KR20190095719A - 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

에너지 하베스팅 장치가 일반적으로 설명된다. 일 예시적인 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집부 및 부스트 컨버터부를 포함한다. 에너지 수집부는 외부 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고 변환된 전기 에너지를 수집하도록 구성될 수 있다. 부스트 컨버터부는 기준 전력 생성부, 클럭 신호 생성부, 비교부 및 드라이버부를 포함할 수 있다. 기준 전력 생성부는 기준 전류 및 기준 전압을 생성하도록 구성될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 감소시키면서 클럭 신호를 생성할 수 있다. 비교부는 클럭 신호에 응답하여 기준 전압과 수집된 전기 에너지의 입력 전압을 비교할 수 있다. 또한, 비교부는 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있다. 드라이버부는 출력 신호에 응답하여 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 클럭 신호 생성부는 드라이버부가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 클럭 주파수를 초기화할 수 있다.

Description

에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법 {ENERGY HARVESTING DEVICE, SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 섹션에서 설명되는 접근법은, 여기에서 달리 지적되지 않는다면, 본 출원에서 청구범위에 대한 종래 기술이 아니며, 본 섹션에 포함함으로써 선행 기술로 인정되지 않는다.
에너지 하베스팅 시스템은 예컨대, 빛, 열, 전파, 압력, 등과 같은 외부 에너지원으로부터 에너지를 수신하고, 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 수집하여 배터리에 충전한다. 이러한 에너지 하베스팅 시스템은 배터리를 계속해서 또는 빈번하게 충전할 필요가 있는 예컨대, 무선 센서, 사물 인터넷 제품 등을 포함하는 다양한 제품 또는 구성에서 광범위하게 사용될 수 있다.
에너지 하베스팅 시스템에는 부스트 컨버터 구조가 널리 이용된다. 에너지 하베스팅 시스템에 의해 수집되는 전기 에너지의 전압은 통상 배터리로의 저장을 위해 요구되는 전압에 비하여 낮으므로, 부스트 컨버터 구조를 가지는 에너지 하베스팅 시스템은 수집된 전기 에너지의 전압을 증가시키는 한편, 높은 변환 효율로 수집된 전기 에너지를 배터리에 저장할 수 있다.
종래의 에너지 하베스팅 시스템은 보통, 최적화된 입력 전력 범위를 가진다. 예컨대, 나노와트(nW) 단위와 같이 비교적 낮은 범위의 수집 에너지에 대하여 최적화된 에너지 하베스팅 시스템은 입력 전력이 높은 경우, 활용 가능한 전력의 범위가 제한되었다. 한편, 높은 입력 전력에 최적화된 에너지 하베스팅 시스템은 입력 전력이 낮은 경우, 에너지 하베스팅 시스템을 구동하기 위해 소비되는 에너지가 에너지 하베스팅 시스템에 의해 수집되는 에너지에 비해 높았다.
1. 미국 특허 공보 US 8,704,494 2. 미국 특허 공보 US 9,577,529
3. An 18 nA, 87% Efficient Solar, Vibration and RF Energy-Harvesting Power Management System With a Single Shared Inductor 위와 같은 선행기술문헌에서는 에너지 하베스팅 시스템에서 전력을 효율적으로 수집하기 위한 다양한 기법을 제시하고 있지만, 시간에 따라 변동 가능한 입력 전력 및 에너지 하베스팅 시스템의 소비 전력 모두를 고려하여 효율적인 에너지 하베스팅을 구현하지 못하고 있다.
일 예시에서, 에너지 하베스팅을 수행하기 위한 에너지 하베스팅 장치가 일반적으로 설명된다. 일 예시적인 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집부 및 부스트 컨버터부를 포함할 수 있다. 에너지 수집부는 외부 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고 변환된 전기 에너지를 수집하도록 구성될 수 있다. 부스트 컨버터부는 에너지 수집부와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 부스트 컨버터부는 기준 전력 생성부, 클럭 신호 생성부, 비교부 및 드라이버부를 포함할 수 있다. 기준 전력 생성부는 기준 전류 및 기준 전압을 생성하도록 구성될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 기준 전력 생성부에 연결될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 비교부는 기준 전력 생성부 및 클럭 신호 생성부에 연결될 수 있다. 비교부는 클럭 신호 생성부에 의해 생성된 클럭 신호에 응답하여, 에너지 수집부에 의해 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압을 기준 전력 생성부에 의해 생성된 기준 전압과 비교하도록 구성될 수 있다. 또한, 비교부는 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 드라이버부는 비교부에 의해 생성된 출력 신호에 응답하여 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 드라이버부가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화하도록 구성될 수 있다.
일 예시에서, 클럭 신호 생성부는 클럭 신호의 클럭 주파수를 지수 함수적으로(exponentially) 감소시키도록 구성될 수 있다. 일 예시에서, 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 클럭 신호를 생성할 때마다 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시킬 수 있다. 일 예시에서, 드라이버부는 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지의 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정하도록 구성될 수 있다.
일 예시에서, 에너지 하베스팅 시스템은 전술한 적어도 하나의 에너지 하베스팅 장치 및 적어도 하나의 배터리를 포함할 수 있다.
