KR20210025284A - Load connection device for energy havester - Google Patents

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KR20210025284A KR1020190105108A KR20190105108A KR20210025284A KR 20210025284 A KR20210025284 A KR 20210025284A KR 1020190105108 A KR1020190105108 A KR 1020190105108A KR 20190105108 A KR20190105108 A KR 20190105108A KR 20210025284 A KR20210025284 A KR 20210025284A
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Abstract

The present invention relates to a load connection device for an energy harvester capable of effectively operating load devices. The load connection device for an energy harvester comprises: a charging state detection unit detecting a charging state of an energy storage device based on at least one of an input voltage (V_IN) and an output voltage (V_OUT) of an energy harvesting circuit; a switch driving unit generating a switch driving signal based on a charging state of the energy storage device; and a switch opening and closing a line between the energy storage device and the load according to the switch driving signal.

Description

에너지 하베스터용 부하 연결 장치 {LOAD CONNECTION DEVICE FOR ENERGY HAVESTER}Load connection device for energy harvester {LOAD CONNECTION DEVICE FOR ENERGY HAVESTER}

본 발명은 에너지 하베스터용 부하 연결 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 하베스팅 회로의 출력 단에 연결된 에너지 저장장치의 충전 상태를 기반으로 부하 연결을 제어할 수 있는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a load connection device for an energy harvester, and more particularly, to a load connection device for an energy harvester capable of controlling the load connection based on the state of charge of the energy storage device connected to the output terminal of the energy harvesting circuit. will be.

에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이란 기기 주변의 환경 에너지, 태양/바람/조류 등과 같은 자연 에너지를 수거하여 사용하는 기술을 말하는 것으로, 버려지거나 활용되지 않은 자원에서 에너지를 수확 또는 이용할 수 있는 것을 찾아 에너지를 재생산하는 것으로 주로 마이크로 와트(㎼) 내지 밀리 와트(㎽) 정도의 범위를 갖는다.Energy Harvesting refers to a technology that collects and uses natural energy such as environmental energy around the device, solar/wind/algae, etc., and seeks to harvest or use energy from discarded or unutilized resources. Reproducing is mainly in the range of microwatts (kW) to milliwatts (mW).

에너지 하베스팅은 에너지를 얻기 위해 사용하는 방식에 따라 다양하게 나누어진다. 자연으로부터 에너지를 얻을 수 있는 방식에는 태양광으로부터 에너지를 얻는 솔라셀 방식, 열로부터 전기에너지를 얻는 열전소자 방식, 진동으로부터 전기에너지를 얻는 압전소자 방식, 그리고 전자기파로부터 에너지를 얻는 RF 방식 등이 있다.Energy harvesting is divided into various ways depending on the method used to obtain energy. Methods that can obtain energy from nature include a solar cell method that obtains energy from sunlight, a thermoelectric element method that obtains electrical energy from heat, a piezoelectric element method that obtains electrical energy from vibration, and an RF method that obtains energy from electromagnetic waves. .

도 1은 종래 기술에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 에너지 하베스팅 장치(10)는 주변의 자연 또는 환경 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스터(11)와, 상기 에너지 하베스터(11)의 출력 전압을 정류하는 정류기(12)와, 상기 에너지 하베스터(11)에서 생산된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치(13)와, 상기 에너지 저장장치(13)로 전압을 충전하는 에너지 하베스팅 회로(14)를 포함한다.1 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting device according to the prior art. As shown in FIG. 1, the conventional energy harvesting device 10 rectifies an energy harvester 11 that collects surrounding natural or environmental energy and converts it into electrical energy, and the output voltage of the energy harvester 11 And an energy storage device 13 for storing electrical energy produced by the energy harvester 11, and an energy harvesting circuit 14 for charging voltage to the energy storage device 13 do.

도 2는 도 1의 에너지 하베스팅 회로에 관한 동작 프로파일을 설명하는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스터(11)가 동작하면, 정류기(12)는 상기 에너지 하베스터(11)에서 생산된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 제1 캐패시터(C1)에 전압을 충전한다. 상기 제1 캐패시터(C1)에 전압이 충전됨에 따라, 에너지 하베스팅 회로(14)의 입력 전압(VIN)이 임계 전압(가령, 5.0V)을 초과하게 되면, 상기 에너지 하베스팅 회로(14)는 충전 전류를 인가하여 에너지 저장장치(13)를 충전하게 된다. 이후, 상기 에너지 저장장치(13)에 대한 충전이 완료되면, 에너지 하베스팅 회로(14)의 출력 전압(VOUT)은 일정하게 유지되고, 입력 전압(VIN)은 미리 설정된 제한 전압(가령, 20V)까지 상승하게 된다.FIG. 2 is a diagram illustrating an operation profile of the energy harvesting circuit of FIG. 1. As shown in FIG. 2, when the energy harvester 11 operates, the rectifier 12 converts the AC power produced by the energy harvester 11 into DC power and charges a voltage in the first capacitor C 1 do. As the voltage is charged in the first capacitor C 1 , when the input voltage V IN of the energy harvesting circuit 14 exceeds a threshold voltage (eg, 5.0 V), the energy harvesting circuit 14 ) Charges the energy storage device 13 by applying a charging current. Thereafter, when charging of the energy storage device 13 is completed, the output voltage V OUT of the energy harvesting circuit 14 is kept constant, and the input voltage V IN is a preset limit voltage (for example, 20V).

