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1
전력원으로부터 전달받는 한쌍의 교류전압을 제1 및 제2 직류전압으로 변환하는 교류-직류 변환부;상기 제1 및 제2 직류전압을 일정 크기 레벨로 조절하고, 하나의 인덕터를 통해 출력단으로 출력하는 직류-직류 변환부; 상기 인덕터로 전달되는 한쌍의 전력전달 커패시터에 충전된 제1 및 제2 입력전압 중 어느 하나의 입력전압을 결정하는 입력 스위치 연결부; 및상기 입력 스위치 연결부와 시스템 온-칩으로 형성되고, 상기 전력원의 개방전압에 일정 퍼센트에 해당하는 최대 전력점 전압을 생성하는 최대 전력점 추적회로부를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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2
제1항에 있어서, 상기 입력 스위치 연결부는, 일정 주기마다 상기 교류-직류 변환부를 상기 직류-직류 변환부와 상기 최대 전력점 추적회로부 중 어느 하나에 교대로 스위칭하여 연결하는, 에너지 하베스팅 시스템
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3
제1항에 있어서, 상기 입력 스위치 연결부는 상기 교류-직류 변환부로부터 제1 직류전압을 전달받는 제1 입력 스위치 연결부; 및 상기 상기 교류-직류 변환부로부터 제2 직류전압을 전달받는 제2 입력 스위치 연결부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 입력 스위치 연결부 각각은, 상기 최대 전력점 추적회로부와 시스템 온-칩으로 각각 형성되는, 에너지 하베스팅 시스템
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4
제3항에 있어서, 상기 제1 입력 스위치 연결부는, 상기 직류-직류 변환부와 상기 교류-직류 변환부를 전기적으로 연결하기 위한 제1 스위치를 스위칭하는 제1 레벨시프터부;상기 개방전압을 샘플링하기 위한 적어도 하나의 제2 스위치를 스위칭하는 제1 게이트 드라이버부; 상기 제1 스위치를 통해 연결된 제1 전달전력 커패시터에 충전된 제1 충전전압을 조절하기 위한 제3 스위치를 스위칭하는 제2 레벨시프터부;상기 제1 충전전압을 일정 크기의 저전압 레벨인 제1 분배전압으로 샘플링하기 위한 제4 스위치를 스위칭하는 제1 전압분배기; 및상기 적어도 하나의 제2 스위치에 연결된 제1 개방전압 커패시터에 전하 공유된 제2 충전전압을 제2 분배전압으로 샘플링하기 위한 제4 스위치를 스위칭하는 제2 전압분배기를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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5
제4항에 있어서, 상기 제1 입력 스위치 연결부는, 상기 제1 및 제2 분배전압을 비교하고, 상기 제1 및 제2 분배전압 간의 차이에 기초하여, 제1 인에이블 신호를 출력하는 비교기를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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6
제4항에 있어서, 상기 제1 게이트 드라이버부는, 상기 제1 직류전압이 임계전압을 초과하는 경우, 상기 제1 직류전압을 상기 한쌍의 제3 스위치의 게이트측으로 전달하는 제1 다이오드;상기 제1 다이오드에 대하여 직렬로 연결된 제1 게이트 커패시터; 및상기 제1 다이오드에 대하여 병렬로 각각 연결된 제1 전류원과 기생 다이오드를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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7
제4항에 있어서, 상기 제2 입력 스위치 연결부는, 상기 직류-직류 변환부와 상기 교류-직류 변환부를 전기적으로 연결하기 위한 제5 스위치를 스위칭하는 제3 레벨시프터부;상기 개방전압을 샘플링하기 위한 제6 스위치를 스위칭하는 제2 게이트 드라이버부; 상기 제5 스위치를 통해 연결된 제2 전달전력 커패시터에 충전된 제2 충전전압을 조절하기 위한 제7 스위치를 스위칭하는 제4 레벨시프터부;상기 제3 충전전압을 일정 크기의 저전압 레벨인 제3 분배전압으로 샘플링하기 위한 제8 스위치를 스위칭하는 제1 전압분배기; 및 상기 적어도 하나의 제2 스위치에 연결된 제1 개방전압 커패시터에 전하 공유된 제4 충전전압을 제4 분배전압으로 샘플링하기 위한 제4 스위치를 스위칭하는 제2 전압분배기를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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8