일 예시에서, 에너지 하베스팅 방법이 일반적으로 설명된다. 일 예시적인 에너지 하베스팅 방법은 에너지 수집 소자로부터 수집되는 전기 에너지를 배터리에 충전하기 위하여 에너지 수집 소자와 배터리 사이에 배치된 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 에너지 하베스팅 방법은 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하는 단계; 생성된 클럭 신호에 응답하여 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압과 기준 전압을 비교하는 단계; 입력 전압이 기준 전압 보다 큰 경우, 수집된 전기 에너지를 배터리에 저장하는 단계; 및 수집된 전기 에너지를 배터리에 저장하는 단계에 응답하여 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
이상의 설명은 단순히 예시적인 것으로서 어떠한 방식으로든 제한적으로 의도된 것이 아니다. 이하의 상세한 설명과 도면을 참조함으로써, 상기 설명된 예시적인 양태들, 실시예들, 그리고 특징들에 더하여, 추가적인 양태들, 실시예들, 그리고 특징들 또한 명확해질 것이다.
본 개시의 전술한 특징 및 다른 특징은 첨부 도면과 결합하여, 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 더욱 충분히 명백해질 것이다. 이들 도면은 본 개시에 따른 단지 몇 개의 예시를 묘사할 뿐이고, 따라서, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 될 것임을 이해하면서, 본 개시는 첨부 도면의 사용을 통해 더 구체적이고 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 예시적인 에너지 하베스팅 장치를 개략적으로 도시하는 블록도이고;
도 2는 도 1의 예시적인 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 예시적인 에너지 하베스팅 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이고;
도 3(a)는 도 2의 예시적인 에너지 하베스팅 시스템에 대한 일부 회로 소자를 포함하는 보다 구체적인 블록도이고 도 3(b)는 도 3(a)의 회로의 동작을 나타내는 그래프이고;
도 4는 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에서 이용 가능한 일 예시적인 오실레이터의 회로도이고;
도 5(a) 및 도 5(b)는 예시적인 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템이 다양한 범위의 입력 전력에서 동작하는 예시를 나타내는 도면이며;
도 6은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에서 수행되는 에너지 하베스팅에 대한 예시적인 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
이하의 상세한 설명에서 본 개시의 일부를 이루는 첨부된 도면이 참조된다. 문맥에서 달리 지시하고 있지 않은 한, 통상적으로, 도면에서 유사한 부호는 유사한 컴포넌트를 나타낸다. 상세한 설명, 도면, 그리고 청구범위에 설명되는 예시적인 예시는 제한적으로 여겨지지 않는다. 본 개시에서 제시되는 대상의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않으면서도 다른 예시가 이용되거나, 다른 변경이 이루어질 수 있다. 여기에서 일반적으로 설명되고, 도면에 도시되는 본 개시의 양태는 다양한 다른 구성으로 배열, 대체, 조합, 분리, 및 설계될 수 있음과 이 모두가 여기에서 암시적으로 고려됨이 기꺼이 이해될 것이다.
일반적으로 본 개시는, 그 중에서도, 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 관련된다. 이하에서는 하드웨어로 구현되는 장치 및 시스템과 그러한 장치 및 시스템에서 수행되는 방법에 관하여 주로 설명될 것이지만, 통상의 기술자는 본 개시에서 설명된 특징 중 적어도 일부가 예컨대, FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은 프로그램 가능한 회로를 이용함으로써, 프로그램과 같은 소프트웨어에 의해서도 구현 가능하다는 점을 인정할 것이다.
간략히 기술하면, 에너지 하베스팅 장치가 일반적으로 개시된다. 본 개시의 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집부 및 부스트 컨버터부를 포함할 수 있다. 에너지 수집부는 예컨대, 빛, 열, 전파, 압력, 등과 같은 외부 에너지원으로부터 에너지를 수신할 수 있으며, 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 또한, 에너지 수집부는 변환된 전기 에너지를 수집할 수 있다. 수신된 에너지로부터 변환된 전기 에너지가 에너지 수집부에서 수집됨에 따라, 수집된 전기 에너지의 전압, 즉 입력 전압은 시간에 따라 증가할 수 있다. 그러나, 입력 전압은 에너지 수집부가 에너지를 수신하는 환경에 의존하여 증가할 수 있다. 예컨대, 에너지 수집부가 빛 에너지를 수신하여 전기 에너지를 수집하는 경우, 에너지 하베스팅 장치가 비교적 어두운 환경에 놓이거나 빈번하게 어두운 환경에 놓이면, 수집되는 전기 에너지의 입력 전압은 비교적 느리게 증가할 수 있다. 반면, 에너지 하베스팅 장치가 밝은 환경에 빈번하게 놓이면, 수집되는 전기 에너지의 입력 전압은 비교적 빠르게 증가할 수 있다.
부스트 컨버터부는 에너지 수집부와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 부스트 컨버터부는 에너지 수집부와 배터리 사이에 배치될 수 있다. 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지는 부스트 컨버터부의 동작에 기초하여 배터리로 전달되어 배터리에 저장될 수 있다. 일부 예시에서, 부스트 컨버터부는 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation, PFM)를 이용하여 동작할 수 있다. 또한, 부스트 컨버터부는 불연속 동작 모드(Discontinuous Conduction Mode; DCM)로 동작할 수 있다.
