KR20110028713A - 에너지 및 전력관리 집적회로 장치 - Google Patents

에너지 및 전력관리 집적회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 에너지 및 전력관리 집적회로장치는 각각의 에너지 변환 소스로부터 에너지를 수확하여 전기 에너지로 변환하는 복수의 에너지 변환 소자; 에너지 변환 소자로부터 변환되는 전기 에너지를 안정화된 에너지로 변환하는 에너지관리 집적회로; 에너지관리 집적회로에 의해 변환된 에너지 또는 전력을 저장하는 저장소자; 저장소자에 저장된 전력을 입력 받아 분배하는 전력관리 집적회로; 및 전력관리 집적회로에 의해 분배된 전력을 소비하는 복수의 출력 부하소자를 포함한다. 따라서, 친환경적으로 에너지를 수확하여 배터리 교체 없이 에너지를 반영구적으로 사용할 수 있다.
에너지 전력 관리 집적 기술, 에너지관리 기술, 전력관리 기술, 에너지 수확및 변환, 자가충전전원 모듈

Description

에너지 및 전력관리 집적회로 장치{The Energy and Power Management Integrated Circuit Device}
본 발명은 전력관리 집적회로에 관한 것으로, 특히 다중 자가충전 전원 모듈용 프로세서 내장형 에너지 및 전력관리 집적회로에 관한 것이다.
전력관리 집적회로(Power Management Integrated Circuit) 기술은 배터리, 전기 등 전력소스의 전력을 RF 모듈, 프로세서, 주변장치, 센서 등으로 구성되는 출력부하의 부하상황에 따라 전력소스의 전력이 잘 분배되도록 제어 및 관리하여 배터리의 수명을 연장 시키는 기술이다. 최근 시스템이 복잡해지고 고성능의 다양한 서비스가 요구되면서 배터리 등의 한정된 용량의 전원 소스를 사용하는 모바일 기기에서 전력관리 집적회로 기술은 점차 중요해지고 있다.
일반적으로 전력관리 집적회로는 스위칭 소자와 전력 변환 및 제어 회로로 구성되어 있고 응용분야에 따라서 원칩 또는 투칩으로 구성될 수 있다. 최근에는 전력관리 집적회로 공정의 발달로 점차적으로 원칩화되고 있다.
전력변환 및 제어 회로는 여러 방법으로 구현될 수 있으며 대표적으로는 부스트(Boost) 또는 벅(Buck) 등의 전력변환 및 제어 회로에 의해 구현될 수 있다. 배터리 전원용 전력관리 집적회로 기술은 기존의 전력관리 집적회로 기술에 배터리 관리 집적회로(Battery Management Integrated Circuit) 기술을 접목한 고기능 고성능의 전력관리 집적회로 기술로 발전하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 전원용 전력 관리 집적회로 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 배터리 전원용 전력관리 집적회로 장치(100)는 배터리(110), 전력관리 집적회로(PMIC)(120), 저장소자(Storage Devices)(130), 및 출력부하소자(Output Load Devices)(140)를 포함한다.
배터리(110)는 전력관리 집적회로(120)에 전력을 전달한다.
전력관리 집적회로(120)는 배터리(110)로부터 전달받은 전력을 제어 및 관리한다. 즉, 배터리(110)로부터 전달받은 전력을 저장소자(130)에 저장하고, 필요한 경우 저장소자(130)에 저장된 전력을 입력받아 출력부하소자(140)에 전달한다. 또한, 배터리(110)로부터 전달받은 전력을 저장소자(130)에 저장하지 않고 출력부하소자(140)에 전달하기도 한다.
출력부하소자(140)는 전력관리 집적회로(120)로부터 전달받은 전력을 직접 소모한다.
도 2는 도 1의 배터리 전원용 전력관리 집적회로 장치의 세부 구조를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 전원용 전력관리 집적회로 장치(200)는 배터리(210), 배터리 보호 회로(220), 배터리 연료 게이지(230), 차지/디스차지 제어 및 전력 제어 로직(240), 복수의 SMPS(Switch Mode Power Supply) 변환기들(251-253), 복수의 부하들(261-263)을 포함한다.
전력관리 집적회로는 배터리 보호 회로(220), 배터리 연료 게이지(230), 차지/디스차지 제어 및 전력 제어 로직(240), 복수의 SMPS 변환기들(251-253)을 포함하여 출력부하(261-263)의 부하상황에 따라 전력소스의 전력이 잘 분배되도록 제어 및 관리하여 배터리의 수명을 연장시킨다.
