의 인덕터를 이용해서 다양한 전압의 에너지원들을 이용하면서 동시에 여러 개의 출력을 효과적으로 생산하기 위해서는 새로운 효율적인 제어 구조가 고려되어야 한다.
본 출원의 목적은, 전력 소스의 변화에 관계없이, 인덕터전류의 최대값을 일정하게 유지시킬 수 있는 에너지 하베스팅 제어장치를 제공하기 위한 것이다.
본 출원의 다른 목적은, 입출력 전압에 관계없이, 오프타임 정보(TOFF)에 기초하여, 디지털 영전류 딜레이를 판단할 수 있는 에너지 하베스팅 제어장치를 제공하기 위한 것이다.
본 출원의 일 실시예에 따르는 에너지 하베스팅 제어장치는, 복수의 전력스위치들을 통해 인덕터전류를 공급하는 직류-직류 변환부, 기설정된 동작모드에 기초하여, 상기 복수의 전력스위치들을 제어하는 스위치 제어부, 상기 직류-직류 변환부의 입출력 전압의 변화에 따라, 상기 인덕터전류를 증가시키기 위한 온타임 정보를 조절하는 적응형 전류 제어부 및 상기 인덕터전류를 감소시키기 위한 오프타임 정보에 따라 판단되는 디지털 영전류 딜레이에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부에 대한 영전류 탐지 동작을 수행하는 영전류 탐지부를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 스위치 제어부는, 동작모드 테이블을 사전에 저장하고, 상기 동작모드 테이블은 상기 직류-직류 변환부의 다중입력단, 다중출력단 및 배터리 각각에 대한 동작정보를 포함하는 모드정보가 리스트된 테이블이고, 상기 동작정보는, 상기 오프타임 정보, 상기 온타임 정보 및 상기 인덕터전류가 흐르지 않는 비동작 정보를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 스위치 제어부는, 상기 입출력 전압의 각 레벨에 따라 상기 동작모드 테이블로부터 어느 하나의 모드정보를 선택하고, 상기 어느 하나의 모드정보를 상기 기설정된 동작모드로 결정한다.
실시예에 있어서, 상기 적응형 전류 제어부는, 상기 온타임 정보에 기초하여, 상기 인덕터전류에 대한 최대값인 피크 전류를 간접적으로 일정하게 조절하는 전류미러 회로이다.
실시예에 있어서, 상기 적응형 전류 제어부는, MOSFET, 상기 입출력 전압의 차를 상기 MOSFET의 게이트 전압으로 결정하는 복수의 스위치들과 복수의 커패시터들, 상기 게이트 전압을 상기 전류미러 회로를 통해 충전하는 전류미러 커패시터, 상기 온타임 정보에 대응되는 상기 전류미러 커패시터가 충전하는 시간 동안, 상기 동작모드로 동작하도록 제어하는 동작신호를 출력하는 적응형 D 플립플롭을 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 적응형 전류 제어부는, 상기 복수의 커패시터에 충전되는 전하량을 조절하는 더미 트랜지스터를 더 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 전류미러 커패시터가 충전하는 시간 동안상기 인덕터전류의 최대값은 1/L이고, 여기서, L은 인덕터의 크기이다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 스위치들과 상기 복수의 커패시터들은, 상기 게이트 전압을 상기 전류미러 커패시터로 전달하기 위한 벅 전력전달 방식, 벅-부스트 전력전달 방식 및 부스트 전력전달 방식 중 어느 하나의 방식을 선택적으로 수행한다.
실시예에 있어서, 상기 영전류 탐지부는, 동작모드 별로 각 오프타임 정보를 미리 계산하는 계산딜레이 뱅크, 각 동작모드에 대응되는 각 오프타임 정보를 저장하는 데이터 스토리지, 상기 동작모드에 따라 상기 인덕터전류를 차단한 시점에 대한 딜레이 상태 여부를 나타내는 업다운 신호를 출력하는 하나의 D 플립플롭, 상기 업다운 신호에 기초하여, 상기 데이터 스토리지로부터 피드백받는 상기 오프타임 정보를 적응형 오프타임 정보로 변환하는 업다운 카운터, 상기 적응형 오프타임 정보를 디코딩하는 서미스터 디코더 및 상기 오프타임 정보와 상기 적응형 오프타임 정보에 기초하여, 상기 영전류를 탐지하기 위한 상기 디지털 영전류 딜레이를 판단하는 적응형딜레이 뱅크를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 직류-직류 변환부는, 다중입력-단일인덕터-다중출력 구조를 가진다.
실시예에 있어서, 상기 직류-직류 변환부의 다중입력단으로부터 전달받는 개방전압에 기초하여, 최대전력점 추적전압을 추정하는, 최대전력점 추정부, 상기 다중출력단으로부터 출력받는 각 출력전압과 각 기준전압을 비교하고, 상기 다중입력단으로부터 출력받는 각 입력전압과 각 기준전압을 비교하는 비교부 및 상기 동작신호를 아날로그 전압으로 변환하는 레벨 시프터 앤 게이트 드라이버를 더 포함한다.