일부 예시에서, 부스트 컨버터부는 기준 전력 생성부, 클럭 신호 생성부, 비교부 및 드라이버부를 포함할 수 있다. 기준 전력 생성부는 기준 전류(reference current) 및 기준 전압(reference voltage)을 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 기준 전류 및 기준 전압은 부스트 컨버터부를 동작하는 데 이용될 수 있다. 클럭 신호 생성부는 기준 전력 생성부로부터 생성되는 기준 전류 및/또는 기준 전압을 이용하여 클럭 신호를 생성할 수 있다. 클럭 신호 생성부에서 생성되는 클럭 신호의 클럭 주파수는 점차 감소될 수 있다. 즉, 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 감소시키면서 클럭 신호를 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부는 클럭 신호의 클럭 주파수를 지수 함수적으로(exponentially) 감소시킬 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 클럭 신호 생성부는 클럭 신호를 생성할 때마다 클럭 주파수를 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시킬 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 감소시킬 수 있다. 클럭 주파수가 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 감소된 이후에, 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 더 감소시키지 않고 최소 클럭 주파수에서 유지할 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부는 오실레이터를 포함할 수 있으며, 이러한 오실레이터는 시프트 레지스터를 포함할 수 있다.
부스트 컨버터부의 비교부는 클럭 신호 생성부에 의해 생성되는 클럭 신호에 응답하여 동작하도록 구성될 수 있다. 비교부는 에너지 수집부에 의해 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압과 기준 전력 생성부에 의해 생성된 기준 전압을 비교할 수 있으며, 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 비교부는 입력 전압이 기준 전압에 비해 높은 경우, 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
드라이버부는 비교부에 의해 생성된 출력 신호에 응답하여, 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 드라이버부는 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지의 전압, 즉, 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정할 수 있으며, 조정된 미리 정해진 출력 전압을 가지는 전기 에너지를 배터리에 전달할 수 있다. 한편, 클럭 신호 생성부는 드라이버부가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화할 수 있다. 이와 같이, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 신호 및 수집된 전기 에너지의 전압에 기초하여 에너지를 배터리에 저장할 수 있으며, 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 전기 에너지를 배터리에 저장할 때마다 초기화할 수 있다.
도 1은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 예시적인 에너지 하베스팅 장치(100)를 개략적으로 도시하는 블록도이다. 예시적인 에너지 하베스팅 장치(100)는 에너지 수집부(110) 및 부스트 컨버터부(120)를 포함할 수 있다. 에너지 수집부(110)는 예컨대, 빛, 열, 전파, 압력, 등과 같은 다양한 외부 에너지원으로부터의 에너지를 수신하고, 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 수집부(110)는 예컨대, 열전 소자, 압전 소자, 광전 소자 또는 RF(Radio Frequency) 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 에너지 수집부(110)는 외부 에너지로부터 변환된 전기 에너지를 수집할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 수집부(110)는 수집된 전기를 축적하기 위한 예컨대, 커패시터를 포함할 수 있다. 에너지 수집부(110)가 전기 에너지를 수집함에 따라, 수집된 전기 에너지의 전압, 즉 입력 전압은 시간이 경과함에 따라 점차 증가할 수 있다.
부스트 컨버터부(120)는 에너지 수집부(110)와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 부스트 컨버터부(120)는 기준 전력 생성부(122), 클럭 신호 생성부(124), 비교부(126) 및 드라이버부(128)를 포함할 수 있다. 에너지 수집부(110)에 연결된 부스트 컨버터부(120)는 에너지 수집부(110)에 수집된 전기 에너지를 에너지 하베스팅 장치(100)의 외부, 예컨대 수집된 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리로 출력하도록 동작할 수 있다. 일부 예시에서, 부스트 컨버터부(120)는 펄스 주파수 변조(PFM) 기법을 이용하여 동작할 수 있다. 또한, 부스트 컨버터부(120)는 불연속 동작 모드(DCM)로 동작할 수 있다.
기준 전력 생성부(122)는 기준 전류 및 기준 전압을 생성하도록 구성될 수 있다. 기준 전력 생성부(122)는 에너지 하베스팅 장치(100) 내부의 구동 전력을 이용하여 동작할 수 있다. 일부 예시에서, 기준 전력 생성부(122)는, 도 1에는 도시되지 않았지만, 기준 전류 생성부 및 기준 전압 생성부를 포함할 수 있다. 기준 전류 생성부는 기준 전류를 생성하고, 생성된 기준 전류를 클럭 신호 생성부(124) 입력하도록 구성될 수 있으며, 기준 전압 생성부는 기준 전류에 기초하여 기준 전압을 생성하고, 생성된 기준 전압을 비교부(126)에 입력하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 기준 전력 생성부(122)에 의해 생성된 기준 전류 및 기준 전압은 부스트 컨버터부(120)를 적절하게 동작하도록 하는 데 이용될 수 있다. 일부 추가적인 예시에서, 기준 전압 생성부는 외부의 컨트롤 신호에 기초하여 기준 전압을 생성하도록 구성될 수 있다.
클럭 신호 생성부(124)는 기준 전력 생성부(122)로부터 생성되는 기준 전류 (및/또는 기준 전압)을 이용하여 클럭 신호를 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 감소시킬 수 있다. 즉, 클럭 신호 생성부(124)는 시간에 따라 클럭 신호를 감소시키면서 클럭 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수를 디지털적으로 또는 아날로그적으로 감소시킬 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수를 지수 함수적으로(exponentially) 감소시킬 수 있지만, 이러한 예시에 제한되지는 않는다. 예컨대, 클럭 주파수는 선형적으로 감소될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 신호를 생성할 때마다 클럭 주파수를 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시킬 수 있다.
일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수를 미리 정해진 초기 클럭 주파수로부터 점차 감소시킬 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수가 미리 정해진 최소 클럭 주파수가 될 때까지 감소시킬 수 있다. 일부 추가적인 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 클럭 주파수가 미리 정해진 최소 클럭 주파수가 된 이후에, 클럭 주파수를 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 유지하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(124)는 시프트 레지스터를 가지는 오실레이터를 포함할 수 있으며, 시프트 레지스터는 클럭 주파수를 감소시키는 데 이용될 수 있다.
