KR20010031663A

KR20010031663A - 전자 시스템용 전원 공급방법 및 이 방법을 실현하는 장치

Info

Publication number: KR20010031663A
Application number: KR1020007004718A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 세르게비치 누누파로브; 마슬레니코브니콜라이미하일로비치
Original assignee: 마르틴 세르게비치 누누파로브
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2001-04-16
Also published as: US6407483B1; EP1050955A1; DE69840343D1; RU2150170C1; ES2317678T3; EP1050955A4; WO1999023749A1; EP1050955B1; ATE417398T1; PT1050955E

Abstract

본 발명은 전하 발생기를 이용하여 비전기적 특성의 에너지원을 전기 에너지로 변환함에 의해 자동으로 전원을 공급하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치에 있어서, 전하 발생기가 압전요소, 마찰전기요소, 그리고 방사성 소스의 대전 입자들을 사용할 수 있기 때문에 갤버니 배터리와 같은 종래의 전원장치와는 다르게 주기적인 유지나 재충전을 필요로 하지 않는다. 전하 발생기(1)는 동작시 고전위(Uin)를 갖는 전하들(q)의 일부를 발생시키는데, 이 전하들의 일부는 전하 에너지 컨버터(2)의 입력단으로 인가된다. 컨버터(2)의 기능은 Uin 보다 작은 Uout의 값으로 상기 전하들의 전위를 감소시킴과 동시에 전하들(q)의 최초 값을 Q의 값까지 증가시키는 것이다. 변환의 결과로서 얻어진, 전자 시스템의 전원으로서 사용될 전하들(Q)을 저장하기 위해 전하 저장장치(3)가 본 장치의 출력단에 위치된다.

Description

전자 시스템용 전원 공급방법 및 이 방법을 실현하는 장치 { METHOD OF POWER SUPPLY FOR ELECTRONIC SYSTEMS AND DEVICE THEREFOR }

현재, 마이크로 전자기술은 적은 양의 계산을 실행하고 아주 적은 양의 전기 에너지가 전원으로서 요구되는 임의의 마이크로 전자회로들(즉, CMOS)의 전원 공급장치에 적용되는 시점에 와 있다. 따라서, 케이스 안에 소형의 갤버니 전원(galvanic power source)들과 함께 집적되는 마이크로 전자회로들에 대한 독립적인 전원 공급장치를 제공하기 위한 노력이 최근에 이루어지고 있다.

이와 같은 전원장치의 단점은 갤버니 전원이 제한된 유효 수명을 갖는다는 것이다.

이와 관련하여, 갤버니 전원의 짧은 수명을 해결하고, 짧은 기간 동안 전자 시스템에 전원을 제공하기에 충분한, 적은 양의 전하를 형성하기 위하여 비전기적 특성의 에너지원을 전기 에너지로 변환하는 소형의 장치들을 이용하기 위한 시도들이 이루어지고 있다.

예를 들어, 스테핑 모터에 근거한 유도 발전기를 사용하여 전자 시스템에 전원을 제공하는 방법 및 장치(미국 특허 제5,061,923호, cl. H 04 Q 9/00, 1991)가 알려져 있다. 이 장치에서는, 전자 시스템용 전원을 제공하기 위하여 상기한 모터 안의 로터의 기계적인 회전을 이용하는데, 이 로터의 회전은 스테이터 권선의 출력단에서 전자 시스템에 전원을 제공하기에 충분한 전기전압을 유도시키게 된다. 많은 장치들에 있어서, 상기와 같은 기계적인 운동은 장치들의 장애물로 작용하게 된다. 또한, 다른 단점들로서 상기 모터가 상대적으로 큰 부피를 가지며 고가라는 점인데, 이로 인해 상기 유형의 전원 공급장치들의 이용이 제한된다.

또한, 발광 다이오드를 동작시키기 위하여 전류 펄스를 발생시키는 방법 및 장치(미국 특허 제4,595,864호, cl. H 05 B 37/02, 1986)가 알려져 있다. 이 장치에서는, 압전요소에 작용하는 기계적인 충격이 전류 펄스를 발생시키고, 이 펄스는 펄스 트랜스에 의해 발광 다이오드를 동작시키는데 필요한 전류 펄스로 변환된다. 이 장치에 있어서, 회로의 단일요소인 펄스 트랜스는 고출력 임피던스를 갖는 압전요소로부터 저입력 임피던스를 갖는 발광 다이오드까지 효율적인 전류 펄스 통로를 제공하는데 필요한 정합요소로 동작한다. 그러나, 이 기술은 압전요소에 의해 발생된 전기 에너지를 저장하기 위한 것이 아니라, 전자 시스템용의 안정된 전원 공급장치를 얻기 위한 것이다.

