KR20160013285A - 전자파 에너지 변환 및 저장 장치 - Google Patents

전자파 에너지 변환 및 저장 장치 Download PDF

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KR20160013285A
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Abstract

전자파 에너지 변환 및 저장 장치가 제공된다. 상기 전자파가 변환 및 저장 장치는, 전자파가 변환된 교류 전류를 정류하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 상기 교류 전류가 저장되는 저장부, 및 상기 정류부 및 상기 저장부에 접지를 제공하는 접지 노드를 포함하되, 상기 저장부의 일단 및 타단, 그리고 상기 접지 노드 중에서 어느 2개를 선택하여 적응적으로 전압이 제공한다.

Description

전자파 에너지 변환 및 저장 장치{Electromagnetic wave energy conversion and storage device}
본 발명은 전자파 에너지 변환 및 저장 장치에 관련된 것이다.
화석 연료의 고갈로 대체 에너지를 개발하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다. 현재 각광받는 대체 에너지로는 원자력 에너지, 태양광 에너지, 풍력 에너지 및 조력 에너지 등이 있다. 원자력 에너지의 경우 방사능 폐기물의 처리와 원자력 발전소의 건설에 막대한 비용이 소모되는 단점이 있으며, 태양광 에너지의 경우 발전 효율이 투자 비용에 못 미치고 있으며, 풍력/조력 에너지의 경우 발전소의 설치 가능한 장소가 한정적이라는 단점이 있다.
이에 대한 대안으로, 특허 공개 공부 10-2011-0003455에서 개시된 것과 같이 전자파를 이용한 유도 발전기 등, TV, 컴퓨터 등 각종 전자 기기에서 발생하는 전자기를 에너지원으로 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고효율의 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 고신뢰성의 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 전자기기에서 방출되는 전자파를 감소시키는 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 전자파가 변환된 교류 전류를 정류하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 상기 교류 전류가 저장되는 저장부, 및 상기 정류부 및 상기 저장부에 접지를 제공하는 접지 노드를 포함하되, 상기 저장부의 일단 및 타단, 그리고 상기 접지 노드 중에서 선택된 어느 2개에서 적응적으로 전압이 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 정류부는 제1 정류부 및 제2 정류부를 포함하되, 상기 제1 정류부는 실리콘 다이오드를 포함하고, 상기 제2 정류부는 게르마늄 다이오드를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 상기 접지 노드 및 상기 저장부의 타단을 연결하는 저항 및/또는 인덕터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 전자파가 전자파가 변환된 교류 전류를 정류하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 상기 교류 전류가 저장되는 저장부, 및 상기 정류부 및 상기 저장부에 접지를 제공하는 접지 노드를 포함하되, 상기 저장부의 일단 및 타단, 그리고 상기 접지 노드 중에서 어느 2개를 선택하여 적응적으로, 필요한 전압을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 전자파 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치는 정류부(200), 및 저장부(300)를 포함한다.
상기 정류부(200)는 교류 전류를 정류할 수 있다. 상기 정류부(200)는 정류된 교류 전류를 상기 저장부(300)로 전달할 수 있다.
상기 교류 전류는, 전자기파가 전도성 물체에 닿아 생성된 표면 전류일 수 있다. 상기 표면 전류는 상기 전도성 물체의 표면을 따라 흐를 수 있다. 예를 들어, 상기 교류 전류는 다양한 전자 기기(예를 들어, 컴퓨터, 냉장고, TV, 핸드폰 등)에서 발생된 전자기파가 표면 전류로 변환되어 접지로 흘러가는 전류일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 교류 전류는 건물 내외부의 전자 기기에서 발생된 전자기파가 표면 전류로 변환되어 건물의 접지로 흘러가는 전류일 수 있다.
상술된 실시 예와는 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치는 전자기파-전류 변환부(100)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전자기파-전류 변환부(100)는 외부로부터 입력된 전자기파를 교류 전류로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전자기파-전류 변환부(100)는 금속 판(metal sheet)을 포함할 수 있다. 상기 금속 판은 오목부 및 볼록부를 갖는 요철 형태일 수 있다.
