KR20220015402A

KR20220015402A - 에너지 하베스팅하고 재충전 가능한 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 방법 및 디바이스

Info

Publication number: KR20220015402A
Application number: KR1020217039258A
Authority: KR
Inventors: 보스 줄리앙 드; 조푸와 고세
Original assignee: 이-피스 에스.에이.
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2022-02-08
Also published as: WO2020239532A1; CN113875122A; EP3977589A1; JP2022534033A; EP3977589C0; US20220239150A1; EP3977589B1

Abstract

본 발명은 에너지 하베스팅하고 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 전압 변환기 시스템을 사용하고 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 레벨을 나타내는 매개변수(V_Batt1)를 모니터링하는 단계 및 이 매개변수(V_Batt1)를 하위 문턱값과 상위 문턱값 사이에 유지하는 단계를 포함한다. 방법은 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하는 단계 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송하기 위해 전압 변환기 시스템을 작동시키는 단계를 더 포함한다. 본 발명은 또한 제2 재충전 가능한 저장 디바이스와 연결 가능한 단자가 전압 변환기 시스템의 입력부와 출력부 둘 다에 전환 가능하게 결합되는, 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로에 관한 것이다.

Description

에너지 하베스팅하고 재충전 가능한 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 방법 및 디바이스

본 발명은 에너지 하베스팅(energy harvesting)하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 재충전 가능한 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

에너지 하베스터(energy harvester)로부터 에너지를 추출하고 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 전압 변환기의 사용이 기술에서 잘 알려져 있다. 예를 들어, 제WO2018234485호에서, 에너지 하베스터로부터 재충전 가능한 저장 디바이스로 에너지를 이송하기 위해 전압 변환기를 포함하는 집적 회로가 설명된다. 이어서 재충전 가능한 저장 디바이스에 저장된 에너지는 적용 부하를 위한 전력원으로서 사용된다. 적용 부하는 저장 디바이스에 직접적으로 또는 간접적으로 결합될 수 있다. 간접 결합은 예를 들어, 저장 디바이스와 적용 부하 사이에 보조 전압 변환기를 배치함으로써 확립되고 보조 전압 변환기는 적용 부하에 필요한 특정한 전압을 조절하기 위해 구성된다.

다양한 에너지 하베스터는 예를 들어, 광전지(photovoltaic cell: PV), 열전 발전기(thermoelectric generator: TEG), 압전 에너지 발전기 및 전자기 에너지 발전기와 같은 에너지원으로서 사용될 수 있다. 재충전 가능한 저장 디바이스는 예를 들어, 재충전 가능한 배터리, 예컨대, Li-이온 배터리, 슈퍼커패시터 또는 종래의 커패시터이다.

알려진 에너지 하베스팅 시스템의 문제 중 하나는 처음에 고갈된 재충전 가능한 저장 디바이스로 시작할 때, 처음에 재충전 가능한 저장 디바이스를 에너지 하베스터로부터의 에너지로 충전하는 데 오랜 시간이 걸린다는 것이다. 따라서, 적용 부하가 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 전력을 수용하고 작동을 시작할 수 있기 전에 오랜 시간이 또한 걸린다. 특히, 재충전 가능한 저장 디바이스가 완전히 미충전될 때 0V에서 슈퍼커패시터인 경우에, 슈퍼커패시터의 충전 시간은 매우 길 수 있다. 하지만 충분히 긴 시간 기간 동안 적용 부하에 전력을 공급하기 위해 준비된 필요한 충전 레벨로 재충전 가능한 배터리을 충전하는 것은 또한 상당히 긴 충전 시간이 걸릴 수 있다.

두 번째 문제는 에너지 하베스터가 더 긴 시간 기간 동안, 예를 들어, 여러 날의 시간 기간 동안 에너지를 연속적으로 공급하지 않는 상황을 발생시키는 에너지 하베스팅 시스템에 내재된 가변 조건과 관련된다. 에너지 하베스터의 유형에 따라, 에너지 하베스팅은 상당히 긴 시간 간격, 예를 들어, 몇 시간의 시간 간격에 걸쳐 중단될 수 있고, 이는 적용 부하의 신뢰성과 장기적 기능을 저하시킨다. 적용 부하의 전력 소비에 따라, 적용 부하의 작동이 중단될 수 있다.

두 번째 문제에 대해, 예를 들어, 에너지 하베스터가 에너지를 공급하지 않는 시간 간격 동안 주 배터리가 적용 부하에 연결되는 백업 시스템이 제안되어 왔다.

본 발명의 목적은 전력을 수용하기 위한 재충전 가능한 저장 디바이스와 결합된 적용 부하가 더 신속하게, 즉, 몇 분 이내에, 심지어 재충전 가능한 저장 디바이스가 처음에 완전히 고갈된 상황에서 작동을 시작할 수 있는 효율적인 방식으로 에너지 하베스팅하고 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위한 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다. 추가의 목적은 적용 부하가 예를 들어, 몇 시간 또는 심지어 며칠의 중단과 같이 에너지 하베스터가 더 긴 시간 동안 중단되는 조건에서도 계속 작동할 수 있는 것이다. 목적은 또한 에너지 하베스터로부터의 에너지의 추출과 사용을 최대화하는 것이다.

본 발명은 첨부된 독립 청구항에 규정된다. 종속 청구항은 유리한 실시형태를 규정한다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 에너지 하베스팅하고 전력을 적용 부하에 공급하기 위한 방법이 제공된다. 하베스팅된 에너지로 구동될 적용 부하는 예를 들어, 휴대용 디바이스, 센서, 외부 회로 또는 무선 전송기와 같은 임의의 유형의 애플리케이션일 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅하기 위한 방법은 입력 전력을 출력 전력으로 변환하고 적어도 제1 재충전 가능한 저장 디바이스 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위한 전압 변환기 시스템을 사용한다. 일반적으로, 전압 변환기 시스템은 하나 이상의 전압 변환기를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 에너지 하베스터로부터 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위해 에너지 하베스터와 전압 변환기 시스템 사이에 제1 전력 입력 경로를 결합시키는 단계, 각각 제1 재충전 가능한 저장 디바이스 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 레벨을 나타내는 매개변수(V_Batt1) 및 매개변수(V_Batt2)를 모니터링하는 단계 및 제1 재충전 가능한 저장 디바이스가 충전될 때 전력을 적용 부하에 공급할 수 있도록 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 적용 부하에 결합시키는 단계를 포함한다.

실시형태에서, 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)는 각각 제1 재충전 가능한 저장 디바이스 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 전압에 대응한다. 다른 실시형태에서, 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)는 예를 들어, 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 과정 동안 축적되는 전하를 계수하는 전하 계수기에 의해 획득되는 각각 제1 및 제2 축적된 전하에 대응한다.

방법은 다음의 하위-단계를 반복적으로 수행함으로써 제1 재충전 가능한 저장 디바이스 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전을 조정하는 단계를 더 포함하고, 하위-단계는,

1a) 전압 변환기 시스템으로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 출력 전력을 이송하기 위해 전압 변환기 시스템과 제1 재충전 가능한 저장 디바이스 사이에 제1 전력 출력 경로를 결합시키는 하위-단계,

2a) 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 에너지 하베스터로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템을 작동시키는 하위-단계로서,

하베스터로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하는 것은 에너지 하베스터로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송하는 것을 포함하는, 하위-단계,

3a) (V_Batt1)이 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달한다면 그리고 (V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max) 미만이라면,

i) 전압 변환기 시스템으로부터 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로 출력 전력을 이송하기 위해 제1 전력 출력 경로를 결합 해제시키고 전압 변환기 시스템과 제2 재충전 가능한 저장 디바이스 사이에 제2 전력 출력 경로를 결합시키고,

ii) 에너지 하베스터로부터의 에너지로 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템을 작동시키고, 하베스터로부터의 에너지로 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하는 것은 에너지 하베스터로부터 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송하는 것을 포함하는, 하위-단계,

4a) 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 동안, 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 후속하여 감소된다면(V_Batt1-low < V_Batt1-up), 제2 전력 출력 경로를 결합 해제시키고 단계 1a)에서 재시작하는 하위-단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 i) 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 매개변수(V_Batt1)가 임계 문턱값(V_Batt1-SW) 미만으로 감소된다면(V_Batt1-SW< V_Batt1-low), 그리고 ii) 매개변수(V_Batt2)가 미리 규정된 문턱값(V_Batt2-low) 이상이라면 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 에너지를 이송하는 단계를 더 포함한다. 에너지를 이송하는 단계는 1b) 제1 전력 입력 경로를 결합 해제시키는 하위-단계, 2b) 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위해 제2 재충전 가능한 저장 디바이스와 전압 변환기 시스템 사이에 제2 전력 입력 경로를 결합시키는 하위-단계, 및 3b) 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템을 작동시키는 하위-단계를 포함한다.

유리하게는, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 미충전 단계 동안, 즉, 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 (V_Batt1)의 감소 동안 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전함으로써, 적용 부하는 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 전체 충전 과정 동안 그리고 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 반복적으로 재충전하는 전체 과정 동안 계속해서 작동할 수 있다. 이 방식으로, 적용 부하의 사용은 제2 재충전 가능한 저장 디바이스 내 에너지의 저장 및 에너지 하베스팅을 분배하지 않거나 또는 중단하지 않는다.

유리하게는, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스는 에너지 하베스터가 작동하지 않을 때 제1 저장 디바이스를 재충전하기 위해 사용될 수 있다.

유리하게는, 에너지 하베스터가 제2 재충전 가능한 저장 디바이스와 전압 변환기 시스템 사이에 제2 전력 입력 경로를 결합시킴으로써 작동하지 않을 때, 전압 변환기 시스템은 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송하기 위해 사용된다. 따라서, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스는 예를 들어, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스와는 상이한 최대 전압으로 작동하고 큰 에너지 저장 용량을 갖는 전용 저장 디바이스일 수 있다. 2개의 저장 디바이스는 또한 상이한 기술로 이루어질 수 있고, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스는 예를 들어, 재충전 가능한 배터리, 예컨대, 리튬 이온 배터리일 수 있고, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스는 예를 들어, 슈퍼커패시터일 수 있다. 이 방식으로, 에너지 하베스터가 긴 시간 기간 동안 중단된다면, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스에 저장된 에너지는 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송될 수 있고 적용 부하에 계속해서 전력을 공급하도록 사용될 수 있다.

바람직하게는, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스는 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 에너지 저장 용량보다 더 큰, 5배 초과, 더 바람직하게는 10배 초과인 에너지 저장 용량을 갖는다.