비교부(126)는 클럭 신호 생성부(124)에 연결될 수 있으며, 클럭 신호 생성부(124)에 의해 생성된 클럭 신호를 수신할 수 있다. 비교부(126)는 클럭 신호에 응답하여 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 비교부(126)는 기준 전력 생성부(122)에 연결될 수 있으며, 기준 전력 생성부(122), 예컨대, 기준 전압 생성부에 의해 생성된 기준 전압을 수신하도록 구성될 수 있다. 비교부(126)는 에너지 수집부(110)에 의해 수집된 전기 에너지의 전압, 즉, 입력 전압과 기준 전력 생성부(122)에 의해 생성된 기준 전압을 비교하고 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 비교부(126)는 입력 전압이 기준 전압에 비해 높은 경우, 출력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 비교부(126)는 클럭 신호에 기초하여 동작하는 인버터를 포함할 수 있다.
드라이버부(128)는 에너지 수집부(110) 및 비교부(126)에 연결될 수 있다. 부 실시예에서, 드라이버부(128)는 비교부(126)로부터 출력 신호를 수신하고, 출력 신호의 수신에 응답하여, 에너지 수집부(110)에 수집된 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 드라이버부(128)는 비교부(126)로부터의 출력 신호의 수신에 응답하여, 수집된 전기 에너지를 미리 정해진 출력 전압으로 조정할 수 있으며, 조정된 전압을 가지는 전기 에너지를 에너지 하베스팅 장치(100)의 외부, 예컨대, 배터리로 출력 또는 전달할 수 있다.
일부 실시예에서, 드라이버부(128)는 클럭 신호 생성부(124)에 연결될 수 있다. 일부 예시에서, 드라이버부(128)에 의해 생성되는 적어도 하나의 신호는 클럭 신호 생성부(124)에 공급될 수 있다. 클럭 신호 생성부(124)는 드라이버부(128)가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 클럭 주파수를 예컨대, 초기 클럭 주파수로 초기화하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 클럭 신호 생성부(124)는 드라이버부(128)로부터 수신된 적어도 하나의 신호의 수신에 응답하여, 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화할 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 에너지 하베스팅 장치(100)는 클럭 신호 및 수집된 전기 에너지의 상태, 예컨대, 수집된 전기 에너지의 전압에 기초하여 수집된 에너지를 에너지 하베스팅 장치의 외부, 예컨대, 배터리에 출력할 수 있으며, 에너지 하베스팅 장치(100)를 동작하는 데 이용되는 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 전기 에너지가 에너지 하베스팅 장치(100)의 외부, 예컨대, 배터리에 전달 또는 출력될 때마다 초기화할 수 있다. 도 1에서 도시된 에너지 수집부(110)와 부스트 컨버터부(120)의 적어도 일부 구성 간의 연결이 이상 설명된 에너지 하베스팅 장치(100)의 기능을 수행하기 위하여 적절히 추가, 변경, 제거될 수 있음이 통상의 기술자에게 이해될 것이다.
도 2는 도 1의 예시적인 에너지 하베스팅 장치(100)를 포함하는 예시적인 에너지 하베스팅 시스템(200)을 개략적으로 도시하는 블록도이다. 에너지 하베스팅 시스템(200)은 도 1에 도시된 바와 같은, 적어도 하나의 에너지 하베스팅 장치(100) 및 배터리부(210)를 포함할 수 있다. 에너지 하베스팅 장치(100)는 도 1에서 설명된 바와 같이, 예컨대, 미리 정해진 출력 전압을 가지는 전기 에너지를 출력할 수 있다. 배터리부(210)는 적어도 하나의 배터리를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 배터리 각각은 에너지 하베스팅 장치(100)로부터 출력되는 전기 에너지를 이용하여 전력을 충전하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 배터리부(210) 에너지 하베스팅 시스템(200)의 외부로 충전된 전기 에너지를 공급 가능하도록 구성될 수 있다.
도 3(a)는 본 개시에 따른 예시적인 에너지 하베스팅 시스템(300)이며, 에너지 하베스팅 시스템(300)의 구체적인 일부 회로 소자가 표현된 블록도이고 도 3(b)는 도 3(a)의 회로의 동작을 나타내는 그래프이다. 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 예시는 단순히 설명을 위하여 제시된 예시일 뿐이며, 다양한 변경 및 변동이 가능함이 통상의 기술자에 의해 인정될 것이다.
