KR20180077756A - 적은 출력 전압 리플을 실현하는 하베스팅 회로 및 이를 제어하는 방법 - Google Patents

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출력 전압이 작은 리플을 가지는 하베스팅 회로 및 이를 제어하는 방법이 개시된다. 상기 하베스팅 회로는 에너지 저장부 및 상기 에너지 저장부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 제어부는 출력에서 필요로 하는 에너지 이상으로 에너지를 상기 에너지 저장부로 저장시킨 후에 상기 저장된 에너지를 상기 출력으로 제공한다.

Description

적은 출력 전압 리플을 실현하는 하베스팅 회로 및 이를 제어하는 방법{HAVESTING CIRCUIT FOR REALIZING LITTLE RIPPLE OF AN OUTPUT VOLTAGE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 적은 리플을 실현하는 하베스팅 회로 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다.
하베스팅 회로는 하베스터에서 공급받은 에너지로 안정적인 출력 전압을 생성하는 회로를 의미한다. 종래의 하베스팅 회로는 출력 전압에 큰 리플이 발생할 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보겠다.
도 1은 종래의 하베스팅 회로를 도시한 도면이고, 도 2는 하베스터에서 제공되는 에너지가 출력이 필요로 하는 에너지보다 작을 때의 동작 파형을 도시한 도면이다. 도 3은 하베스터에서 제공되는 에너지가 출력이 필요로 하는 에너지보다 클 때의 동작 파형을 도시한 도면이고, 도 4는 종래의 하베스팅 회로에서 두 제어 방법이 전환되는 상황에 대한 동작 파형을 도시한 도면이며, 도 5는 종래의 하베스팅 회로에서 제어 방법이 전환되는 임계점에서의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 하베스터와 출력 전력의 관계에 따라 2가지 제어 방법이 설정된다.
상기 제어 방법은 하베스터 전력이 출력에서 필요로 하는 전력보다 부족한 경우(lightly sourced)의 제어 방법과 하베스터 전력이 출력에서 필요로 하는 전력보다 큰 경우(heavily sourced)의 제어 방법을 포함한다.
도 4는 종래의 하베스팅 회로에서 두 가지 제어방법을 전환하는 기준에 대한 설명이다. 출력전압이 기준 전압보다 75mV 낮으면 하베스터에서 공급하는 에너지가 부족하다고 판단하여 lightly sourced 모드로 동작하고, 출력전압이 75mV보다 높으면 하베스터에서 공급하는 에너지가 충분하다고 판단하여 heavily sourced 모드로 동작한다.
여기서, 하베스터에서 공급하는 전력과 출력에서 필요로 하는 전력이 비슷한 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 두 제어 방법이 반복하면서 동작하게 되며, 그 결과 출력 전압의 리플(150mV)이 커지는 문제가 발생한다.
KR 10-1643817 B
본 발명은 출력 전압이 작은 리플을 가지는 하베스팅 회로 및 이를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스팅 회로는 에너지 저장부; 및 상기 에너지 저장부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 제어부는 출력에서 필요로 하는 에너지 이상으로 에너지를 상기 에너지 저장부로 저장시킨 후에 상기 저장된 에너지를 상기 출력으로 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하베스팅 회로는 에너지 저장부; 하베스터와 상기 에너지 저장부의 일단 사이의 연결을 스위칭하는 제 1 스위치; 2차 에너지 저장부와 상기 에너지 저장부의 일단 사이의 연결을 스위칭하는 제 2 스위치; 및 상기 스위치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 하베스터로부터 상기 에너지 저장부로 저장되는 에너지가 출력에서 필요로 하는 에너지보다 작은 경우, 상기 제 1 스위치가 온되고 상기 제 2 스위치가 오프되어 상기 하베스터의 에너지가 상기 에너지 저장부로 저장되고, 상기 제 2 스위치가 온되고 상기 제 1 스위치가 오프되어 상기 2차 에너지 저장부의 에너지가 상기 에너지 저장부로 저장되며, 그런 후 상기 인덕터는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 저장된 에너지를 상기 출력으로 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하베스팅 회로 제어 방법은 하베스터로부터 에너지 저장부로 에너지를 제공하는 단계; 2차 에너지 저장부로부터 상기 에너지 저장부로 에너지를 제공하는 단계; 및 상기 하베스터 및 상기 2차 에너지 저장부로부터 제공된 에너지에 의해 상기 에너지 저장부의 에너지가 출력에서 필요로 하는 에너지 이상이 된 경우, 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지를 출력으로 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하베스팅 회로 제어 방법은 하베스터로부터 에너지 저장부로 에너지를 제공하는 단계; 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지를 출력으로 제공하는 단계; 상기 출력의 전압이 기설정 전압에 도달하면 상기 에너지 저장부로부터 상기 출력으로 제공되는 에너지를 차단하는 단계; 및 상기 에너지 저장부의 남은 에너지를 2차 에너지 저장부로 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 하베스팅 회로 및 이를 제어하는 방법은 항상 인덕터에 출력이 필요로 하는 에너지 이상으로 에너지를 저장시킨 후 저장된 에너지를 출력으로 한번에 제공한다. 결과적으로, 하베스터의 에너지와 출력에서 필요로 하는 에너지가 유사할 지라도 동작 모드가 임의로 전환되는 현상이 발생하지 않으며, 그 결과 출력 전압의 리플이 상당히 작아질 수 있다.