미시적 관점에서, 상기 금속 판에 입사된 전자기파는 상기 금속 판의 표면을 타고 흐르는 교류 전류를 생성하고, 상기 교류 전류가 다시 전자기파를 발생시키고, 상기 다시 발생된 전자기파가 상기 금속 판에서 반사된다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치는, 상기 전자기파에 의해 발생된 상기 교류 전류가 다시 전자기파로 변환되기 전에, 상기 전자기파에 의해 발생된 상기 교류 전류를 상기 정류부(200)로 전달 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치는 상기 전자기파가 변환되어 생성된 상기 교류 전류를 전기 에너지로 저장할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치는, 정류부를 구성하는 제1 내지 제4 다이오드들(121, 122, 123, 124), 상기 다이오드들(121, 122, 123, 124)과 연결되고 저장부를 구성하는 커패시터(130), 및 저항(142)을 포함할 수 있다.
안테나(110)를 통해 입력노드(Nin)로 교류 전류가 입력될 수 있다. 상기 교류 전류는, 도 1을 참조하여 설명된 것과 같이, 외부로부터 입력된 전자파가 변환된 것일 수 있다. 상기 안테나(110)는 도 1을 참조하여 설명된 전자파-전류 변환부(100)에 대응될 수 있다.
상기 제1 다이오드(121)의 캐소드는, 상기 입력 노드(Nin), 및 상기 제2 다이오드(122)의 애노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 다이오드(121)의 애노드는, 상기 제3 다이오드(123)의 애노드, 및 상기 커패시터(130)의 일단(130a)과 연결될 수 있다.
상기 제2 다이오드(122)의 애노드는, 상기 입력 노드(Nin), 및 상기 제1 다이오드(121)의 상기 캐소드와 연결될 수 있다. 상기 제2 다이오드(122)의 캐소드는, 상기 제4 다이오드(124)의 캐소드, 및 상기 커패시터(130)의 타단(130b)과 연결될 수 있다.
상기 제3 다이오드(123)의 상기 애노드는, 상기 제1 다이오드(121)의 상기 애노드, 및 상기 커패시터(130)의 상기 일단(130a)과 연결될 수 있다. 상기 제3 다이오드(123)의 캐소드는, 상기 제4 다이오드(124)의 애노드, 및 접지가 제공되는 접지 노드(Ng)와 연결될 수 있다.
상기 제4 다이오드(124)의 상기 캐소드는, 상기 제2 다이오드(122)의 상기 캐소드, 및 상기 커패시터(130)의 상기 타단(130b)과 연결될 수 있다. 상기 제4 다이오드(124)의 상기 애노드는, 상기 제3 다이오드(123)의 상기 캐소드, 및 상기 접지 노드(Ng)와 연결될 수 있다.
상기 저항(142)은 상기 커패시터(130)의 상기 타단(130b) 및 상기 접지 노드(Ng)와 연결될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 다이오드들(121, 122, 123, 124)은 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류를 정류하여, 상기 커패시터(130)로 전달할 수 있다. 상기 커패시터(130)는 상기 정류된 교류 전류를 전기 에너지로 저장할 수 있다.
구체적으로, 상기 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류 중 (+) 극성을 갖는 교류 전류는 상기 제2 다이오드(122)를 통과하여 상기 커패시터(130)의 상기 타단(130b)에 저장되고, 상기 커패시터(130)에 (+) 극성을 갖는 교류 전류가 저장되는 동안 상기 제3 다이오드(123) 및 상기 접지 노드(Ng)는 상기 커패시터(130)의 상기 일단(130a)에 접지를 제공할 수 있다.
상기 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류 중 (-) 극성을 갖는 교류 전류는 상기 제1 다이오드(121)을 통과하여 상기 커패시터(130)의 상기 일단(130a)에 저장되고, 상기 커패시터(132)에 (-)극성을 갖는 교류 전류가 저장되는 동안 상기 제4 다이오드(124) 및 상기 접지 노드(Ng)는 상기 커패시터(130)의 상기 타단(130b)에 접지를 제공할 수 있다.