도 3(a)에 도시된 에너지 하베스팅 시스템(300)의 에너지 수집 소자(312)는 외부로부터 에너지를 수신하고 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 커패시터(314)는 에너지 수집소자(312)에 의해 변환된 전기 에너지를 수집, 예컨대 축적하도록 할 수 있다. 커패시터(314)에 수집된 전기 에너지의 전압, 즉, 입력 전압(VIN)은 시간에 따라 점차 증가할 수 있다. 예컨대, 도 3(b)의 제1 시간 구간(382)에서 입력 전압(VIN)에 관하여 도시된 바와 같이 입력 전압은 시간에 따라 점차 증가할 수 있다. 부스트 컨버터부는 기준 전류 생성부(322), 기준 전압 생성부(324), 클럭 신호 생성부(330), 인버터(340) 및 하나 이상의 드라이버 컴포넌트(352, 353, 354, 355, 356)를 포함하는 드라이버부를 포함할 수 있다. 기준 전류 생성부(322)에 의해 생성되는 기준 전류(IREF) 및 기준 전압 생성부(324)에 의해 생성되는 기준 전압(VREF)은 부스트 컨버터부를 동작하는 데 이용될 수 있다. 예컨대, 기준 전류(IREF)는 약 100pA일 수 있으며, 기준 전압(VREF)은 0.3V 내지 3.0V의 범위 중 임의의 값일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일부 예시에서, 클럭 신호 생성부(330)는 클럭 주파수를 지수적으로 감소시키는 오실레이터를 포함할 수 있다. 일 예시에서, 클럭 주파수는 예컨대, 800Khz와 같은 초기 클럭 주파수로부터 100Hz와 같은 최소 클럭 주파수로 감소될 수 있으나, 초기 클럭 주파수 및 최소 클럭 주파수의 예시는 이에 제한되지 않는다. 도 3(b)의 클럭 주파수(fCLK) 그래프, 특히 제3 시간 구간(386)에서 도시된 바와 같이, 클럭 주파수(fCLK)는 연속적으로 감소될 수 있다. 예컨대, 클럭 주파수(fCLK)는 클럭 신호(CLK)가 생성될 때마다 반으로 감소될 수 있다. 일 예시에서, 클럭 신호 생성부(330)에 포함된 오실레이터는 시프트 레지스터를 포함할 수 있으며, 이러한 시프트 레지스터는 클럭 주파수를 감소시키는 데 이용될 수 있다. 시프트 레지스터를 포함하고 시간에 따라 주파수를 감소시키는 오실레이터의 일 예시는 도 4에 도시된다.
도 4는 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에서 이용 가능한 일 예시적인 오실레이터의 회로도이다. 도 4를 참조하면, 커패시터(C1)에 기준 전류(IREF)의 임의의 배수인 전류(IDAC)가 흐르며, 전류(IDAC)에 의해 커패시터(C1)의 전압(VC1)이 증가한다. 도 4의 일 예시적인 오실레이터는 증가된 전압(VC1)이 트랜지스터(M1)의 문턱 전압(Threshold Voltage)(Vth,M1)과 동일하거나 큰 경우, 트랜지스터(M1)가 동작하고, 이러한 트랜지스터(M1)의 동작에 응답하여, 결과적으로 클럭 신호(CLK)가 발생한다. 한편, 시프트 레지스터는 커패시터(C1)에 공급되는 전류(IDAC)의 크기를 클럭 신호(CLK)를 생성할 때마다 절반으로 감소시킨다. 클럭 신호(CLK) 생성되는 주파수(fCLK)는 아래 수학식 1과 같은 관계가 성립한다.
Figure pat00001
이러한 오실레이터가 소모하는 전력은 주로 커패시터를 충전하는 전류(IDAC)에 의한 것이며, 전류(IDAC)는 기준 전류(IREF)의 임의의 배수이므로, 주파수(fCLK)가 오실레이터의 소모전력에 비례한다는 것을 알 수 있다.
도 3(a) 및 도 3(b)로 돌아오면, 주파수 생성부(330)는 클럭 주파수가 지수적으로 감소하는 클럭 신호(CLK)를 생성할 수 있으며, 인버터(340)는 클럭 신호 생성부(330)에 의해 생성된 클럭 신호(CLK)의 수신에 응답하여, 기준 전압(VREF)과 입력 전압(VIN)을 비교할 수 있다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 시간 구간(382 및 384) 간의 경계선의 시점에서, 인버터(340)는 클럭 신호(CLK)를 수신할 수 있으며, 이러한 클럭 신호(CLK)의 수신에 응답하여, 기준 전압(VREF)과 입력 전압(VIN)을 비교할 수 있다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 인버터(340)는 입력 전압(VIN)이 기준 전압(VREF) 보다 큰 경우, 출력 신호(CMP)를 생성할 수 있다. 이후, 하나 이상의 드라이버 컴포넌트(352, 353, 354, 355, 356)를 포함하는 드라이버부는 출력 신호(CMP)에 기초하여, 커패시터(314)에 수집된 전기 에너지를 배터리(360)에 저장할 수 있다. 예컨대, 최적시간 펄스 생성기(352) 및 는 전기 에너지가 배터리(360)에 저장되기 위한 적절한 시간(ton)의 길이의 펄스 신호(φ1)를 생성하고 트랜지스터(355)에 입력할 수 있다. 예컨대, ton 은 수학식 2와 같은 관계가 성립할 수 있다.
Figure pat00002
또한, 영전류 스위칭 펄스 생성기(353)는 인덕터(354)를 통하여 배터리(360)에 전달되는 전류(IL)가 감소하는 경우, 역펄스 신호(φ2)를 생성하고, 생성된 역펄스 신호(φ2)를 트랜지스터(356)에 입력하여, 결과적으로 전기 에너지의 배터리(360)로의 전달을 종료시킬 수 있다. 예컨대, 역펄스 신호(φ2)은 전류(IL)가 0이거나 실질적으로 0인 경우, 생성될 수 있다. 또한, 인덕터(354), 등의 컴포넌트는 전기 에너지를 배터리(360)에 저장하기 전에, 입력 전압(VIN)을 배터리(360)에 저장되는 전압(VBAT)으로 조정하도록 역할할 수 있다.