도 1은 종래의 하베스팅 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 하베스터에서 제공되는 에너지가 출력이 필요로 하는 에너지보다 작을 때의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 하베스터에서 제공되는 에너지가 출력이 필요로 하는 에너지보다 클 때의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 하베스팅 회로에서 두 제어 방법이 전환되는 상황에 대한 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 하베스팅 회로에서 제어 방법이 전환되는 임계점에서의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스팅 회로의 구조를 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스팅 회로를 제어하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스터가 공급하는 전력이 출력에서 필요로 하는 전력보다 큰 경우의 신호들의 파형을 도시한 타이밍다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스터가 공급하는 전력이 출력에서 필요로 하는 전력보다 작은 경우의 신호들의 파형을 도시한 타이밍다이어그램이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 하베스팅 회로(Harvesting circuit) 및 이를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 작은 리플을 가지는 출력 전압을 실현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 하베스팅 회로 및 이를 제어하는 방법은 출력이 필요로 하는 에너지를 인덕터가 상기 출력으로 한번에 제공할 수 있다. 이 경우, 하베스터의 에너지와 출력에서 필요로 하는 에너지가 유사할 지라도 동작 모드가 임의로 전환되는 현상이 발생하지 않으며, 그 결과 출력 전압의 리플이 상당히 작아질 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스팅 회로의 구조를 도시한 회로도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스팅 회로를 제어하는 과정을 도시한 순서도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스터가 공급하는 전력이 출력에서 필요로 하는 전력보다 큰 경우의 신호들의 파형을 도시한 타이밍다이어그램이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하베스터가 공급하는 전력이 출력에서 필요로 하는 전력보다 작은 경우의 신호들의 파형을 도시한 타이밍다이어그램이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 하베스팅 회로는 에너지 저장부(600), 예를 들어 인덕터(L), 충전 스위칭부(600), 출력 스위칭부(604), 2차 에너지 저장부(606, 배터리), 예를 들어 2차 전지 및 제어부(606)를 포함한다.
이하, 설명의 편의를 위하여, 에너지 저장부(600)를 인덕터(L)로 가정하고, 2차 에너지 저장부(606)를 2차 전지로 가정하겠다.
인덕터(600)는 하베스터(미도시)로부터 에너지를 1차로 제공받아 저장하고, 필요시 2차 전지(606)로부터 에너지를 제공받아 저장할 수 있다.
또한, 인덕터(600)는 상기 저장된 에너지를 출력(COUT)으로 제공한다. 특히, 인덕터(600)는 하베스터로부터 공급되는 에너지(전력)과 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지(전력)의 상대적인 크기에 관계없이 제어부(608)의 제어에 따라 출력(COUT)이 필요로 하는 에너지를 출력(COUT)으로 한번에 제공할 수 있다.
충전 스위칭부(602)는 인덕터(600)로 에너지를 제공하는 동작과 관련된 스위치들(MP1, MP2 및 MN1)을 포함할 수 있다. 여기서, 스위치들(MP1, MP2 및 MN1)은 제어 신호부(616)으로부터 출력된 제어 신호들(ΦHAV,ΦBAT1, ΦN1)에 의해 제어된다.
스위치(MP1)는 상기 하베스터와 인덕터(600)의 일단 사이의 연결을 스위칭하며, 예를 들어 PMOS 트랜지스터일 수 있다.