본 발명의 제2 양상에 따르면, 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로가 제공된다. 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로는 입력 전력을 출력 전력으로 변환하는 데 적합하고 적어도 2개의 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하는 데 적합한 전압 변환기 시스템, 에너지 하베스터와 연결 가능한 제1 단자, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스와 연결 가능한 제2 단자, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스와 연결 가능한 제3 단자, 전압 변환기 시스템을 제어하기 위한 제어기, 적어도 제1 단자로부터 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위한 제1 전력 입력 경로를 포함하는 복수의 전력 입력 경로, 적어도 전압 변환기 시스템으로부터 제2 단자로 출력 전력을 이송하기 위한 제1 전력 출력 경로 및 전압 변환기 시스템으로부터 제3 단자로 출력 전력을 이송하기 위한 제2 전력 출력 경로를 포함하는 복수의 전력 출력 경로, 제어기와 결합되고 각각 제2 단자 및 제3 단자에 연결될 때 각각 제1 재충전 가능한 저장 디바이스 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 레벨을 나타내는 매개변수(V_Batt1) 및 매개변수(V_Batt2)를 모니터링하기 위해 구성된 모니터링 장치를 포함한다.

실시형태에서, 매개변수(V_Batt1) 및 매개변수(V_Batt2)는 예를 들어, 각각 제2 단자 및 제3 단자에서 감지되는 전압에 대응한다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로는 복수의 전력 입력 경로가 제3 단자로부터 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위한 제2 전력 입력 경로를 포함하고, 전압 변환기 시스템이 선택된 전력 입력 경로를 통해 입력 전력을 수용하도록 복수의 전력 입력 경로로부터 전력 입력 경로를 선택하기 위한 입력 선택 회로 및 선택된 전력 출력 경로를 통해 출력 전력을 출력하도록 복수의 전력 출력 경로로부터 전력 출력 경로를 선택하기 위한 출력 선택 회로를 포함하고, 제어기가 매개변수(V_Batt1)와 제1 미리 규정된 문턱값의 비교 및/또는 매개변수(V_Batt2)와 제2 미리 규정된 문턱값의 비교에 기초하여 전력 입력 경로와 전력 출력 경로의 복수의 특정한 조합을 형성하고 전환하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 제어기가 형성할 수 있고 전환할 수 있는 특정한 조합은, i) 제1 전력 입력 경로를 선택하고 제1 전력 출력 경로를 선택함으로써 형성된 제1 조합, ii) 제1 전력 입력 경로를 선택하고 제2 전력 출력 경로를 선택함으로써 형성된 제2 조합, iii) 제2 전력 입력 경로를 선택하고 제1 전력 출력 경로를 선택함으로써 형성된 제3 조합을 포함한다.

선택된 전력 입력 경로를 통해 입력 전력을 수용하기 위해 복수의 전력 입력 경로로부터 "하나의" 전력 입력 경로를 선택하는 것은 단지 선택된 전력 입력 경로를 통해 입력 전력을 수용하기 위해 복수의 전력 입력 경로로부터 "하나의" 전력 입력 경로를 선택하는 것으로 해석되어야 한다. 유사하게, 선택된 전력 출력 경로를 통해 출력 전력을 출력하기 위해 복수의 전력 출력 경로로부터 "하나의" 전력 출력 경로를 선택하는 것은 단지 선택된 전력 출력 경로를 통해 출력 전력을 출력하기 위해 복수의 전력 출력 경로로부터 "하나의" 전력 출력 경로를 선택하는 것으로 해석되어야 한다.

유리하게는, 제3 단자로부터 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위한 제2 전력 입력 경로를 제공함으로써, 이 제3 단자에 결합된 제2 재충전 가능한 저장 디바이스는 에너지 저장소를 형성하기 위해 에너지 하베스터로부터의 에너지로 충전될 수 있을 뿐만 아니라 에너지 하베스터가 작동하지 않을 때 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위한 대안적인 에너지원으로서 사용될 수 있다. 실제로, 제3 단자가 또한 입력 전력을 공급하기 위해 전압 변환기 시스템에 결합될 때, 전압 변환기 시스템은 제3 단자에 결합된 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제2 단자에 결합된 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송하도록 사용될 수 있다. 이 방식으로, 에너지 하베스터가 작동하지 않을지라도, 제1 저장 디바이스가 계속해서 충전될 수 있어서 제1 저장 디바이스에 결합된 적용 부하가 계속해서 작동할 수 있다.

실시형태에서, 집적 회로의 제어기는, 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up) 이상이라면 그리고 매개변수(V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max) 미만이라면 제1 조합으로부터 제2 조합으로 전환하고, 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 감소된다면(V_Batt1-low < V_Batt1-up) 제2 조합으로부터 제1 조합으로 전환하고, 매개변수(V_Batt1)가 하위 문턱값(V_Batt1-low)으로부터 임계 문턱값(V_Batt1-SW)까지 감소된다면(V_Batt1-SW < V_Batt1-low) 그리고 (V_Batt2)가 하위 문턱값(V_Batt2-low) 초과라면(V_Batt2-low < V_Batt2-max) 제1 조합으로부터 제3 조합으로 전환하기 위해 더 구성된다.

실시형태에서, 집적 회로는 보조 에너지원, 예컨대, 주 배터리와 연결 가능한 제4 단자를 포함하고, 복수의 전력 입력 경로는 제4 단자로부터 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위한 제3 입력 경로를 포함하고, 입력/출력 경로의 특정한 조합은 제3 전력 입력 경로를 선택하고 제1 전력 출력 경로를 선택함으로써 형성된 제4 조합을 포함한다.

추가의 실시형태에서, 전압 변환기 시스템은 선택된 전력 입력 경로를 통해 수용된 입력 전력을 선택된 전력 출력 경로를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 전압 변환기를 포함하고, 전압 변환기는 부스트 전압 변환기, 벅 전압 변환기 또는 벅-부스트 전압 변환기 중 하나이다. 즉, 이 실시형태에서, 단일의 전압 변환기는 입력 선택 회로 및 출력 선택 회로와 결합하여 사용된다.

본 발명의 이 양상과 추가의 양상은 실시예로서 그리고 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다:
도 1a는 본 개시내용에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 예를 개략적으로 나타내고,
도 1b는 본 개시내용에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 추가의 예를 개략적으로 나타내고,
도 2는 본 발명에 따른 방법을 사용하는 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 과정을 예시하고,
도 3은 본 발명에 따른 집적 회로를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 4a는 벅/부스트 전압 변환기를 포함하는 본 발명에 따른 전압 변환기 시스템의 예를 도시하고,
도 4b는 2개의 벅/부스트 전압 변환기를 포함하는 본 발명에 따른 전압 변환기 시스템의 예를 도시하고,
도 5는 3개의 전력 입력 경로 중 하나를 선택하기 위한 입력 선택 회로 및 3개의 전력 출력 경로 중 하나를 선택하기 위한 출력 선택 회로를 포함하는 본 발명에 따른 전압 변환기 시스템의 예를 도시하고,
도 6a는 2개의 전압 변환기를 포함하는 전압 변환기 시스템의 실시형태를 도시하고,
도 6b는 2개의 전압 변환기를 포함하는 전압 변환기 시스템의 대안적인 실시형태를 도시하고,
도 7은 3개의 전압 변환기를 포함하는 전압 변환기 시스템의 실시형태를 도시하고,
도 8은 3개의 전압 변환기를 포함하고 3개의 전력 입력 경로 중 하나를 선택하기 위한 입력 선택 회로 및 2개의 전력 출력 경로 중 하나를 선택하기 위한 출력 선택 회로를 포함하는 전압 변환기 시스템의 실시형태를 도시한다.
도면은 축척대로 도시되지도 않고 비례되지도 않는다. 일반적으로, 동일한 컴포넌트는 도면에서 동일한 참조 부호로 표기된다.

본 개시내용은 본 개시내용을 예시하고 제한적인 것으로 해석되지 않는 구체적인 실시형태의 관점에서 설명될 것이다. 당업자라면 본 개시내용이 특별히 도시되고/되거나 설명된 것으로 제한되지 않고 대안적이거나 또는 변경된 실시형태가 본 개시내용의 전반적인 교시에 비추어 개발될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 설명된 도면은 단지 개략적이고 제한되지 않는다.

동사 "포함하다"뿐만 아니라 각각의 동사 활용형의 사용은 언급된 구성요소 이외의 구성요소의 존재를 배제하지 않는다.

게다가, 설명에서 그리고 청구범위에서 용어 제1, 제2 등은 유사한 구성요소를 구별하기 위해 사용되고, 반드시 일시적으로, 공간적으로, 순위로 또는 임의의 다른 방식으로 시퀀스를 설명하는 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어는 적절한 상황에서 교환 가능하고 본 명세서에서 설명된 개시내용의 실시형태가 본 명세서에서 설명되거나 또는 예시되지 않은 다른 시퀀스로 작동할 수 있다는 것이 이해된다.

이 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시형태" 또는 "실시형태"에 대한 언급은 실시형태와 연관되어 설명되는 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 이 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 어구 "하나의 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"의 출현은 반드시 동일한 실시형태를 전부 나타내는 것이 아니지만, 그럴 수도 있다. 게다가, 특정한 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서, 본 개시내용으로부터 당업자에게 분명할 바와 같이, 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 에너지 하베스팅하고 전력을 적용 부하에 공급하기 위한 방법이 제공된다. 에너지 하베스팅하기 위한 방법은 전압 변환기 시스템을 포함하는 에너지 하베스팅을 위한 시스템을 사용하는 것이다.

전압 변환기 시스템은 에너지원으로부터 수용된 입력 전력을 저장 디바이스를 충전하기 위한 출력 전력으로 변환하기 위한 시스템으로서 해석되어야 한다. 에너지원, 예를 들어, 에너지 하베스터는 입력 전압(V_in)으로 입력 전력을 공급하고 전압 변환기 시스템은 저장 디바이스의 전압에 대응하는 출력 전압(V_out)으로 출력 전력을 출력한다. 입력 전압(V_in)은 출력 전압(V_out)보다 더 높거나 또는 더 낮을 수 있다. 일반적으로, 전압 변환기 시스템이 하나 이상의 전압 변환기를 포함하고 다양한 전압 변환기 시스템의 상세한 실시형태가 아래에서 더 설명될 것이다. 전압 변환기의 예는 DC-DC 부스트 변환기, DC-DC 벅 변환기 또는 DC-DC 벅/부스트 변환기이다. 일반적으로, 전압 변환기 시스템은 일반적으로 전력 관리 집적 회로(power management integrated circuit: PMIC)로 불리는 집적 회로의 일부이다.

도 1a에서, 에너지 하베스팅하기 위한 시스템(100)의 예가 개략적으로 도시된다. 시스템은 전압 변환기 시스템(20) 및 전압 변환기 시스템을 제어하기 위한 제어기(40)를 포함하는 전력 관리 집적 회로(PMIC)(1)을 포함한다. 에너지 하베스터(70)는 입력 전압(V_in)으로 에너지 하베스터로부터 전력을 수용하기 위한 입력 단자인 제1 단자(11)에 결합된다. PMIC(1)는 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)에 결합되는 출력 단자인 제2 단자(12)를 포함한다. 이 예에서, 적용 부하(90)는 직접 연결에 의해 제1 저장 디바이스(50)에 결합된다. 다른 실시형태에서, 전압 조절기가 예를 들어, 제1 저장 디바이스와 적용 부하 사이에 배치되어 제1 저장 디바이스의 전압과는 상이한 적용 부하를 위해 필요한 전압을 생성할 수 있다. 도 1a에 도시된 PMIC는 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)와 연결된 제3 단자(13)를 포함한다.