이러한 에너지 하베스팅 회로(14)의 출력 단에 소정의 부하(20) 연결 시, 해당 부하(20)에서 소모하는 전류가 에너지 하베스터(11)에서 생산하는 전류보다 더 큰 경우에는 해당 하베스터(11)에서 생산된 전류가 에너지 저장장치(13)를 충전시킬 수 없을 뿐만 아니라 부하(20)도 제대로 동작시킬 수 없는 문제가 발생한다. 따라서, 통신 기능을 갖는 센서 및 사물 인터넷(Internet Of Things, IoT) 기기 등과 같이 부하 전류를 많이 소모하는 장치들에 대해서도 에너지 하베스터를 적용하기 위한 방안이 필요하다.When a predetermined load 20 is connected to the output terminal of the energy harvesting circuit 14, when the current consumed by the load 20 is greater than the current produced by the energy harvester 11, the harvester 11 In addition, the current produced in the energy storage device 13 cannot be charged, and the load 20 cannot be properly operated. Accordingly, there is a need for a method for applying an energy harvester to devices that consume a lot of load current, such as a sensor having a communication function and an Internet of Things (IoT) device.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 에너지 하베스팅 회로의 입력 전압과 출력 전압을 기반으로 에너지 저장장치의 만 충전 상태를 정확하게 검출할 수 있는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to solve the above and other problems. Another object is to provide a load connection device for an energy harvester capable of accurately detecting a full charge state of an energy storage device based on an input voltage and an output voltage of an energy harvesting circuit.

또 다른 목적은 에너지 하베스팅 회로의 출력 단에 연결된 에너지 저장장치의 충전 상태를 기반으로 상기 에너지 저장장치와 부하 장치 사이의 연결을 제어할 수 있는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치를 제공함에 있다.Another object is to provide a load connection device for an energy harvester capable of controlling the connection between the energy storage device and the load device based on the state of charge of the energy storage device connected to the output terminal of the energy harvesting circuit.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지 하베스팅 회로의 입력 전압(VIN) 및 출력 전압(VOUT) 중 적어도 하나를 기반으로 에너지 저장장치의 충전 상태를 검출하는 충전상태 검출부; 상기 에너지 저장장치의 충전 상태를 기반으로 스위치 구동신호를 생성하는 스위치 구동부; 및 상기 스위치 구동신호에 따라 상기 에너지 저장장치와 부하 사이의 선로를 개폐하는 스위치를 포함하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치를 제공한다. 여기서, 상기 스위치는 P 채널 형 MOSFET 소자 또는 PNP 형 BJT 소자를 포함한다.According to an aspect of the present invention in order to achieve the above or other objects, charging for detecting the charging state of the energy storage device based on at least one of the input voltage (V IN ) and the output voltage (V OUT) of the energy harvesting circuit A state detection unit; A switch driving unit that generates a switch driving signal based on a state of charge of the energy storage device; And a switch for opening and closing a line between the energy storage device and the load according to the switch driving signal. Here, the switch includes a P-channel MOSFET device or a PNP-type BJT device.

좀 더 바람직하게는, 상기 충전상태 검출부는 에너지 하베스팅 회로의 입력 전압(VIN) 및 출력 전압(VOUT)을 각각 센싱하여 에너지 저장장치의 만 충전 상태를 검출하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 충전상태 검출부는 에너지 하베스팅 회로의 입력 단과 스위치 구동부의 입력 단 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D1), 제너 다이오드(ZD1) 및 제1 저항소자(R1)와, 상기 에너지 하베스팅 회로의 출력 단과 상기 스위치 구동부의 입력 단 사이에 연결된 제2 저항소자(R2)와, 상기 스위치 구동부의 입력 단과 접지 사이에 연결된 제3 저항소자(R3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the charging state detection unit is characterized in that it detects the fully charged state of the energy storage device by sensing the input voltage (V IN ) and the output voltage (V OUT) of the energy harvesting circuit, respectively. In addition, the charge state detection unit includes a diode (D 1 ), a Zener diode (ZD 1 ), and a first resistance element (R 1 ) connected in series between the input terminal of the energy harvesting circuit and the input terminal of the switch driver, and the energy harvesting unit. It characterized in that it comprises a second resistance element (R 2 ) connected between the output terminal of the switching circuit and the input terminal of the switch driver, and a third resistance element (R 3 ) connected between the input terminal of the switch driver and the ground.

좀 더 바람직하게는, 상기 충전상태 검출부는 제2 저항소자(R2)와 제3 저항소자(R3) 간의 전압 분배를 이용하여 에너지 하베스팅 회로의 출력 전압(VOUT)을 센싱하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 충전상태 검출부는 다이오드(D1), 제너 다이오드(ZD1) 및 제1 저항소자(R1)를 이용하여 에너지 하베스팅 회로의 입력 전압(VIN)을 센싱하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the charge state detection unit senses the output voltage (V OUT ) of the energy harvesting circuit by using a voltage distribution between the second resistance element (R 2 ) and the third resistance element (R 3 ). It is done. In addition, the charging state detection unit is characterized in that it senses the input voltage (V IN ) of the energy harvesting circuit using a diode (D 1 ), a Zener diode (ZD 1 ), and a first resistance element (R 1 ).

좀 더 바람직하게는, 상기 스위치 구동부는 반전 히스테리시스 비교기(inverting hysteresis comparator)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 스위치 구동부는 충전상태 검출부의 출력 전압(VI)이 미리 결정된 제1 입력 전압 값(VThH)에 도달하는 경우, 스위치를 턴 온(turn on)시키기 위한 로우 레벨 신호(VOL)를 출력하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 스위치 구동부는 충전상태 검출부의 출력 전압(VI)이 미리 결정된 제2 입력 전압 값(VThL)에 도달하는 경우, 스위치를 턴 오프(turn off)시키기 위한 하이 레벨 신호(VOH)를 출력하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the switch driving unit is characterized in that it comprises an inverting hysteresis comparator (inverting hysteresis comparator). In addition, when the output voltage (V I ) of the charging state detection unit reaches a predetermined first input voltage value (V ThH ), the switch driving unit is a low level signal (V OL ) for turning on the switch. It is characterized in that to output. In addition, the switch driving unit, when the output voltage (V I ) of the charging state detection unit reaches a predetermined second input voltage value (V ThL ), a high level signal (V OH ) for turning off the switch It is characterized in that to output.