배터리 보호 회로(220)는 내부회로를 보호하고, 배터리 연료 게이지(230)는배터리(210)의 남은 수명을 측정하여 차지/디스차지 제어 및 전력 제어 로직(240)에 이에 관한 제어 신호를 전달한다. 차지/디스차지 제어 및 전력 제어 로직(240)은 외부 직류 전원으로부터 전력을 입력받으며, 회로의 전체적인 제어 신호들을 발생 및 관리한다. SMPS 변환기(251-253)는 차지/디스차지 제어 및 전력 제어 로직(240)의 제어 신호에 따라 출력 부하(261-263)의 상황에 맞게 DC전압을 변환시켜 출력 부하(261-263)들에 전달한다.
그러나, 위에서 설명한 바와 같은 배터리 전원용 전력관리 집적회로 기술을 무선 센서 노드(Wireless Sensor Node, WSN) 시스템에 적용하는 경우 배터리 충전과 교체가 매우 어렵다.
종래의 배터리 전원용 시스템에서 전력관리 집적회로 기술은 한정된 배터리의 수명을 연장시키지만 제한된 배터리 용량과 수명 때문에 시스템의 전력이 소모되고 응용 서비스 분야도 제한된다. 또한 배터리 수명 때문에 배터리의 교체가 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 에너지 변환 소자들(Multi Energy Harvesting Devices)로부터 수확(harvesting)되는 에너지를 저장소자에 고효율 및 고속으로 저장하고, 저장된 에너지 또는 전력을 고효율로 분배 및 관리하여, 배터리 교체 없이 반영구적으로 사용 가능한 에너지 및 전력관리 집적회로 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 에너지 및 전력관리 집적회로장치는,
각각의 에너지 변환 소스로부터 에너지를 수확하여 전기 에너지로 변환하는 복수의 에너지 변환 소자;
상기 에너지 변환 소자로부터 변환되는 상기 전기 에너지를 안정화된 에너지로 변환하는 에너지관리 집적회로;
상기 에너지관리 집적회로에 의해 변환된 에너지 또는 전력을 저장하는 저장소자;
상기 저장소자에 저장된 전력을 입력 받아 분배하는 전력관리 집적회로; 및
상기 전력관리 집적회로에 의해 분배된 전력을 소비하는 복수의 출력 부하소자를 포함한다.
실시예로서, 상기 전력관리 집적회로는
상기 에너지 변환 소자로부터 전기 에너지를 직접 입력 받아 분배할 수 있다.
상기 전력관리 집적회로는
상기 저장소자에 저장된 전력 또는 상기 에너지 변환 소자로부터 직접 입력받은 전기 에너지를 상기 에너지관리 집적회로에 분배할 수 있다.
실시예로서, 상기 에너지관리 집적회로는
상기 복수의 에너지 변환 소자 중 하나를 선택하는 에너지 변환 소스 선택기;
에너지 변환 소스를 선택하기 위해 상기 에너지 변환 소스들을 모니터링하여 상기 에너지 변환 소스 선택기를 제어하는 에너지 변환 소스 모니터링부; 및
선택된 에너지 변환 소자에 의해 변환된 전기 에너지를 상기 저장소자에 저장하기 위한 에너지로 변환하는 에너지 변환기를 포함한다.
상기 에너지 변환기는
상기 저장소자의 입력 전압 레벨에 맞게 입력 전압을 증가 또는 감소시키는 DC-DC 변환 및 AC 에너지 발생시 DC 에너지로 변환하는 AC-DC 변환을 수행하는 에너지 변환 회로를 포함할 수 있다.
실시예로서, 상기 전력관리 집적회로는
상기 에너지관리 집적회로와 상기 전력관리 집적회로의 제어 신호를 발생 및 관리하는 프로세서 및 제어회로;
상기 저장소자에 저장되어 있는 전력을 상기 출력 부하소자의 상태에 따라 분배 및 제어하기 위한 복수의 전력 변환기; 및
상기 저장소자의 차지 상태를 모니터링하고, 상기 저장소자가 과충전 및 과부하 되지 않도록 보호하는 저장소자 SOC 모니터링 및 보호 회로를 포함한다.
상기 프로세서 및 제어회로는
상기 전력관리 집적회로에서 상기 에너지관리 집적회로를 제어하기 위한 제어신호를 발생하고 관리한다.