스위치(MN1)는 인덕터(600)의 일단과 접지 사이의 연결을 스위칭하며, 예를 들어 NMOS 트랜지스터일 수 있다.
스위치(MP2)는 인덕터(600)의 일단과 2차 전지(606) 사이의 연결을 스위칭하며, 예를 들어 PMOS 트랜지스터일 수 있다.
출력 스위칭부(604)는 인덕터(600)에 저장된 에너지를 출력하는 동작과 관련된 스위치들(MP3, MP4 및 MN2)을 포함할 수 있다. 여기서, 스위치들(MP3, MP4 및 MN2)은 제어 신호부(616)으로부터 출력된 제어 신호들(ΦOUT,ΦBAT2, ΦN2)에 의해 제어된다.
스위치(MP3)는 인덕터(600)의 타단과 출력(COUT) 사이의 연결을 스위칭하며, 예를 들어 PMOS 트랜지스터일 수 있다.
스위치(MN2)는 인덕터(600)의 타단과 접지 사이의 연결을 스위칭하며, 예를 들어 NMOS 트랜지스터일 수 있다.
스위치(MP4)는 인덕터(600)의 타단과 2차 전지(606) 사이의 연결을 스위칭하며, 예를 들어 PMOS 트랜지스터일 수 있다.
한편, 스위치들(MP1, MP2, MP3 및 MP4)은 필요에 따라 NMOS 트랜지스터로 구현될 수도 있다.
제어부(608)는 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지 이상으로 인덕터(600)의 에너지를 충전시키고 인덕터가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지를 한번에 출력(COUT)으로 제공하도록 인덕터(600), 충전 스위칭부(602) 및 출력 스위칭부(604)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(608)는 비교기들(610 및 614), 적분기(612) 및 제어 신호부(616)를 포함할 수 있다.
제 1 비교기(610)는 출력 노드의 전압(이하, "출력 전압(VOUT)"이라 함)과 기설정 전압(VH)을 비교하고, 비교 결과를 제어 신호부(616)로 출력한다. 여기서, 기설정 전압(VH)은 하베스터의 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지보다 클 때 인덕터(600)로부터 출력(COUT)으로의 에너지 공급을 차단하는 시점을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 기설정 전압(VH)은 출력(COUT)에서 필요로 하는 전압의 최대 전압에 해당할 수 있다.
적분기(612), 저항(RERR), 캐패시터(CERR) 및 제 2 비교기(614)는 충전 시간 결정부의 구성요소들로서, 2차 전지(606)로부터 인덕터(600)로 에너지를 공급하는 시간을 결정하기 위해 사용된다.
구체적으로는, 하베스터의 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지보다 작은 경우, 2차 전지(606)로부터 인덕터(600)로 추가 에너지가 공급된다. 이 때, 상기 충전 시간 결정부가 2차 전지(606)로부터 인덕터(600)로 에너지가 공급될 시간을 결정한다.
적분기(612)는 출력 전압(VOUT)과 기준 전압(VREF)을 수신하고 전압(VERR)을 출력한다.
제 2 비교기(614)는 적분기(612)의 출력(VERR)과 램프 신호(VRAMP)를 비교하고, 비교 결과(예를 들어, PWM 신호)를 제어 신호부(616)로 제공한다.
제어 신호부(616)는 제 1 비교기(610)의 출력과 제 2 비교기(614)의 출력에 기초하여 스위치들(MP1, MP2 및 MN1)을 제어하기 위한 제어 신호들(ΦHAV,ΦBAT1, ΦN1) 및 스위치들(MP3, MP4 및 MN2)을 제어하기 위한 제어 신호들(ΦOUT,ΦBAT2, ΦN2)을 출력시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 하베스팅 회로를 제어하는 과정을 살펴보겠다.
도 7을 참조하면, 하베스터로부터 공급될 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지 이상인 지의 여부가 판단된다(S700).
하베스터로부터 공급될 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지 이상인 경우, 상기 하베스터로부터 인덕터(600)로 에너지가 저장된다(S702).
이어서, 인덕터(600)는 상기 저장된 에너지를 출력(COUT)으로 제공한다(S704).
계속하여, 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지가 출력(COUT)으로 제공된 경우, 예를 들어 출력 전압(VOUT)이 상기 기설정 전압에 도달한 경우, 인덕터(600)는 남은 에너지를 2차 전지(606)에 저장한다(S706). 즉, 남은 에너지를 2차 전지(606)에 저장한 후 추후 필요시 사용한다.