본 발명과 가장 근사한 방법은 전자 시스템에 전원을 공급하는 방법으로서, 이 방법은 전자 시스템에 전원을 공급하기 위하여 비전기적 에너지를 전기 에너지로 변환하고 전기 전하들을 저장하게 된다(유럽 특허출원 제0,725,452, cl. H 01 L 41/113, 1996). 이 방법을 실현하는 전자 시스템용 전원 공급장치는 기계적 에너지의 전기 에너지로의 압전변환을 사용하는 전하 발생기와, 그 출력단이 상기 장치의 출력단이 되는 전하 저장장치로 구성된다.

그러나 상기한 방법 및 장치는 전자 시스템에 전원을 공급하는데 있어서 효율성이 낮다. 그 이유는 압전요소들이 갤버니 전원이나 유도 발전기들에 반하여 기전력원(전위)이 아니라, 전하 발생기라는 점이다. 더욱이, 압전요소에 의해 발생된 전하의 일부 값이 한 번의 외부의 기계적인 작용에 의해 설정되며, 이와 같은 전하 발생기의 출력단에 나타나는 전위가 상기 전하값에 정비례하고, 발전기의 출력 캐패시턴스값에 반비례한다. 특히, 압전요소들은 수 천 볼트의 높은 전위로서 작은 값들을 갖는 전하들이 얻어지게 한다. 이와 같이 높은 전압원을 마이크로 전자회로와 같은 저전압 전자시스템의 전원으로 직접 사용할 수는 없다. 저전압 전자 시스템의 전원 공급에 필요한 전하들을 저장할 목적으로 버퍼 부하 전기 캐패시턴스의 압전요소에 연결되는 중간 접속기는 효과적이지 못하며, 압전요소에 의해 반복적으로 발생되는 전하부분은 매우 작게 되는데, 이에 따라 큰 전하를 저장하기 위해서는 압전요소에 가해지는 다중의 연장된 기계적인 작용, 즉, 많은 기계적인 감압 또는 충격이 요구된다(그리고, 유럽 특허출원 제0,725,452호, cl, H 01 L 41/113, 1996에서 이와 같은 스텝들이 구현된다).

본 발명은 전자 시스템용의 독립적인 전원 공급수단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 전자회로에 전하들을 제공하기 위한 전원 공급방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 전기적 전하들의 변환과 저장으로 이루어진, 본 발명의 전자 시스템용 전원 공급방법이 실현되는 전자 시스템 전원 공급장치의 블록도 이다.

도 2a는 전하 에너지 컨버터가 스텝-다운 트랜스에 근거하여 구현된, 전자 시스템 전원 공급장치의 구성 회로도이다.

도 2b는 임계요소가 보완된 상태에서 전하 에너지 컨버터가 스텝-다운 트랜스에 근거하여 구현된, 전자 시스템 전원 공급장치의 구성 회로도이다.

도 3은 전하 에너지 컨버터가 반도체 구조에 근거하여 구현된, 전자 시스템 전원 공급장치의 한 버전의 구성 회로도이다.

도 4는 전하 에너지 컨버터가 다수의 캐패시터에 근거하여 구현된, 전자 시스템 전원 공급장치의 구성 회로도이다.

본 발명의 목적은 비전기적 특성의 에너지원을 전기 에너지로 변환하는 장치에 근거하여 구현된 전원 공급장치의 효율을 개선시킬 수 있는 전자 시스템용 전원 공급방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 전자 시스템용 전원 공급방법은 비전기적 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 전자 시스템용의 전원으로서 요구되는 양의 전하들을 저장하는 것으로 이루어진다. 본 발명에 의하면, 비전기적 에너지의 전기 에너지로의 변환은 고전위를 갖는 전하들을 발생시키고, 발생된 전하 에너지를 변환함에 의해 이루어지게 되는데, 이와 같은 변환은 전하량의 증가와 전위의 감소를 수반하며, 그후에 상기 전원의 출력단에서 상기 전하들을 저장함으로서 전자 시스템용 전원이 제공된다.