실시예로서, 상기 에너지관리 집적회로는
상기 에너지관리 집적회로와 상기 전력관리 집적회로의 제어 신호를 발생하고 관리하는 프로세서 및 제어회로를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서 및 제어회로는
상기 에너지관리 집적회로에서 상기 전력관리 집적회로를 제어하기 위한 제어신호를 발생하고 관리한다.
상기 복수의 전력 변환기는
출력부하 구동용 DC-DC 변환 기능, 에너지관리 집적회로 구동용 DC-DC 변환 기능을 갖는 전력 변환 회로를 포함할 수 있다.
상기 복수의 전력 변환기는
벅 컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 또는 차지 펌프로 구현될 수있다.
상기 에너지 변환 소스들은
태양광, 열전, 압전, 모션, 또는 진동일 수 있다.
상기 저장소자는
1차 배터리, 2차 배터리, 슈퍼 캐패시터, 또는 연료전지일 수 있다.
상기 출력 부하소자는
RF모듈, 프로세서, 주변장치, 또는 센서로 구현될 수 있다.
실시예로서, 상기 에너지관리 집적회로와 상기 전력관리 집적회로의 전원은 상기 저장소자에 의해 제공되거나, 또는
상기 전력관리 집적회로의 전원은 상기 저장소자에 의해 제공되고 상기 에너지관리 집적회로의 전원은 상기 전력관리 집적회로에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 및 전력관리 집적회로 장치에 의하면, 친환경적으로 에너지를 수확 및 변환하여 배터리 교체 없이 에너지를 반영구적으로 사용할 수 있다. 따라서, 저전력 RFID/USN 혹은 무선 센서 노드 시스템의 전원으로 활용할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
에너지관리 집적회로(Energy Management Integrated Circuit) 기술은 태양광, 열, 압전(진동) 등의 다중 에너지 변환 소자들을 이용하여 에너지를 변환 및 제어하는 기술이다. 에너지관리 집적회로는 안정적인 배터리 전원보다 휠씬 불안정한 전원을 저장소자에 효율적으로 저장하고 제어하는 역할을 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 및 전력관리 집적회로 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 및 전력관리 집적회로 장치(300)는 다중 에너지 변환 소자(310)들, 에너지 및 전력관리 집적회로(EPMIC)(320), 저장소자(330), 및 출력부하소자(340)들을 포함한다.
장치는 크게 두 개의 모듈로 구성되어 있다. 첫 번째 모듈은 다중 에너지 변환 소자(310)들과 저장소자(330)로 구성된 자가충전 전원 모듈이고, 두 번째 모듈 은 입출력 에너지 및 전력을 관리, 분배 및 제어하는 에너지관리 집적회로(322)와 전력관리 집적회로(324)로 구성된 프로세서 내장형 에너지 및 전력관리 집적회로 모듈이다.
다중 에너지 변환 소자(310)들은 에너지 변환 소스들로부터 에너지를 수확하여 전기 에너지로 변환한다. 다중 에너지 변환 소자(310)들은 자연 주변의 태양광, 열전, 압전, 모션, 진동 등을 에너지 변환 소스들로 이용하는 에너지 변환 소자들로 구성된다.
에너지 및 전력관리 집적회로(320)는 에너지관리 집적회로(EMIC)(322)와 전력관리 집적회로(PMIC)(324)를 포함한다.
에너지관리 집적회로(322)는 다중 에너지 변환 소자(310)들로부터 변환되는 불안정한 입력 에너지를 안정적으로 저장소자(330)에 고효율 및 고속으로 저장하고 이를 제어한다.
다중 에너지 변환 소자(310)들로부터 변환되는 에너지는 리플(ripple)이 매우 심한 불안정한 에너지이다. 에너지관리 집적회로(322)는 이러한 불안정한 에너지를 내부에 포함되는 정전압 또는 정전류기를 통해 안정화된 에너지로 변환할 수 있다.
에너지관리 집적회로(322)는 다양한 종류의 에너지 변환회로 및 제어 회로와 배터리 관리 회로포함할 수 있다.
전력관리 집적회로(324)는 저장소자(330)에 저장된 전력을 출력부하소자(340)의 상황에 맞게 고효율로 분배하고 관리한다. 또한, 저장된 전력을 에너지 관리 집적회로(322)로 효율적으로 분배하고 관리하며, 다중 에너지 변환소자(310)들로부터 변환되는 전기 에너지를 저장소자(330)에 저장하지 않고 바로 제어한다.