반면에, 하베스터로부터 공급될 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지보다 작은 경우, 상기 하베스터로부터 인덕터(600)로 에너지가 저장된다(S708).
그러나, 이 경우에는 상기 하베스터로부터 공급되는 에너지로는 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지를 충족시킬 수 없으므로, 추가적인 에너지의 공급이 필요하다.
일 실시예에 따르면, 2차 전지(606)가 추가적인 에너지를 인덕터(600)로 공급할 수 있다(S710).
이어서, 인덕터(600)는 출력(COUT)으로 저장된 에너지를 제공한다(S712). 이 때, 본 발명의 제어 방법은 추가적인 에너지 공급을 통하여 인덕터(600)를 먼저 충전시킨 후, 인덕터(600)에 저장된 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지 이상이 되었을 때에만 출력(COUT)으로 에너지를 한번에 제공할 수 있다.
이러한 방식을 사용하는 경우, 인덕터(600)의 에너지와 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지가 유사할 지라도 임의로 모드 전환이 이루어지지 않기 때문에 출력 전압에 리플이 거의 발생하지 않을 수 있다.
이하, 하베스팅 회로를 제어하는 과정을 도 6, 도 8 및 도 9를 참조하여 구체적으로 살펴보겠다.
우선, 도 6 및 도 8을 참조하여 하베스터가 인덕터(600)로 공급하는 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지보다 클 때 하베스팅 회로의 동작을 살펴보겠다.
이 경우에는, 인덕터(600)로 추가적인 에너지 공급이 필요하지 않다. 따라서, 2차 전기(606)로부터의 에너지 공급 경로에 위치한 스위치(MP2)는 항상 오프된다. 예를 들어, 전 시간 동안 하이 로직을 가지는 제어 신호(ΦBAT1)가 PMOS 트랜지스터인 스위치(MP2)의 게이트로 입력된다. 또한, 상기 충전 시간 결정부는 전 시간 동안 비활성화될 수 있다.
t1 내지 t2 시간에서, 상기 하베스터로부터 인덕터(600)로 에너지가 공급된다. 이를 위해, 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦHAV)가 스위치(MP1, 예를 들어 PMOS 트랜지스터)로 제공되어 스위치(MP1)가 온되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호(ΦN2)가 스위치(MN2)로 제공되어 스위치(MN2)가 온된다.
이 때, 스위치(MN1, 예를 들어 NMOS 트랜지스터), 스위치(MP3, 예를 들어 PMOS 트랜지스터) 및 스위치(MP4, 예를 들어 PMOS 트랜지스터)가 오프되도록 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦN1)가 스위치(MN1)의 게이트로 입력되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호들(ΦOUT 및 ΦBAT2)이 스위치들(MP3 및 MP4)의 게이트들로 입력된다.
한편, 출력 전압(VOUT)은 기설정 전압(VH)과 기준 전압(VREF) 사이에서 감소하며, 출력 전압(VOUT)이 기준 전압(VREF)과 실질적으로 동일하여지면 출력(COUT)으로 에너지를 제공하는 동작이 t2 내지 t3 시간에서 수행된다.
t2 내지 t3 시간에서, 인덕터(600)의 에너지가 출력(COUT)으로 제공되며, 그 결과 출력 전압(VOUT)이 상승한다. 이를 위해, 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦOUT)가 스위치(MP3)의 게이트로 입력되어 스위치(MP3)가 온되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호(ΦN1)가 스위치(MN1)의 게이트로 입력되어 스위치(MN1)가 온된다.
이 때, 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦN2)가 스위치(MN2)의 게이트로 입력되어 스위치(MN2)가 오프되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호들(ΦHAV 및 ΦBAT2)이 스위치들(MP1 및 MP4)의 게이트들로 각기 입력되어 스위치들(MP1 및 MP4)가 오프된다. 결과적으로, 하베스터 및 2차 전지(606)로부터 인덕터(600)로 에너지가 공급되지는 않는다.
이어서, 출력 전압(VOUT)이 상승하여 기설정 전압(VH)에 도달하면, 인덕터(600)는 에너지를 더 이상 출력(COUT)으로 제공하지 않으며, t3 내지 t4 시간에서 인덕터(600)에 남은 에너지를 2차 전지(606)로 공급하는 동작이 수행된다.