본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스터용 부하 연결 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the load connection device for an energy harvester according to embodiments of the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 에너지 하베스팅 회로의 출력 단에 연결된 에너지 저장장치의 충전 상태를 기반으로 상기 에너지 저장장치와 부하 장치 사이의 연결을 제어함으로써, 에너지 하베스터에서 생산되는 전류보다 더 많은 전류를 소모하는 부하 장치들을 효과적으로 동작시킬 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, by controlling the connection between the energy storage device and the load device based on the state of charge of the energy storage device connected to the output terminal of the energy harvesting circuit, the current generated from the energy harvester There is an advantage of being able to effectively operate load devices that consume more current.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 하베스터용 부하 연결 장치를 이용하여 어떠한 부하 장치에 대해서도 에너지 하베스터를 적용할 수 있기 때문에, 상기 에너지 하베스터의 응용 범위를 폭발적으로 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, since the energy harvester can be applied to any load device by using the load connection device for the harvester, the application range of the energy harvester can be explosively increased. have.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 하베스터용 부하 연결 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the load connection device for an energy harvester according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It will be clearly understood by those of ordinary skill.

도 1은 종래 기술에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 2는 도 1의 에너지 하베스팅 회로에 관한 동작 프로파일을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하 연결 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하 연결 장치의 세부 회로 구성을 나타내는 도면;
도 6은 도 5의 반전 히스테리시스 비교기의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하 연결 장치의 동작에 따른 에너지 하베스팅 회로의 입력 및 출력 전압의 변화를 실험한 결과를 나타내는 도면.1 is a view showing the configuration of an energy harvesting device according to the prior art;
FIG. 2 is a diagram referred to for explaining an operation profile of the energy harvesting circuit of FIG. 1;
3 is a view showing the configuration of an energy harvesting device according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing the configuration of a load connection device according to an embodiment of the present invention;
5 is a diagram showing a detailed circuit configuration of a load connection device according to an embodiment of the present invention;
6 is a diagram referred to for explaining the operation of the inverting hysteresis comparator of FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram showing an experiment result of changes in input and output voltages of an energy harvesting circuit according to an operation of a load connection device according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or similar elements are denoted by the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for constituent elements used in the following description are given or used interchangeably in consideration of only the ease of preparation of the specification, and do not have meanings or roles that are distinguished from each other by themselves.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the subject matter of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.

본 발명은 에너지 하베스팅 회로의 입력 전압과 출력 전압을 기반으로 에너지 저장장치의 만 충전 상태를 정확하게 검출할 수 있는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 에너지 하베스팅 회로의 출력 단에 연결된 에너지 저장장치의 충전 상태를 기반으로 상기 에너지 저장장치와 부하 장치 사이의 연결을 제어할 수 있는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치를 제안한다.The present invention proposes a load connection device for an energy harvester capable of accurately detecting a fully charged state of an energy storage device based on an input voltage and an output voltage of an energy harvesting circuit. In addition, the present invention proposes a load connection device for an energy harvester capable of controlling the connection between the energy storage device and the load device based on the state of charge of the energy storage device connected to the output terminal of the energy harvesting circuit.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of an energy harvesting device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 장치(100)는 에너지 하베스터(110), 정류기(120), 에너지 하베스팅 회로(130), 에너지 저장장치(140) 및 부하 연결 장치(150)를 포함한다.3, an energy harvesting device 100 according to an embodiment of the present invention is an energy harvester 110, a rectifier 120, an energy harvesting circuit 130, an energy storage device 140 and a load connection. Device 150.

에너지 하베스터(110)는 기기 주변의 자연 또는 환경 등에서 버려지거나 활용되지 않은 자원을 이용하여 에너지를 수확하는 장치로서, 주로 마이크로 와트(㎼) 내지 밀리 와트(㎽) 단위의 전기 에너지를 생산한다. 이러한 에너지 하베스터(110)로는 압전 하베스터, 정전기 하베스터, 전자기 하베스터, 열전 하베스터, 생체역학 하베스터, 솔라셀 하베스터, 마찰전기(Triboelectric) 하베스터 및 RF 하베스터 중 어느 하나가 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The energy harvester 110 is a device that harvests energy by using resources that are discarded or not utilized in the nature or environment around the device, and mainly produces electrical energy in units of microwatts (㎼) to milliwatts (㎽). As the energy harvester 110, any one of a piezoelectric harvester, an electrostatic harvester, an electromagnetic harvester, a thermoelectric harvester, a biomechanical harvester, a solar cell harvester, a triboelectric harvester, and an RF harvester may be used, but is not limited thereto.

정류기(120)는, 에너지 하베스터(110)의 출력 단에 연결되어, 상기 에너지 하베스터(211)로부터 출력되는 교류(AC) 전원을 직류(DC) 전원으로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. 일 예로, 정류기(120)는 풀 브릿지(full bridge) 타입의 다이오드들(D1~D4)과 하나의 출력 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다.The rectifier 120 is connected to an output terminal of the energy harvester 110 and converts AC power output from the energy harvester 211 into direct current (DC) power. For example, the rectifier 120 may include full bridge type diodes D 1 to D 4 and one output capacitor C 1 .

에너지 하베스팅 회로(130)는, 정류기(120)의 출력 단과 에너지 저장장치(140)의 입력 단 사이에 배치되어, 상기 정류기(120)의 출력 전압(VIN)을 이용하여 에너지 저장장치(140)를 충전하는 동작을 수행할 수 있다.The energy harvesting circuit 130 is disposed between the output terminal of the rectifier 120 and the input terminal of the energy storage device 140, and uses the output voltage V IN of the rectifier 120 to use the energy storage device 140 ) Can perform the operation of charging.

에너지 하베스팅 회로(130)는 에너지 저장장치(140)의 충전 상태(State of Charge, SOC)에 따라 CC(Constant Current) 모드 또는 CV(Constant Voltage) 모드로 해당 에너지 저장장치(140)를 충전할 수 있다. 예컨대, 에너지 하베스팅 회로(130)는 에너지 저장장치(140)가 만 충전될 때까지 CC 모드로 충전하고, 상기 에너지 저장장치(140)가 만 충전되면 CV 모드로 충전한다. The energy harvesting circuit 130 may charge the energy storage device 140 in a constant current (CC) mode or a constant voltage (CV) mode according to the state of charge (SOC) of the energy storage device 140. I can. For example, the energy harvesting circuit 130 charges in the CC mode until the energy storage device 140 is fully charged, and charges it in the CV mode when the energy storage device 140 is fully charged.