다시 말하면, 상기 제1 내지 제4 다이오드들(121~124) 및 상기 접지 노드(Ng)는, 상기 교류 전류가 (+) 극성인 구간에서 상기 커패시터(130)의 상기 일단(130a)에 접지를 제공하고, 상기 교류 전류가 (-) 극성인 구간에서 상기 커패시터(130)의 상기 타단(130b)에 접지를 제공할 수 있다.
다시 말하면, 상기 교류 전류의 극성에 따라서, 상기 커패시터(130)의 상기 일단(130a) 및 상기 타단(130b) 중 어느 한 곳에 접지가 스위칭(switching)되어 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 교류 전류의 극성이 (+)인 구간에서, 상기 커패시터(130)의 상기 일단(130a)에 접지가 제공되고, 상기 교류 전류의 극성이 (-)인 구간에서, 상기 커패시터(130)의 상기 타단(130b)에 접지가 제공될 수 있다.
상기 접지 노드(Ng)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 상기 접지 노드(Ng)는 상기 정류부를 구성하는 상기 제3 및 제4 다이오드들(123, 124)와 직접적으로(directly) 연결되고, 상기 커패시터(130)와 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치가 건물 내외부의 전자 기기에서 발생된 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류를 저장하는 경우, 상기 접지 노드(Ng)는 상기 건물의 접지봉일 수 있다.
다른 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치가 가정용 전자 기기(예를 들어, 냉장고, 컴퓨터, 세탁기 등)에서 발생된 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류를 저장하는 경우, 상기 접지 노드(Ng)는 콘센트 접지일 수 있다.
또 다른 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치가 휴대용 전자 기기(예를 들어, 핸드폰, MP3 플레이어 등)에서 발생된 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류를 저장하는 경우, 상기 접지 노드(Ng)는 가상 접지 또는 중성선 접지 일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 에너지 변환 및 저장 장치는 상기 접지 노드(Ng)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 커패시터(130)에 저장된 전기 에너지를 사용하기 위해, 상기 일단(130a), 상기 타단(130b), 및 상기 접지 노드(Ng) 중에서 어느 2개를 선택하여, 사용자가 원하는 전압을 적응적으로(adaptively) 선택할 수 있다. 이에 따라, 사용자에게 최적화된 전자파 에너지 및 변환 장치가 제공될 수 있다.
상술된 바와 달리, 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따르면, 인덕터(144)가 더 추가될 수 있다. 이를, 도 2b를 참조하여 설명한다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 전자파 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2b를 참조하면, 도 2a를 참조하여 설명된 회로에서 커패시터(130)의 타단(130b) 및 접지 노드(Ng)을 연결하는 인덕터(144)가 더 추가될 수 있다. 상기 인덕터(144)에 의해 사용자는 보다 직류에 가까운 전압을 사용할 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예 및 그 변형 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 정류부는 복수로 구성될 수 있다. 이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 변환 및 저장 장치가 설명된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 전자파-전류 변환부(100)에서 변환된 교류 전류를 정류하는 제1 정류부(210) 및 제2 정류부(220), 및 상기 제1 및 제2 정류부(210, 220)에서 정류된 교류 전류를 저장하는 저장부(310)를 포함할 수 있다.
상기 전자파-전류 변환부(100)는 외부로부터 입력된 전자파를 교류 전류로 변환시킬 수 있다. 상기 외부로부터 입력된 전자파는 전자기기(예를 들어, LED 조명, PC, 세탁기, TV, 휴대용 전화 등)에서 방출되는 것일 수 있다. 상기 외부로부터 입력되는 전자파가 상기 전자파-전류 변환부(100)에 의한 변환된 상기 교류 전류는, 상기 전자파가 전도성 물체에 닿아 생성된 표면 전류일 수 있다. 상기 표면 전류는 상기 전도성 물체의 표면을 따라 흐를 수 있다.