본 출원의 일 실시예에 따르는 에너지 하베스팅 제어장치의 동작 방법으로서, 직류-직류 변환부가 복수의 전력스위치들을 통해 인덕터전류를 공급하는 단계, 스위치 제어부가 기설정된 동작모드에 기초하여, 상기 복수의 전력스위치들을 제어하는 단계, 적응형 전류 제어부가 상기 직류-직류 변환부의 입출력 전압의 변화에 따라, 상기 인덕터전류를 증가시키기 위한 온타임 정보를 조절하는 단계, 영전류 탐지부가 상기 인덕터전류를 감소시키기 위한 오프타임 정보에 따라 판단되는 디지털 영전류 딜레이에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부에 대한 영전류 탐지 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 전력스위치들을 제어하는 단계는, 상기 스위치 제어부가 동작모드 테이블을 사전에 저장하는 단계, 상기 스위치 제어부가 상기 입출력 전압의 각 레벨에 따라, 상기 동작모드 테이블로부터 어느 하나의 모드정보를 선택하는 단계 및 상기 어느 하나의 모드정보를 상기 기설정된 동작모드로 결정하는 단계를 포함하고, 상기 동작모드 테이블은, 상기 직류-직류 변환부의 다중입력단, 다중출력단 및 배터리 각각에 대한 동작정보를 포함하는 모드정보가 리스트된 테이블이고, 상기 동작정보는, 상기 오프타임 정보, 상기 온타임 정보 및 상기 인덕터전류가 흐르지 않는 비동작 정보를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 온타임 정보를 조절하는 단계는, 복수의 스위치들과 복수의 커패시터들이 상기 입출력 전압의 차를 MOSFET의 게이트 전압으로 결정하는 단계, 전류미러 커패시터가 상기 게이트 전압을 상기 전류미러 회로를 통해 충전하는 단계 및 적응형 D 플립플롭이 상기 전류미러 커패시터가 충전하는 시간 동안, 상기 동작모드로 동작하도록 제어하는 동작신호를 출력하는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 상기 직류-직류 변환부에 대한 영전류 탐지 동작을 수행하는 단계는, 계산딜레이 뱅크가 동작모드 별로 각 오프타임 정보를 미리 계산하는 단계, 데이터 스토리지가 각 동작모드에 대응되는 각 오프타임 정보를 저장하는 단계, 하나의 D 플립플롭이 상기 동작모드에 따라 상기 인덕터전류를 차단한 시점에 대한 딜레이 상태 여부를 나타내는 업다운 신호를 출력하는 단계, 업다운 카운터가 상기 업다운 신호에 기초하여, 상기 데이터 스토리지로부터 피드백받는 상기 오프타임 정보를 적응형 오프타임 정보로 변환하는 단계, 서미스터 디코더가 상기 적응형 오프타임 정보를 디코딩하는 단계 및 적응형딜레이 뱅크가 상기 오프타임 정보와 상기 적응형 오프타임 정보에 기초하여, 상기 디지털 영전류 딜레이를 판단하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 제어장치는, 전력 소스에 비례하여 변화되는 인덕터전류의 최대값에 따라 효율이 감소되는 문제를 감소시킬 수 있다.
또한, 에너지 하베스팅 제어장치는, 입출력 전압에 관계없이, 오프타임 정보(TOFF)에 기초하여, 디지털 영전류 딜레이를 판단할 수 있어, 회로칩에 대한 부품들의 개수와 소모전력을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 제어장치의 블록도이다.
도 2는 동작모드 테이블에 대한 일 실시예이다.
도 3a와 도 3b는 동작모드에 따라 스위칭되는 직류-직류 변환부의 동작 예이다.
도 4는 일 실시예에 따른 도 1의 적응형 전류 제어부를 구체적으로 보여주는 도이다.
도 5는 도 4의 적응형 전류 제어부의 동작 타이밍 도이다.
도 6은 도 4의 더미 트랜지스터를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 도 6의 더미 트랜지스터의 동작 타이밍 도이다.
도 8은 도 1의 영전류 탐지부를 구체적으로 보여주는 도이다.
도 9a는 도 8의 영전류 탐지부의 일 실시예에 따른 타이밍 도이다.
도 9b는 도 8의 영전류 탐지부의 다른 실시예에 따른 타이밍 도이다.
도 10은 도 1의 에너지 하베스팅 제어장치를 구체적으로 보여주는 도이다.
도 11은 도 1의 에너지 하베스팅 제어장치에 대한 동작 프로세스이다.
도 12는 도 1의 스위치 제어부에 대한 동작 프로세스이다.
도 13은 도 1의 적응형 전류 제어부에 대한 동작 프로세스이다.
도 14는 도 1의 영전류 탐지부에 대한 동작 프로세스이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 출원의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 출원의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 출원의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 출원의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 출원의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 출원의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 제어장치(1000)의 블록도이고, 도 2는 동작모드 테이블(201)에 대한 일 실시예이며, 도 3a와 도 3b는 동작모드에 따라 스위칭되는 직류-직류 변환부(200)의 동작 예이다.
도 1을 참조하면, 에너지 하베스팅 제어장치(1000)는 직류-직류 변환부(100), 스위치 제어부(200), 적응형 전류 제어부(300) 및 영전류 탐지부(400)를 제어할 수 있다.
먼저, 직류-직류 변환부(100)는 복수의 전력스위치들(예컨대, SW1~SW10)을 통해 인덕터(L)에 인덕터전류(IL)를 공급할 수 있다. 여기서, 직류-직류 변환부(100)는 다중입력-단일인덕터-다중출력 구조를 가지는 직류-직류 변환기일 수 있다.