비전기적 에너지, 특히, 기계적 에너지를 고전위를 갖는 전하 에너지로 변화시키는 것은 압전 또는 마찰전기 변환을 사용하여 이루어질 수 있다.

또한, 고전위 입자들로서 물질의 방사성 붕괴의 결과로서 나오는 고에너지 대전 입자들을 사용하는 것이 관심이 되고 있다.

상기의 전자 시스템용 전원 공급방법을 실현하는 장치는 비전기적 특성의 에너지를 고전위를 갖는 전하들의 전기 에너지로 변환하는 전하 발생기와, 전하 저장장치로 구성된다. 본 발명의 장치는 또한, 이들 전하 에너지를 변환하며, 그 입력단이 전하 발생기의 출력단에 연결되고, 그 출력단이 전하 저장장치의 입력단에 연결된 컨버터로 구성된다. 상기 전하 저장장치의 출력단은 상기 장치의 출력단이 된다. 전하 에너지 컨버터는 상기 전하 발생기로부터 그 입력단으로 인가되는 최초의 전하들의 양을 증가시킬 수 있으며, 이들 전하들의 전위를 감소시킬 수 있다.

상기한 기술적 결과에 도달하는 기본적인 가능성은 본 발명에 의한 전기 에너지 변환을 위한 에너지 보존의 법칙에 근거하여 설명될 수 있다. 이 변환은 이상적으로는 q^*= Uin = Q^*Uout의 형태를 갖는데, 여기서, q와 Uin은 각각 전하, 그리고 전하 에너지 컨버터의 입력단에서의 상기 전하의 전위이며, Q와 Uout은 각각 전하, 그리고 상기 컨버터의 출력단에서의 상기 전하의 전위이다. 이와 같은 조건에 근거하여, 상기 전하 에너지 컨버터의 출력단에서의 전하들의 수를 증가시킬(곱할) 목적으로, 즉, Q 〉 q의 조건을 만족시키기 위하여 상기 컨버터의 입력단 Uin에서의 전위가 그 출력단 Uout에서의 전위보다 커야할 필요가 있다. 이와 같은 Uin 〉 Uout의 조건은 압전요소나 마찰전기 요소들과 같이 전하 발생기에 의해 발생된 전하들의 전위에 대하여 기술적으로 용이하게 실현될 수 있는데, 이것은 자체 캐패시턴스나 부하 개태시턴스에 반비례하고, 수 천 볼트에 이를 수 있다. 특정의 마이크로 전자회로들에서 전자 시스템들에 전원을 공급하는데 필요한 전위는 단지 수 볼트이다. 전하량 곱셈처리의 효율은 컨버터의 입력단으로부터 그 출력단으로의 초기 전하의 전기 에너지의 전달처리에 대한 상기 컨버터의 효율에 의해 설정된다.

상기 장치의 전하 저장장치는 캐패시터로 구현될 수 있다.

전자 시스템 전원 공급장치의 일 실시예에 있어서, 전하 에너지 컨버터는 스텝-다운 트랜스로 구현되는데, 이 트랜스의 1차측 권선은 전하 발생기의 출력단에 연결되고, 그 2차측 권선은 정류기를 통해 전하 저장장치에 연결된다. 이 컨버터는 전하 발생기가 짧은 고에너지 전류 펄스를 발생시킬 때 효과적이다.

전자 시스템 전원 공급장치의 다른 실시예에 있어서, 전하 에너지 컨버터는 반도체 컨버터로 구현되는데, 이 컨버터의 입력영역은 전하 발생기의 출력단에 연결된다. 이 반도체 컨버터의 입력영역은 전하 발생기로부터의 전하들을 저장하고, 반도체 구조 내의 임계전압이 초과될 때 애벌랜치 항복처리를 형성하도록 된 반도체 구조에 의해 정의된다. 이 반도체 컨버터의 출력영역은 분리영역에 의해 정의되는데, 애벌랜치 항복의 결과로서 형성되는 2차측 전하들을 저장하며, 정류기를 통해 전하 저장장치에 연결된다. 이 반도체 컨버터 입력영역은 여러 가지 구조들, 예를 들어, 트랜지스터나 사이리스터 구조는 물론 역 시프트된 p-n 전이나 다른 유형의 다이오드 구조들에 의해 정의될 수 있으며, 이것은 전하 곱셈의 더욱 첨예한 애벌랜치 처리를 제공한다.