한편, 에너지 하베스팅 회로(130)는, CV 모드 시, 출력 전압(VOUT)을 일정하게 유지하기 때문에, 해당 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VIN)은 미리 설정된 제한 전압(가령, 20V)까지 상승하게 된다. 따라서, 에너지 하베스팅 회로(130)의 출력 전압(VOUT) 정보뿐만 아니라 입력 전압(VIN) 정보를 기반으로 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 검출할 수 있게 된다.Meanwhile, since the energy harvesting circuit 130 keeps the output voltage V OUT constant in the CV mode, the input voltage V IN of the harvesting circuit 130 is a preset limit voltage (eg, 20V). Accordingly, it is possible to detect the fully charged state of the energy storage device 140 based on the input voltage V IN information as well as the output voltage V OUT information of the energy harvesting circuit 130.

에너지 저장장치(140)는 에너지 하베스팅 회로(130)와 부하 연결 장치(150) 사이에 배치되어, 에너지 하베스터(110)에서 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 이러한 에너지 저장장치(140)로는 배터리, 슈퍼 캐패시터(super capacitor), 축전지 등이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The energy storage device 140 may be disposed between the energy harvesting circuit 130 and the load connection device 150 to store electrical energy produced by the energy harvester 110. As the energy storage device 140, a battery, a super capacitor, a storage battery, etc. may be used, but is not limited thereto.

에너지 저장장치(140)는, 충전 모드 시, 에너지 하베스팅 회로(130)로부터 제공받은 전기 에너지를 저장할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치(140)는, 방전 모드 시, 기 저장된 전기 에너지를 부하(50)로 제공할 수 있다.The energy storage device 140 may store electric energy provided from the energy harvesting circuit 130 in the charging mode. In addition, the energy storage device 140 may provide pre-stored electrical energy to the load 50 in the discharge mode.

부하 연결 장치(150)는 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이에 배치되어, 상기 에너지 저장장치(140)의 충전 상태(SOC)를 기반으로 상기 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이의 연결을 제어할 수 있다. 즉, 부하 연결 장치(150)는, 에너지 저장장치(140)가 만 충전 상태가 될 때마다, 상기 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이를 주기적으로 연결할 수 있다. 또한, 부하 연결 장치(150)는, 에너지 저장장치(140)에 저장된 에너지가 부하(50)로 방전되어 출력 전압이 임계 전압 이하로 떨어지는 경우, 상기 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이의 연결을 해제할 수 있다. 이에 따라, 에너지 하베스터(110)를 이용하여 해당 하베스터(110)의 생산 전류보다 더 많은 전류를 소비하는 부하 장치들을 간헐적으로 동작시킬 수 있게 된다.The load connection device 150 is disposed between the energy storage device 140 and the load 50, and based on the state of charge (SOC) of the energy storage device 140, the energy storage device 140 and the load 50 ) Can be controlled. That is, the load connection device 150 may periodically connect the energy storage device 140 and the load 50 whenever the energy storage device 140 is fully charged. In addition, the load connection device 150, when the energy stored in the energy storage device 140 is discharged to the load 50 and the output voltage falls below the threshold voltage, the energy storage device 140 and the load 50 Can be disconnected. Accordingly, it is possible to intermittently operate load devices that consume more current than the production current of the corresponding harvester 110 by using the energy harvester 110.

부하 연결 장치(150)는 에너지 하베스팅 회로(130)의 출력 전압(VOUT)뿐만 아니라 입력 전압(VIN)을 센싱하여 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 검출할 수 있다. 이는 에너지 하베스팅 회로(130)의 출력 전압(VOUT)만 센싱하게 되면, 해당 회로(130)의 동작 노이즈로 인해 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 정확하게 검출할 수 없기 때문이다.The load connection device 150 may detect the fully charged state of the energy storage device 140 by sensing the input voltage V IN as well as the output voltage V OUT of the energy harvesting circuit 130. This is because when only the output voltage V OUT of the energy harvesting circuit 130 is sensed, the fully charged state of the energy storage device 140 cannot be accurately detected due to the operation noise of the corresponding circuit 130.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하 연결 장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하 연결 장치의 세부 회로 구성을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a configuration of a load connection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating a detailed circuit configuration of a load connection device according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하 연결 장치(150, 200)는 충전상태 검출부(210), 스위치 구동부(220) 및 스위치(230)를 포함할 수 있다.4 and 5, the load connection devices 150 and 200 according to an embodiment of the present invention may include a charging state detection unit 210, a switch driving unit 220, and a switch 230.

충전상태 검출부(210)는 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VIN) 및 출력 전압(VOUT)을 각각 센싱하고, 상기 센싱된 입력 전압(VIN) 및 출력 전압(VOUT)을 기반으로 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 정확하게 검출할 수 있다. A charge detecting section 210 is the input voltage (V IN) and output voltage (V OUT), each sensing, said sensed input voltage (V IN) and output voltage (V OUT) of the energy harvesting circuit 130 Based on this, the fully charged state of the energy storage device 140 can be accurately detected.

일 예로, 충전상태 검출부(210)는 다이오드(D1), 제너 다이오드(ZD1), 제1 내지 제3 저항소자(R1~R3)를 포함할 수 있다. 여기서, 다이오드(D1), 제너 다이오드(ZD1) 및 제1 저항소자(R1)는 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 단자와 제1 노드(즉, 스위치 구동부의 입력 단, N1) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 제2 저항소자(R2)는 에너지 하베스팅 회로(130)의 출력 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있으며, 제3 저항소자(R3)는 제1 노드(N1)와 접지(Ground) 사이에 연결될 수 있다.As an example, the charging state detection unit 210 may include a diode D 1 , a Zener diode ZD 1 , and first to third resistance elements R 1 to R 3 . Here, the diode (D 1 ), the Zener diode (ZD 1 ), and the first resistance element (R 1 ) are the input terminal of the energy harvesting circuit 130 and the first node (that is, the input terminal of the switch driver, N 1 ). Can be connected in series between. In addition, the second resistance element R 2 may be connected between the output terminal of the energy harvesting circuit 130 and the first node N 1 , and the third resistance element R 3 is a first node N 1 ) And ground.

