KR20220086817A - 다중 입력 기반 에너지 하베스터 - Google Patents

다중 입력 기반 에너지 하베스터 Download PDF

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KR20220086817A
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Abstract

다중 입력 기반 에너지 하베스터가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 전기 에너지를 제1 방식으로 변환하는 제1 변환기, 전기 에너지를 제2 방식으로 변환하는 제2 변환기 및 입력되는 전기 에너지를 제1 변환기와 제2 변환기 중 어느 하나로 인가하는 스위치를 포함한다. 이에 의해, 에너지 수집에 대한 환경적인 변화에 따른 한계를 극복하고, 하나의 에너지 하베스터로 다양한 종류의 에너지(태양광, 열, 진동, 전파)를 수집할 수 있게 된다.

Description

다중 입력 기반 에너지 하베스터{Energy Harvester based on Multi-input}
본 발명은 에너지 변환 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변 환경에서 얻을 수 있는 에너지 즉, 태양광, 진동, 열, 전파 등의 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부하로 공급하는 에너지 하베스터에 관한 것이다.
도 1은 태양광 에너지나 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부하에 공급하는 에너지 하베스터의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 에너지 하베스터의 전단에는 2차 전지에 에너지를 저장하기 위한 DC-DC 변환기를 구비하고 있고, 후단에는 2차 전지에서 방전되는 에너지를 안정적으로 부하단에 공급하기 위한 DC-DC 변환기를 구비하고 있다.
도 2는 진동 에너지나 전파 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부하에 공급하는 에너지 하베스터의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 에너지 하베스터의 전단에는 2차 전지에 에너지를 저장하기 위한 AC-DC 변환기를 구비하고 있고, 후단에는 2차 전지에서 방전되는 에너지를 안정적으로 부하에 공급하기 위한 DC-DC 변환기를 구비하고 있다.
이와 같이, 에너지 하베스터의 전단에는 주변 환경에서 수집된 에너지의 종류에 따라 DC-DC 변환기 혹은 AC-DC 변환기가 구비된다. 구체적으로, 수집 에너지가 태양열 에너지, 열 에너지 등인 경우에는 DC-DC 변환기를 사용하고, 진동 에너지나 전파 에너지의 경우에는 AC-DC 변환기를 사용한다.
에너지 하베스터 구조는 수집 에너지의 종류에 따른 호환성이 없음은 물론, 여러 종류의 에너지로부터 전기 에너지를 수집하는 다중 입력 기반의 에너지 하베스터에는 적용이 불가능하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 하나의 에너지 하베스터로 다양한 종류의 에너지를 수집할 수 있도록 하기 위한 방안으로, 수집되는 에너지의 종류에 따라 DC-DC 변환기와 AC-DC 변환기를 선택적으로 사용하는 에너지 하베스터를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지 하베스터는, 전기 에너지를 제1 방식으로 변환하는 제1 변환기; 전기 에너지를 제2 방식으로 변환하는 제2 변환기; 입력되는 전기 에너지를 제1 변환기와 제2 변환기 중 어느 하나로 인가하는 스위치;를 포함한다.
그리고, 스위치는, 입력되는 전기 에너지의 종류에 따라 스위칭이 제어될 수 있다.
제1 변환기는, DC-DC 변환기일 수 있다. 또한, 제2 변환기는, AC-DC 변환기 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 제1 변환기에 의해 변환된 전기 에너지가 저장되는 제1 에너지 저장소; 및 제2 변환기에 의해 변환된 전기 에너지가 저장되는 제2 에너지 저장소;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 스위치의 전단에서, 입력되는 전기 에너지를 임시 저장하는 제3 에너지 저장소;를 더 포함할 수 있다.
또한, 입력되는 전기 에너지는, 이종의 방식으로 수집되는 전기 에너지일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 에너지 하베스팅 방법은, 스위치가, 입력되는 전기 에너지를 제1 변환기와 제2 변환기 중 어느 하나로 전달하는 단계; 제1 변환기 또는 제2 변환기가 전기 에너지를 변환하는 단계; 캐패시터가, 변환된 전기 에너지를 저장하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 수집되는 에너지의 종류에 따라 DC-DC 변환기와 AC-DC 변환기를 선택적으로 사용함으로써, 에너지 수집에 대한 환경적인 변화에 따른 한계를 극복하고, 하나의 에너지 하베스터로 다양한 종류의 에너지(태양광, 열, 진동, 전파)를 수집할 수 있게 된다.
도 1은 태양광 에너지나 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부하단에 공급하는 에너지 하베스터의 회로도,
도 2는 진동 에너지나 전파 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부하단에 공급하는 에너지 하베스터의 회로도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 기반 에너지 하베스터의 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중입력 기반 에너지 하베스팅 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 다중입력 기반의 에너지 하베스터를 제시한다. 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스터는 여러 종류의 에너지를 수집할 수 있는 다중 입력 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스터는 주변 환경에서 얻을 수 있는 다양한 에너지 즉, 태양광, 진동, 열, 전파 등의 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환한다.