제1 재충전 가능한 저장 디바이스는 예를 들어, 재충전 가능한 배터리, 커패시터 또는 슈퍼커패시터이고 유사하게, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스는 또한 재충전 가능한 배터리, 커패시터 또는 슈퍼커패시터일 수 있다.

도 1b에서, 에너지 하베스팅하기 위한 시스템의 추가의 예가 개략적으로 도시되고 제1 적용 부하(90a)가 제1 저장 디바이스(50)에 결합되고 제2 적용 부하(90b)가 제2 저장 디바이스(60)에 결합된다. 제1 적용 부하는 예컨대, 모니터링 목적을 위한 예를 들어, 저전력 부하이고, 제2 적용 부하는 예컨대, 통신 수단 또는 작동 수단을 위한 예를 들어, 고전력 부하이다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅하기 위한 방법은 입력 전력을 에너지 하베스터로부터 전압 변환기 시스템(20)로 이송하기 위해 에너지 하베스터와 전압 변환기 시스템 사이에 제1 전력 입력 경로를 결합시키는 단계, 각각 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)의 충전 레벨을 나타내는 매개변수(V_Batt1) 및 매개변수(V_Batt2)를 모니터링하는 단계 및 제1 재충전 가능한 저장 디바이스가 충전될 때 전력을 적용 부하에 공급할 수 있도록 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 적용 부하(90)에 결합시키는 단계를 포함한다.

실시형태에서, 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)는 전압 측정에 의해 획득되는 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스 각각의 전압에 대응한다. 다른 실시형태에서, 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)는 전하 계수기에 의해 획득되는 전하량에 대응한다.

제1 저장 디바이스가 상위 문턱값 전압(V_Batt1-up)에 도달하는 것을 나타내는 바와 같이 충분히 충전될 때, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)는 적용 부하(90)를 위한 전력 공급부로서 사용될 수 있다. 전압 문턱값(V_Batt1-up does)이 반드시 완전히 충전된 저장 디바이스에 대응하는 것은 아니지만 제1 저장 디바이스가 충분히 충전되어 전력을 적용 부하에 공급하기 시작하는 것을 나타내는 값일 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 본 명세서의 아래에 약술된 하위-단계 1a) 내지 4a)를 반복적으로 수행함으로써 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전을 조정하는 단계를 더 포함한다.

하위-단계 1a)는 출력 전력을 전압 변환기 시스템으로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송하기 위해 전압 변환기 시스템과 제1 재충전 가능한 저장 디바이스 사이에 제1 전력 출력 경로를 결합시키는 것에 대응한다.

하위-단계 2a)는 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 에너지 하베스터로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템을 작동시키는 것에 대응한다. 따라서, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 동안, 전하는 에너지 하베스터로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송된다.

하위-단계 3a)는 (V_Batt1)이 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달하고 (V_Batt2)이 상위 문턱값(V_Batt2-max) 미만이라는 조건이 충족된다면 수행된다. 하위-단계 3a)는, i) 제1 전력 출력 경로를 결합 해제시키고 출력 전력을 전압 변환기 시스템으로부터 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송하기 위해 전압 변환기 시스템(20)과 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60) 사이에 제2 전력 출력 경로를 결합시키는 것, 및 ii) 에너지 하베스터로부터의 에너지로 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템을 작동시키는 것에 대응한다. 따라서, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 동안, 전하는 에너지 하베스터로부터 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송된다.

하위-단계 4a)는 제2 전력 출력 경로를 결합 해제시키는 것에 대응하고 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 동안, 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 후속하여 감소된다면(V_Batt1-low < V_Batt1-up) 단계 1a)에서 재시작된다.

따라서, 하위-단계 1a) 내지 4a)를 반복적으로 수행함으로써, 충전 레벨(V_Batt1-low 및 V_Batt1-up)로 충전된 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)를 유지하는 동안 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)가 충전된다.

도 2에서, 본 개시내용의 방법에 따른 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위한 과정이 예시된다. 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)의 변동이 시간의 함수로서 도시되어, 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스 각각의 충전 및 미충전을 예시한다. 도 2에 예시된 바와 같이, 위에서 언급된 하위-단계 1a) 내지 4a)를 수행함으로써, 제1 저장 디바이스(50)는 제1 저장 디바이스(50)의 매개변수(V_Batt1)를 하위 문턱값(V_Batt1-low)과 상위 문턱값(V_Batt1-up) 사이에 유지함으로써 충전되고, 동시에 제2 저장 디바이스(60)는 제1 저장 디바이스(50)가 전력을 적용 부하에 공급하는 동안 에너지 하베스터로부터의 에너지로 충전된다.

적용 부하는 적용 부하의 작동의 중단이 없도록 제2 저장 디바이스(60)가 충전되는 동안 계속해서 작동된다. 이것은 적용 부하가 온(on) 및 오프(off)되는 시간 기간이 각각 "APPL. ON" 및 "APPL. OFF"로 나타나는 도 2에 도시된 예로 개략적으로 예시된다. 적용 부하가 온 상태일 때 그리고 제2 재충전 가능한 저장 디바이스가 충전될 때, 제1 저장 디바이스는 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 감소되는 제1 저장 디바이스의 매개변수(V_Batt1)로 나타낸 바와 같이 미충전된다. 하위 문턱값(V_Batt1-low)은 일반적으로 제1 저장 디바이스가 여전히 충분히 충전되어 전력을 적용 부하에 제공하도록 선택된 값이다. 제1 저장 디바이스를 위한 하위 및 상위 문턱값에 대해 선택된 값은 사용되는 저장 디바이스의 유형, 예를 들어, 재충전 가능한 배터리 또는 커패시터 또는 슈퍼커패시터에 의존적이다. 상위 문턱값(V_Batt1-up)이 반드시 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 최대 허용 가능한 전압 값(V_Batt1-max)과 같은 것은 아니고, (V_Batt1-up)은 예를 들어, (V_Batt1-max)보다 더 작은 값일 수 있다.

본 개시내용에 따른 방법은 방법이 i) 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 매개변수(V_Batt1)가 임계 문턱값(V_Batt1-SW) 미만으로 감소된다면(V_Batt1-SW < V_Batt1-low) 그리고 ii) 매개변수(V_Batt2)가 미리 규정된 문턱값(V_Batt2-low) 이상이라면 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 에너지를 이송하는 추가의 단계를 포함한다는 것을 특징으로 한다. 미리 규정된 문턱값(V_Batt2-low)은 제2 재충전 가능한 저장 디바이스가 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송하게 하는 최소 충전 레벨로 충전되는 것을 나타내는 값이다.

제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 에너지를 이송하는 단계는, 1b) 제1 전력 입력 경로를 결합 해제시키는 하위-단계, 2b) 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위해 제2 재충전 가능한 저장 디바이스과 전압 변환기 시스템 사이에 제2 전력 입력 경로를 결합시키는 하위-단계, 및 3b) 제1 재충전 가능한 저장 디바이스의 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템을 작동시키는 하위-단계를 포함한다.

실시형태에서, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)로 에너지를 이송하는 것은 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달하는 경우에 추가의 하위-단계 4b)를 포함한다. 하위-단계 4b)는 다음의 단계 중 적어도 하나 또는 조합을 수행하는 것에 대응한다: i) 제1 전력 출력 경로(32a)를 결합 해제시키고/시키거나 제2 전력 입력 경로(31b)를 결합 해제시키는 단계, ii) 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합시키고 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합시키는 단계, iii) 전압 변환기 시스템(20)의 작동을 중단하는 단계.

하위-단계 4b)에서, 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합시키고 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합시키는 단계 ii)가 적용되는 경우에, 에너지 하베스터가 전력을 공급한다면, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스는 에너지 하베스터로부터의 에너지로 계속해서 충전될 것이다.

제1 저장 디바이스(50)의 매개변수(V_Batt1)가 임계 문턱값 레벨(V_Batt1-SW) 미만으로 감소될 때 제2 저장 디바이스로부터 제1 저장 디바이스로 에너지를 이송하는 것이 또한 도 2에 예시된다. 이러한 매개변수(V_Batt1)의 감소는 일반적으로 에너지 하베스터가 오프 상태일 때 또는 적용 부하가 에너지 하베스터가 공급하는 전력보다 더 많은 전력을 소비할 때 발생한다. 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 에너지 하베스터가 "E.H. ON"로 나타낸 온 상태로부터 "E.H. OFF"로 나타낸 오프 상태로 전환될 때, 어떤 제1 저장 디바이스 또는 제2 저장 디바이스도 에너지 하베스터로부터의 에너지로 충전될 수 없다. 따라서, 적용 부하가 온 상태이고 따라서 전력을 소비할 때, (V_Batt1-low)로 감소될 때의 (V_Batt1)의 전압은 (V_Batt1-SW)에 도달할 때까지 계속해서 더 감소될 것이다. 도 2에 예시된 바와 같이, (V_Batt1)가 (V_Batt1-SW) 미만으로 감소될 때, 제1 저장 디바이스는 제2 저장 디바이스로부터의 에너지를 사용함으로써 재충전되고 에너지 하베스터가 다시 작동되고 전력을 공급할 때, 에너지 하베스터의 에너지가 위에서 논의된 바와 같이, 다시 사용되어 충전된 제1 저장 디바이스를 유지하고 제2 저장 디바이스를 계속해서 충전한다.

제2 저장 디바이스로부터 제1 저장 디바이스로 에너지를 이송하기 위해 전압 변환기 시스템을 작동시킴으로써, 제1 및 제2 저장 디바이스의 전압은 서로 별개일 수 있고 제1 및 제2 저장 디바이스는 또한 상이한 기술로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스는 3.6 V 내지 4.0 V로 작동하는 Li-이온 배터리일 수 있고 반면에 제2 재충전 가능한 저장 디바이스는 2.7 V의 최대 전압까지 충전 가능한 슈퍼커패시터일 수 있다.

바람직하게는, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)는 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)의 에너지 용량보다 더 큰, 5배 초과, 바람직하게는 10배 초과인 에너지 저장 용량을 갖는다. 이 방식으로, 제2 저장 디바이스는 에너지 하베스터가 더 긴 시간 기간 동안 다운되는 조건하에서 적용 부하 작동을 유지하는 데 적합한 더 큰 에너지 저장소를 형성한다. 제1 저장 디바이스가 더 작은 에너지 저장 용량을 가짐으로써, 제1 저장 디바이스를 충전하고 적용 부하의 작동을 시작하는 것은 또한 시간이 덜 걸릴 것이다.

제2 매개변수(V_Batt2)는 제2 저장 디바이스가 출력 전력을 제공하기 위해 충분히 충전되는지를 결정하고 이것은 예를 들어, (V_Batt2)를 미리 규정된 문턱값(V_Batt2-low)과 비교함으로써 결정될 수 있고, 제2 저장 디바이스는 (V_Batt2≥ V_Batt2-low)라면 충전된 것으로 간주된다.