충전상태 검출부(210)는 제2 저항소자(R2)와 제3 저항소자(R3) 간의 전압 분배를 이용하여 에너지 하베스팅 회로(130)의 출력 전압(VOUT)을 센싱할 수 있다. 즉, 충전상태 검출부(210)는 제1 노드(N1)의 전압(VI)을 이용하여 에너지 하베스팅 회로(130)의 출력 전압(VOUT)을 간접적으로 센싱할 수 있다. 이때, 다이오드 소자(D1)로 인해, 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VOUT)이 제1 노드 전압(VI)에 영향을 미치는 것을 차단할 수 있다.The charging state detection unit 210 may sense the output voltage V OUT of the energy harvesting circuit 130 by using a voltage distribution between the second resistance element R 2 and the third resistance element R 3. That is, the charging state detection unit 210 may indirectly sense the output voltage V OUT of the energy harvesting circuit 130 using the voltage V I of the first node N 1. In this case, due to the diode element D 1 , it is possible to block the input voltage V OUT of the energy harvesting circuit 130 from affecting the first node voltage V I.

충전상태 검출부(210)는 제1 노드 전압(VI)의 값을 기반으로 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 일차적으로 검출할 수 있다. 가령, 제1 노드 전압(VI)이 미리 결정된 제1 전압 값(가령, V1 = 1.3V)에 도달하는 경우, 충전상태 검출부(210)는 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 일차적으로 검출할 수 있다. 여기서, 미리 결정된 제1 전압 값(V1)은 제2 및 제3 저항소자(R2, R3)의 값에 따라 가변될 수 있다. The charging state detection unit 210 may primarily detect the fully charged state of the energy storage device 140 based on the value of the first node voltage V I. For example, when the first node voltage V I reaches a predetermined first voltage value (eg, V 1 = 1.3V), the charge state detection unit 210 primarily determines the fully charged state of the energy storage device 140. Can be detected. Here, the predetermined first voltage value V 1 may be varied according to the values of the second and third resistance elements R 2 and R 3.

충전상태 검출부(210)는 다이오드(D1), 제너 다이오드(ZD1) 및 제1 저항소자(R1)를 이용하여 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VIN)을 센싱할 수 있다. 즉, 상기 충전상태 검출부(210)는 제1 노드 전압(VI)을 이용하여 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VIN)을 간접적으로 센싱할 수 있다.The charging state detection unit 210 may sense the input voltage V IN of the energy harvesting circuit 130 using a diode D 1 , a zener diode ZD 1 , and a first resistance element R 1. . That is, the charging state detection unit 210 may indirectly sense the input voltage V IN of the energy harvesting circuit 130 using the first node voltage V I.

가령, 도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VIN)은 에너지 저장장치(140)가 만 충전 상태가 될 때까지는 일정 범위의 전압 값(가령, 4V±α)을 갖지만, 에너지 저장장치(140)가 만 충전 상태가 된 이후에는 미리 설정된 제한 전압(가령, 20V)까지 급격히 상승하게 된다. 따라서, 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VIN)이 미리 결정된 임계 전압(가령, 5V)을 초과하는지를 센싱하여, 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 검출할 수 있다. 여기서, 미리 결정된 임계 전압(가령, 5V)을 제너 다이오드(ZD1)의 동작 전압으로 설정할 수 있다. For example, as shown in FIG. 2, the input voltage V IN of the energy harvesting circuit 130 is a voltage value in a certain range (for example, 4V±α) until the energy storage device 140 is fully charged. ), but after the energy storage device 140 is fully charged, it rapidly increases to a preset limit voltage (eg, 20V). Accordingly, by sensing whether the input voltage V IN of the energy harvesting circuit 130 exceeds a predetermined threshold voltage (eg, 5V), the fully charged state of the energy storage device 140 may be detected. Here, a predetermined threshold voltage (eg, 5V) may be set as the operating voltage of the Zener diode ZD 1.

에너지 저장장치(140)가 만 충전되어 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VIN)이 5V를 초과하는 경우, 제너 다이오드(ZD1)가 동작하게 되고, 그에 따라 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 단에서 제1 노드(N1) 방향으로 소정의 전류가 흐르게 된다. 그러면, 제1 노드 전압(VI)은 미리 결정된 제1 전압 값(가령, V1 = 1.3V)보다 상승하게 된다. 따라서, 제1 노드 전압(VI)이 미리 결정된 제2 전압 값(가령, V2 = 1.4V)에 도달하는 경우, 충전상태 검출부(210)는 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 이차적으로 검출할 수 있다. 여기서, 미리 결정된 제2 전압 값(V2)은 비교기(U1)에서 로우 레벨 신호를 출력하기 위한 입력 전압 값(VThH)으로 설정될 수 있다.When the energy storage device 140 is fully charged and the input voltage V IN of the energy harvesting circuit 130 exceeds 5V, the Zener diode ZD 1 operates, and accordingly, the energy harvesting circuit 130 A predetermined current flows from the input terminal of) in the direction of the first node N 1. Then, the first node voltage V I rises above a predetermined first voltage value (eg, V 1 = 1.3V). Therefore, when the first node voltage V I reaches a predetermined second voltage value (for example, V 2 = 1.4V), the charging state detection unit 210 secondarily determines the fully charged state of the energy storage device 140. Can be detected. Here, the predetermined second voltage value V 2 may be set as an input voltage value V ThH for outputting a low level signal from the comparator U 1.

이와 같이, 충전상태 검출부(210)는 에너지 하베스팅 회로(130)의 출력 전압(VOUT)뿐만 아니라 입력 전압(VIN)을 센싱함으로써, 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태를 정확하게 검출할 수 있다.In this way, the state of charge detection unit 210 senses the input voltage (V IN ) as well as the output voltage (V OUT ) of the energy harvesting circuit 130 to accurately detect the fully charged state of the energy storage device 140. I can.