다양한 에너지 입력에 대응하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스터는 수집한 에너지 종류에 따라 DC-DC 변환기와 AC-DC 변환기를 선택적으로 사용할 수 있는 구조를 갖는다.
이에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스터는 다양한 환경에서 효율적인 에너지 수집이 용이하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 기반의 에너지 하베스터의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 도 3에 도시된 바와 같이, 스위치(110), DC-DC 변환기(120), AC-DC 변환기(130) 및 캐패시터들(C1,C2,C3)을 포함하여 구성된다.
스위치(110)는 입력되는 전기 에너지를 DC-DC 변환기(120)와 AC-DC 변환기(130) 중 어느 하나로 전달하도록 스위칭 한다.
캐패시터-1(C1)는 스위치(110)의 전단에서, 입력되는 전기 에너지를 임시 저장하는 에너지 저장소이다. 입력되는 전기 에너지는 다양한 에너지(태양광, 진동, 열, 전파 등)로부터 수집한 전기 에너지이다.
스위치(110)의 스위칭 동작은 제어기(미도시)의 제어에 따르는데, 제어기는 캐패시터-1(C1)에 저장된 전기 에너지의 종류에 따라 스위치(110)의 스위칭 동작을 제어한다.
구체적으로, 캐패시터-1(C1)에 저장된 전기 에너지가 태양열 에너지나 열 에너지로부터 수집한 DC인 경우에는 캐패시터-1(C1)에 저장된 전기 에너지가 DC-DC 변환기(120)로 전달되도록 스위치(110)의 스위칭 동작을 제어한다.
반면, 캐패시터-1(C1)에 저장된 전기 에너지가 진동 에너지나 전파 에너지로부터 수집한 AC인 경우에는 캐패시터-1(C1)에 저장된 전기 에너지가 AC-DC 변환기(130)로 전달되도록 스위치(110)의 스위칭 동작을 제어한다.
DC-DC 변환기(120)는 스위치(110)를 통해 전달되는 전기 에너지를 DC-DC 변환한다. 캐패시터-2(C2)는 DC-DC 변환기(120)에서 출력되는 전기 에너지가 저장되는 에너지 저장소, 즉, 2차 전지이다.
AC-DC 변환기(130)는 스위치(110)를 통해 전달되는 전기 에너지를 AC-DC 변환한다. 캐패시터-3(C3)는 AC-DC 변환기(130)에서 출력되는 전기 에너지가 저장되는 에너지 저장소, 즉, 2차 전지이다.
캐패시터-2(C2)에 저장된 전기 에너지와 캐패시터-3(C3)에 저장된 전기 에너지는 방전되어, 부하단에 공급된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중입력 기반의 에너지 하베스팅 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
먼저, 다양한 에너지 소스 중 어느 하나로부터 수집된 전기 에너지가 입력되어 캐패시터-1(C1)에 임시 저장된다(S210).
그러면, 스위치(110)는 S210단계에서 입력되는 전기 에너지를 DC-DC 변환기(120)와 AC-DC 변환기(130) 중 어느 하나로 전달하기 위해, 경로를 스위칭 한다(S220).
S220단계에서의 스위칭 동작에 의해, DC-DC 변환기(120) 또는 AC-DC 변환기(130)가 스위치(110)를 통해 전달되는 전기 에너지를 DC-DC 변환 또는 AC-DC 변환한다(S230).
S230단계에서 변환된 전기 에너지는 캐패시터-2(C2) 또는 캐패시터-3(C3)에 저장된다(S240).
이후, S240단계에서 캐패시터-2(C2) 또는 캐패시터-3(C3)에 저장된 전기 에너지가 방전되어, 부하로 공급된다(S250).
지금까지, 다중 입력 기반 에너지 하베스터에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, 주변 환경에서 수집된 에너지의 종류에 따라 선택되는 변환기를 하나의 블록으로 구성하여 다양한 에너지 수집 환경(태양광, 열, 진동, 전파)에서 활용 가능하도록 하였다.
독립적으로 구비되어 오던 변환기를 통합함으로써, 전체 회로의 크기 및 비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스터는 독립적인 변환기 구조를 하나의 블록안에서 DC-DC/AC-DC 변환기를 사용함으로써, 에너지 수집의 다양성을 높일 수 있고, 저전력 통신 반도체 회로와 함께 설계 가능하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 스위치
120 : DC-DC 변환기
130 : AC-DC 변환기
C1,C2,C3 : 캐패시터

Claims (8)

  1. 전기 에너지를 제1 방식으로 변환하는 제1 변환기;
    전기 에너지를 제2 방식으로 변환하는 제2 변환기;
    입력되는 전기 에너지를 제1 변환기와 제2 변환기 중 어느 하나로 인가하는 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    스위치는,
    입력되는 전기 에너지의 종류에 따라 스위칭이 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1 변환기는,
    DC-DC 변환기인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제2 변환기는,
    AC-DC 변환기인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제1 변환기에 의해 변환된 전기 에너지가 저장되는 제1 에너지 저장소; 및
    제2 변환기에 의해 변환된 전기 에너지가 저장되는 제2 에너지 저장소;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    스위치의 전단에서, 입력되는 전기 에너지를 임시 저장하는 제3 에너지 저장소;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    입력되는 전기 에너지는,
    이종의 방식으로 수집되는 전기 에너지인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
  8. 스위치가, 입력되는 전기 에너지를 제1 변환기와 제2 변환기 중 어느 하나로 전달하는 단계;
    제1 변환기 또는 제2 변환기가 전기 에너지를 변환하는 단계;
    캐패시터가, 변환된 전기 에너지를 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 방법.
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