다음으로, 스위치 제어부(200)는 기설정된 동작모드에 기초하여, 복수의 전력스위치들(SW1~SW10)을 제어할 수 있다. 여기서, 제어란 스위칭시킴을 의미할 수 있다.
구체적으로, 스위치 제어부(200)는 동작모드 테이블(201)을 사전에 저장할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 동작모드 테이블(201)은 직류-직류 변환부(200)의 다중입력단(Source1~Source3), 다중출력단(Load1~Load3) 및 배터리(BAT) 각각에 대한 동작정보를 포함하는 모드정보가 리스트된 테이블일 수 있다.
여기서, 동작정보는 오프타임 정보(TOFF), 온타임 정보(TON) 및 인덕터전류가 흐르지 않는 비동작 정보(X)를 포함할 수 있다. 이때, 온타임 정보(TON)는 인덕터전류(IL)를 증가시키기 위한 시간 구간이고, 오프타임 정보(TOFF)는 인덕터전류(IL)를 감소시키기 위한 시간 구간이며, 비동작 정보(X)는 인덕터전류(IL)를 흐르지 않게 하기 위한 시간 구간을 의미할 수 있다.
예를 들면, 어느 하나의 모드정보가 '1'인 경우, 다중입력단(Source1~Source3)의 제1 입력단(Source1)은 '온타임 정보(TON)', 제3 입력단(Source3)은 '비동작 정보(X)', 제3 입력단(Source3)은 '비동작 정보(X)/온타임 정보(TON)'인 동작정보를 포함한다. 또한, 다중출력단(Load1~Load3)은 출력단 순서대로 '비동작 정보(X)', '온타임 정보(TON)', '오프타임 정보(TOFF)'인 동작정보를 포함하고, 배터리(BAT)는 '비동작 정보(X)'인 동작정보를 포함한다.
이때, 스위치 제어부(200)는 직류-직류 변환부(100)의 입출력 전압(VI, VO)의 각 레벨에 따라, 동작모드 테이블(201)로부터 어느 하나의 동작모드를 선택하고, 상기 어느 하나의 동작모드를 상기 기설정된 동작모드로 동작시킬 수 있다.
다음으로, 적응형 전류 제어부(300)는 직류-직류 변환부(100)의 입출력 전압(VI, VO)의 변화에 따라, 인덕터전류(IL)를 증가시키기 위한 온타임 정보(TON)를 조절할 수 있다. 이때, 적응형 전류 제어부(300)는 온타임 정보(TON)에 기초하여, 인덕터전류(IL)에 대한 피크 전류인 최대값을 일정하게 조절할 수 있다.
여기서, 온타임 정보(TON)의 조절에 대한 의미는, 다중출력단의 어느 하나의 출력전압(VO)을 이용하여 인덕터전류(IL)를 증가시키는 과정의 시간을 의미할 수 있다. 한편, 오프타임 정보(TOFF)의 조절에 대한 의미는, 다중입력단의 어느 하나의 입력전압(VO)을 이용하여 인덕터전류(IL)를 감소시키는 과정의 시간을 의미할 수 있다.
예를 들면, 전력 소스가 태양열 패널이고, 빛이 강한 경우, 입력 전압(VI)이 증가함에 따라 인덕터전류(IL)의 최대값을 한번에 많이 전달하고, 빛이 약한 경우, 입력 전압(VI)이 감소함에 따라 인덕터전류(IL)의 최대값을 한번에 적게 전달하는 효율성에 문제를 가질 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 에너지 하베스팅 제어장치(1000)는 적응형 전류 제어부(300)를 통해 온타임 정보(TON)를 조절함으로써, 인덕터전류(IL)의 최대값을 조절할 수 있어, 전력 소스에 비례하여 변화되는 인덕터전류(IL)의 최대값에 따라 효율이 감소되는 문제를 감소시킬 수 있다.
다음으로, 영전류 탐지부(400)는 인덕터전류(IL)를 감소시키기 위한 오프타임 정보(TOFF)에 기초하여, 디지털 영전류 딜레이를 판단하고, 상기 디지털 영전류 딜레이에 따라, 직류-직류 변환부(100)에 대한 영전류 탐지 동작을 수행할 수 있다.
구체적으로, 영전류 탐지부(400)는 인덕터전류(IL)를 감소시키기 위한 오프타임 정보(TOFF)에 기초하여, 이하, 도 8에서 설명될 적응형 오프타임 정보를 출력할 수 있다. 이때, 영전류 탐지부(400)는 오프타임 정보(TOFF)와 적응형 오프타임 정보에 따라, 디지털 영전류 딜레이를 판단할 수 있다. 그런 다음, 영전류 탐지부(400)는 디지털 영전류 딜레이에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부(100)에 대한 영전류 탐지 동작을 수행할 수 있다.
본 출원의 다른 실시예에 따라, 에너지 하베스팅 제어장치(1000)는 영전류 탐지부(400)를 통해 입출력 전압에 관계없이, 오프타임 정보(TOFF)에 기초하여, 디지털 영전류 딜레이를 판단할 수 있어, 회로칩에 대한 부품들의 개수와 소모전력을 감소시킬 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 도 1의 적응형 전류 제어부(300)를 구체적으로 보여주는 도이고, 도 5는 도 4의 적응형 전류 제어부(300)의 동작 타이밍 도이다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 적응형 전류 제어부(300)는 MOSFET(310), 복수의 결정 스위치들(φ1, φ2, φ3, ENVIN2&φ2, ENVIN3&φ2, COMP1SEL&φ3, COMP2SEL&φ3), 복수의 커패시터들(C1~C3), 전류미러 커패시터(CIM) 및 적응형 D 플립플롭(320)을 포함하는 전류미러 회로 형태로 구현될 수 있다.