즉, 다중 에너지 변환 소자(310)들로부터 변환되는 전기 에너지가 에너지관리 집적회로(322)의 제어 신호에 의하여 저장소자(330)에 저장되고 전력관리 집적회로(324)의 제어신호에 의하여 저장된 전력이 출력부하소자(340)들로 분배되는 패스와, 다중 에너지 변환 소자(310)들로부터 변환되는 전기 에너지가 전력관리 집적회로(324)의 제어신호에 의하여 저장소자(330)에 저장되지 않고 바로 출력부하소자(340)들로 분배되는 패스가 있다. 이러한 두 가지 종류의 다른 패스를 가지므로 응용분야에 따라 적절하게 사용할 수 있다.
전력관리 집적회로(324)는 다양한 종류의 전력변환회로, 제어 회로, 및 보호회로와 내장형 프로세서를 포함할 수 있다.
저장소자(330)는 에너지 변환 소자(310)들로부터 변환된 전기 에너지를 저장하는 소자이다. 상세하게는, 에너지관리 집적회로(320)에 의해 변환된 에너지 또는 전력을 저장한다. 일반적으로는 저장소자(330)에 전력이 저장되지만, 전력에 시간 개념을 도입하면 에너지가 되므로 배터리 충전 또는 방전 시간을 고려하면 저장소자(330)에 에너지가 저장된다고 할 수 있다. 이하에서는 에너지를 예로 들어 설명한다.
에너지관리 집적회로(322)와 전력관리 집적회로(324)의 전원은 저장소자(330)에 의해 제공될 수 있다. 상세하게는, 전력관리 집적회로(324)의 전원은 저장소자(330)에 의해 제공될 수 있고, 에너지관리 집적회로(322)의 전원은 전력관리 집적회로(324)에 의해 제공될 수 있다.
저장소자(330)는 1차 배터리, 2차 배터리 또는 슈퍼 캐패시터 등으로 구현될 수 있다.
출력부하소자(340)들은 저장된 전력 또는 수확되어 변환된 전기 에너지를 직접 소비하는 소자이다. 상세하게는, 저장소자(330)에 저장된 전력 또는 저장소자(330)에 저장되지 않고 에너지 변환소자(310)들로부터 직접 전달되는 전기 에너지가 전력관리 집적회로(324)에 의해 분배되면 그 에너지 또는 전력을 소비한다.
출력부하소자들(340)은 RF모듈, 프로세서, 주변장치, 센서 등으로 구성될 수 있다.
도 4는 도 3의 에너지 및 전력 관리 집적회로 장치의 세부 구조를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 에너지 및 전력 관리 집적회로 장치(400)는 다중 자가충전 전원모듈용 프로세서 내장형으로서 복수의 에너지 변환 소자들(411-413), 에너지 변환 소스 선택기(420), 에너지 변환 소스 모니터링부(430), 에너지 변환기(440), EMIC 전원선택 회로(445), 저장소자(450), 프로세서 및 제어 회로(460), 저장소자 SOC(State of Charge) 모니터링 및 보호 회로(470), 복수의 전력 변환기(481-483), 및 복수의 부하(491-493)를 포함한다.
도 4에서는 에너지 변환 소자, 전력 변환기, 부하의 수를 3개로 나타냈으나, 이는 예시적인 것이다.
에너지관리 집적회로는 에너지 변환 소스 선택기(420), 에너지 변환 소스 모 니터링부(430), 및 에너지 변환기(440)를 포함하며, 프로세서 및 제어 회로(460)의 에너지 제어 신호에 의하여 에너지 변환 소자들(411-413)로부터 변환되는 전기 에너지를 저장소자(450)까지 효율적으로 그리고 고속으로 충전한다.
에너지 변환 소스 선택기(420)는 복수의 에너지 변환 소자들(411-413) 중 하나를 선택한다. 에너지 변환 소스 모니터링부(430)는 에너지 변환 소스를 선택하기 위해 에너지 변환 소스들을 모니터링하여 에너지 변환 소스 선택기(420)를 제어한다.
즉, 에너지 변환소자들(411-413)로부터 수확되어 변환되는 입력 전기 에너지 중에서 에너지 변환 소스 선택기(420)에서 선택된 한 개의 에너지 변환소자의 전기 에너지가 에너지 변환기(440)를 거쳐서 저장소자(450)에 충전된다. 이때 에너지 변환 소스 선택기(420)는 에너지 변환 소스들의 모니터링 결과를 보면서 에너지 변환 소스를 선택한다.