출력 전압(VOUT)이 상승하여 기설정 전압(VH)에 도달하면, 제 1 비교기(610)는 출력 전압(VOUT)과 기설정 전압(VH)이 동일하여졌기 때문에 기존 로직과 반대되는 로직을 출력한다. 이 경우, 제어 신호부(616)는 하이 로직을 가지는 제어 신호(ΦOUT)를 스위치(MP3)의 게이트로 입력하여 스위치(MP3)를 오프시킨다. 결과적으로, 인덕터(600)로부터 출력(COUT)으로의 에너지 공급이 차단된다.
t3 내지 t4 시간에서, 인덕터(600)의 남은 에너지가 2차 전지(606)로 제공되도록 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦBAT2)가 스위치(MP4)의 게이트로 입력되어 스위치(MP4)가 온되고 하이 로직을 가지는 제어 신호(ΦN1)가 스위치(MN1)의 게이트로 입력되어 스위치(MN1)가 온된다.
이 때, 스위치들(MP1, MN2 및 MP3)이 오프되도록, 하이 로직을 가지는 제어 신호들(ΦHAV 및 ΦOUT)이 스위치들(MP1 및 MP3)의 게이트들로 입력되어 스위치들(MP1 및 MP3)이 오프되고 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦN2)가 스위치(MN2)의 게이트로 입력되어 스위치(MN2)가 오프된다.
계속하여, 위의 동작들이 반복적으로 수행된다.
다음으로, 도 6 및 도 9를 참조하여 하베스터가 인덕터(600)로 공급하는 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지보다 작을 때 하베스팅 회로의 동작을 살펴보겠다.
이 경우에는, 인덕터(600)로 추가적인 에너지 공급이 필요하다. 따라서, 2차 전기(606)로부터 인덕터(600)로의 에너지 공급이 필수적이다. 2차 전기(606)로부터 인덕터(600)로의 에너지 공급은 상기 충전 시간 결정부에 의해 결정된다.
t5 내지 t6 시간에서, 상기 하베스터로부터 인덕터(600)로 에너지가 공급된다. 이를 위해, 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦHAV)가 스위치(MP1, 예를 들어 PMOS 트랜지스터)로 제공되어 스위치(MP1)가 온되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호(ΦN2)가 스위치(MN2)로 제공되어 스위치(MN2)가 온된다.
이 때, 스위치(MN1, 예를 들어 NMOS 트랜지스터), 스위치(MP3, 예를 들어 PMOS 트랜지스터) 및 스위치(MP4, 예를 들어 PMOS 트랜지스터)가 오프되도록 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦN1)가 스위치(MN1)의 게이트로 입력되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호들(ΦOUT 및 ΦBAT2)이 스위치들(MP3 및 MP4)의 게이트들로 입력된다.
한편, 출력 전압(VOUT)은 감소한다.
이어서, 상기 하베스터의 에너지가 모두 방전되면, t6 내지 t7 시간에서 2차 전지(606)의 에너지가 인덕터(600)로 공급되는 동작이 수행된다. 이 때, 상기 충전 시간 결정부는 램프 신호(VRAMP)를 이용하여 인덕터(600)에 충전되어야 할 에너지와 현재 충전된 에너지의 차이에 해당하는 에너지를 충전할 수 있는 시간에 대한 정보를 가지는 비교 신호를 출력한다.
t6 내지 t7 시간에서, 2차 전지(606)의 에너지가 인덕터(600)로 공급된다. 이를 위해, 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦBAT1)가 스위치(MP2)의 게이트로 입력되어 스위치(MP2)가 온되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호(ΦN2)가 스위치(MN2)의 게이트로 입력되어 스위치(MN2)가 온된다.
이 때, 하이 로직을 가지는 제어 신호들(ΦHAV, ΦOUT 및 ΦBAT2)이 스위치들(MP1, MP3 및 MP4)의 게이트들로 각기 입력되어 스위치들(MP1, MP3 및 MP4)이 오프되고, 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦN1)가 스위치(MN1)의 게이트로 입력되어 스위치(MN1)가 오프된다.
t7 내지 t8 시간에서, 인덕터(600)의 에너지가 출력(COUT)으로 제공되며, 그 결과 출력 전압(VOUT)이 상승한다. 인덕터(600)의 에너지는 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지가 모두 충족될 때까지 출력(COUT)으로 제공된다. 이를 위해, 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦOUT)가 스위치(MP3)의 게이트로 입력되어 스위치(MP3)가 온되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호(ΦN1)가 스위치(MN1)의 게이트로 입력되어 스위치(MN1)가 온된다.