예를 들어, 상기 교류 전류는, 상기 전자기기에서 방출된 전자파가 상기 표면 전류로 변환되어 접지(전자기기의 플러그의 접지, 또는 콘센트의 접지)로 흘러 들어가는 전류일 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 교류 전류는, 건물의 내외부의 전자기기에서 발생된 전자파가 상기 표면 전류로 변환되어 건물의 접지봉을 흘러 들어가는 전류일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 교류 전류는, 송전탑 및 송전선에서 발생된 전자파가 상기 표면 전류로 변환된 것일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자파-전류 변환부(100)는 상기 전자기기의 일부를 구성하는 부품일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치가 LED 조명의 회로에서 방출되는 전자파를 변환 및 저장하는 경우, 상기 전자파-전류 변환부(110)는 LED 조명의 부품(예를 들어, 방열판)일 수 있다.
이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 전자파-전류 변환부(100)는 금속판(metal sheet)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 금속 판은 오목부 및 볼록부를 갖는 요철 형태일 수 있다.
상기 제1 정류부(210) 및 상기 제2 정류부(220)는 서로 다른 타입(tyoe)의 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 제1 정류부(210) 및 상기 제2 정류부(220)는 서로 다른 타입의 다이오드들로 구성되되, 상기 제1 정류부(210)에 포함된 다이오드들이 연결 방식이, 상기 제2 정류부(220)에 포함된 다이오드들의 연결 방식이 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 정류부(210)는 실리콘 다이오드를 포함하고, 상기 제2 정류부(220)는 게르마늄 다이오드를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 정류부(210)는 실리콘 다이오드만으로 구성되고, 상기 제2 정류부(220)는 게르마늄 다이오드만으로 구성될 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 제1 정류부(210)는 공핍층(depletion layer)를 갖는 다이오드를 포함하고, 상기 제2 정류부(220)는 점 접촉형 다이오드를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 정류부(210)는 공핍층을 갖는 다이오드만으로 구성되고, 상기 제2 정류부(220)는 점 접촉형 다이오드만으로 구성될 수 있다. 공핍층으로 인해 문턱 전압이 상대적으로 높고 반응속도가 상대적으로 느린 다이오드를 포함하는 상기 제1 정류부(210)는 상기 교류 전류의 저주파 영역을 정류할 수 있고, 점 접촉식으로 문턱 전압이 상대적으로 낮고 반응속도가 상대적으로 빠른 다이오드를 포함하는 상기 제2 정류부(220)는 상기 교류 전류의 고주파 영역을 정류할 수 있다.
전자파가 변환된 상기 교류 전류는 다양한 영역대의 주파수를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 전자파가 변환된 상기 교류 전류의 저주파 영역을 정류하는 제1 정류부 및 전자파가 변환된 상기 교류 전류의 고주파 영역을 정류하는 제2 정류부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 전자파가 변환된 상기 교류 전류의 정류 효율이 향상되어, 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는 높은 에너지 변환 효율을 가짐과 동시에, 전자기기에서 발생된 전자파를 효율적으로 제거할 수 있다.
상기 저장부(310)는 상기 제1 정류부(210) 및 상기 제2 정류부(220)에서 정류된 교류 전류를 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 저장부(310)는, 복수의 커패시터로 구성될 수 있다.
이하, 상기 제1 정류부(210), 제2 정류부(220), 및 상기 저장부(310)의 구체적인 구성 및 연결관계가 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 제1 정류부를 구성하는 제1 타입 제1 내지 제4 다이오드들(210a~210d), 제2 정류부를 구성하는 제2 타입 제1 내지 제4 다이오드들(220a~220d), 저장부를 구성하는 제1 서브 커패시터(312), 제2 서브 커패시터(314), 및 메인 커패시터(320), 접지를 제공하는 접지 노드(Ng), 저항(412), 및 인덕터(414)를 포함할 수 있다.
안테나(110)를 통해 입력 노드(Nin)로 교류 전류가 입력될 수 있다. 상기 교류 전류는, 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 외부로부터 입력된 전자파가 변환된 것일 수 있다. 상기 안테나(110)는 도 3을 참조하여 설명된 전자파-전류 변환부(110)에 대응될 수 있다.
상기 제1 타입 제1 다이오드(210a)의 캐노드는, 상기 입력 노드(Nin), 및 상기 제1 타입 제2 다이오드(210b)의 애노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 타입 제1 다이오드(210a)의 애노드는, 상기 제1 타입 제3 다이오드(210c)의 애노드, 및 상기 제1 서브 커패시터(312)의 일단과 연결될 수 있다.