에너지 변환기(440)는 선택된 에너지 변환 소자에 의해 변환된 불규칙적이고 변동이 심한 전기 에너지를 저장소자(450)에 신속하고 효율적으로 저장하기 위해 안정화된 에너지로 변환한다.
이를 위해 에너지 변환기(440)는 에너지 변환 소자(411-413)를 제어 및 모니터링하고, 수확되어 변환된 에너지의 저장을 제어하며, 저장소자(450)의 과충전을 제어한다. 또한 에너지 변환 소자(411-413)와 전력관리 집적회로를 연결시키는 인터페이스 기능을 가지며, 정전압 또는 정전류를 제어한다.
그리고 저장소자(450)의 입력 전압 레벨에 맞게 입력 전압을 증가 또는 감소 시키는 DC-DC 변환, AC 에너지 발생시 DC 에너지로 변환하는 AC-DC 변환을 수행한다. 또한, 저장소자(450)로의 신속한 충전을 위해 입력 전류의 크기를 제어하고, 에너지 변환 소자들(411-413)의 출력 저항을 정합시킨다.
EMIC 전원 선택회로(445)는 에너지관리 집적회로의 전원을 저장소자(450)로부터 공급받을 것인지 혹은 프로세서 및 제어회로(460)로부터 공급받을 것인지를 선택할 수 있게 한다.
전력관리 집적회로는 프로세서 및 제어회로(460), 저장소자 SOC 모니터링 및 보호 회로(470), 복수의 전력 변환기(481-483)를 포함하며, 출력부하(491-493)의 변동에 따라 저장된 전력을 분배하거나, 입력 에너지 변환소자들(411-413)로부터 수확되어 변환되는 전기 에너지를 저장소자(450)에 저장하지 않고 바로 출력 부하(491-493)로 분배한다.
프로세서 및 제어 회로(460)는 에너지 및 전력관리 집적회로 전체의 제어 신호를 발생시키고 이를 관리한다. 예를 들면, 입력 에너지관리 집적회로를 제어하기 위한 제어 신호, 출력부하 전력관리 집적회로를 제어하기 위한 제어 신호, 전력관리 집적회로에서 에너지관리 집적회로를 제어하기 위한 제어신호 등을 발생시키고 이를 관리한다.
본 발명의 실시예에서는 프로세서 및 제어회로(460)가 전력관리 집적회로에포함되어 에너지관리 집적회로를 제어하지만, 프로세서 및 제어회로(460)는 구현 방법에 따라서 에너지관리 집적회로에 포함되어 전력관리 집적회로를 제어할 수도 있다.
프로세서는 에너지 및 전력관리 집적회로용 제어 알고리즘을 구현할 수 있는 메모리와 주변장치들 및 외부 인터페이스를 내장하는 다양한 종류의 마이크로 제어 장치(MCU), 디지털 신호 처리 장치(DSP), 초소형 연산 처리 장치(MPU) 등으로 구현 될 수 있다.
저장소자 SOC 모니터링 및 보호 회로(470)는 저장소자 SOC 모니터링 기능과보호 회로 기능을 하는 회로이다. 저장소자 SOC 모니터링 회로는 저장소자(450)에 저장된 전력을 복수의 전력 변환기(481-483)에 분배하기 위해 저장소자(450)의 차지 상태를 모니터링하고, 보호 회로는 저장소자(450)가 과충전 및 과부하 되지 않도록 보호한다.
전력 변환기(481-483)는 저장소자(450)에 안정적으로 저장되어 있는 전력을 출력 부하(491-493)의 상태에 맞게 분배 및 제어한다. 이를 위해 전력 변환기(481-483)는 과부하가 일어나지 않도록 보호하고, 저장소자 및 에너지관리 집적회로와의 인터페이스 기능을 갖는다.
또한, 저장소자를 모니터링하고, 출력부하 전원용 LDO(Low Drop Out- 입력 전압이 원하는 출력 전압보다 아주 조금만 높을 경우에 사용) 기능 및 에너지관리 집적회로 전원용 LDO 기능을 갖고, 출력부하 및 에너지관리 집적회로를 구동하기 위한 DC-DC 변환을 수행한다.