이 때, 로우 로직을 가지는 제어 신호(ΦN2)가 스위치(MN2)의 게이트로 입력되어 스위치(MN2)가 오프되고, 하이 로직을 가지는 제어 신호들(ΦHAV 및 ΦBAT2)이 스위치들(MP1 및 MP4)의 게이트들로 각기 입력되어 스위치들(MP1 및 MP4)가 오프된다.
계속하여, 위의 동작들이 반복적으로 수행된다.
전체적으로 정리하면, 하베스터의 에너지가 인덕터(600)로 공급하는 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지 이상일 때에는 인덕터(600)에서 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지를 출력(COUT)으로 공급한 후 남은 에너지를 2차 전지(606)에 저장하고, 하베스터의 에너지가 인덕터(600)로 공급하는 에너지가 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지보다 작을 때에는 2차 전지(606)의 에너지를 인덕터(600)로 추가적으로 저장하여 인덕터(600)의 에너지를 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지 이상으로 만든 후 인덕터(600)의 에너지를 출력(COUT)으로 한번에 제공한다.
즉, 본 발명의 하베스팅 회로는 항상 인덕터(600)의 에너지를 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지 이상으로 만든 후에 인덕터(600)의 에너지를 출력(COUT)으로 제공한다. 결과적으로, 하베스터의 에너지와 출력(COUT)에서 필요로 하는 에너지가 유사할 지라도 동작 모드가 임의로 전환되는 현상이 발생하지 않으며, 따라서 출력 전압(VOUT)에 리플이 거의 발생하지 않을 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
600 : 에너지 저장부 602 : 충전 스위칭부
604 : 출력 스위칭부 606 : 2차 에너지 저장부
608 : 제어부 610 : 제 1 비교기
612 : 적분기 614 : 제 2 비교기
616 : 제어 신호부

Claims (14)

  1. 에너지 저장부; 및
    상기 에너지 저장부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 출력에서 필요로 하는 에너지 이상으로 에너지를 상기 에너지 저장부로 저장시킨 후에 상기 저장된 에너지를 상기 출력으로 제공하는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 하베스터로부터 상기 에너지 저장부로 저장되는 에너지가 상기 출력에서 필요로 하는 에너지보다 작은 경우, 2차 에너지 저장부로부터 상기 에너지 저장부로 에너지를 저장하여 상기 출력에서 필요로 하는 에너지 이상으로 상기 에너지 저장부에 에너지를 저장한 후 상기 저장된 에너지를 상기 출력으로 한번에 제공하는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    하베스터 또는 2차 에너지 저장부와 상기 에너지 저장부 사이의 연결을 스위칭하는 충전 스위칭부; 및
    상기 에너지 저장부와 상기 출력 또는 상기 2차 에너지 저장부 사이의 연결을 스위칭하는 출력 스위칭부를 더 포함하되,
    상기 에너지 저장부는 인덕터인 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 충전 스위칭부는,
    상기 하베스터와 상기 에너지 저장부의 일단 사이의 연결을 스위칭하는 제 1 스위치;
    상기 2차 에너지 저장부와 상기 에너지 저장부의 일단 사이의 연결을 스위칭하는 제 2 스위치; 및
    상기 에너지 저장부의 일단과 접지 사이의 연결을 스위칭하는 제 3 스위치를 포함하고,
    상기 출력 스위칭부는,
    상기 에너지 저장부의 타단과 상기 출력 사이의 연결을 스위칭하는 제 4 스위치;
    상기 에너지 저장부의 타단과 상기 2차 에너지 저장부 사이의 연결을 스위칭하는 제 5 스위치; 및
    상기 에너지 저장부의 타단과 접지 사이의 연결을 스위칭하는 제 6 스위치를 포함하되,
    상기 스위치들은 상기 제어부의 제어 신호들에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하베스터로부터 상기 에너지 저장부로 저장되는 에너지가 상기 출력에서 필요로 하는 에너지보다 큰 경우,
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 6 스위치가 온되고 나머지 스위치들이 오프되어 상기 하베스터의 에너지가 상기 에너지 저장부로 저장되고,
    상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치가 온되고 나머지 스위치들이 오프되어 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지가 상기 출력으로 제공되며,
    상기 제 3 스위치 및 상기 제 5 스위치가 온되고 나머지 스위치들이 오프되어 상기 에너지 저장부에 남은 에너지가 상기 2차 에너지 저장부로 제공되는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 출력의 노드에 연결되는 제 1 비교기; 및