스위치 구동부(220)는 에너지 저장장치(140)의 충전 상태를 기반으로 스위치(230)를 구동하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 스위치 구동부(220)는 충전상태 검출부(210)에서 출력하는 제1 노드 전압(VI)을 기반으로 스위치(230)를 구동하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다. The switch driver 220 may generate a control signal for driving the switch 230 based on the state of charge of the energy storage device 140. That is, the switch driving unit 220 may generate a control signal for driving the switch 230 based on the first node voltage V I output from the charging state detection unit 210.

일 예로, 스위치 구동부(220)는 반전 히스테리시스 비교기(inverting hysteresis comparator)와 캐패시터(C3)를 포함할 수 있다. 여기서, 반전 히스테리스 비교기는 비교기(U1), 기준 전압원(Vref) 및 두 개의 저항소자(R4, R5)로 구성될 수 있다. 이때, 비교기(U1)의 (+) 입력 단은 제4 저항소자(R4)의 일 단에 연결될 수 있고, (-) 입력 단은 제1 노드(N1)에 연결될 수 있으며, 출력 단은 스위치(230)의 게이트 단에 연결될 수 있다. 또한, 제4 저항소자(R4)는 기준 전압원(Vref)과 비교기(U1)의 (+) 입력 단 사이에 연결될 수 있고, 제5 저항소자(R5)는 비교기(U1)의 (+) 입력 단과 해당 비교기(U1)의 출력 단 사이에 연결될 수 있다.For example, the switch driver 220 may include an inverting hysteresis comparator and a capacitor C 3 . Here, the inverting hysteresis comparator may be composed of a comparator (U 1 ), a reference voltage source (V ref ), and two resistance elements (R 4 , R 5 ). At this time, the (+) input terminal of the comparator (U 1 ) may be connected to one end of the fourth resistance element (R 4 ), and the (-) input terminal may be connected to the first node (N 1 ), and the output terminal Silver may be connected to the gate terminal of the switch 230. In addition, the fourth resistance element (R 4 ) may be connected between the reference voltage source (V ref ) and the (+) input terminal of the comparator (U 1 ), and the fifth resistance element (R 5 ) is of the comparator (U 1 ). It can be connected between the (+) input terminal and the output terminal of the corresponding comparator (U 1 ).

캐패시터(C3)는 충전상태 검출부(210)에서 출력되는 제1 노드 전압(VI)에 포함된 노이즈를 제거하는 동작을 수행하며, 실시 형태에 따라 생략 가능하도록 구성될 수 있다.The capacitor C 3 performs an operation of removing noise included in the first node voltage V I output from the charging state detection unit 210, and may be configured to be omitted depending on the embodiment.

반전 히스테리시스 비교기는, 도 6에 도시된 바와 같이, 비교기(U1)에서 로우 레벨 신호(VOL)를 출력하기 위한 입력 전압 값(VI = VThH)과 하이 레벨 신호(VOH)를 출력하기 위한 입력 전압 값(VI = VThL)이 서로 다르며, 양 입력 전압 간에 일정한 전압 차(ΔV)가 존재하는 비교기이다. 여기서, 로우 레벨 신호(VOL)를 출력하기 위한 제1 입력 전압 값(또는 제1 히스테리시스 전압 값, VThH)은 아래 수학식 1을 통해 결정될 수 있고, 하이 레벨 신호(VOH)를 출력하기 위한 제2 입력 전압 값(또는 제2 히스테리시스 전압 값, VThL)은 아래 수학식 2를 통해 결정될 수 있다.The inverting hysteresis comparator, as shown in FIG. 6, is an input voltage value (V I =) for outputting a low level signal (V OL ) from the comparator (U 1 ). The input voltage value (V I = V ThL ) for outputting V ThH ) and the high level signal (V OH ) is different from each other, and there is a constant voltage difference (ΔV) between both input voltages. Here, the first input voltage value (or first hysteresis voltage value, V ThH ) for outputting the low level signal V OL may be determined through Equation 1 below, and outputting the high level signal V OH The second input voltage value (or second hysteresis voltage value, V ThL ) for may be determined through Equation 2 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

스위치 구동부(220)는 이러한 반전 히스테리시스 비교기를 이용하여 스위치(230)를 구동하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 충전상태 검출부(210)에서 출력되는 제1 노드 전압(VI)이 미리 결정된 제1 입력 전압 값(VThH, 가령, 1.4V)에 도달하는 경우, 스위치 구동부(220)는 스위치(230)를 턴 온(turn on)시키기 위한 로우 레벨 신호(VOL)를 출력할 수 있다. 한편, 충전상태 검출부(210)에서 출력되는 제1 노드 전압(VI)이 미리 결정된 제2 입력 전압 값(VThL, 가령 1.0V)에 도달하는 경우, 스위치 구동부(220)는 스위치(230)를 턴 오프(turn off)시키기 위한 하이 레벨 신호(VOH)를 출력할 수 있다. 여기서, 제1 입력 전압 값(VThH)은 에너지 저장장치(140)가 만 충전 상태(가령, 3.6V)에 도달한 시점의 제1 노드 전압 값(VI = V2, 가령, 1.4V)으로 설정될 수 있다. 또한, 제2 입력 전압 값(VThL)은 에너지 저장장치(140)에 저장된 에너지가 부하로 방전되어 상기 에너지 저장장치(140)의 출력 전압(VOUT)이 미리 결정된 전압(가령, 3.0V) 이하로 떨어졌을 때의 제1 노드 전압 값(VI, 가령, 1.0V)으로 설정될 수 있다.The switch driver 220 may generate a control signal for driving the switch 230 using such an inverting hysteresis comparator. That is, when the first node voltage V I output from the charging state detection unit 210 reaches a predetermined first input voltage value (V ThH , for example, 1.4 V), the switch driving unit 220 is the switch 230 A low level signal V OL for turning on) may be output. On the other hand, when the first node voltage V I output from the charging state detection unit 210 reaches a predetermined second input voltage value (V ThL , for example, 1.0 V), the switch driving unit 220 is the switch 230 A high level signal (V OH ) for turning off (turn off) may be output. Here, the first input voltage value (V ThH ) is the first node voltage value (V I = V 2 , such as 1.4V) at the time when the energy storage device 140 reaches a full charge state (eg, 3.6V) Can be set to. In addition, the second input voltage value (V ThL ) is a voltage (eg, 3.0V) in which the energy stored in the energy storage device 140 is discharged to the load and the output voltage (V OUT) of the energy storage device 140 is determined in advance. It may be set to a first node voltage value (V I , for example, 1.0V) when it falls below.