먼저, 복수의 결정 스위치들(φ1, φ2, φ3, ENVIN2&φ2, ENVIN3&φ2, COMP1SEL&φ3, COMP2SEL&φ3)과 복수의 커패시터들(C1~C3) 각각은 스위칭과 충방전을 통해 입출력 전압차(VI-VO)를 MOSFET(310)의 게이트 전압으로 결정할 수 있다.
다음으로, 전류미러 커패시터(CIM)는 전류미러 회로를 통해 간접적으로 MOSFET(310)의 게이트 전압을 충전할 수 있다.
즉, 적응형 전류 제어부(300)는 종래의 기술과 같이 인덕터 전류를 소모 전력이 큰 직접적으로 센싱하는 것이 아니라, 복수의 결정 스위치들(φ1, φ2, φ3, ENVIN2&φ2, ENVIN3&φ2, COMP1SEL&φ3, COMP2SEL&φ3)과 복수의 커패시터들(C1~C3) 각각을 통해 MOSFET(310)의 게이트 전압으로 결정된 입출력 전압차(VI-VO)를 전류미러 커패시터(CIM)에 간접적으로 충전시킬 수 있다.
예를 들면, 전류미러 커패시터(CIM)는
Figure 112019107907480-pat00001
(식 1)에 해당하는 전류에 따라 전하를 쌓고, 이때, 전류미러 커패시터(CIM)의 전압이 더미 트랜지스터에 의해서 충전된 △V에서 최종적으로 VI로 가는 동안의 걸리는 시간은,
Figure 112019107907480-pat00002
(식 2)으로 도출될 수 있다. 여기서, 전압이 △V에서 VI로 가는 동안의 걸리는 시간은 인덕터전류(IL)를 증가시키기 위한 시간 구간인 온타임 정보(TON)에 대응될 수 있다.
실시예에 따라, 복수의 결정 스위치들(φ1, φ2, φ3, ENVIN2&φ2, ENVIN3&φ2, COMP1SEL&φ3, COMP2SEL&φ3)과 복수의 커패시터들(C1~C3)은, MOSFET(310)의 게이트 전압을 전류미러 커패시터(CIM)에 전달하기 위한 벅 전력전달 방식, 벅-부스트 전력전달 방식 및 부스트 전력전달 방식 중 어느 하나의 방식을 선택적으로 수행할 수 있다.
다음으로, 적응형 D 플립플롭(320)은 전류미러 커패시터(CIM)가 충전하는 시간 동안(TON), 스위치 제어부(200)를 통해 결정된 동작모드로 동작하도록 제어하는 동작신호(APICOUT)를 출력할 수 있다. 이때, 인덕터전류(IL)의 최대값은
Figure 112019107907480-pat00003
(식 3)으로 작은 △V에 의해서 평소에 일정하다가 작은 입력전압 VI에 대해서는 감소하도록 조절될 수 있다.
예를 들면, 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 전류미러 커패시터(CIM)가 충전하는 시간 동안(TON), 적응형 D 플립플롭(320)이 스위치 제어부(200)를 제1 동작모드로 동작시키는 경우, 복수의 전력스위치들(SW1~SW10) 중 제1 및 제5 전력스위치(SW1, SW5)는 인덕터에 연결될 수 있다. 이때, 인덕터전류(IL)의 최대값은 1/L 크기로 입출력 전압(VI, VO)에 관계없이, 일정한 값일 수 있다.
도 6은 도 4의 더미 트랜지스터(331)를 설명하기 위한 회로도이고, 도 7은 도 6의 더미 트랜지스터(331)의 동작 타이밍 도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 더미 트랜지스터(331)는 복수의 커패시터들(C1~C3)과 전류미러 커패시터(CIM)에 충전되는 전하량을 설계자에 의도에 따라 조절할 수 있다. 즉, 전력 소스의 상태에 따라서 입력 전압(VI)이 변화하는 경우, 더미 트랜지스터(331)는 각 넓이와 길이에 의해, 인덕터전류(IL)의 최대값을 조절할 수 있게 하는 동작을 지원할 수 있다.
도 8은 도 1의 영전류 탐지부(400)를 구체적으로 보여주는 도이고, 도 9a 는 도 8의 영전류 탐지부(400)의 일 실시예에 따른 타이밍 도이며, 도 9b는 영전류 탐지부(400)의 다른 실시예에 따른 타이밍 도이다.
도 1, 도 8 내지 도 9b를 참조하면, 영전류 탐지부(400)는 계산딜레이 뱅크(410), 데이터 스토리지(420), 하나의 D 플립플롭(430), 업다운 카운터(440), 서미스터 디코더(450) 및 파인 딜레이 뱅크(460)를 포함할 수 있다.
먼저, 계산딜레이 뱅크(410)는 동작모드 별로 각 오프타임 정보(TOFF)를 계산할 수 있다. 구체적으로, 계산딜레이 뱅크(410)는 SR 래치(411)를 통해 전송받는 오프 타임 트리거 신호 기반의 셋업 신호와 오프타임에서 전송받는 활성화 신호(Input3EN)에 기초하여, 각 동작모드에 대응되는 각 오프타임 정보(TOFF)를 계산할 수 있다.