또한, 펄스 신호(φ1, φ2)는 적절한 회로 소자(370), 예컨대, 도 3(a)에 도시된 바와 같은 NAND 소자를 통하여 클럭 신호 생성부(330)로 입력될 수 있다. 클럭 신호 생부(330)는 이러한 펄스 신호(φ1, φ2)에 기초한 입력에 응답하여 클럭 신호의 클럭 주파수를 도 3(b)의 제2 및 제3 시간 구간 사이의 경계선에서의 시점에서 클럭 주파수 그래프에 도시된 바와 같이 초기화될 수 있다. 이와 같이, 하나 이상의 드라이버 컴포넌트(352, 353, 354, 355, 356)를 포함하는 드라이버부의 동작에 응답하여, 클럭 신호 생성부(330)는 클럭 주파수를 초기화할 수 있다. 에너지 하베스팅 장치 또는 에너지 하베스팅 시스템(300)의 동작 및 그러한 동작에 따른 전력 소비에 대한 평가는 도 5(a) 및 (b)의 예시를 참조하여 보다 구체적으로 설명된다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 예시적인 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템이 다양한 범위의 입력 전력에서 동작하는 예시를 나타내는 도면이다. 도 5(a) 및 (b)에서, VIN은 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템(이하에서는, 설명의 편의를 위해 에너지 하베스팅 장치로 통칭함)의 에너지 수집부에 수집되는 에너지의 입력 전압을 나타내고, VREF는 에너지 하베스팅 장치에서 생성되는 기준 전압을 나타내고, IL은 에너지 하베스팅 장치로부터 배터리로 전달되는 전기 에너지의 전류를 나타내고, CLK는 클럭 신호 생성부에 의해 생성되는 클럭 신호(CLK)를 나타내고, Pφ1및 Pφ2는 드라이버부에 의해 소비되는 전력을 나타내고, POSC는 클럭 신호 생성부에 의해 소비되는 전력을 나타내고, Pstatic은 에너지 하베스팅 장치가 클럭 신호에 무관하게 계속해서 소비하는 전력, 예컨대, 기준 전류 및 기준 전압을 생성하기 위하여 소비하는 전력을 나타낸다.
도 5(a)은 에너지 하베스팅 장치의 에너지 수집부에 의해 수집되는 전기 에너지의 전압(입력 전압)이 비교적 느리게 증가하는 경우, 즉, 단위 시간당 입력 전력이 낮은 경우를 나타내는 한편, 도 5(b)는 입력 전압이 비교적 빠르게 증가하는 경우, 즉, 단위 시간된 입력 전력이 높은 경우를 나타낸다. 본 개시에 따른 에너지 하베스팅 장치가 수집된 전기 에너지를 배터리에 전달할 때마다, 클럭 주파수를 초기화함에 따라, 도 5(a) 및 (b)의 VIN 그래프에 표시된 화살표와 같이, 입력 전압(VIN)이 기준 전압을 초과한 시점과 에너지 하베스팅 장치가 배터리에 전기 에너지를 전달하는 시점(예컨대, IL 그래프에서 전류가 0이 아닌 시점) 사이의 시간 간격은 시간당 수집되는 전기 에너지의 비율에 의존할 수 있다. 또한, 에너지 하베스팅 장치에 단위 시간당 수집되는 전력의 크기(PIN)에 따라, 에너지 하베스팅 장치가 소비하는 전력이 변동할 수 있다. 예컨대, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스팅 장치에 시간당 수집되는 전력(PIN)이 낮은 경우, 에너지 하베스팅 장치에 의해 소비되는 평균 전력(PCTRL , avg)은 도 5(b)의 아래의 전력 소비 그래프(PCTRL)에 도시되는 에너지 하베스팅 장치에 시간당 수집되는 전력(PIN)이 높은 경우의 평균 전력(PCTRL, avg)에 비하여 낮을 수 있다. 이와 같이, 본 개시에 따른 에너지 하베스팅 장치는 시간당 압력되는 전력(PIN)에 따라, 에너지 하베스팅 장치에 의하여 소비되는 전력(PCTRL 또는 PCTRL , avg)을 효율적으로 그리고 자동적으로 조정할 수 있다. 한편, 본 개시에 따른 에너지 하베스팅 장치에 포함된 특징, 예컨대, 입력 에너지, 입력 전력에 기초하여 소비 전력을 자동적으로 변경할 수 있는 특징은 에너지 하베스팅 뿐만 아니라 전압 레귤레이팅을 하는 데에도 이용 가능하다.
도 6은 본 개시의 적어도 일부 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에서 수행되는 에너지 하베스팅에 대한 예시적인 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 도 6에 도시된 프로세스(600)는 블록(610, 620, 630 및/또는 640)에 의해 도시된 바와 같은 하나 이상의 동작, 기능 또는 작용을 포함할 수 있다. 이러한 동작, 기능 또는 작용은 예컨대, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템 상에서 수행될 수 있다. 즉, 프로세스(600)는 에너지 수집 소자로부터 수집되는 전기 에너지를 배터리에 충전하기 위하여, 적어도 에너지 수집 소자와 배터리 사이에 배치된 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 다양한 블록은 설명된 실시예로 제한하려고 의도되지는 않는다. 예컨대, 당업자는 여기에서 개시된 본 프로세스에 대하여, 프로세스 및 방법에서 수행되는 기능이 상이한 순서로 구현될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 또한, 개략적인 동작들은 예시로서만 제공되고, 개시된 실시예의 본질에서 벗어나지 않으면서, 동작들 중 일부가 선택적일 수 있거나, 더 적은 동작으로 조합될 수 있거나, 추가적인 동작으로 확장될 수 있다. 프로세스(600)는 클럭 신호의 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하는 블록(610)에서 시작될 수 있다.