스위치(230)는 스위치 구동부(220)의 제어 신호에 따라 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이의 선로를 주기적으로 개폐하는 동작을 수행할 수 있다. 즉, 스위치(230)는 스위치 구동부(220)로부터 수신된 로우 레벨 신호에 기초하여 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이를 연결할 수 있다. 또한, 스위치(230)는 스위치 구동부(220)로부터 수신된 하이 레벨 신호에 기초하여 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이의 연결을 해제할 수 있다.The switch 230 may perform an operation of periodically opening and closing a line between the energy storage device 140 and the load 50 according to a control signal from the switch driving unit 220. That is, the switch 230 may connect the energy storage device 140 and the load 50 based on the low level signal received from the switch driver 220. In addition, the switch 230 may disconnect the connection between the energy storage device 140 and the load 50 based on the high level signal received from the switch driver 220.

일 예로, 스위치(230)는 하나 이상의 트랜지스터 소자로 구성될 수 있다. 상기 트랜지스터 소자는 게이트(G), 드레인(D), 소스(S)로 이루어진 P 채널 형 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자일 수 있다. 상기 스위치(151)로 P 채널 형 MOSFET 소자를 사용하는 경우, 해당 스위치(151)는 하이 레벨(high level)을 갖는 게이트 전압(VGS)에 의해 턴 오프(turn off)되고, 로우 레벨(low level)을 갖는 게이트 전압(VGS)에 의해 턴 온(turn on)된다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 스위치(230)는 P 채널 형 MOSFET 소자 대신 PNP 타입의 BJT 소자로 구성될 수도 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.For example, the switch 230 may be formed of one or more transistor elements. The transistor device may be a P-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) device comprising a gate (G), a drain (D), and a source (S). When a P-channel MOSFET device is used as the switch 151, the switch 151 is turned off by a gate voltage V GS having a high level and a low level. level) is turned on by the gate voltage (V GS ). Meanwhile, in another embodiment, the switch 230 may be formed of a PNP-type BJT device instead of a P-channel MOSFET device, but is not limited thereto.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 하베스터용 부하 연결 장치는 에너지 하베스팅 회로의 출력 단에 연결된 에너지 저장장치의 충전 상태를 기반으로 상기 에너지 저장장치와 부하 장치 사이의 연결을 제어함으로써, 에너지 하베스터에서 생산되는 전류보다 더 많은 전류를 소모하는 부하 장치들을 효과적으로 동작시킬 수 있다. 또한, 상기 에너지 하베스터용 부하 연결 장치는 어떠한 부하 장치에 대해서도 에너지 하베스터를 적용할 수 있기 때문에, 에너지 하베스터의 응용 범위를 폭발적으로 증가시킬 수 있다.As described above, the energy harvester load connection device according to the present invention controls the connection between the energy storage device and the load device based on the state of charge of the energy storage device connected to the output terminal of the energy harvesting circuit. It is possible to effectively operate load devices that consume more current than the current produced by the harvester. In addition, since the energy harvester load connection device can apply the energy harvester to any load device, the application range of the energy harvester can be explosively increased.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부하 연결 장치의 동작에 따른 에너지 하베스팅 회로의 입력 및 출력 전압의 변화를 실험한 결과를 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating an experiment result of changes in input and output voltages of an energy harvesting circuit according to an operation of a load connection device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부하 연결 장치(200)는 에너지 저장장치(140)의 출력 전압(VOUT)을 센싱하고, 상기 센싱된 출력 전압(VOUT)이 최대 전압(3.6V)인 경우, 에너지 저장장치(140)가 만 충전 상태에 도달한 것을 일차적으로 검출할 수 있다. 이와 동시에, 부하 연결 장치(200)는 에너지 하베스팅 회로(130)의 입력 전압(VIN)이 미리 결정된 임계 전압(가령, 5V) 이상으로 급격히 상승하는 것을 센싱하여 에너지 저장장치(140)가 만 충전 상태에 도달한 것을 이차적으로 검출할 수 있다.7, the load connection according to the present invention, device 200 is an energy storage device 140, output voltage (V OUT) sensed, and the sensed output voltage (V OUT) the maximum voltage (3.6 a In the case of V), it is possible to first detect that the energy storage device 140 has reached the full charge state. At the same time, the load connection device 200 senses that the input voltage V IN of the energy harvesting circuit 130 rapidly rises above a predetermined threshold voltage (eg, 5V), and the energy storage device 140 is It is possible to detect secondarily that the state of charge has been reached.

부하 연결 장치(200)는, 입력 및 출력 전압을 이용한 에너지 저장장치(140)의 만 충전 상태 검출 시, 상기 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 그러면, 에너지 저장장치(140)는 기 저장된 전기 에너지를 부하(50)로 제공할 수 있다. 이에 따라, 에너지 저장장치(140)의 출력 전압(즉, 에너지 하베스팅 회로의 출력 전압, VOUT)은 급격히 감소하게 된다. 상기 에너지 저장장치(140)의 출력 전압(VOUT)이 미리 결정된 임계 전압(가령, 3.0V) 이하로 감소하게 되면, 부하 연결 장치(200)는 에너지 저장장치(140)와 부하(50) 사이의 연결을 해제하게 된다. 이후, 에너지 하베스팅 회로(130)는 에너지 저장장치(140)를 다시 충전하게 된다. 그리고, 에너지 저장장치(140)가 다시 만 충전 상태에 도달하게 되면, 상술한 과정들을 동일하게 반복하게 된다.The load connection device 200 may electrically connect the energy storage device 140 and the load 50 when detecting a fully charged state of the energy storage device 140 using input and output voltages. Then, the energy storage device 140 may provide pre-stored electrical energy to the load 50. Accordingly, the output voltage of the energy storage device 140 (ie, the output voltage of the energy harvesting circuit, V OUT ) is rapidly decreased. When the output voltage V OUT of the energy storage device 140 is reduced to less than a predetermined threshold voltage (eg, 3.0 V), the load connection device 200 is connected between the energy storage device 140 and the load 50. Is disconnected. Thereafter, the energy harvesting circuit 130 charges the energy storage device 140 again. Then, when the energy storage device 140 reaches the fully charged state again, the above-described processes are repeated in the same manner.