상기 제1 타입 제2 다이오드(210b)의 애노드는, 상기 입력 노드(Nin), 및 상기 제1 타입 제1 다이오드(210a)의 상기 캐소드와 연결될 수 있다. 상기 제1 타입 제2 다이오드(210b)의 캐소드는, 상기 제1 타입 제4 다이오드(210d)의 캐소드, 및 상기 제1 서브 커패시터(312)의 타단과 연결될 수 있다.
상기 제1 타입 제3 다이오드(210c)의 상기 애노드는, 상기 제1 타입 제1 다이오드(210a)의 상기 애노드, 및 상기 제1 서브 커패시터(312)의 상기 일단과 연결될 수 있다. 상기 제1 타입 제3 다이오드(210c)의 캐소드는, 상기 제1 타입 제4 다이오드(210d)의 애노드 및 상기 접지 노드(Ng)와 연결될 수 있다.
상기 제1 타입 제4 다이오드(210d)의 상기 캐소드는, 상기 제1 타입 제2 다이오드(210b)의 상기 캐소드, 및 상기 제1 서브 커패시터(312)의 상기 타단과 연결될 수 있다. 상기 제1 타입 제4 다이오드(210d)의 상기 애노드는, 상기 제1 타입 제3 다이오드(210c)의 상기 캐소드, 및 상기 접지 노드(Ng)와 연결될 수 있다.
상기 제2 타입 제1 다이오드(220a)의 캐노드는, 상기 입력 노드(Nin), 및 상기 제2 타입 제2 다이오드(220b)의 애노드와 연결될 수 있다. 상기 제2 타입 제1 다이오드(220a)의 애노드는, 상기 제2 타입 제3 다이오드(220c)의 애노드, 및 상기 제2 서브 커패시터(314)의 일단과 연결될 수 있다.
상기 제2 타입 제2 다이오드(220b)의 애노드는, 상기 입력 노드(Nin), 및 상기 제2 타입 제1 다이오드(220a)의 상기 캐소드와 연결될 수 있다. 상기 제2 타입 제2 다이오드(220b)의 캐소드는, 상기 제2 타입 제4 다이오드(220d)의 캐소드, 및 상기 제2 서브 커패시터(322)의 타단과 연결될 수 있다.
상기 제2 타입 제3 다이오드(220c)의 상기 애노드는, 상기 제2 타입 제1 다이오드(220a)의 상기 애노드, 및 상기 제2 서브 커패시터(322)의 상기 일단과 연결될 수 있다. 상기 제2 타입 제3 다이오드(220c)의 캐소드는, 상기 제2 타입 제4 다이오드(220d)의 애노드 및 상기 접지 노드(Ng)와 연결될 수 있다.
상기 제2 타입 제4 다이오드(220d)의 상기 캐소드는, 상기 제2 타입 제2 다이오드(220b)의 상기 캐소드, 및 상기 제2 서브 커패시터(322)의 상기 타단과 연결될 수 있다. 상기 제2 타입 제4 다이오드(220d)의 상기 애노드는, 상기 제2 타입 제3 다이오드(220c)의 상기 캐소드, 및 상기 접지 노드(Ng)와 연결될 수 있다.
상기 제1 서브 커패시터(312)의 상기 일단은, 상기 제1 타입 제1 다이오드(210a)의 상기 애노드, 상기 제1 타입 제3 다이오드(210c)의 상기 애노드, 및 상기 메인 커패시터(320)의 일단(320a)에 연결될 수 있다. 상기 제1 서브 커패시터(312)의 상기 타단은, 상기 제1 타입 제2 다이오드(210b)의 상기 캐소드, 상기 제1 타입 제4 다이오드(210d)의 상기 캐소드, 및 상기 메인 커패시터(320)의 타단(320b)에 연결될 수 있다.
상기 제2 서브 커패시터(314)의 상기 일단은, 상기 제2 타입 제1 다이오드(220a)의 상기 애노드, 상기 제2 타입 제3 다이오드(220c)의 상기 애노드, 및 상기 메인 커패시터(320)의 상기 일단(320a)에 연결될 수 있다. 상기 제2 서브 커패시터(314)의 상기 타단은, 상기 제2 타입 제2 다이오드(220b)의 상기 캐소드, 상기 제2 타입 제4 다이오드(220d)의 상기 캐소드, 및 상기 메인 커패시터(320)의 상기 타단(320b)에 연결될 수 있다.