    제어 신호부를 더 포함하되,
    상기 제 1 비교기는 상기 출력의 전압이 기설정 전압에 도달하였는지를 감지하며, 상기 제어 신호부는 상기 출력의 전압이 상기 기설정 전압에 도달하였다고 감지되면 상기 제 4 스위치를 오프시키도록 해당 제어 신호를 상기 제 4 스위치로 제공하여 상기 에너지 저장부로부터 상기 출력으로 제공되는 에너지를 차단하는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  7. 제4항에 있어서, 상기 하베스터로부터 상기 에너지 저장부로 저장되는 에너지가 상기 출력에서 필요로 하는 에너지보다 작은 경우,
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 6 스위치가 온되고 나머지 스위치들이 오프되어 상기 하베스터의 에너지가 상기 에너지 저장부로 저장되고,
    상기 제 2 스위치 및 상기 제 6 스위치가 온되고 나머지 스위치들이 오프되어 상기 2차 에너지 저장부의 에너지가 상기 에너지 저장부로 저장되어 상기 에너지 저장부의 에너지가 상기 출력에서 필요로 하는 에너지 이상이 되며,
    상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치가 온되고 나머지 스위치들이 오프되어 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지가 상기 출력으로 제공되는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    충전 시간 결정부; 및
    제어 신호부를 더 포함하되,
    상기 충전 시간 결정부는 상기 2차 에너지 저장부로부터 상기 에너지 저장부로 에너지가 제공되는 시간을 결정하고, 상기 제어 신호부는 상기 결정된 시간에 따라 해당 스위치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 충전 시간 결정부는,
    상기 출력의 노드에 연결되는 적분기; 및
    상기 적분기의 출력단에 연결되는 제 2 비교기를 포함하되,
    상기 제 2 비교기의 출력은 상기 제어 신호부로 제공되는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  10. 에너지 저장부;
    하베스터와 상기 에너지 저장부의 일단 사이의 연결을 스위칭하는 제 1 스위치;
    2차 에너지 저장부와 상기 에너지 저장부의 일단 사이의 연결을 스위칭하는 제 2 스위치; 및
    상기 스위치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 하베스터로부터 상기 에너지 저장부로 저장되는 에너지가 출력에서 필요로 하는 에너지보다 작은 경우, 상기 제 1 스위치가 온되고 상기 제 2 스위치가 오프되어 상기 하베스터의 에너지가 상기 에너지 저장부로 저장되고, 상기 제 2 스위치가 온되고 상기 제 1 스위치가 오프되어 상기 2차 에너지 저장부의 에너지가 상기 에너지 저장부로 저장되며, 그런 후 상기 인덕터는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 저장된 에너지를 상기 출력으로 제공하는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 출력에서 필요로 하는 에너지 이상이 될때까지 상기 2차 에너지 저장부로부터 상기 에너지 저장부로 에너지가 제공되는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로.
  12. 하베스터로부터 에너지 저장부로 에너지를 제공하는 단계;
    2차 에너지 저장부로부터 상기 에너지 저장부로 에너지를 제공하는 단계; 및
    상기 하베스터 및 상기 2차 에너지 저장부로부터 제공된 에너지에 의해 상기 에너지 저장부의 에너지가 출력에서 필요로 하는 에너지 이상이 된 경우, 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지를 출력으로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 2차 에너지 저장부로부터 상기 에너지 저장부로 에너지를 제공할 시간을 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 결정된 시간 동안 상기 2차 에너지 저장부로부터 상기 에너지 저장부로 에너지가 제공되는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로 제어 방법.
  14. 하베스터로부터 에너지 저장부로 에너지를 제공하는 단계;
    상기 에너지 저장부에 저장된 에너지를 출력으로 제공하는 단계;
    상기 출력의 전압이 기설정 전압에 도달하면 상기 에너지 저장부로부터 상기 출력으로 제공되는 에너지를 차단하는 단계; 및
    상기 에너지 저장부의 남은 에너지를 2차 에너지 저장부로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하베스팅 회로 제어 방법.

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