이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 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.Although various embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It belongs to the scope of rights of

100: 에너지 하베스팅 장치 110: 에너지 하베스터
120: 정류기 130: 에너지 하베스팅 회로
140: 에너지 저장장치 150/200: 부하 연결 장치
210: 충전상태 검출부 220: 스위치 구동부
230: 스위치100: energy harvesting device 110: energy harvester
120: rectifier 130: energy harvesting circuit
140: energy storage device 150/200: load connection device
210: charging state detection unit 220: switch driving unit
230: switch

Claims (9)

에너지 하베스팅 회로의 입력 전압(VIN) 및 출력 전압(VOUT) 중 적어도 하나를 기반으로 에너지 저장장치의 충전 상태를 검출하는 충전상태 검출부;
상기 에너지 저장장치의 충전 상태를 기반으로 스위치 구동신호를 생성하는 스위치 구동부; 및
상기 스위치 구동신호에 따라 상기 에너지 저장장치와 부하 사이의 선로를 개폐하는 스위치를 포함하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치.A charging state detection unit detecting a charging state of the energy storage device based on at least one of an input voltage V IN and an output voltage V OUT of the energy harvesting circuit;
A switch driving unit that generates a switch driving signal based on a state of charge of the energy storage device; And
Load connection device for an energy harvester comprising a switch for opening and closing a line between the energy storage device and the load according to the switch driving signal. 제1항에 있어서,
상기 충전상태 검출부는 상기 에너지 하베스팅 회로의 입력 전압(VIN) 및 출력 전압(VOUT)을 각각 센싱하여 상기 에너지 저장장치의 만 충전 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치. The method of claim 1,
The charge state detection unit detects a fully charged state of the energy storage device by sensing an input voltage (V IN ) and an output voltage (V OUT) of the energy harvesting circuit, respectively. 제1항에 있어서,
상기 충전상태 검출부는 상기 에너지 하베스팅 회로의 입력 단과 상기 스위치 구동부의 입력 단 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D1), 제너 다이오드(ZD1) 및 제1 저항소자(R1)와, 상기 에너지 하베스팅 회로의 출력 단과 상기 스위치 구동부의 입력 단 사이에 연결된 제2 저항소자(R2)와, 상기 스위치 구동부의 입력 단과 접지 사이에 연결된 제3 저항소자(R3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치.The method of claim 1,
The charge state detection unit includes a diode (D 1 ), a Zener diode (ZD 1 ), and a first resistance element (R 1 ) connected in series between the input terminal of the energy harvesting circuit and the input terminal of the switch driver, and the energy harvesting unit. Energy characterized in that it comprises a second resistance element (R 2 ) connected between the output terminal of the switching circuit and the input terminal of the switch driver, and a third resistance element (R 3 ) connected between the input terminal of the switch driver and the ground. Load linkage device for harvesters. 제3항에 있어서,
상기 충전상태 검출부는 상기 제2 저항소자(R2)와 제3 저항소자(R3) 간의 전압 분배를 이용하여 상기 에너지 하베스팅 회로의 출력 전압(VOUT)을 센싱하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치.The method of claim 3,
The energy harvester, characterized in that the charge state detection unit senses the output voltage (V OUT ) of the energy harvesting circuit by using a voltage distribution between the second resistance element (R 2 ) and the third resistance element (R 3 ). Load connection device. 제3항에 있어서,
상기 충전상태 검출부는 상기 다이오드(D1), 제너 다이오드(ZD1) 및 제1 저항소자(R1)를 이용하여 상기 에너지 하베스팅 회로의 입력 전압(VIN)을 센싱하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치.The method of claim 3,
Energy characterized in that the charge state detection unit senses the input voltage (V IN ) of the energy harvesting circuit using the diode (D 1 ), a Zener diode (ZD 1 ), and a first resistance element (R 1 ). Load linkage device for harvesters. 제1항에 있어서,
상기 스위치 구동부는 반전 히스테리시스 비교기(inverting hysteresis comparator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치.The method of claim 1,
The switch driving unit, characterized in that it comprises an inverting hysteresis comparator (inverting hysteresis comparator) load connection device for an energy harvester. 제6항에 있어서,
상기 스위치 구동부는, 상기 충전상태 검출부의 출력 전압(VI)이 미리 결정된 제1 입력 전압 값(VThH)에 도달하는 경우, 상기 스위치를 턴 온(turn on)시키기 위한 로우 레벨 신호(VOL)를 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치.The method of claim 6,
When the output voltage V I of the charging state detection unit reaches a predetermined first input voltage value V ThH , the switch driving unit may be configured to a low level signal V OL for turning on the switch. A load connection device for an energy harvester, characterized in that outputting ). 제6항에 있어서,
상기 스위치 구동부는, 상기 충전상태 검출부의 출력 전압(VI)이 미리 결정된 제2 입력 전압 값(VThL)에 도달하는 경우, 상기 스위치를 턴 오프(turn off)시키기 위한 하이 레벨 신호(VOH)를 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치.The method of claim 6,
When the output voltage V I of the charging state detection unit reaches a predetermined second input voltage value V ThL , the switch driving unit may be configured to a high level signal V OH for turning off the switch. A load connection device for an energy harvester, characterized in that outputting ). 제1항에 있어서,
상기 스위치는 P 채널 형 MOSFET 소자 또는 PNP 형 BJT 소자임을 특징으로 하는 에너지 하베스터용 부하 연결 장치.The method of claim 1,
The switch is an energy harvester load connection device, characterized in that the P-channel MOSFET device or a PNP-type BJT device.
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