이어서 제2 저장 디바이스는 (V_Batt2< V_Batt2-low)라면 출력 전력을 공급하기 위해 충분히 충전되지 않은 것으로 간주된다.

실시형태에서, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)를 충전하는 단계는 추가의 하위-단계 3a) iii) 상황이 발생한다면, (V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max)에 도달하는 것을 포함한다. 하위-단계 3a) iii)은 a) 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합 해제시키고/시키거나 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합 해제시키는 것, b) 전압 변환기 시스템(20)의 작동을 중단하는 것, c) 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합시키고 제1 전력 출력 경로(32b)를 결합시키는 것 중 적어도 하나를 수행하는 것에 대응한다.

일부 실시형태에서, 하위-단계 1a) 내지 4a)를 반복적으로 수행함으로써 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전을 조정하는 위에서 논의된 단계를 수행하기 전에, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)를 미리 규정된 충전 레벨까지 사전 충전하는 초기 단계가 수행된다. 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 사전 충전하는 것은, i) 전압 변환기 시스템으로부터 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로 출력 전력을 이송하기 위해 전압 변환기 시스템(20)과 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60) 사이에 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합시키는 단계, 및 ii) 매개변수(V_Batt2)가 미리 규정된 문턱값(V_Batt2-PC)에 도달할 때까지(V_Batt2-PC ≥ V_Batt2-low) 에너지 하베스터(70)로부터의 에너지로 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 단계를 포함한다. 이 방식으로, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)가 충전되고 부하가 활성화될 때, 적용 부하에 대해 주어진 자율성을 보장하기 위해 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)에 이미 저장된 적어도 최소량의 에너지가 있다는 것이 보장된다. 예를 들어, 적용 부하가 작동을 시작한 직후에 에너지 하베스터가 에너지의 공급을 중단한다면, (V_Batt1)이 임계 문턱값 레벨(V_Batt1-SW) 미만으로 감소되는 경우에 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송될 수 있는 제2 재충전 가능한 저장 디바이스에서 이용 가능한 적어도 충분한 에너지가 있다.

실시형태에서, 본 발명의 방법은 매개변수(V_Batt1)가 임계 문턱값(V_Batt1-SW) 미만으로 감소되고 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)가 충전되지 않고 따라서 어떤 전하도 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송될 수 없는 상황에 대한 부가적인 단계를 포함한다. 이 상황에서, 매개변수(V_Batt1)가 임계 문턱값(V_Batt1-SW) 미만으로 감소된다면 그리고 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)가 충전되지 않는다면, 방법은 제1 전력 입력 경로를 결합 해제시키고 보조 에너지원으로부터 전압 변환기 시스템(20)으로 입력 전력을 이송하기 위해 보조 에너지원, 예를 들어, 주 배터리와 전압 변환기 시스템 사이에 제3 전력 입력 경로를 결합시키고, 제1 저장 디바이스(50)의 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 주 배터리 또는 대안적인 전력원으로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 단계를 포함한다.

주 배터리의 예는 알칼리 배터리 또는 아연-탄소 배터리이다. 유리하게는, 전압 변환기가 주 배터리로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송하기 위해 사용될 때, 주 배터리의 전압은 제1 저장 디바이스의 최대 전압과 동일할 필요가 없다. 주 배터리는 예를 들어, 1.5 V의 보통의 전압 레벨을 가진 AAA 전지일 수 있고 반면에 제1 재충전 가능한 저장 디바이스는 3.7 V의 보통의 전압까지 충전 가능한 재충전 가능한 Li-이온 배터리일 수 있다.

실시형태에서, 전압 변환기 시스템(20)은 하나 이상의 전압 변환기를 포함한다. 전압 변환기는 예를 들어, (V_in> V_out)인 경우에 벅 모드로 작동하고 (V_in < V_out)인 경우에 부스트 모드로 작동하기 위해 구성된 DC-DC 벅/부스트 전압 변환기이고, V_in및 V_out은 각각 전압 변환기의 입력 전압 및 출력 전압이다.

실시형태에서, 전압 변환기 시스템(20)은 결합된 전력 입력 경로(31a, 31b, 31c)를 통해 수용된 입력 전력을 결합된 전력 출력 경로(32a, 32b, 32c)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위해 구성된 전압 변환기를 포함하고, 상기 전압 변환기는 부스트 전압 변환기, 벅 전압 변환기 또는 벅-부스트 전압 변환기 중 하나이다. 즉, 이 실시형태에서, 단일의 전압 변환기는 제1 및 제2 저장 디바이스를 충전하고 또한 위에서 논의된 바와 같은 조건하에서 제2 저장 디바이스로부터 제1 저장 디바이스로 에너지를 이송한다.

본 발명의 제2 양상에 따르면, 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로가 제공되고 이러한 집적 회로(1)를 포함하는 에너지 하베스팅하기 위한 시스템(100)의 예가 도 3에 도시된다. 본 발명에 따른 집적 회로를 포함하는 이러한 에너지 하베스팅하기 위한 시스템에 대해, 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하는 단계 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송하는 단계를 포함하는, 위에서 논의되는 에너지 하베스팅하는 방법이 자동화되고 제어된 방식으로 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로는 단자로 불리는, 집적 회로 및 또한 복수의 입력 핀 및 출력 핀을 포함하는 마이크로칩으로서 해석되어야 한다. 마이크로칩은 예를 들어, 16 내지 32개의 단자를 가질 수 있다. 일반적으로, 마이크로칩은 1 내지 5 ㎜의 길이를 가진 측면을 가진 정사각형 또는 직사각형 풋프린트를 발생시키는 소형 패키징을 갖는다.

도 3에 예시된 바와 같이, 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로(1)는 에너지 하베스터(70)와 연결 가능한 제1 단자(11), 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)와 연결 가능한 제2 단자(12) 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)와 연결 가능한 제3 단자(13)를 포함한다. 집적 회로는 적어도 2개의 저장 디바이스를 충전하기 위해 입력 전력을 출력 전력으로 변환하는 데 적합한 전압 변환기 시스템(20), 전압 변환기 시스템(20)을 제어하기 위한 제어기(40) 및 제어기(40)와 결합되고 매개변수(V_Batt1) 및 매개변수(V_Batt2)를 모니터링하기 위해 구성된 모니터링 장치(45)를 더 포함한다. 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)는 각각 제2 단자(12) 및 제3 단자(13)에 연결될 때 각각 제1 재충전 가능한 저장 디바이스 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 레벨을 나타낸다.

실시형태에서, 매개변수(V_Batt1) 및 매개변수(V_Batt2)는 각각 제2 단자(12) 및 제3 단자(13)에서 감지되는 전압에 대응한다. 다른 실시형태에서, 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)는 각각 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 과정 동안 전하 계수기에 의해 계수되는 전하량에 대응한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 집적 회로(1)는 에너지원으로부터 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위한 복수의 전력 입력 경로(31a, 31b) 및 전압 변환기 시스템으로부터 집적 회로의 출력 단자로 출력 전력을 이송하기 위한 복수의 전력 출력 경로(32a, 32b)를 포함한다. 이 입력 및 출력 전력 경로는 전기 전도체로 해석되어야 한다. 그러나, 전압 변환기 시스템은 작동 중일 때, 입력 전력을 수용하는 하나의 전력 경로 및 전력을 출력하는 하나의 출력 경로를 오직 사용한다. 따라서, 전압 변환기 시스템(20)은 선택된 전력 입력 경로를 통해 입력 전력을 수용하기 위해 복수의 전력 입력 경로로부터 하나의 전력 입력 경로를 선택하기 위한 입력 선택 회로(31)를 포함한다. 전압 변환기는 선택된 출력 경로를 통해 출력 전력을 출력하기 위해 복수의 전력 출력 경로로부터 하나의 전력 출력 경로를 선택하기 위한 출력 선택 회로(32)를 더 포함한다.

집적 회로(1)는 적어도 제1 단자(11)로부터 전압 변환기 시스템(20)으로 입력 전력을 이송하기 위해 구성된 제1 전력 입력 경로(31a), 및 제3 단자(13)로부터 전압 변환기 시스템(20)으로 입력 전력을 이송하기 위한 제2 전력 입력 경로(31b)를 포함한다. 집적 회로는 적어도 전압 변환기 시스템(20)으로부터 제2 단자(12)로 출력 전력을 이송하기 위한 제1 전력 출력 경로(32a), 및 전압 변환기 시스템으로부터 제3 단자(13)로 출력 전력을 이송하기 위한 제2 전력 출력 경로(32b)를 더 포함한다. 이 방식으로, 제2 저장 디바이스가 제3 단자에 연결될 때 그리고 예를 들어, 에너지 하베스터가 작동하지 않을 때, 전압 변환기 시스템은 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송할 수 있다.

제어기(40)는 매개변수(V_Batt1)와 제1 미리 규정된 문턱값의 비교 및/또는 매개변수(V_Batt2)와 제2 미리 규정된 문턱값의 비교에 기초하여 전력 입력 경로와 전력 출력 경로의 복수의 특정한 조합을 형성하고 전환하도록 구성된다. 제어기가 형성할 수 있는 특정한 조합은 i) 제1 전력 입력 경로(31a)를 선택하고 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택함으로써 형성된 제1 조합, ii) 제1 전력 입력 경로(31a)를 선택하고 제2 전력 출력 경로(32b)를 선택함으로써 형성된 제2 조합 및 iii) 제2 전력 입력 경로(31b)를 선택하고 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택함으로써 형성된 제3 조합이다. 아래에서 더 상세히 더 논의될 바와 같이, 제어기는 이 3개의 특정한 입력/출력 조합 중 하나를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 매개변수(V_Batt1)및/또는 매개변수(V_Batt2)와 미리 규정된 문턱값의 비교에 기초하여 하나의 특정한 조합으로부터 또 다른 특정한 조합으로 전환시킬 수 있다. 제1 미리 규정된 문턱값은 예를 들어, 문턱값(V_Batt1-SW, V_Batt1-low 및 V_Batt1-up)을 포함하고 제2 미리 규정된 문턱값은 예를 들어, 위에서 논의된 문턱값(V_Batt2-max및 V_Batt2-low)을 포함한다.

위에서 규정된 바와 같은 선택된 전력 입력/출력 경로의 제1 및 제2 조합은 전압 변환기 시스템이 에너지 하베스터로부터 각각 제1 및 제2 저장 디바이스로 전력을 이송하는 조합에 대응한다. 제3 조합은 제2 저장 디바이스로부터 제1 저장 디바이스로 전력을 이송하는 전압 변환기 시스템에 대응한다. (V_Batt1)에 대한 상위 및 하위 문턱값 레벨을 구성함으로써, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅하는 방법이 매개변수(V_Batt1및/또는 V_Batt2)에 따라 규정된 입력/출력 경로의 조합을 전환함으로써 구현될 수 있다. 실제로, 위에서 논의되는 에너지 하베스팅하는 방법은 (V_Batt1)을 문턱값(V_Batt1-low 및 V_Batt1-up) 사이에 유지하고 동시에 제2 저장 디바이스를 충전하기 위해 전력 입력/출력 경로의 제1 및 제2 조합을 전환하는 이 단계를 포함한다. 위에서 논의되는 본 발명에 따른 방법은 또한 (V_Batt1)이 임계 문턱값(V_Batt1-SW) 미만으로 감소된다면 에너지가 제2 저장 디바이스로부터 제1 저장 디바이스로 이송되는 전력 입력/출력 경로의 제3 조합으로 전환하는 단계를 포함한다. 전력 입력/출력 경로의 제3 조합으로 전환하는 조건은 오직 제2 저장 디바이스가 충전된다면 수행되고, 이는 (V_Batt2)와 문턱값을 비교함으로써, 위에서 논의되는 바와 같이, 결정된다.