블록(610)에서, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 신호가 생성되는 클럭 주파수를 시간에 따라 점차 감소시킬 수 있다. 에너지 하베스팅 장치는 예컨대, 클럭 주파수를 지수 함수적으로 감소시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 신호를 생성할 때마다 클럭 주파수를 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시킬 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 주파수를 미리 정해진 초기 클럭 주파수로부터 미리 정해진 최소 클럭 주파수가 될 때까지 감소시킬 수 있다. 일부 추가적인 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 클럭 주파수가 최소 클럭 주파수가 된 이후에, 클럭 주파수를 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 유지하도록 구성될 수 있다. 프로세스는 블록(610)에서, 생성된 클럭 신호에 응답하여 수집된 전기 에너지의 입력 전압과 기준 전압을 비교하는 블록(620)으로 이어질 수 있다.
블록(620)에서, 에너지 하베스팅 장치는 생성된 클럭 신호에 응답하여, 에너지 수집부에 의해 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압과 기준 전압을 비교할 수 있다. 기준 전압은 에너지 하베스팅 장치의 내부에서 생성된 전압일 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 기준 전압과 입력 전압의 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있다. 예컨대, 에너지 하베스팅 장치는 입력 전압이 기준 전압에 비해 높은 경우 출력 신호를 생성할 수 있다. 프로세스(600)는 블록(620)에서 입력 전압이 기준 전압 보다 큰 경우, 수집된 전기 에너지를 배터리에 저장하는 블록(630)으로 이어질 수 있다.
블록(630)에서 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집 소자에 의해 수집된 전기 에너지의 전압, 즉, 입력 전압이 기준 전압 보다 높은 경우, 전기 에너지를 배터리에 저장할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 에너지 수집 소자에 의해 수집된 전기 에너지가 배터리로 전달 또는 출력되도록 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 일부 예시에서, 에너지 하베스팅 장치는 수집된 전기 에너지의 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정하고, 조정된 출력 전압을 가지는 전기 에너지를 배터리에 전달할 수 있다. 프로세스(600)는 블록(630)에서 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화 하는 블록(640)으로 이어질 수 있다.
블록(640)에서, 에너지 하베스팅 장치는 블록(630)에서 수행되는 바와 같이, 전기 에너지가 배터리에 저장되는 것에 응답하여, 감소된 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로 초기화할 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 본 개시에 따른 장치, 예컨대, 에너지 하베스팅 장치 또는 시스템은 전기 에너지를 배터리에 저장할 때마다 에너지 하베스팅 장치를 구동하기 위한 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기화 함으로써, 전기 에너지가 에너지 하베스팅 장치에 수집되는 속도 또는 효율에 따라 에너지 하베스팅 장치를 구동하기 위한 전력을 자동적으로 조정할 수 있다.
본 개시는 다양한 태양의 예시로서 의도된 본 출원에 기술된 특정 예시들에 제한되지 않을 것이다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 많은 수정과 변형이 그 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 여기에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 안에서 기능적으로 균등한 방법과 장치가 위의 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 수정과 변형은 첨부된 청구항의 범위에 들어가도록 의도된 것이다. 본 개시는 첨부된 청구항의 용어에 의해서만, 그러한 청구항에 부여된 균등물의 전 범위와 함께, 제한될 것이다. 또한, 여기에서 사용된 용어는 단지 특정 예시들을 기술하기 위한 목적이고, 제한하는 것으로 의도되지 않음이 이해될 것이다.
여기에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수의 용어의 사용에 대하여, 당업자는 맥락 및/또는 응용에 적절하도록, 복수를 단수로 및/또는 단수를 복수로 해석할 수 있다. 다양한 단수/복수의 치환은 명확성을 위해 여기에서 명시적으로 기재될 수 있다. 또한, 당업자라면, 일반적으로 본 개시에 사용되며 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위)에 사용된 용어들이 일반적으로 "개방적(open)" 용어(예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 이에 제한되지 않는"으로, 용어 "갖는"는 "적어도 갖는"으로, 용어 "포함하다"는 "포함하지만 이에 한정되지 않는" 등으로 해석되어야 함)로 의도되었음을 이해할 것이다.
여기에서 기술된 대상은 때때로 상이한 다른 컴포넌트 내에 포함되거나 접속된 상이한 컴포넌트를 도시한다. 도시된 그러한 아키텍처는 단순히 예시적인 것이고, 사실상 동일한 기능을 달성하는 다른 많은 아키텍처가 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 개념적으로, 동일한 기능을 달성하기 위한 컴포넌트의 임의의 배치는 원하는 기능이 달성되도록 유효하게 "연관"된다. 이에 따라, 특정 기능을 달성하기 위해 여기서 결합된 임의의 두 개의 컴포넌트는, 아키텍처 또는 중간 컴포넌트와는 무관하게, 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관"된 것으로 볼 수 있다. 마찬가지로, 연관된 임의의 두 개의 컴포넌트는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "동작적으로 접속"되거나 또는 "동작적으로 연결"되는 것으로 간주될 수 있고, 그와 같이 연관될 수 있는 임의의 두 개의 컴포넌트는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "동작적으로 연결가능"한 것으로 볼 수 있다. 동작적으로 연결가능하다는 것의 특정예는 물리적으로 양립가능하고 및/또는 물리적으로 상호작용하는 컴포넌트 및/또는 무선으로 상호작용이 가능하고 및/또는 무선으로 상호작용하는 컴포넌트 및/또는 논리적으로 상호작용하고 및/또는 논리적으로 상호작용이 가능한 컴포넌트를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다
다양한 양상 및 예시들이 여기에서 개시되었지만, 다른 양상 및 예시들이 당업자에게 명확할 것이다. 본 개시에 기재된 다양한 양상 및 예시는 예시의 목적으로 제시된 것이고, 제한하려고 의도된 것이 아니며, 진정한 범위와 사상은 이하 청구범위에 의해 나타낸다.