전하 컨버터는 또한, 다수의 캐패시터들과, 전하 발생기로부터의 전하를 저장하는 데 필요한 직렬연결 상태에서 컨버터의 출력단에서의 전하들의 전위를 감소시키고 이 방법으로 더욱 완전한 정도로 각각의 캐패시터 안에 저장된 전체 전하를 사용할 수 있는 후단의 병렬연결 상태로 상기 캐패시터들을 스위칭하는 스위치 장치로 구현될 수 있다. 이 경우, 전하 발생기에 의해 발생된 전하들의 에너지가 가장 효율적으로 사용된다.

전하 발생기는 압전요소나 마찰전기요소에 의해 구현될 수 있다. 또한, 캐패시티에 있어서, 고전위를 갖는 전하들, 예를 들어, 방사성 소스의 대전 입자들을 발생시키는 실제적으로 비소모적인 발생기가 사용되는데, 이 소스는 캐패시터에 의해 구현될 수 있다. 상기 캐패시터의 판 중에서 하나는 방사성 물질에서 방사되는 대전된 β입자들로 구성되고, 다른 판은 이 입자들의 수집판이 된다.

나중에 설명된 두 가지 유형의 전하 발생기는 상대적으로 낮은 비율로 전하들을 발생시키며, 이로 인해 상기한 직렬 연결된 전하 에너지 컨버터들이 전하 발생기의 출력단과 가스 방전관 등에 구현된 전하 에너지 컨버터의 입력단 사이에 위치한 단펄스(short pulse) 드라이버와 함께, 또는 사이리스터와 같은 반도체 임계요소의 형태로 구현될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 전자 시스템 전원 공급장치는 그 출력단이 전하 에너지 컨버터(2)의 입력단에 연결된 전하 발생기(1)와, 그 출력단이 전하 저장장치(3)의 입력단에 연결된 전하 에너지 컨버터(2)와, 그 출력단이 본 장치의 출력단이 되는 전하 저장장치(3)로 구성된다.

전하 저장장치는 좀더 복잡한 시스템의 형태는 물론 캐패시터로 구현될 수 있으며, 갤버니 또는 초이온 요소들을 구비한 축적 저장장치들로 구성된다.

도 2a에 의하면, 전자 시스템 전원 공급장치는 전하 에너지 컨버터를 포함하는데, 이 전하 에너지 컨버터는 그 1차측 권선(5)이 상기 컨버터의 입력단이 되고, 그 2차측 권선(6)이 정류기(7)에 연결되어 상기 컨버터의 출력단을 형성하며, 그 출력단이 상기 장치의 출력요소인 저장 캐패시터(8)에 연결된 트랜스(4)로 구성된다.

도 2b는 도 2a에 도시된 배열에 따라 구현되고 임계요소(9)가 보완된 전자 시스템 전원 공급장치를 나타낸다.

도 3의 전자 시스템 전원 공급장치에 있어서, 전하 에너지 컨버터는 p-형 에피택셜층을 갖는 n-형 기판(10)을 구비한 반도체 구조로 구현된다. 이 에피택셜층(11)에는 p-n 전이로 구현된 정류접점(12)과 저항접점(13)이 형성된다. 이들 접점들(12,13)은 상기 컨버터의 입력단을 형성한다. 상기 장치의 출력저장 캐패시터(8)는 한 단자에 의해 기판(10)에 연결되고 다른 단자에 의해 정류기(14)를 통해 정류접점(12)에 연결된다.

도 4는 n 개의 동일한 캐패시터들(15)로 구성된 전하 에너지 컨버터가, 스위칭수단(16)을 사용하여, 모든 스위치들이 위치 Ⅰ로 설정될 때 상기 캐패시터들이 직렬연결 상태인 어셈블리로 전환되고, 모든 스위치들이 위치 Ⅱ로 설정될 때 상기 캐패시터들이 병렬연결 상태인 어셈블리로 전환되도록 된, 전자 시스템 전원 공급장치를 나타낸다. 상기 컨버터의 출력단에는 정류기(14)를 통해 출력 저장 캐패시터(8)가 연결된다.