제어기는 위에서 논의되는 바와 같이 매개변수(V_Batt1및 V_Batt2)의 문턱값 및 조건에 기초하여 선택된 전력/입력 경로의 조합 간의 전환을 수행한다. 즉, 제어기는 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up) 이상인 경우에 그리고 매개변수(V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max) 미만인 경우에 제1 조합으로부터 제2 조합으로 전환하고, 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 감소되는 경우에(V_Batt1-low < V_Batt1-up) 제2 조합으로부터 제1 조합으로 전환하고, 매개변수(V_Batt1)가 하위 문턱값(V_Batt1-low)으로부터 임계 문턱값(V_Batt1-SW)까지 감소되는 경우에(V_Batt1-SW < V_Batt1-low) 그리고 (V_Batt2)가 하위 문턱값(V_Batt2-low) 초과인 경우에(V_Batt2-low < V_Batt2-max) 제1 조합으로부터 제3 조합으로 전환하기 위해 구성된다.

실시형태에서, 모니터링 장치(45)는 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)와 미리 규정된 문턱값을 비교하기 위한 신호 비교기를 포함한다. 위에서 언급되는 바와 같이, 매개변수(V_Batt1 및 V_Batt2)는 예를 들어, 전압 측정으로부터 발생되는 전압, 전하 계수기로부터 발생되는 전하량 또는 재충전 가능한 에너지 저장 디바이스의 충전 상태를 나타내는 임의의 다른 부호의 검출에 대응한다. 신호 비교기는 기술에 알려진, 아날로그 신호 비교기 또는 디지털 신호 비교기일 수 있다. 디지털 신호 비교기가 사용되는 실시형태에 대해, 일반적으로 아날로그 신호(V_Batt1 및 V_Batt2)는 ADC(아날로그 대 디지털 변환기)를 사용하여 먼저 디지털화된다. 미리 규정된 문턱값이 제어기에 의해 국부적으로 메모리화된 값일 수 있거나 또는 미리 규정된 문턱값이 기준 전압 발전기에 의해 생성될 수 있거나 또는 PMIC 외부의 전압 구성기가 사용될 수 있고 문턱값이 구성 단자 또는 연결기를 통해 전송될 수 있다.

전압 변환기 시스템(20)은 하나 이상의 전압 변환기를 포함하고 전압 변환기는 예를 들어, 부스트 전압 변환기, 벅 전압 변환기 또는 벅-부스트 전압 변환기이다. 도 4a 및 도 5에서, 선택된 전력 입력 경로를 통해 수용된 입력 전력을 선택된 전력 출력 경로를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 단일의 전압 변환기를 포함하는, 전압 변환기 시스템(20)의 실시형태의 예가 도시된다. 도 4b, 도 6a 및 도 6b에서, 2개의 전압 변환기를 포함하는 전압 변환기 시스템(20)의 예가 도시되고 도 7 및 도 8에서, 3개의 전압 변환기를 포함하는 전압 변환기 시스템의 예가 도시된다. 전압 변환기 시스템(20)의 이 다양한 실시형태가 본 명세서의 아래에서 더 상세히 더 논의될 것이다.

용어 "제어기"의 사용은 가장 넓은 의미에서 일반적으로 결합 논리를 포함하는 전자 디지털 회로인 것으로 해석되어야 한다. 전압 변환기 시스템을 제어하는 제어기는 예를 들어, 하나 이상의 전압 변환기의 스위치를 제어하기 위해 그리고 입력 및 출력 선택 회로의 스위치를 제어하기 위해 구성된다.

선택된 전력 입력 경로를 통해 수용된 입력 전력을 선택된 전력 출력 경로를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 단일의 전압 변환기를 포함하는 전압 변환기 시스템의 실시형태가 도 4a 및 도 5에 개략적으로 예시된다. 도시된 단일의 전압 변환기는 일반적으로 집적 회로 외부에 위치되고 예를 들어, 2개의 전용 단자(14, 15)를 사용하여 또는 임의의 다른 적합한 결합 수단에 의해 집적 회로에 결합될 수 있는 인덕터(25)를 사용한다. 전압 변환기의 작동과 입력 및 출력 경로의 선택이 더 논의될 것이다.

도 4a에 도시된 실시형태에서, 입력 선택 회로(31)는 제1 전력 입력 경로(31a)로의 전류 흐름을 가능하게 하고 불가능하게 하기 위한 제1 입력 스위치(SW1-IN), 제2 전력 입력 경로(31b)로의 전류 흐름을 가능하게 하고 불가능하게 하기 위한 제2 입력 스위치(SW2-IN), 제1 전력 출력 경로(32a)로의 전류 흐름을 가능하게 하고 불가능하게 하기 위한 제1 출력 스위치(SW1-OUT) 및 제2 전력 출력 경로(32b)로의 전류 흐름을 가능하게 하고 불가능하게 하기 위한 제2 출력 스위치(SW2-OUT)를 포함한다.

특정한 입력 전력 경로가 선택될 때, 이것이 다른 나머지 입력 경로가 선택되지 않는 것을 의미상 암시한다는 것에 유의한다. 따라서, 선택된 전력 입력 경로를 통해 입력 전력을 수용하기 위해 복수의 전력 입력 경로로부터 "하나의" 전력 입력 경로를 선택하는 것은 복수의 전력 입력 경로로부터 "하나의" 전력 입력 경로를 선택하는 것으로 해석되어야 한다. 이것은 전압 변환기 시스템이 오직 입력 채널로서 하나의 전력원을 수용할 수 있고 따라서 오직 하나의 전력 입력 경로를 한 번에 선택할 수 있다는 사실의 결과이다. 전력 출력 경로에 동일하게 적용되고, 특정한 출력 경로가 선택된다면, 이것은 오직 하나의 출력 경로가 한 번에 선택될 수 있을 때 다른 나머지 출력 경로가 선택되지 않는 것을 암시한다. 따라서, 선택된 전력 출력 경로를 통해 출력 전력을 출력하기 위해 복수의 전력 출력 경로로부터 "하나의" 전력 출력 경로를 선택하는 것은 복수의 전력 출력 경로로부터 "하나의" 전력 출력 경로를 선택하는 것으로 해석되어야 한다. 반면에, 모든 전력 입력 경로를 선택하지 않고/않거나 모든 전력 출력 경로를 선택하지 않아서, 예를 들어, 전력의 이송을 중단하는 것이 가능하다.

에너지 하베스터(70)로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)를 충전하기 위해, 제1 입력 경로(31a)와 제1 출력 경로(32a)가 선택되고 따라서 다른 입력 및 출력 경로가 선택되지 않고 제1 저장 디바이스(50)의 충전 동안 선택되지 않은 채로 있다. 제2 입력 경로(31b) 및 제2 출력 경로(32b)는 예를 들어, 스위치(SW2-IN 및 SW2-OUT)를 각각 개방함으로써 선택되지 않는다. 이 스위치는 도 4a에 도시된다.

에너지 하베스터로부터의 에너지로 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)를 충전하기 위해, 제1 입력 경로(31a)와 제2 출력 경로(32b)가 선택되고 다른 입력 및 출력 경로가 선택되지 않고 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 동안 선택되지 않은 채로 있다. 제2 입력 경로(31b) 및 제1 출력 경로(32a)는 예를 들어, 스위치(SW2-IN 및 SW1-OUT)를 각각 개방함으로써 선택되지 않는다.

제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)를 충전하기 위해, 제2 입력 경로(31b)와 제1 출력 경로(32a)가 선택되고 다른 입력 및 출력 경로가 선택되지 않고 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로의 전하 이송 동안 선택되지 않게 유지된다. 제1 입력 경로(31a) 및 제2 출력 경로(32b)는 예를 들어, 스위치(SW1-IN 및 SW2-OUT)를 각각 개방함으로써 선택되지 않는다.

바람직한 실시형태에서, 전압 변환기(20)는 부스트 모드 또는 벅 모드로 작동할 수 있는, 도 4a에 예시된 바와 같은 DC-DC 벅/부스트 전압 변환기이다. 전압 변환기 입력 전압이 전압 변환기 출력 전압보다 더 작을 때, 벅/부스트 전압 변환기는 부스트 모드로 작동할 것이다. 반면에, 입력 전압이 출력 전압보다 더 높다면 벅/부스트 전압 변환기는 벅 모드로 작동할 것이다. 예를 들어, 제1 입력 경로(31a)와 제1 출력 경로(32a)가 선택될 때, 작동 모드를 결정하기 위한 입력 전압 및 출력 전압은 제1 단자(11)에서의 전압 및 제2 단자(12)에서의 전압 각각에 대응한다.

에너지 하베스터로부터의 에너지로 제1 저장 디바이스를 충전하기 위한 부스트 모드로 도 4a에 도시된 벅/부스트 전압 변환기를 작동시키기 위해, 제1 저장 디바이스의 충전 동안 스위치(SW1-IN)가 폐쇄된 채로 유지되고 스위치(27a)가 개방된 채로 있다. 부스트 모드는 스위치(27b)가 폐쇄되고 스위치(SW1-OUT)가 개방되는 인덕터(25)의 자기 에너지 충전 단계로 시작하고, 스위치(27b)가 개방되고 스위치(SW1-OUT)가 폐쇄되는 자기 에너지 미충전 단계가 후속된다. 기술에 알려진 바와 같이, 스위치(27b 및 SW1-OUT)를 반복적으로 제어함으로써, 전력은 부스트 모드로 제1 단자(11), 즉, 에너지 하베스터가 연결되는 곳으로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스가 연결되는 제2 단자(12)로 이송된다.

제1 저장 디바이스를 충전하기 위한 벅 모드로 도 4a에 도시된 벅/부스트 전압 변환기를 작동시키기 위해, 제1 저장 디바이스의 충전 동안 스위치(SW1-OUT)가 폐쇄된 채로 유지되고 스위치(27b)가 개방된 채로 있다. 벅 모드는 스위치(27a)가 개방되고 스위치(SW1-IN)가 폐쇄되는 인덕터(25)의 자기 에너지 충전 단계로 시작하고, 스위치(27a)가 폐쇄되고 스위치(SW1-IN)가 개방되는 자기 에너지 미충전 단계가 후속된다. 기술에 알려진 바와 같이, 스위치(27a 및 SW1-IN)를 반복적으로 제어함으로써, 전력은 벅 모드로 제1 단자(11), 즉, 에너지 하베스터가 연결되는 곳으로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스가 연결되는 제2 단자(12)로 이송된다.