상기 메인 커패시터(320)의 상기 일단(320a)은, 상기 제1 타입 제1 다이오드(210a)의 상기 애노드, 상기 제1 타입 제3 다이오드(210c)의 상기 애노드, 상기 제2 타입 제1 다이오드(220a)의 사이 애노드, 및 상기 제2 타입 제3 다이오드(220c)의 상기 애노드와 연결될 수 있다. 상기 메인 커패시터(320)의 상기 타단(320b)은, 상기 제1 타입 제2 다이오드(210b)의 상기 캐소드, 상기 제1 타입 제4 다이오드(210d)의 상기 캐소드, 상기 제2 타입 제2 다이오드(220b)의 상기 캐소드, 및 상기 제2 타입 제4 다이오드(220d)의 상기 캐소드와 연결될 수 있다.
도 3을 참조하여 설명된 상기 제1 정류부(210)를 구성하는 제1 타입 다이오드들(210a~210d), 및 도 1을 참조하여 설명된 제2 정류부(220)를 구성하는 제2 타입 다이오드들(220a~220d)은 서로 다른 타입의 다이오드들(예를 들어, 실리콘 다이오드 및 게르마늄 다이오드, 다른 예를 들어, 공핍층을 갖는 다이오드 및 점 접촉식 다이오드)로 구성되되, 상술된 바와 같이 동일한 방식으로 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 타입 다이오드들(210a~210d, 220a~220d)은 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류를 정류하여, 상기 커패시터들(312, 314, 320)로 전달할 수 있다. 상기 커패시터들(312, 314, 320)은 상기 정류된 교류 전류를 전기 에너지로 저장할 수 있다.
구체적으로, 상기 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류 중 (+) 극성을 갖는 교류 전류는 상기 제1 타입 제2 다이오드(210b) 및 상기 제2 타입 제2 다이오드(220b)를 통과하여, 상기 제1 서브 다이오드(312)의 상기 타단 및 상기 제2 서브 다이오드(314)의 상기 타단에 저장되어, 상기 메인 커패시터(320)의 상기 타단에 축적될 수 있다. 상기 커패시터들(312, 314, 320)에 (+) 극성을 갖는 교류 전류가 저장되는 동안, 상기 제1 타입 제3 다이오드(210c), 상기 제2 타입 제3 다이오드(220c), 및 상기 접지 노드(Ng)는, 상기 제1 서브 커패시터(312)의 상기 일단, 상기 제2 서브 커패시터(314)의 상기 일단, 및 상기 메인 커패시터(320)의 상기 일단에 접지를 제공할 수 있다.
상기 전자기파가 변환되어 생성된 교류 전류 중 (-) 극성을 갖는 교류 전류는 상기 제1 타입 제1 다이오드(210a) 및 상기 제2 타입 제1 다이오드(220a)를 통과하여, 상기 제1 서브 다이오드(312)의 상기 일단 및 상기 제2 서브 다이오드(314)의 상기 일단에 저장되어, 상기 메인 커패시터(320)의 상기 일단에 축적될 수 있다. 상기 커패시터들(312, 314, 320)에 (-) 극성을 갖는 교류 전류가 저장되는 동안 상기 제1 타입 제4 다이오드(210d), 상기 제2 타입 제4 다이오드(220d), 및 상기 접지 노드(Ng)는 상기 제1 서브 커패시터(312)의 상기 타단, 상기 제2 서브 커패시터(314)의 상기 타단, 및 상기 메인 커패시터(320)의 상기 타단에 접지를 제공할 수 있다.