도 1을 참조하면, 비전기적 에너지의 전기 에너지로의 변환은 발생기(1)에 의해 이루어지는데, 이 발생기는 고전위(Uin)를 갖는 전하들(q)을 발생시킬 수 있도록 구현된다. 발생기(1)에 의해 발생된 전하들(q)은 전하 에너지 컨버터(2)의 입력단에 공급되며, 컨버터는 초기 전하량을 증가시키고 컨버터(2)의 출력단에서의 상기 전하들의 전위를 감소시키게 된다. 상기 컨버터의 출력단으로부터의 전하들(Q)은 저장장치(3)의 입력단으로 전달되는데, 이 저장장치(3)는 전자 시스템용 전원 공급장치의 출력버퍼의 기능을 하며, 전하들을 저장 및 유지하게 된다. 이 저장장치(3)의 입력단은 전자 시스템 전원 공급장치의 출력단이 된다.

도 2a 및 2b에 따른 전자 시스템 전원 공급장치의 전기 에너지 컨버터들은 펄스 모드에서 동작한다. 만약, 전하 발생기(1)의 동작에 의해 고에너지 전류펄스가 생성될 경우, 이 전류펄스가 트랜스(4)의 1차측 권선(5)에 인가될 때, 트랜스(4)의 2차측 권선(6)의 펄스 에너지의 전자변환에 의해 기전력 펄스가 발생된다. 상기 2차측 권선(6)의 권선 수가 1차측 권선(5)의 권선 수보다 작지만, 2차측 권선(6)의 기전력 진폭은 입력 전압보다 작아질 것이며, 2차측 권선(6)의 전류 진폭은 1차측 권선(5)의 전류 진폭보다 커질 것이다. 따라서, 2차측 펄스의 전체 전하(Q)는 전하 발생기로부터 발생된 1차측 펄스의 전하(q) 보다 커질 것이다. 2차측 전류 펄스가 전파 정류기(7)에의 정류된 후, 그 전하(Q)는 저장 캐패시터(8)에 저장된다.

만약, 전하 발생기(1)의 동작에 의해 짧은 고에너지 전류 펄스가 발생될 수 없을 경우, 전하 발생기(1)의 한 단자와 펄스 트랜스(4)의 2차측 권선(5)의 한 단자에 직렬 연결된 임계요소(9)를 사용하는 것이 필요하게 된다(도 2b). 도 2b에 따른 배열에 있어서, 트랜스의 1차측 권선의 전류 펄스는 그 곳에서의 전압이 기설정된 값을 초과할 때 임계요소(9)의 스위칭(항복)의 결과로서 생성된다.

이 배열에서의 임계요소는 가스 방전 갭을 갖는 관이나 사이리스터와 같은 반도체 구조로 구현될 수 있다.

도 2b에 따른 버전은 상기 전하 발생기(1)가 마찰전기요소나 방사성 소스의 대전 입자들로 구현될 때 더욱 효과적이다. 이와 같은 발생기에 있어서, 그 출력단에서의 전하와 해당 전위는 상대적으로 낮은 비율로 저장된다.

도 3에 따른 반도체 구조에 근거하여 구현되는, 전자 시스템 전원 공급장치의 전하 에너지 컨버터에 있어서, 반도체 내의 애벌랜치 항복효과가 사용된다. 반도체 내에서의 충돌 및 애벌랜치 항복에 의한 자동 전자 이온화에 관련된 효과들의 사용으로 많은 기회들을 제공하는데, 이것은 상기의 효과들이 기초가 된다[S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, N.Y., 1981]. 상기와 같은 효과에 따라, 주변의 분자들과의 충돌에 의해 고에너지의 전자들이 부가적인 전하 캐리어들을 쫓아내게 되는데, 이와 같은 조건의 환경에서는 그들의 애벌랜치같은 곱셈의 연쇄작용이 발생하게 된다. 애벌랜치같은 불안정성에 근거하여, 사이리스터와 애벌랜치 다이오드들과 같은 공지된 반도체 장치들이 동작하게 된다.