Claims (14)

  1. 외부 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고 상기 변환된 전기 에너지를 수집하도록 구성된 에너지 수집부; 및
    상기 에너지 수집부와 동작 가능하게 연결된 부스트 컨버터부
    를 포함하고,
    상기 부스트 컨버터부는
    기준 전류 및 기준 전압을 생성하도록 구성된 기준 전력 생성부;
    상기 기준 전력 생성부에 연결되고 클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하도록 구성된 클럭 신호 생성부;
    상기 기준 전력 생성부 및 상기 클럭 신호 생성부에 연결되고, 상기 클럭 신호 생성부에 의해 생성된 상기 클럭 신호에 응답하여, 상기 에너지 수집부에 의해 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압을 상기 기준 전력 생성부에 의해 생성된 상기 기준 전압과 비교하고 상기 비교의 결과에 기초하여 출력 신호를 생성하도록 구성된 비교부; 및
    상기 비교부에 의해 생성된 상기 출력 신호에 응답하여, 상기 에너지 수집부에 수집된 상기 전기 에너지가 출력되도록 스위칭 동작을 수행하도록 구성되는 드라이버부
    를 포함하고,
    상기 클럭 신호 생성부는 상기 드라이버부가 스위칭 동작을 수행하는 경우, 상기 클럭 주파수를 상기 초기 클럭 주파수로 초기화하도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 수집부는 열전 소자, 압전 소자, 광전 소자 또는 RF(Radio Frequency) 소자 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터부는 펄스 주파수 변조 불연속적 동작 모드(Pulse Frequency Modulation Discontinuous Conduction Mode)로 동작하도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전력 생성부는
    상기 기준 전류를 생성하고 생성된 상기 기준 전류를 상기 클럭 신호 생성부에 입력하도록 구성된 기준 전류 생성부, 및
    상기 기준 전류에 기초하여 상기 기준 전압을 생성하고 생성된 상기 기준 전압을 상기 비교부에 입력하도록 구성된 기준 전압 생성부를 포함하는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 클럭 신호 생성부는 상기 클럭 신호의 상기 클럭 주파수를 지수 함수적으로(exponentially) 감소시키도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 클럭 신호 생성부는 상기 클럭 주파수를 상기 클럭 신호를 생성할 때마다 종전 클럭 주파수의 반으로 감소시키는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 클럭 신호 생성부는 클럭 주파수를 상기 초기 클럭 주파수로부터 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 감소시키도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 클럭 신호 생성부는 상기 클럭 주파수가 상기 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 감소된 이후 그리고 상기 클럭 주파수가 초기화되기 전에는 상기 클럭 주파수를 상기 미리 정해진 최소 클럭 주파수로 유지하도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 입력 전압이 상기 기준 전압 보다 높은 경우 상기 출력 신호를 생성하도록 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 드라이버부는 상기 에너지 수집부에 수집된 전기 에너지의 상기 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정하도록 더 구성되는 것인, 에너지 하베스팅 장치.
  11. 제1항에 따른 적어도 하나의 에너지 하베스팅 장치; 및
    상기 에너지 하베스팅 장치에 연결되고, 상기 에너지 하베스팅 장치로부터 출력되는 전기 에너지를 충전하도록 구성된 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리부
    를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.
  12. 에너지 수집 소자로부터 수집되는 전기 에너지를 배터리에 충전하기 위하여, 상기 에너지 수집 소자와 상기 배터리 사이에 배치된 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 수행되는 에너지 하베스팅 방법으로서,
    클럭 신호의 클럭 주파수를 초기 클럭 주파수로부터 감소시키면서 클럭 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 클럭 신호에 응답하여, 상기 수집된 전기 에너지의 전압인 입력 전압과 기준 전압을 비교하는 단계;
    상기 입력 전압이 상기 기준 전압 보다 큰 경우, 상기 수집된 전기 에너지를 상기 배터리에 저장하는 단계; 및
    상기 수집된 전기 에너지를 상기 배터리에 저장하는 단계에 응답하여, 상기 클럭 주파수를 상기 초기 클럭 주파수로 초기화하는 단계
    를 포함하는, 에너지 하베스팅 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 클럭 신호를 생성하는 단계는 상기 클럭 주파수를 지수 함수적으로 감소시키는 단계를 포함하는 것인, 에너지 하베스팅 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 배터리에 저장하는 단계는,
    상기 수집된 전기 에너지의 상기 입력 전압을 미리 정해진 출력 전압으로 조정하는 단계; 및
    상기 조정된 미리 정해진 출력 전압을 가지는 상기 전기 에너지를 상기 배터리에 전달하는 단계를 포함하는, 에너지 하베스팅 방법.
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위와 같은 선행기술문헌에서는 에너지 하베스팅 시스템에서 전력을 효율적으로 수집하기 위한 다양한 기법을 제시하고 있지만, 시간에 따라 변동 가능한 입력 전력 및 에너지 하베스팅 시스템의 소비 전력 모두를 고려하여 효율적인 에너지 하베스팅을 구현하지 못하고 있다.

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