제1 저장 디바이스(50)가 충전될 때, 즉, 매개변수 값(V_Batt1-up)에 도달할 때, 집적 회로의 제3 단자(13)에 연결된 제2 저장 디바이스(60)는 에너지 하베스터로부터의 에너지로 충전되기 시작할 수 있다. 따라서, 제1 출력 경로(32a)는 제2 재충전 가능한 저장 디바이스의 충전 동안 스위치(SW1-OUT)를 개방함으로써 그리고 이 스위치를 개방된 채로 유지함으로써 선택되지 않는다.

에너지 하베스터로부터의 에너지로 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해, 전압 변환기의 입력 전압 및 출력 전압에 따라, 전압 변환기는 또한 벅 또는 부스트 모드로 작동할 것이다. 부스트 모드로 작동하기 위해, 스위치(SW1-IN)는 폐쇄된 채로 유지되고 스위치(27a)는 개방된 채로 있다. 유사하게 위에서 논의된 바와 같이, 부스트 모드는 스위치(27b)가 폐쇄되고 스위치(SW2-OUT)가 개방되는 인덕터의 자기 에너지 충전 단계로 시작하고, 스위치(27b)가 개방되고 스위치(SW2-OUT)가 폐쇄되는 자기 에너지 미충전 단계가 후속된다. 인덕터를 자기 충전하고 미충전하는 이 사이클이 주기적으로 반복된다.

벅 모드로 에너지 하베스터로부터의 에너지로 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해, 스위치(SW2-OUT)는 폐쇄된 채로 유지되고 스위치(27b)는 개방된 채로 있다. 벅 모드는 스위치(27a)가 개방되고 스위치(SW1-IN)가 폐쇄되는 인덕터(25)의 충전 단계로 시작하고, 스위치(27a)가 폐쇄되고 스위치(SW1-IN)가 개방되는 미충전 단계가 후속된다. 인덕터를 자기 충전하고 미충전하는 이 사이클이 주기적으로 반복된다.

도 4a에 도시된 다양한 스위치, 즉, 참조 부호(27a, 27b, SW1-IN, SW2-IN, SW1-OUT 및 SW2-OUT)를 가진 스위치는 전기 전도성 경로 또는 전도체를 개방하거나 또는 폐쇄하기 위해 구성된 전자 스위치로 해석되어야 한다. 이 스위치는 예를 들어, 기술에 알려진 아날로그 전자 스위치이다. 이 스위치는 예를 들어, MOS 트랜지스터를 사용한다. 도 4a에 도시된 예시적인 실시형태에 대해, 집적 회로의 전자 스위치의 수는, 이 스위치의 일부가 DC/DC 전압 변환기를 작동시키기 위해 필요한 표준 스위치로서 사용될 뿐만 아니라 입력 및 출력 경로 선택 회로를 위한 스위치를 형성하기 때문에 제한된다.

위에서 논의된 바와 같이, 에너지 변환기 시스템(20)은 특정한 수의 전압 변환기로 제한되지 않는다. 도 4b에서, 2개의 벅/부스트 전압 변환기를 포함하는 전압 변환기 시스템(20)이 도시되고 전압 변환기 시스템은 참조 부호(27a, 27b, 28a, 28b, SW1-IN, SW2-IN, SW1-OUT 및 SW2-OUT)를 가진 복수의 스위치를 포함한다. 스위치(27a, 27b, SW1-IN, SW1-OUT 및 SW2-OUT)는 에너지 하베스터로부터 전압(V_Batt1)의 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 또는 전압(V_Batt2)의 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로 전력을 이송하기 위해 제1 벅/부스트 전압 변환기를 작동시키도록 사용된다. 스위치(28a, 28b, SW2-IN, SW1-OUT)는 전압(V_Batt2)의 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 전압(V_Batt1)의 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전력을 이송하기 위해 제2 벅/부스트 전압 변환기를 작동시키도록 사용된다. 스위치(SW1-IN, SW2-IN, SW1-OUT 및 SW2-OUT)가 벅/부스트 전압 변환기의 공칭 작동을 위해 사용될 뿐만 아니라 이 스위치가 또한 도 4b에 개략적으로 예시된 바와 같이 입력 전력 경로 및 출력 전력 경로를 선택하기 위한 입력 선택 회로(31) 및 출력 선택 회로(32)의 일부를 형성한다는 것에 유의한다. 이 예에서, 벅/부스트 전압 변환기의 각각은 전용 인덕터(25, 26)를 사용한다.

일부 실시형태에서, 전압 변환기 시스템(20)의 하나 이상의 전압 변환기를 작동시키기 위한 공칭 전력 스위치에 더하여, 부가적인 전용 스위치가 입력 및/또는 출력 선택 회로를 형성하기 위해 사용된다. 도 6a 내지 도 8에 도시된 바와 같은, 복수의 실시형태가 더 논의될 것이다.

도 6a에서, 입력 선택 회로(31) 및 출력 선택 회로(32) 외에, 2개의 전압 변환기(21a 및 21b)를 포함하는 전압 변환기 시스템(20)의 실시형태의 예가 도시된다. 도 6a에 더 예시된 바와 같이, 이 예에서, 2개의 전력 입력 경로(31a 및 31b) 및 2개의 전력 출력 경로(32a 및 32b)가 있다. 제1 전압 변환기(21a)는 전력 출력 경로가 출력 선택 회로(32)에 의해 선택되는 것에 따라, 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 또는 제2 전력 출력 경로(32b)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위해 사용된다. 제2 전압 변환기(21b)는 제2 전력 입력 경로(31b)를 통해 수용된 입력 전력을 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위해 사용된다. 2개의 전압 변환기는 1개 또는 2개의 인덕터(도 6a에서 미도시)를 사용할 수 있다. 2개의 전압 변환기(21a, 21b)는 반드시 동일한 유형이지 않아도 되고, 예를 들어, 제1 전압 변환기(21a)는 벅-부스트 전압 변환기일 수 있고 제2 전압 변환기(21b)는 벅 전압 변환기 또는 부스트 전압 변환기일 수 있다.

도 6b에서, 도 6a에 도시된 실시형태와 동일한 기능을 수행할 수 있는 대안적인 실시형태가 도시되지만, 출력 선택 회로(32)는 2개의 출력 스위치 대신에 3개의 스위치(SW1-OUT, SW2-OUT 및 SW3-OUT)를 사용한다.

도 7에서, 3개의 전압 변환기(21a, 21b, 21c)를 포함하는 전압 변환기 시스템(20)의 실시형태의 예가 도시된다. 제1 전압 변환기(21a)는 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환한다. 제2 전압 변환기(21b)는 제2 전력 입력 경로(31b)를 통해 수용된 입력 전력을 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환한다. 마지막으로, 제3 전압 변환기(21c)는 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 제2 전력 출력 경로(32b)로 출력되는 출력 전력으로 변환한다. 3개의 전압 변환기는 1개, 2개 또는 3개의 인덕터(도 7에서 미도시)를 사용할 수 있다.

도 8에서, 입력 선택 회로(31)가 3개의 전력 입력 경로(31a, 31b 및 31c)에서 선택할 수 있는 예가 도시된다. 도시된 전압 변환기 시스템(20)은 3개의 전압 변환기(21a, 21b 및 21d)를 포함한다. 이 예에서 제1 전압 변환기(21a) 및 제2 전압 변환기(21b)의 기능은 도 6a에 도시되고 위에서 논의된 예와 동일하다. 제3 전압 변환기(21d)는 제3 전력 입력 경로(31c)를 통해 수용된 입력 전력을 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위해 사용된다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로에 대해, 당업자는 위에서 설명되고 도 4a 내지 도 8에 도시된 것과는 다른 전압 변환기 시스템(20)의 실시형태를 명시할 수 있다. 본 발명에 따른 전압 변환기 시스템의 실시형태가 공통적으로 갖는 것은 이들이 선택된 전력 입력 경로를 통해 입력 전력을 수용하기 위해 복수의 전력 입력 경로로부터 전력 입력 경로를 선택하기 위한 입력 선택 회로(31) 및 선택된 전력 출력 경로를 통해 출력 전력을 출력하기 위해 복수의 전력 출력 경로로부터 전력 출력 경로를 선택하기 위한 출력 선택 회로(32)를 포함한다는 것이다. 위에서 논의된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 전력 입력 경로를 선택하기 위해 또는 전력 출력 경로를 선택하기 위해 사용되는 스위치가 DC/DC 전압 변환기의 공칭 작동을 위해 사용되는 DC/DC 전압 변환기의 전력 스위치에 대응한다는 것에 유의한다. 이 방식으로, 전압 변환기 시스템을 위해 필요한 스위치의 총수는 제한될 수 있다.

본 발명에 따른 실시형태에서, 제어기(40)는 제1 입력 경로(31a)를 선택하는 단계 A)를 수행하고 다음의 하위-단계 A1) 내지 A4)를 반복적으로 수행하기 위해 구성된다: A1) 제1 출력 경로(32a)를 선택하는 하위-단계, A2) 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 제1 전력 출력 경로를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 전압 변환기(20)를 작동시키는 하위-단계, A3) (V_Batt1)이 상위 문턱값(V_Batt1-up)이상이라면, 제1 출력 경로(32a)를 선택하지 않는 하위-단계, 및 A4) (V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max) 미만이라면,

i) 제2 출력 경로(32b)를 선택하는 하위-단계,

ii) 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 제2 전력 출력 경로(32b)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 하위-단계, 및

iii) 제2 출력 경로(32b)를 선택하지 않고 (V_Batt1)이 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 후속하여 감소되었다면(V_Batt1-low < V_Batt1-up) 하위-단계 A1)로 재시작하는 하위-단계.

이 방식으로, 위에서 약술된 단계 A) 및 이의 하위-단계 A1) 내지 A4)를 수행함으로써, 제어기(40)는 매개변수(V_Batt1)를 문턱값(V_Batt1-low및 V_Batt1-up) 사이에 유지한다.

실시형태에서, 제어기(40)는 (V_Batt1)이 하위 문턱값(V_Batt1-low)으로부터 임계 문턱값(V_Batt1-SW)까지 감소되었다면(V_Batt1-SW < V_Batt1-low) 그리고 (V_Batt2)가 하위 문턱값(V_Batt2-low) 초과라면(V_Batt2-low < V_Batt2-max) 단계 B)를 수행하기 위해 더 구성된다. 단계 B)는 다음의 하위-단계로 구성된다: B1) 제2 입력 경로(31b)를 선택하는 하위-단계, B2) 제1 출력 경로(32a)를 선택하는 하위-단계, 및 B3) 제2 전력 입력 경로(31b)를 통해 수용된 입력 전력을 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 전압 변환기(20)를 작동시키는 하위-단계.

이 방식으로, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 전하를 이송함으로써, 제어기는 에너지 하베스터가 작동하지 않을 때 제1 재충전 가능한 저장 디바이스가 완전히 미충전되는 것을 방지한다. 동시에 제1 재충전 가능한 저장 디바이스에 결합된 적용 부하는 에너지 하베스터가 작동을 중단할지라도 계속해서 작동할 수 있다.