도 3에 따른 반도체 구조에 근거하여 구현되는, 전자 시스템 전원 공급장치에 있어서, 정류접점(12)은 역 시프트된 p-n 전이로 구성되는데, 이 접점의 캐패시턴스에 전하 발생기(1)에 의해 발생된 전하(q)가 저장된다. p-n 전이에서의 전압이 임계 전압값을 초과할 때, 전기적 항복현상이 발생하는데, 이 항복은 전자-정공 쌍의 애벌랜치의 생성을 수반한다. 불안정한 전하 캐리어들의 일부는 저항 접점(13)으로 흐른다. 그러나, 에피택셜층(11)의 저항이 충분히 클 경우, 접점(13)을 통한 누설 전류가 접점(12) 부근의 기판(10)의 고 도핑 n-영역으로부터의 전자 주입 전류보다 작아지게 만들 수 있는데, 이 전류는 정류접점(12)의 p-n 전이의 항복 후에 구조 내에서의 전위들의 공간적 재분포에 기인하여 발생한다. 이 기판 주입 전류는 접점(12)으로부터 기판(10)을 향해 드리프트 되는 불안정한 정공 전류를 보상하며, 이 전류는 정류기(14)를 통해 저장 캐패시터(8)에 전하(Q)까지 충전된다. 애벌랜치 항복에 의해 초래되는 불안정한 전하들의 양이 전하 발생기(1)에 의해 1차적으로 발생되는 전하(q)를 여러 번 초과하는 이유로 인해, 반도체 컨버터는 전하(q)의 곱셈기로 동작한다. 이전에 언급한 바와 같이, 접점(12)의 p-n 전이 영역은 예를 들어 애벌랜치 반도체 다이오드, 트랜지스터, 또는 사이리스터의 형태를 갖는 다른 반도체 구조로 구현될 수 있다. 이 구조에 의해 달성되는 주요 필요사항은 전하 발생기로부터의 고전위를 갖는 전하가 저장될 수 있도록 상기 구조의 입력 캐패시턴스가 상대적으로 작아야 한다는 것으로서, 임의의 임계 전압을 초과한 후에는 이 구조의 항복에 의한 전류 펄스가 발생될 수 있으며, 전하 캐리어 애벌랜치 곱셈처리가 이루어지게 된다.

도 4에 도시된 전자 시스템 전원 공급장치에 있어서, 전하 에너지 컨버터는 캐패시턴스(C)를 갖는 다수의 기본 저전압 캐패시터들의 스위칭에 근거하는데, 이 컨버터는 전하 발생기(1)에 의해 발생된 초기 전하(q)의 값을 변환하는 간단한 방법을 실현한다.

캐패시터들(15)이 직렬로 연결(모든 스위치(16)가 위치 Ⅰ로 설정)될 때, 컨버터의 전체 입력 캐패시턴스는 작으며, Cin=C/n으로 설정되는데, 여기서 C는 각 캐패시터(15)의 캐패시턴스이고, n은 컨버터 내의 캐패시터(15)의 수효이다. 전하 발생기(1)가 전하(q)의 작은 부분을 발생시킬 때, 컨버터의 입력단에서의 전압은 더욱 커질 것이며, Uin=nq/C로 설정된다. 더욱이, 직렬 연결에 따라서, 각각의 캐패시터(15)는 동일한 전하(q)로 충전된다. 그 후에 모든 스위치(16)가 위치 Ⅱ로 설정될 때, 모든 캐패시터(15)가 병렬로 연결된다. 이와 같은 병렬 연결된 캐패시터들(15)은 Cout=nC의 캐패시턴스를 가지며, 이 캐패시턴스의 전하는 모든 캐패시터들(15)의 전하들의 합, 즉, Q=nq의 값과 같게 된다. 컨버터의 출력단에서 생성된 전압값은 Uout=Q/Cout=q/C=Uin/n으로 설정된다. 따라서, 이 구조는 전하 발생기(1)에 의해 발생된 전하(q)의 n 배의 곱셈기로 동작하며, 컨버터의 출력단에서의 그 전위는 동시에 n 배 감소된다. 전하 발생기(1)에 의해 전하 발생의 연속적 동작으로부터 얻어지는 전하들의 저장은 정류기(14)를 통해 상기 컨버터의 출력단에 연결된 저장 캐패시터(8)에서 이루어진다.

도 4의 스위치들은 기계적인 제어나 전자 스위칭수단을 이용하여 구현될 수 있다.

본 발명은 기계적인 에너지의 압전 및 마찰전기 컨버터들과 같은 소스들이나 대전입자들의 방사성 소스들, 그리고 다른 전하 발생기의 소스들로부터의 전기 에너지를 효율적으로 사용 및 저장할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 전원 공급장치는, 예를 들어, 전자 자물쇠, 전자카드 리더, 계산기, 휴대용 무선 제어신호 송신기, 센서 등과 같은 자동 전자 시스템에 가장 효과적으로 응용된다.