다시 말하면, 상기 제1 및 제2 타입 다이오드들(210a~210d, 220a~220d) 및 상기 접지 노드(Ng)는, 상기 교류 전류가 (+) 극성인 구간에서 상기 제1 서브 커패시터(312)의 상기 일단, 상기 제2 서브 커패시터(314)의 상기 일단, 및 상기 메인 커패시터(320)의 상기 일단(320a)에 접지를 제공하고, 상기 교류 전류가 (-) 극성인 구간에서 상기 제1 서브 커패시터(312)의 상기 타단, 상기 제2 서브 커패시터(314)의 상기 타단, 및 상기 메인 커패시터(320)의 상기 타단(320b)에 접지를 제공할 수 있다. 이로 인해, 고효율의 전자파 에너지 변환 및 저장 장치가 제공될 수 있다.
다시 말하면, 상기 교류 전류의 극성에 따라서, 상기 커패시터들(312, 314, 320)의 상기 일단들 및 상기 타단들 중 어느 한 곳에 접지가 스위칭(switching)되어 제공될 수 있다.
상기 접지 노드(Ng)는 상기 제1 및 제2 정류부들을 구성하는 상기 제1 타입 제3 및 제4 다이오드들(210c, 210d), 및 상기 제2 타입 제3 및 제4 다이오드들(220c, 220d)와 직접적으로(directly) 연결되고, 저장부를 구성하는 커패시터들(312, 314, 320)과 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.
상기 저항(412) 및 상기 인덕터(414)는 상기 메인 커패시터(320)의 상기 타단(320b 및 상기 접지 노드(Ng)와 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 인덕터(414)는 생략될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예에 따르면, 도 4를 참조하여 설명된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치에서 설명된 상기 메인 커패시터(320)가 생략될 수 있다. 이를, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 도 4를 참조하여 설명된 안테나(110), 제1 타입 다이오드들(210a~210d), 제2 타입 다이오드들(220a~220d), 접지 노드(Ng), 제1 서브 커패시터(312), 및 제2 서브 커패시터(314)가 제공된다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 도 2를 참조하여 설명된 제1 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치의 상기 메인 커패시터(320)가 생략될 수 있다.
상기 제1 서브 커패시터(312)의 일단(312a) 및 타단(312b) 중에서, 상기 타단(312b)과 상기 접지 노드(Ng) 사이에 제1 저항(422) 및 제1 인덕터(424)가 연결될 수 있다. 이로 인해, 상기 일단(312a), 상기 타단(312b), 및 상기 접지 노드(Ng) 중에서 어느 2개를 선택하여, 사용자가 원하는 전압을 적응적으로(adaptively) 선택할 수 있다.
상기 제2 서브 커패시터(314)의 일단(314a) 및 타단(314b) 중에서, 상기 타단(314b)과 상기 접지 노드(Ng) 사이에 제2 저항(432) 및 제2 인덕터(434)가 연결될 수 있다. 이로 인해, 상기 일단(314a), 상기 타단(314b), 및 상기 접지 노드(Ng) 중에서 어느 2개를 선택하여, 사용자가 원하는 전압을 적응적으로(adaptively) 선택할 수 있다.
상기 제1 타입 다이오드들(210a~210d)에서 정류된 교류 전류는 상기 제1 서브 커패시터(312)에 저장될 수 있고, 상기 제2 타입 다이오드들(220a~220d)에서 정류된 교류 전류는 상기 제2 서브 커패시터(314)에 각각 독립적으로 저장될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 따르면, 도 4를 참조하여 설명된 전자파 에너지 변환 및 저장 장치에서 설명된 상기 서브 커패시터들(312, 314)가 생략될 수 있다. 이를, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 도 4를 참조하여 설명된 안테나(110), 제1 타입 다이오드들(210a~210d), 제2 타입 다이오드들(220a~220d), 접지 노드(Ng), 및 메인 커패시터(320)가 제공된다. 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 도 4를 참조하여 설명된 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치의 상기 제1 서브 커패시터(312) 및 상기 제2 서브 커패시터(314)가 생략될 수 있다.
상기 제1 타입 다이오들들(210a~210d) 및 제2 타입 다이오드들(220a~220d)에서 정류된 교류 전류는, 상기 메인 커패시터(320)에 저장될 수 있다.