예를 들면, 설계자가 인덕터전류(IL)의 최대값을 미리 결정할 수 있고, 인덕터(L)와 입출력 전압(VI, VO)의 값이 고정되어 있으므로, 계산딜레이 뱅크(410)는 인덕터(L)의 값, 입출력 전압(VI, VO)의 값과 인덕터전류(IL)의 최대값에 따라, 동작모드 별로 각 오프타임 정보(TOFF)를 미리 계산할 수 있다.
또한, 계산딜레이 뱅크(410)는 동작모드 별로 각 오프타임 정보(TOFF)를 모드 데이터(MODEdata)로 데이터 스토리지(420)에 전송할 수 있다. 여기서, 모드 데이터(MODEdata)는 동작모드 별 각 오프타임 정보(TOFF)를 포함하며, 21 비트의 크기를 가질 수 있다.
다음으로, 데이터 스토리지(420)는 계산딜레이 뱅크(410)를 통해 전송받는 모드 데이터(MODEdata)를 저장할 수 있다. 여기서, 데이터 스토리지(420)는 복수의 D-플립플롭 칩으로 구현될 수 있다.
구체적으로, 종래의 데이터 스토리지의 경우, STEADY STATE에서 예상되는 모든 가능한 오프타임 정보(TOFF)를 저장하여 복수의 D-플립플롭 칩의 면적이 큰 문제를 가지는 반면, 데이터 스토리지(420)는 모드 데이터(MODEdata)만을 저장하여, 복수의 D-플립플롭 칩의 면적을 감소시킬 수 있다.
예를 들면, STEADY STATE에서 예상되는 모든 가능한 오프타임 정보(TOFF)는 (각 딜레이(30ns)*5비트)로 960ns 구간인 반면, 각 동작모드에 대응되는 각 오프타임 정보(TOFF)를 포함하는 모드 데이터(MODEdata)는 {(각 딜레이(30ns)*4비트)-30}으로 450ns 구간일 수 있다.
다음으로, 하나의 D 플립플롭(430)은 스위치 제어부(200)를 통해 인덕터전류(IL)를 동작모드에 따라 차단한 시점(예를 들면, 스위치 제어부(200)로부터 ZCDCK 신호와 VX신호를 전달받는 시점)에 대한 딜레이 상태 여부를 나타내는 업다운 신호(UP, DN)를 출력할 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 다운 신호(DN)는 스위치 제어부(200)를 통해 인덕터전류(IL)를 동작모드에 따라 차단한 시점에서, 인덕터전류(IL)가 음전류(-)에 해당하는 딜레이 상태를 의미할 수 있다. 또한, 도 9b에 도시된 바와 같이, 업 신호(UP)는 스위치 제어부(200)를 통해 인덕터전류(IL)를 동작모드에 따라 차단한 시점에서, 인덕터전류(IL)가 기설정된 양전류(+)보다 기설정된 크기 큰 이른 상태를 의미할 수 있다.
다음으로, 업다운 카운터(440)는 하나의 D 플립플롭(430)을 통해 출력받는 업다운 신호(UP, DN)에 기초하여, 데이터 스토리지(420)로부터 피드백받는 모드 데이터(MODEdata)의 프리셋 파인스텝 딜레이데이터를 적응형 오프타임 정보로 변환할 수 있다. 여기서, 모드 데이터(MODEdata)의 프리셋 파인스텝 딜레이데이터와 적응형 오프타임 정보는 4bit의 크기일 수 있다. 즉, 업다운 카운터는 4bit 카운터로 구현될 수 있다.
이때, 데이터 스토리지(420)는 모드 데이터(MODEdata)를 적응형 오프타임 정보로 수정하여 저장할 수 있다.
다음으로, 서미스터 디코더(450)는 적응형 오프타임 정보를 15비트의 데이터로 디코딩하여 파인 딜레이 뱅크(460)로 출력할 수 있다.
다음으로, 파인 딜레이 뱅크(460)는 스위치 제어부(200)의 동작모드 별 각 오프타임 정보와 적응형 오프타임 정보에 기초하여, 디지털 영전류 딜레이를 판단할 수 있다.
구체적으로, 파인 딜레이 뱅크(460)는 복수개의 딜레이 라인들로 구현되며, 복수개의 딜레이 라인들 중 적응형 오프타임 정보에 따라 적어도 하나의 딜레이 라인을 결정할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 딜레이 라인을 통과하는 통과 시간은 (30ns*라인수)+30ns(기본 딜레이인 상수)일 수 있다. 이때, 파인 딜레이 뱅크(460)는 스위치 제어부(200)의 동작모드에 대응되는 오프타임 정보에 따라 정해진 딜레이 시간과 적어도 하나의 딜레이 라인을 통과하는 통과 시간의 합을 디지털 영전류 딜레이로 판단할 수 있다.
도 10은 도 1의 에너지 하베스팅 제어장치(1000)를 구체적으로 보여주는 도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 에너지 하베스팅 제어장치(1000)는 직류-직류 변환부(100), 스위치 제어부(200), 적응형 전류 제어부(300), 영전류 탐지부(400), 최대전력점 추정부(500), 비교부(600) 및 레벨 시프터 앤 게이트 드라이버(700)을 포함할 수 있다.