전력 변환기(481-483)는 다양한 종류의 변환 회로에 의해 구현될 수 있다. 예를 들면, 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 SMPS 또는 차지 펌프(charge Pump) 등의 회로로 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 전원용 전력 관리 집적회로 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 배터리 전원용 전력관리 집적회로 장치의 세부 구조를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 및 전력 관리 집적회로 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3의 에너지 및 전력 관리 집적회로 장치의 세부 구조를 나타내는 블록도이다.

Claims (15)

  1. 각각의 에너지 변환 소스로부터 에너지를 수확하여 전기 에너지로 변환하는 복수의 에너지 변환 소자;
    상기 에너지 변환 소자로부터 변환되는 상기 전기 에너지를 안정화된 에너지로 변환하는 에너지관리 집적회로;
    상기 에너지관리 집적회로에 의해 변환된 에너지 또는 전력을 저장하는 저장소자;
    상기 저장소자에 저장된 전력을 입력받아 분배하는 전력관리 집적회로; 및
    상기 전력관리 집적회로에 의해 분배된 전력을 소비하는 복수의 출력 부하소자를 포함하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력관리 집적회로는
    상기 에너지 변환 소자로부터 전기 에너지를 직접 입력받아 분배하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력관리 집적회로는
    상기 저장소자에 저장된 전력 또는 상기 에너지 변환 소자로부터 직접 입력 받은 전기 에너지를 상기 에너지관리 집적회로에 분배하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지관리 집적회로는
    상기 복수의 에너지 변환 소자 중 하나를 선택하는 에너지 변환 소스 선택기;
    에너지 변환 소스를 선택하기 위해 상기 에너지 변환 소스들을 모니터링하여 상기 에너지 변환 소스 선택기를 제어하는 에너지 변환 소스 모니터링부; 및
    선택된 에너지 변환 소자에 의해 변환된 전기 에너지를 상기 저장소자에 저장하기 위한 에너지로 변환하는 에너지 변환기를 포함하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에너지 변환기는
    상기 저장소자의 입력 전압 레벨에 맞게 입력 전압을 증가 또는 감소시키는 DC-DC 변환 및 AC 에너지 발생시 DC 에너지로 변환하는 AC-DC 변환을 수행하는 에너지 변환 회로를 포함하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력관리 집적회로는
    상기 에너지관리 집적회로와 상기 전력관리 집적회로의 제어 신호를 발생 및 관리하는 프로세서 및 제어회로;
    상기 저장소자에 저장되어 있는 전력을 상기 출력 부하소자의 상태에 따라 분배 및 제어하기 위한 복수의 전력 변환기; 및
    상기 저장소자의 차지 상태를 모니터링하고, 상기 저장소자가 과충전 및 과부하 되지 않도록 보호하는 저장소자 SOC 모니터링 및 보호 회로를 포함하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서 및 제어회로는
    상기 전력관리 집적회로에서 상기 에너지관리 집적회로를 제어하기 위한 제어신호를 발생하고 관리하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 에너지관리 집적회로는
    상기 에너지관리 집적회로와 상기 전력관리 집적회로의 제어 신호를 발생하고 관리하는 프로세서 및 제어회로를 더 포함하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서 및 제어회로는
    상기 에너지관리 집적회로에서 상기 전력관리 집적회로를 제어하기 위한 제어신호를 발생하고 관리하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환기는
    출력부하 구동용 DC-DC 변환 기능, 에너지관리 집적회로 구동용 DC-DC 변환 기능을 갖는 전력 변환 회로를 포함하는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환기는
    벅 컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 또는 차지 펌프로 구현되는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 변환 소스들은
    태양광, 열전, 압전, 모션, 또는 진동인 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 저장소자는
    1차 배터리, 2차 배터리, 슈퍼 캐패시터, 또는 연료전지인 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 출력 부하소자는
    RF모듈, 프로세서, 주변장치, 또는 센서로 구현되는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 에너지관리 집적회로와 상기 전력관리 집적회로의 전원은 상기 저장소자에 의해 제공되거나, 또는
    상기 전력관리 집적회로의 전원은 상기 저장소자에 의해 제공되고 상기 에너지관리 집적회로의 전원은 상기 전력관리 집적회로에 의해 제공되는 에너지 및 전력관리 집적회로장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014018304A1 (en) * 2012-07-23 2014-01-30 Schlumberger Canada Limited Non-stationary multi-frequency vibration energy harvesting with tunable electrical impedance
KR101359136B1 (ko) * 2012-03-26 2014-02-07 고려대학교 산학협력단 변화에 둔감한 최대전력점추적을 이용한 열 에너지 하베스팅 제어 장치 및 방법
KR20230055188A (ko) * 2021-10-18 2023-04-25 엘아이지넥스원 주식회사 유도 무기 시스템의 잔열을 이용한 발전 장치 및 유도 무기 시스템의 잔열을 이용한 발전 방법

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8432071B2 (en) * 2010-08-05 2013-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and apparatus for energy harvest from ambient sources