상기 메인 커패시터(320)의 일단(320a) 및 타단(320b) 중에서, 상기 타단(320b)과 상기 접지 노드(Ng) 사이에 저항(442) 및 인덕터(444)가 연결될 수 있다. 이로 인해, 상기 일단(320a), 상기 타단(320b), 및 상기 접지 노드(Ng) 중에서 어느 2개를 선택하여, 사용자가 원하는 전압을 적응적으로(adaptively) 선택할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따르면, 도 4를 참조하여 설명된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치의 입력 노드(Nin)와 제1 정류부 및 제2 정류부 사이에 보조 커패시터가 추가로 배치될 수 있다. 이를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7을 참조하면, 도 4를 참조하여 설명된 안테나(110), 제1 타입 다이오드들(210a~210d), 제2 타입 다이오드들(220a~220d), 접지 노드(Ng), 제1 서브 커패시터(312), 및 제2 서브 커패시터(314)가 제공된다. 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치는, 도 4를 참조하여 설명된 제2 실시 예에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치에서, 상기 입력 노드(Nin)와 상기 제1 타입 다이오드들(210a~210d) 사이, 및 상기 입력 노드(Nin)와 상기 제2 타입 다이오드들(220a~220d) 사이의 제1 및 제2 보조 커패시터(202a, 202b)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 보조 커패시터(202a)의 일단은 상기 입력 노드(Nin)와 연결될 수 있다. 상기 제1 보조 커패시터(202a)의 타단은, 상기 제1 타입 제1 다이오드(210a)의 캐소드 및 상기 제1 타입 제2 다이오드(210b)의 애노드와 연결될 수 있다.
상기 제2 보조 커패시터(202b)의 일단은 상기 입력 노드(Nin)와 연결될 수 있다. 상기 제2 보조 커패시터(202b)의 타단은, 상기 제2 타입 제1 다이오드(220a)의 캐소드 및 상기 제2 타입 제2 다이오드(220b)의 애노드와 연결될 수 있다.
상기 입력 노드(Nin)로 입력된 전자파가 변환된 교류 전류가 상기 제1 및 제2 보조 커패시터(202a, 202b)를 통과한 후, 상기 제1 타입 다이오드들(210a~210d)로 구성된 상기 제1 정류부, 및 상기 제2 타입 다이오드들(220a~220d)로 구성된 상기 제2 정류부로 입력된다. 이로 인해, 상기 제1 및 제2 정류부에 의해 교류 전류의 정류 효율이 향상될 수 있다.
도 7을 참조하여 설명된 상기 제1 및 제2 보조 커패시터(202a, 202b)가 도 4를 참조하여 설명된 전자파 에너지 변환 및 저장 장치에 추가되는 것으로 설명되었지만, 도 5 내지 도 6을 참조하여 설명된 본 발명의 실시 예들에 따른 전자파 에너지 변환 및 저장 장치에 추가될 수 있음은 자명한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 전자파-전류 변환부
110: 안테나
121~124: 제1 내지 제4 다이오드들
130: 커패시터
142: 저항
144: 인덕터
200: 정류부
202a, 202b: 제1 및 제2 보조 커패시터
210: 제1 정류부
210a~210d: 제1 타입 제1 내지 제4 다이오드들
220: 제2 정류부
220a~220d: 제2 타입 제1 내지 제4 다이오드들
Ng: 접지 노드
300, 310: 저장부
312, 314: 제1 및 제2 서브 커패시터
320: 메인 커패시터

Claims (3)

  1. 전자파가 변환된 교류 전류를 정류하는 정류부;
    상기 정류부에서 정류된 상기 교류 전류가 저장되는 저장부; 및
    상기 정류부 및 상기 저장부에 접지를 제공하는 접지 노드를 포함하되,
    상기 저장부의 일단 및 타단, 그리고 상기 접지 노드 중에서 어느 2개를 선택하여 적응적으로 전압이 제공되는 전자파 변환 및 저장 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 정류부는 제1 정류부 및 제2 정류부를 포함하되,
    상기 제1 정류부는 실리콘 다이오드를 포함하고,
    상기 제2 정류부는 게르마늄 다이오드를 포함하는 전자파 에너지 변환 및 저장 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 접지 노드 및 상기 저장부의 타단을 연결하는 저항 및/또는 인덕터를 더 포함하는 전자파 변환 및 저장 장치.
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