이하, 도 1에서 설명된 동일한 부재번호의 직류-직류 변환부(100), 스위치 제어부(200), 적응형 전류 제어부(300) 및 영전류 탐지부(400)에 대한 중복된 설명은 생략될 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 최대전력점 추정부(500)는 직류-직류 변환부(100)의 다중입력단으로부터 전달받는 개방전압(OCV)의 변화에 기초하여, 최대전력점 추적(MPPT)전압을 추정할 수 있다.
다음으로, 비교부(600)는 다중출력단으로부터 출력받는 출력전압(VO)과 기준전압을 비교할 수 있다. 또한, 비교부(600)는 다중입력단으로부터 출력받는 입력전압(VI)과 기준전압을 비교할 수 있다. 즉, 비교부(600)는 다중출력단과 연결된 것으로 도시되었지만 이를 한정하는 것은 아니며, 다중입력단에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 그런 다음, 비교부(600)는 비교결과에 기초하여, HIGH 또는 LOW 신호를 출력할 수 있다.
다음으로, 레벨 시프터 앤 게이트 드라이버(700)는 스위치 제어부(200)를 통해 복수의 전력스위치(SW1~SW10)로 전달되는 디지털 전압인 동작신호(APICOUT)를 토대로, 상대적으로 더 큰 아날로그 전압으로 증가시키고, 점진적으로 너비가 큰 트랜지스터로 다음 단의 게이트를 드라이빙하여 가장 큰 너비의 파워트랜지스터를 드라이빙할 수 있다.
도 11은 도 1의 에너지 하베스팅 제어장치(1000)에 대한 동작 프로세스이다.
도 1과 도 11을 참조하면, S110 단계에서, 직류-직류 변환부(100)는 복수의 전력스위치들(SW1~SW10)을 통해 인덕터전류(IL)를 공급할 수 있다.
그런 다음, S120 단계에서, 스위치 제어부(200)는 기설정된 동작모드에 기초하여, 복수의 전력스위치들(SW1~SW10)을 제어할 수 있다.
이때, S130 단계에서, 적응형 전류 제어부(300)는 직류-직류 변환부(100)의 입출력 전압(VI, VO)의 변화에 따라, 인덕터전류(IL)를 증가시키기 위한 온타임 정보(TON)를 조절할 수 있다.
이후, S140 단계에서, 영전류 탐지부(400)는 인덕터전류(IL)를 감소시키기 위한 오프타임 정보(TOFF)에 따라 판단되는 디지털 영전류 딜레이에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부에 대한 영전류 탐지 동작을 수행할 수 있다.
도 12는 도 1의 스위치 제어부(200)에 대한 동작 프로세스이다.
도 1, 도 2, 도 11 및 도 12를 참조하면, S121 단계에서, 스위치 제어부(200)는 동작모드 테이블(201)을 사전에 저장할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 동작모드 테이블(201)은 직류-직류 변환부(100)의 다중입력단, 다중출력단 및 배터리 각각에 대한 동작정보를 포함하는 모드정보가 리스트된 테이블일 수 있다. 여기에서, 동작정보는 오프타임 정보(TOFF), 상기 온타임 정보(TON) 및 인덕터전류(IL)가 흐르지 않는 비동작 정보(X)를 포함할 수 있다.
이때, S123 단계에서, 스위치 제어부(200)는 입출력 전압(VI, VO)의 각 레벨에 따라, 상기 동작모드 테이블(201)로부터 어느 하나의 모드정보를 선택할 수 있다.
이후, S125 단계에서, 스위치 제어부(200)는 어느 하나의 모드정보를 기설정된 동작모드로 결정할 수 있다.
도 13은 도 1의 적응형 전류 제어부(300)에 대한 동작 프로세스이다.
도 1, 도 4 내지 도 7, 도 11 및 도 13을 참조하면, S131 단계에서, 복수의 결정 스위치들(φ1, φ2, φ3, ENVIN2&φ2, ENVIN3&φ2, COMP1SEL&φ3, COMP2SEL&φ3)과 복수의 커패시터들(C1~C3)은 스위칭과 충방전을 통해 입출력 전압의 차를 MOSFET(310)의 게이트 전압으로 결정할 수 있다.
그런 다음, S133 단계에서, 전류미러 커패시터(CIM)는 MOSFET(310)의 게이트 전압을 전류미러 회로를 통해 충전할 수 있다.
이후, S135 단계에서, 적응형 D 플립플롭(320)은 전류미러 커패시터(CIM)가 MOSFET(310)의 게이트 전압을 충전하는 시간 동안, 상기 동작모드로 동작하도록 제어하는 동작신호(APICOUT)를 출력할 수 있다.
도 14는 도 1의 영전류 탐지부(400)에 대한 동작 프로세스이다.
도 1, 도 8, 도 9, 도 11 및 도 14를 참조하면, S141 단계에서, 계산딜레이 뱅크(410)는 동작모드 별 각 오프타임 정보를 미리 계산하여, 동작모드 별 각 오프타임 정보를 포함한 모드 데이터(MODEdata)를 데이터 스토리지(420)로 전송할 수 있다.
그런 다음, S142 단계에서, 데이터 스토리지(420)는 동작모드 별 각 오프타임 정보를 포함한 모드 데이터(MODEdata)를 저장할 수 있다.