본 발명에 따른 실시형태에서, 제어기는 위에서 논의된 하위-단계 A4)를 수행할 때, (V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max)에 도달한다면 단계 iv)를 부가적으로 수행하기 위해 구성된다. 부가적인 단계 iv)는 다음의 단계 중 하나의 단계를 수행하는 것을 포함한다: i) 제2 전력 출력 경로(32b)를 선택하지 않고/않거나 제1 전력 입력 경로(31a)를 선택하는 않는 단계, ii) 전압 변환기 시스템(20)의 작동을 중단하는 단계, iii) 제1 입력 경로(31a)를 선택하고 제1 출력 경로(32a)를 선택하는 단계.

이 방식으로, 이 부가적인 단계 A4) iv)를 수행함으로써, 집적 회로의 제3 단자에 연결된 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송되는 전하는 더 이상 없다. 이것은 제2 재충전 가능한 저장 디바이스가 과충전되는 것을 방지한다.

실시형태에서, 단계 A4) iv)에서, 제1 입력 경로(31a)를 선택하고 제1 출력 경로(32a)를 선택하는 옵션 iii)이 적용될 때, 에너지 하베스터는 다시 에너지 하베스터로부터의 에너지로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 계속해서 충전한다. 문턱값(V_Batt1-up)이 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 위한 최대 충전 레벨이 아니라면 그리고 최대 충전 레벨 (V_Batt1-max)이 존재한다면(V_Batt1-max > V_Batt1-up), 제2 재충전 가능한 저장 디바이스가 완전히 충전되는 이 상황에서, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스는 (V_Batt1-max)의 최대 충전 레벨로 계속해서 충전될 수 있다.

실시형태에서, 위에서 언급한 단계 B를 수행할 때, 제어기는 하위-단계 B4)를 부가적으로 수행하도록 구성되고, 즉, 전압(V_Batt1)이 상위 문턱값(V_Batt1-up) 이상이 된다면, 다음의 단계 중 적어도 하나의 단계를 수행한다: i) 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택하지 않고/않거나 제2 전력 입력 경로(31b)를 선택하지 않는 단계, ii) 제1 입력 경로(31a)를 선택하고 제2 출력 경로(32b)를 선택하는 단계, iii) 전압 변환기(20)의 작동을 중단하는 단계. 실시형태에서, 단계 ii)가 적용될 때, 에너지 하베스터는 작동 중일 때, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스를 계속해서 충전할 것이다.

이 방식으로, 부가적인 하위-단계 B4를 수행함으로써, 제3 단자에 연결된 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제2 단자에 연결된 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송되는 전하는 더 이상 없다. 이것은 제1 재충전 가능한 저장 디바이스가 과충전되는 것을 방지한다. 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터의 전하로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 상위 문턱값(V_Batt1-up)까지 충전한 후에, 적용 부하가 전력을 소비한다면 (V_Batt1)의 값은 다시 감소하기 시작할 것이다. 에너지 하베스터가 여전히 작동하지 않거나 또는 여전히 전력을 충분히 제공하지 않는다면, 제1 전력 입력 경로 및 제1 전력 출력 경로를 선택한 후에도, 매개변수(V_Batt1)는 계속해서 감소될 것이고 다시 (V_Batt1-SW) 미만으로 감소될 것이다. (V_Batt1)이 (V_Batt1-SW) 미만으로 감소될 때, 전력은 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 다시 이송될 것이다. 반면에, 에너지 하베스터가 작동되고 적용 부하에 의해 소비되는 전력보다 더 많은 전력을 제공한다면, (V_Batt1)이 (V_Batt1-low)까지 감소될 때, 전력이 에너지 하베스터로부터 제1 재충전 가능한 저장 디바이스로 이송되고 (V_Batt1)이 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 (V_Batt1)이 다시 증가된다.

실시형태에서, 모니터링 장치(45)는 제1 단자에 연결된 에너지 하베스터가 작동되거나 또는 작동되지 않는지를 나타내는 매개변수(V_H)를 모니터링하도록 구성된다. 실시형태에서, 이 매개변수는 제1 입력 단자에서 측정되는 전압일 수 있다. 이 매개변수(V_H)에 기초하여, 제어기는 에너지 하베스터로부터 전력을 수용하고, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스로부터의 전하로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하는 것 대신에 에너지 하베스터로부터의 전하로 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 입력 경로를 재선택할 때를 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로(1)는 전력 입력 경로의 수 및 전력 출력 경로의 수로 제한되지 않는다. 도 5에서, 3개의 전력 입력 경로(31a, 31b 및 31c) 중 선택하도록 구성된 입력 선택 회로(31)를 갖고 3개의 전력 출력 경로(32a, 32b 및 32c) 중 선택하도록 구성된 출력 선택 회로(32)를 가진, 전압 변환기를 구비한 집적 회로(1)가 도시된다. 이 예에서, 입력 선택 회로(31) 및 출력 선택 회로(32)는 각각 부가적인 스위치(SW3-IN 및 SW3-OUT)를 갖는다.

추가의 실시형태에서, 제3 전력 입력 경로(31c)는 제4 단자로부터 전압 변환기 시스템(20)으로 입력 전력을 이송하기 위해 사용된다. 제4 단자는 예를 들어, 주 배터리와 같은 보조 에너지원과 연결 가능하다. 이 실시형태에서, 매개변수(V_Batt1)가 하위 문턱값(V_Batt1-low)으로부터 임계 문턱값(V_Batt1-SW)까지 감소된다면 그리고 (V_Batt2)가 하위 문턱값(V_Batt2-low) 미만이라면, 제어기(40)는 C1) 제3 전력 입력 경로(31c)를 선택하는 단계, C2) 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택하는 단계 및 C3) 제3 전력 입력 경로(31c)를 통해 수용된 입력 전력을 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 전압 변환기(20)를 작동시키는 단계를 수행하기 위해 구성된다.

이 방식으로, 예를 들어, 에너지 하베스터가 작동하지 않는다면 그리고 제2 재충전 가능한 저장 디바이스가 충전되지 않는다면, 제4 단자에 결합된 보조 전력원은 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하도록 사용될 수 있다.

특정한 실시형태에서, 제3 전력 출력 경로(32c)는 예를 들어, 전압(V_AUX)의 보조 재충전 가능한 저장 디바이스와 연결 가능한 제5 단자와 전압 변환기 시스템을 결합시킨다. 이 방식으로, 제1 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스가 완전히 충전될 때, 제3 재충전 가능한 저장 디바이스가 충전될 수 있다.

Claims

입력 전력을 출력 전력으로 변환하고 적어도 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 및 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)를 충전하기 위해 전압 변환기 시스템(20)을 사용하여 에너지 하베스팅(energy harvesting)하기 위한 방법으로서,

에너지 하베스터(energy harvester)(70)로부터 상기 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위해 상기 에너지 하베스터(70)와 상기 전압 변환기 시스템(20) 사이에 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합시키는 단계,

각각 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 및 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)의 충전 레벨을 나타내는 매개변수(V_Batt1) 및 매개변수(V_Batt2)를 모니터링하는 단계,

상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스가 충전될 때 전력을 적용 부하(90)에 공급할 수 있도록 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)를 상기 적용 부하(90)에 결합시키는 단계,

다음의 하위-단계를 반복적으로 수행함으로써 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 및 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)의 충전을 조정하는 단계로서, 상기 하위-단계는,
1a) 상기 전압 변환기 시스템으로부터 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)로 출력 전력을 이송하기 위해 상기 전압 변환기 시스템(20)과 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 사이에 제1 전력 출력 경로(32a)를 결합시키는 하위-단계,
2a) 상기 에너지 하베스터(70)로부터의 에너지로 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)를 충전하도록 상기 에너지 하베스터(70)로부터 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)로 전하를 이송하기 위해 전압 변환기 시스템(20)를 작동시키고, 상기 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하기 위해 상기 전압 변환기 시스템을 작동시키는 하위-단계,
3a) (V_Batt1)이 상기 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달한다면 그리고 (V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max) 미만이라면,
i) 상기 전압 변환기 시스템으로부터 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로 출력 전력을 이송하기 위해 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 결합 해제시키고 상기 전압 변환기 시스템(20)과 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60) 사이에 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합시키고,
ii) 상기 에너지 하베스터(70)로부터의 에너지로 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)를 충전하기 위해 상기 에너지 하베스터(70)로부터 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)로 전하를 이송하기 위해 상기 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 하위-단계,
4a) 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)의 충전 동안, 상기 매개변수(V_Batt1)가 상기 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 후속하여 감소된다면(V_Batt1-low < V_Batt1-up), 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합 해제시키고 단계 1a)에서 재시작하는 하위-단계를 포함하는, 상기 충전을 조정하는 단계,

i) 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)의 상기 매개변수(V_Batt1)가 임계 문턱값(V_Batt1-SW) 미만으로 감소된다면(V_Batt1-SW< V_Batt1-low), 그리고 ii) 상기 매개변수(V_Batt2)가 미리 규정된 문턱값(V_Batt2-low) 이상이라면 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로부터 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)로 에너지를 이송하는 단계로서,
1b) 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합 해제시키는 하위-단계,
2b) 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로부터 상기 전압 변환기 시스템(20)으로 입력 전력을 이송하기 위해 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)와 상기 전압 변환기 시스템(20) 사이에 제2 전력 입력 경로(31b)를 결합시키는 하위-단계, 및
3b) 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)의 상기 매개변수(V_Batt1)가 상기 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로부터의 에너지로 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)를 충전하기 위해 상기 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 하위-단계를 포함하는, 상기 이송하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)는 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)의 에너지 저장 용량보다 더 큰, 5배 초과, 바람직하게는 10배 초과인 에너지 저장 용량을 갖는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 및 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)의 충전을 조정하는 상기 단계는,
3a) iii) (V_Batt2)가 상기 상위 문턱값(V_Batt2-max)에 도달한다면, 다음의 단계 중 적어도 하나의 단계를 수행하는 하위-단계를 포함하는, 방법:
a) 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합 해제시키고/시키거나 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합 해제시키는 단계,
b) 상기 전압 변환기 시스템(20)의 작동을 중단하는 단계,
c) 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합시키고 상기 제1 전력 출력 경로(32b)를 결합시키는 단계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로부터 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)로 에너지를 이송하는 상기 단계는,
4b) 상기 매개변수(V_Batt1)가 상기 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달한다면, 다음의 단계 중 하나 또는 조합을 수행하는 추가의 하위-단계를 포함하는, 방법:
i) 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 결합 해제시키고/시키거나 상기 제2 전력 입력 경로(31b)를 결합 해제시키는 단계, ii) 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합시키고 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합시키는 단계, iii) 상기 전압 변환기 시스템(20)의 작동을 중단하는 단계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매개변수(V_Batt1)가 상기 임계 문턱값(V_Batt1-SW) 미만으로 감소된다면 그리고 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)가 충전되지 않는다면, 보조 에너지원으로부터 상기 전압 변환기 시스템(20)으로 입력 전력을 이송하기 위해 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 결합 해제시키고 상기 보조 에너지원, 예컨대, 주 배터리와 상기 전압 변환기 시스템 사이에 제3 전력 입력 경로(31c)를 결합시키고, 상기 제1 저장 디바이스(50)의 상기 매개변수(V_Batt1)가 상기 상위 문턱값(V_Batt1-up)에 도달할 때까지 상기 보조 에너지원으로부터의 에너지로 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)를 충전하기 위해 상기 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

i) 상기 전압 변환기 시스템으로부터 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)로 출력 전력을 이송하기 위해 상기 전압 변환기 시스템(20)과 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60) 사이에 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 결합시키는 단계, ii) 상기 매개변수(V_Batt2)가 미리 규정된 문턱값(V_Batt2-PC)에 도달할 때까지(V_Batt2-PC ≥ V_Batt2-low) 상기 에너지 하베스터(70)로부터의 에너지로 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)를 충전하기 위해 상기 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 단계를 수행함으로써 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)를 사전 충전하는 단계를 포함하되, 사전 충전하는 상기 단계는 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 및 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)의 충전을 조정하는 상기 단계를 수행하기 전에 수행되는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 변환기 시스템(20)은 결합된 전력 입력 경로(31a, 31b, 31c)를 통해 수용된 입력 전력을 결합된 전력 출력 경로(32a, 32b, 32c)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위해 구성된 전압 변환기를 포함하고, 상기 전압 변환기는 부스트 전압 변환기, 벅 전압 변환기 또는 벅-부스트 전압 변환기 중 하나인, 방법.
에너지 하베스팅하기 위한 집적 회로(1)로서,