본 발명을 사용함에 있어서, 방사성 전하 발생기가, 예를 들어, 인공 맥박 조정기, 항해 무선 표지, 신호 및 경고 시스템과 같은, 빈번한 유지가 허용되지 않는 전자 시스템의 장기 전원 공급장치로 사용될 수 있다.

본 발명은 바람, 파도, 조류 에너지와 같은 불안정한 소스의 기계적 에너지를 효과적으로 변환함에 의해 태양 에너지를 저장하는 시스템의 생성을 가능하게 한다.

이상에서 설명된 전자 시스템용 전원 공급방법 및 장치의 실시예들은 오직 본 발명의 설명을 위한 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 그 범위는 첨부된 청구범위에 의해 특징지어진다.

Claims

비전기적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 단계와, 전자 시스템용의 전원으로서의 전기 전하들을 저장하는 단계로 이루어진 전자 시스템용 전원 공급방법에 있어서, 상기 비전기적 에너지의 전기 에너지로의 변환은 고전위를 갖는 전하들을 발생시키고, 이 전하들을 저장하기 이전에 최초 전하량의 증가와 이 전하들의 전위의 감소와 함께 상기 전하들의 에너지의 변환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급방법.
제1항에 있어서, 상기 비전기적 에너지의 전기 에너지로의 변환이 압전 변환에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급방법.
제1항에 있어서, 상기 비전기적 에너지의 전기 에너지로의 변환이 마찰전기변환에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급방법.
제1항에 있어서, 물질의 방사성 붕괴의 결과로서 발생되는 고에너지 대전 입자들이 고에너지 대전 입자들로서 사용되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급방법.
비전기적 특성의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전하 발생기와, 그 출력단이 전원 공급장치의 출력단으로 되는 전하 저장장치로 구성된 전자 시스템용 전원 공급장치에 있어서, 그 입력단이 상기 전하 발생기의 출력단에 연결되고, 그 출력단이 상기 전하 저장장치의 입력단에 연결된 전하 에너지 컨버터로 구성되어, 이 전하 에너지 컨버터가 그 입력단으로 공급되는 전하들의 수를 증가시킬 수 있으며, 그 출력단에서 이들 전하들의 전위를 감소시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.
제5항에 있어서, 상기 전하 발생기가 압전요소에 근거하여 구현되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.
제5항에 있어서, 상기 전하 발생기가 마찰전기요소에 근거하여 구현되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.
제5항에 있어서, 상기 전하 발생기가 방사성 소스의 대전 입자들에 근거하여 구현되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.
제5항 내지 8항에 있어서, 상기 전하 저장장치가 캐패시터의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.
제5항 또는 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전하 에너지 컨버터가 스텝-다운 트랜스의 형태로 구현되며, 이 트랜스의 1차측 권선이 상기 전하 발생기의 출력단에 연결되고, 그 2차측 권선이 정류기를 통해 상기 전하 저장장치에 연결된 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.
제5항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전하 발생기의 출력단과 상기 전기 전하 에너지 컨버터의 입력단 사이에 연결된 단펄스 드라이버가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.
제5항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전하 에너지 컨버터가 반도체 컨버터의 형태로 구현되며, 이 컨버터의 입력영역이 상기 전하 발생기의 출력단에 연결되어, 상기 전하 발생기로부터의 전하들을 저장하고, 반도체 구조에서의 임계전압이 초과될 때 애벌랜치 항복처리를 형성하도록 된 상기 반도체 구조에 의해 형성되며, 상기 반도체 컨버터의 출력영역이 애벌랜치 항복의 결과로서 형성되는 2차측 전하들의 분리 및 저장 영역에 의해 정의되고, 정류기를 통해 상기 전하 저장장치에 연결된 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.
제5항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전하 에너지 컨버터가, 다수의 캐패시터들과, 상기 전하 발생기로부터의 전하들을 저장하는 데 필요한 직렬연결 상태에서 컨버터의 출력단에서의 전하들의 전위를 감소시킴과 동시에 상기 각 캐패시터들에 저장된 전하들을 추가시킬 수 있는 후단의 병렬연결 상태로 상기 캐패시터들을 스위칭하는 스위치 장치로 구현되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템용 전원 공급장치.