그런 다음, S143 단계에서, 하나의 D 플립플롭(430)은 동작모드에 따라 인덕터전류(IL)를 차단한 시점에 대한 딜레이 상태 여부를 나타내는 업다운 신호(UP, DN)를 출력할 수 있다.
이때, S144 단계에서, 업다운 카운터(440)는 업다운 신호(UP, DN)에 기초하여, 데이터 스토리지(420)로부터 피드백받는 모드 데이터(MODEdata)의 프리셋 파인스텝 딜레이데이터를 적응형 오프타임 정보로 변환할 수 있다.
그런 다음, S145 단계에서, 서미스터 디코더(450)가 적응형 오프타임 정보를 디코딩할 수 있다.
이후, S146 단계에서, 적응형딜레이 뱅크(460)가 서미스터 디코더(450)를 통해 디코딩된 적응형 오프타임 정보와 동작모드 별 각 오프타임 정보(TOFF)에 기초하여, 영전류를 탐지하는 동작을 수행하기 위한 디지털 영전류 딜레이를 판단할 수 있다.
본 출원은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 출원의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 직류-직류 변환부
200: 스위치 제어부
300: 적응형 전류 제어부
400: 영전류 탐지부
1000: 에너지 하베스팅 제어장치

Claims (15)

  1. 복수의 전력스위치들을 통해 인덕터전류를 공급하는 직류-직류 변환부;
    기설정된 동작모드에 기초하여, 상기 복수의 전력스위치들을 제어하는 스위치 제어부;
    상기 직류-직류 변환부의 입출력 전압의 변화에 따라, 상기 인덕터전류를 증가시키기 위한 온타임 정보를 조절하는 적응형 전류 제어부; 및
    상기 인덕터전류를 감소시키기 위한 오프타임 정보에 따라 판단되는 디지털 영전류 딜레이에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부에 대한 영전류 탐지 동작을 수행하는 영전류 탐지부를 포함하고,
    상기 적응형 전류 제어부는,
    MOSFET;
    상기 입출력 전압의 차를 상기 MOSFET의 게이트 전압으로 결정하는 복수의 스위치들과 복수의 커패시터들;
    상기 게이트 전압을 전류미러 회로를 통해 충전하는 전류미러 커패시터;
    상기 온타임 정보에 대응되는 상기 전류미러 커패시터가 충전하는 시간 동안, 상기 동작모드로 동작하도록 제어하는 동작신호를 출력하는 적응형 D 플립플롭을 포함하는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는, 동작모드 테이블을 사전에 저장하고,
    상기 동작모드 테이블은 상기 직류-직류 변환부의 다중입력단, 다중출력단 및 배터리 각각에 대한 동작정보를 포함하는 모드정보가 리스트된 테이블이고,
    상기 동작정보는, 상기 오프타임 정보, 상기 온타임 정보 및 상기 인덕터전류가 흐르지 않는 비동작 정보를 포함하는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는, 상기 입출력 전압의 각 레벨에 따라 상기 동작모드 테이블로부터 어느 하나의 모드정보를 선택하고, 상기 어느 하나의 모드정보를 상기 기설정된 동작모드로 결정하는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류미러 회로는, 상기 온타임 정보에 기초하여, 상기 인덕터전류에 대한 최대값인 피크 전류를 간접적으로 일정하게 조절하는 전류미러 회로인, 에너지 하베스팅 제어장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적응형 전류 제어부는, 상기 복수의 커패시터에 충전되는 전하량을 조절하는 더미 트랜지스터를 더 포함하는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 인덕터전류의 최대값은 상기 전류미러 커패시터가 충전하는 시간을 기초로 결정되고, 인덕터의 양단의 입출력 전압차가 일정 크기에 해당하는 경우, 상기 인덕터전류의 최대값은 상기 인덕터의 양단의 입출력 전압차에 비례하지 않는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들과 상기 복수의 커패시터들은, 상기 게이트 전압을 상기 전류미러 커패시터로 전달하기 위한 벅 전력전달 방식, 벅-부스트 전력전달 방식 및 부스트 전력전달 방식 중 어느 하나의 방식을 선택적으로 수행하는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 영전류 탐지부는, 동작모드 별로 각 오프타임 정보를 미리 계산하는 계산딜레이 뱅크;
    각 동작모드에 대응되는 각 오프타임 정보를 저장하는 데이터 스토리지;
    상기 동작모드에 따라 상기 인덕터전류를 차단한 시점에 대한 딜레이 상태 여부를 나타내는 업다운 신호를 출력하는 하나의 D 플립플롭;
    상기 업다운 신호에 기초하여, 상기 데이터 스토리지로부터 피드백받는 상기 오프타임 정보를 적응형 오프타임 정보로 변환하는 업다운 카운터;
    상기 적응형 오프타임 정보를 디코딩하는 서미스터 디코더; 및
    상기 오프타임 정보와 상기 적응형 오프타임 정보에 기초하여, 상기 영전류를 탐지하기 위한 상기 디지털 영전류 딜레이를 판단하는 적응형딜레이 뱅크를 포함하는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 직류-직류 변환부는, 다중입력-단일인덕터-다중출력 구조를 가지는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 직류-직류 변환부의 다중입력단으로부터 전달받는 개방전압에 기초하여, 최대전력점 추적전압을 추정하는, 최대전력점 추정부;
    상기 직류-직류 변환부의 다중출력단으로부터 출력받는 각 출력전압과 각 기준전압을 비교하고, 상기 다중입력단으로부터 출력받는 각 입력전압과 각 기준전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 동작신호를 토대로 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환하는 레벨 시프터 앤 게이트 드라이버를 더 포함하는, 에너지 하베스팅 제어장치.