CN102810331A (zh) * 2011-05-31 2012-12-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 数据存储设备供电电路
US9293986B2 (en) * 2013-05-17 2016-03-22 Cirrus Logic, Inc. Reducing kickback current to power supply during charge pump mode transitions
KR102534623B1 (ko) 2015-06-01 2023-05-22 한국전자통신연구원 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법
KR102468286B1 (ko) 2016-01-04 2022-11-21 한국전자통신연구원 대칭형 다중 처리 시스템에서의 전력 제한 장치 및 방법
GB2553367B (en) * 2016-09-06 2019-03-06 Trameto Ltd Electrical energy conversion
US11121564B2 (en) 2018-02-06 2021-09-14 Electronics And Telecommunications Research Institute Power supply device having hierarchical structure
KR101991117B1 (ko) 2019-04-03 2019-09-30 화인시스템(주) 실별 부하별 에너지 통합관리 시스템
WO2021107198A1 (ko) * 2019-11-28 2021-06-03 전자부품연구원 다중의 주변 에너지원을 이용한 에너지 하베스팅 시스템
US11637439B2 (en) * 2020-04-14 2023-04-25 Dish Wireless L.L.C. Intelligent battery controller

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10248180A (ja) 1997-03-03 1998-09-14 Toshiba Corp 電力変換装置
US6462507B2 (en) * 1998-08-07 2002-10-08 Okc Products, Inc. Apparatus and method for initial charging, self-starting, and operation of a power supply with an intermittent and/or variable energy source and a rechargeable energy storage device
US6433522B1 (en) * 2001-05-02 2002-08-13 The Aerospace Corporation Fault tolerant maximum power tracking solar power system
US7081693B2 (en) * 2002-03-07 2006-07-25 Microstrain, Inc. Energy harvesting for wireless sensor operation and data transmission
US7138911B2 (en) * 2004-08-04 2006-11-21 Michelin Recherche Et Technique S.A. Power conversion from piezoelectric source with multi-stage storage
US20060071554A1 (en) * 2004-09-27 2006-04-06 Mcnamara James L Electrical power distribution system and method thereof
EP1891741A4 (en) * 2005-06-08 2011-08-24 Powercast Corp POWER SUPPLY EQUIPMENT WITH RF ENERGY GAIN
US7977852B2 (en) * 2006-04-18 2011-07-12 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method and apparatus for harvesting energy from mechanical vibrations
JP2008047666A (ja) 2006-08-14 2008-02-28 Toyota Motor Corp エネルギー管理システム
US20080052544A1 (en) * 2006-08-28 2008-02-28 Hsiang-An Hsieh Portable electronic device using a plurality of power sources
US7839124B2 (en) * 2006-09-29 2010-11-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wireless power storage device comprising battery, semiconductor device including battery, and method for operating the wireless power storage device
JP5147345B2 (ja) * 2006-09-29 2013-02-20 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US7830038B2 (en) * 2007-12-17 2010-11-09 Shay-Ping Thomas Wang Single chip solution for solar-based systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101359136B1 (ko) * 2012-03-26 2014-02-07 고려대학교 산학협력단 변화에 둔감한 최대전력점추적을 이용한 열 에너지 하베스팅 제어 장치 및 방법
WO2014018304A1 (en) * 2012-07-23 2014-01-30 Schlumberger Canada Limited Non-stationary multi-frequency vibration energy harvesting with tunable electrical impedance
US9595893B2 (en) 2012-07-23 2017-03-14 Schlumberger Technology Corporation Non-stationary multi-frequency vibration energy harvesting with tunable electrical impedance
KR20230055188A (ko) * 2021-10-18 2023-04-25 엘아이지넥스원 주식회사 유도 무기 시스템의 잔열을 이용한 발전 장치 및 유도 무기 시스템의 잔열을 이용한 발전 방법

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