입력 전력을 출력 전력으로 변환하는 데 적합하고 적어도 2개의 재충전 가능한 저장 디바이스를 충전하는 데 적합한 전압 변환기 시스템(20),

에너지 하베스터(70)와 연결 가능한 제1 단자(11),

제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)와 연결 가능한 제2 단자(12),

제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)와 연결 가능한 제3 단자(13),

상기 전압 변환기 시스템(20)을 제어하기 위한 제어기(40),

적어도 상기 제1 단자(11)로부터 상기 전압 변환기 시스템(20)으로 입력 전력을 이송하기 위한 제1 전력 입력 경로(31a)를 포함하는 복수의 전력 입력 경로,

적어도 상기 전압 변환기 시스템(20)으로부터 상기 제2 단자(12)로 출력 전력을 이송하기 위한 제1 전력 출력 경로(32a) 및 상기 전압 변환기 시스템으로부터 상기 제3 단자(13)로 출력 전력을 이송하기 위한 제2 전력 출력 경로(32b)를 포함하는 복수의 전력 출력 경로,

상기 제어기(40)와 결합되고 각각 상기 제2 단자(12) 및 제3 단자(13)에 연결될 때 각각 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50) 및 상기 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)의 충전 레벨을 나타내는 매개변수(V_Batt1) 및 매개변수(V_Batt2)를 모니터링하기 위해 구성된 모니터링 장치(45)를 포함하되,
상기 복수의 전력 입력 경로는 상기 제3 단자(13)로부터 상기 전압 변환기 시스템(20)으로 입력 전력을 이송하기 위한 제2 전력 입력 경로(31b)를 포함하고,
상기 전압 변환기 시스템(20)은 선택된 상기 전력 입력 경로를 통해 입력 전력을 수용하도록 상기 복수의 전력 입력 경로로부터 전력 입력 경로를 선택하기 위해 구성된 입력 선택 회로(31) 및 선택된 상기 전력 출력 경로를 통해 출력 전력을 출력하도록 상기 복수의 전력 출력 경로로부터 전력 출력 경로를 선택하기 위해 구성된 출력 선택 회로(32)를 포함하고,
상기 제어기(40)는 상기 매개변수(V_Batt1)와 제1 미리 규정된 문턱값의 비교 및/또는 상기 매개변수(V_Batt2)와 제2 미리 규정된 문턱값의 비교에 기초하여 전력 입력 경로와 전력 출력 경로의 복수의 특정한 조합을 형성하고 전환하도록 구성되고, 상기 특정한 조합은,
i) 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 선택하고 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택함으로써 형성된 제1 조합,
ii) 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 선택하고 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 선택함으로써 형성된 제2 조합,
iii) 상기 제2 전력 입력 경로(31b)를 선택하고 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택함으로써 형성된 제3 조합을 포함하는, 집적 회로.
제8항에 있어서, 상기 제어기(40)는,
A. 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 선택하고,
A1) 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택하는 하위-단계,
A2) 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 하위-단계,
A3) (V_Batt1)이 상위 문턱값(V_Batt1-up) 이상이라면, 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택하지 않는 하위-단계,
A4) (V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max)미만이라면,
i) 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 선택하고,
ii) 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 상기 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키고,
iii) (V_Batt1)이 상기 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 후속하여 감소된다면(V_Batt1-low < V_Batt1-up), 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 선택하지 않고 하위-단계 A1)로 재시작하는 하위-단계를 반복적으로 수행하고,
B. (V_Batt1)이 상기 하위 문턱값(V_Batt1-low)으로부터 임계 문턱값(V_Batt1-SW)까지 감소된다면(V_Batt1-SW < V_Batt1-low) 그리고 (V_Batt2)가 하위 문턱값(V_Batt2-low) 초과라면(V_Batt2-low < V_Batt2-max),
B1) 상기 제2 전력 입력 경로(31b)를 선택하는 하위-단계,
B2) 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택하는 하위-단계, 및
B3) 상기 제2 전력 입력 경로(31b)를 통해 수용된 입력 전력을 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 상기 전압 변환기 시스템(20)을 작동시키는 하위-단계를 수행하기 위해 구성되는, 집적 회로(1).
제9항에 있어서, 상기 하위-단계 A4)는,
(V_Batt2)가 상기 상위 문턱값(V_Batt2-max)에 도달한다면, i) 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 선택하지 않고/않거나 상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 선택하지 않는 단계, ii) 상기 전압 변환기 시스템(20)의 작동을 중단하는 단계, iii) 상기 제1 입력 경로(31a)를 선택하고 상기 제1 출력 경로(32a)를 선택하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 수행하는 추가의 단계 A4) iv)를 포함하는, 집적 회로(1).
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 전압(V_Batt1)이 상기 상위 문턱값(V_Batt1-up)이상이라면, i) 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택하지 않고/않거나 상기 제2 전력 입력 경로(31b)를 선택하지 않는 단계, ii) 제1 전력 입력 경로(31a)를 선택하고 제2 전력 출력 경로(32b)를 선택하는 단계, iii) 상기 전압 변환기 시스템(20)의 작동을 중단시키는 단계 중 적어도 하나의 단계를 수행하는 추가의 하위-단계 B4)를 수행하기 위해 구성되는, 집적 회로(1).
제8항에 있어서, 상기 제어기(40)는,

상기 매개변수(V_Batt1)가 상위 문턱값(V_Batt1-up) 이상이라면 그리고 상기 매개변수(V_Batt2)가 상위 문턱값(V_Batt2-max) 미만이라면 상기 제1 조합으로부터 상기 제2 조합으로 전환하고,

상기 매개변수(V_Batt1)가 상기 상위 문턱값(V_Batt1-up)으로부터 하위 문턱값(V_Batt1-low)까지 감소된다면(V_Batt1-low < V_Batt1-up) 상기 제2 조합으로부터 상기 제1 조합으로 전환하고,

상기 매개변수(V_Batt1)가 상기 하위 문턱값(V_Batt1-low)으로부터 임계 문턱값(V_Batt1-SW)까지 감소된다면(V_Batt1-SW < V_Batt1-low) 그리고 (V_Batt2W)가 하위 문턱값(V_Batt2-low) 초과라면(V_Batt2-low < V_Batt2-max) 상기 제1 조합으로부터 상기 제3 조합으로 전환하기 위해 더 구성되는, 집적 회로(1).
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 선택 회로(31)는 상기 제1 전력 입력 경로(31a)로의 전류 흐름을 가능하게 하고 불가능하게 하기 위한 제1 입력 스위치(SW1-IN), 상기 제2 전력 입력 경로(31b)로의 전류 흐름을 가능하게 하고 불가능하게 하기 위한 제2 입력 스위치(SW2-IN), 상기 제1 전력 출력 경로(32a)로의 전류 흐름을 가능하게 하고 불가능하게 하기 위한 제1 출력 스위치(SW1-OUT) 및 상기 제2 전력 출력 경로(32b)로의 전류 흐름을 가능하게 하고 불가능하게 하기 위한 제2 출력 스위치(SW2-OUT)를 포함하는, 집적 회로(1).
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 보조 에너지원, 예컨대, 주 배터리와 연결 가능한 제4 단자를 포함하되, 상기 복수의 전력 입력 경로는 상기 제4 단자로부터 상기 전압 변환기 시스템으로 입력 전력을 이송하기 위한 제3 입력 경로(31c)를 포함하고, 상기 특정한 조합은,
iv) 상기 제3 전력 입력 경로(31c)를 선택하고 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 선택함으로써 형성된 제4 조합을 포함하는, 집적 회로(1).
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 변환기 시스템(20)은 선택된 전력 입력 경로(31a, 31b, 31c)를 통해 수용된 입력 전력을 선택된 전력 출력 경로(32a, 32b, 32c)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 전압 변환기를 포함하고, 상기 전압 변환기는 부스트 전압 변환기, 벅 전압 변환기 또는 벅-부스트 전압 변환기 중 하나인, 집적 회로(1).
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 변환기 시스템(20)은,

상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 또는 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 제1 전압 변환기(21a),

상기 제2 전력 입력 경로(31b)를 통해 수용된 입력 전력을 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 제2 전압 변환기(21b)
를 포함하는, 집적 회로(1).
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 변환기 시스템(20)은,

상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 제1 전압 변환기(21a),

상기 제2 전력 입력 경로(31b)를 통해 수용된 입력 전력을 상기 제1 전력 출력 경로(32a)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 제2 전압 변환기(21b),

상기 제1 전력 입력 경로(31a)를 통해 수용된 입력 전력을 상기 제2 전력 출력 경로(32b)를 통해 출력되는 출력 전력으로 변환하기 위한 제3 전압 변환기(21c)
를 포함하는, 집적 회로(1).
에너지 하베스팅하기 위한 시스템으로서,

제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 집적 회로(1),

상기 제1 단자(11)에 결합된 에너지 하베스터(70),

상기 제2 단자(12)에 결합되고, 바람직하게는 재충전 가능한 배터리, 커패시터 또는 슈퍼커패시터인, 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50),

상기 제3 단자(13)에 결합되고, 바람직하게는 재충전 가능한 배터리, 커패시터 또는 슈퍼커패시터이며, 상기 제1 재충전 가능한 저장 디바이스(50)의 에너지 저장 용량보다 더 큰, 5배 초과, 바람직하게는 10배 초과인 에너지 저장 용량을 갖는, 제2 재충전 가능한 저장 디바이스(60)
를 포함하는, 시스템.