  12. 에너지 하베스팅 제어장치의 동작 방법으로서,
    직류-직류 변환부가 복수의 전력스위치들을 통해 인덕터전류를 공급하는 단계;
    스위치 제어부가 기설정된 동작모드에 기초하여, 상기 복수의 전력스위치들을 제어하는 단계;
    적응형 전류 제어부가 상기 직류-직류 변환부의 입출력 전압의 변화에 따라, 상기 인덕터전류를 증가시키기 위한 온타임 정보를 조절하는 단계;
    영전류 탐지부가 상기 인덕터전류를 감소시키기 위한 오프타임 정보에 따라 판단되는 디지털 영전류 딜레이에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부에 대한 영전류 탐지 동작을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 온타임 정보를 조절하는 단계는, 복수의 스위치들과 복수의 커패시터들이 상기 입출력 전압의 차를 MOSFET의 게이트 전압으로 결정하는 단계;
    전류미러 커패시터가 상기 게이트 전압을 상기 전류미러 회로를 통해 충전하는 단계; 및
    적응형 D 플립플롭이 상기 전류미러 커패시터가 충전하는 시간 동안, 상기 동작모드로 동작하도록 제어하는 동작신호를 출력하는 단계를 포함하는, 에너지 하베스팅 제어장치의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 전력스위치들을 제어하는 단계는, 상기 스위치 제어부가 동작모드 테이블을 사전에 저장하는 단계;
    상기 스위치 제어부가 상기 입출력 전압의 각 레벨에 따라, 상기 동작모드 테이블로부터 어느 하나의 모드정보를 선택하는 단계; 및
    상기 어느 하나의 모드정보를 상기 기설정된 동작모드로 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 동작모드 테이블은, 상기 직류-직류 변환부의 다중입력단, 다중출력단 및 배터리 각각에 대한 동작정보를 포함하는 모드정보가 리스트된 테이블이고,
    상기 동작정보는, 상기 오프타임 정보, 상기 온타임 정보 및 상기 인덕터전류가 흐르지 않는 비동작 정보를 포함하는, 에너지 하베스팅 제어장치의 동작 방법.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 상기 직류-직류 변환부에 대한 영전류 탐지 동작을 수행하는 단계는, 계산딜레이 뱅크가 동작모드 별로 각 오프타임 정보를 미리 계산하는 단계;
    데이터 스토리지가 각 동작모드에 대응되는 각 오프타임 정보를 저장하는 단계;
    하나의 D 플립플롭이 상기 동작모드에 따라 상기 인덕터전류를 차단한 시점에 대한 딜레이 상태 여부를 나타내는 업다운 신호를 출력하는 단계;
    업다운 카운터가 상기 업다운 신호에 기초하여, 상기 데이터 스토리지로부터 피드백받는 상기 오프타임 정보를 적응형 오프타임 정보로 변환하는 단계;
    서미스터 디코더가 상기 적응형 오프타임 정보를 디코딩하는 단계; 및
    적응형딜레이 뱅크가 상기 오프타임 정보와 상기 적응형 오프타임 정보에 기초하여, 상기 디지털 영전류 딜레이를 판단하는 단계를 포함하는, 에너지 하베스팅 제어장치의 동작 방법.




KR1020190131520A 2019-10-22 2019-10-22 다중입력-단일인덕터-다중출력 직류-직류 변환기를 위한 전력전달 알고리즘이 적용된 에너지 하베스팅 제어장치 KR102311138B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113824310B (zh) * 2021-08-29 2024-02-06 西北工业大学太仓长三角研究院 用于机械能量的采集-管理单级融合电路及其控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110043181A1 (en) 2009-07-20 2011-02-24 The Hong Kong University Of Science And Technology Single-inductor-multiple-output regulator with auto-hopping control and the method of use
US20120274134A1 (en) * 2011-04-29 2012-11-01 Stmicroelectronics S.R.L. Dc-dc converter, method for operating the dc-dc converter, environmental energy harvesting system comprising the dc-dc converter, and apparatus comprising the energy harvesting system
US20140246908A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-04 Nanyang Technological University Method of operating controller for a power converter, and a corresponding controller
US20170187187A1 (en) 2015-12-23 2017-06-29 Intel Corporation Multiple input single inductor multiple output regulator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101284976B1 (ko) * 2011-12-13 2013-07-15 고려대학교 산학협력단 단일 인덕터 다중 출력 직류―직류 변환기 및 그 제어 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110043181A1 (en) 2009-07-20 2011-02-24 The Hong Kong University Of Science And Technology Single-inductor-multiple-output regulator with auto-hopping control and the method of use
US20120274134A1 (en) * 2011-04-29 2012-11-01 Stmicroelectronics S.R.L. Dc-dc converter, method for operating the dc-dc converter, environmental energy harvesting system comprising the dc-dc converter, and apparatus comprising the energy harvesting system
US20140246908A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-04 Nanyang Technological University Method of operating controller for a power converter, and a corresponding controller
US20170187187A1 (en) 2015-12-23 2017-06-29 Intel Corporation Multiple input single inductor multiple output regulator

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