제7항에 있어서, 상기 제2 입력 스위치 연결부는, 상기 제3 및 제4 분배전압을 비교하고, 상기 제3 및 제4 분배전압 간의 차이에 기초하여, 제2 인에이블 신호를 출력하는 비교기를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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9
제7항에 있어서, 상기 제2 게이트 드라이버부는, 상기 제2 직류전압이 임계전압을 초과하는 경우, 상기 제2 직류전압을 상기 제7 스위치의 게이트측으로 전달하는 제3 다이오드; 및 상기 제3 다이오드에 대하여 직렬로 연결되고, 상기 제2 직류전압에 기초하여, 게이트 전압을 충전하는 제2 게이트 커패시터를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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10
제3항에 있어서, 상기 교류전압의 음전압, 상기 제1 및 제2 직류전압 및 상기 개방전압에 기초하여, 상기 입력 스위치 연결부를 구동시키는 타이밍 콘트롤러부를 더 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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11
제10항에 있어서, 상기 타이밍 콘트롤러부는, 상기 교류전압의 음전압, 상기 제1 및 제2 직류전압 및 상기 개방전압을 저 전압 레벨의 타이밍 구동전압들로 변환하는 적어도 하나 이상의 저전압 생성기; 상기 타이밍 구동전압들에 기초하여, 상기 제1 및 제2 입력 스위치 연결회로를 구동시키기 위한 제1 및 제2 타이밍 구동신호를 생성하는 제1 및 제2 저전압 비교기; 및 상기 교류전압의 음전압과 접지전압을 비교하는 사이클 비교기와 상기 사이클 비교기의 비교 횟수를 카운팅하는 N 비트 카운터를 포함하는 사이클 카운터를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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12
제1항에 있어서, 상기 입력 스위치 연결부로부터 출력받는 제1 및 제2 인에이블 신호에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부의 제1 내지 제6 전력전달 스위치를 스위칭하는 제어회로부를 더 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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13
제12항에 있어서, 상기 제1 및 제4 전력전달 스위치는 PMOS 트랜지스터이고, 상기 제2, 제3, 제5 및 제6 전력전달 스위치는 NMOS 트랜지스터인, 에너지 하베스팅 시스템
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14
제13항에 있어서, 상기 제어회로부는, 상기 인덕터에 흐르는 제로 전류를 감지하는 제로 전류 감지회로;상기 제1 및 제2 인에이블 신호, 상기 제로 전류 및클럭 신호에 기초하여, 제1 내지 제6 변환전압을 생성하는 직류-직류 변환기 제어회로;상기 제1 변환전압에 기초하여 상기 제1 전력전달 스위치를 스위칭하기 위한 제1 제어전압(VPH)을 생성하고, 상기 제4 변환전압에 기초하여 상기 제4 전력전달 스위치를 스위칭하기 위한 제4 제어전압을 생성하는 제1 및 제2 구동회로 레벨시프터; 및 상기 제1 변환전압과 상기 제6 변환전압에 기초하여, 제6 제어전압을 생성하고, 상기 제4 변환전압과 상기 제3 변환전압에 기초하여, 제3 제어전압(VPO)을 생성하는 제1 및 2 전압 더블러/논리 회로를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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15
제12항에 있어서, 상기 제어회로부는, 상기 제1 및 제2 인에이블 신호가 (1,0)인 경우, 상기 직류-직류 변환부의 제1 전달 커패시터에 충전된 상기 제1 입력전압을 제1 경로를 통해 출력단으로 출력시키고, 상기 제1 경로는, 상기 제1 입력전압이 상기 제1 전달 커패시터로부터 상기 제1 전력전달 스위치, 상기 인덕터 및 상기 제6 전력전달 스위치를 통해 상기 출력단으로 통과하는 경로인, 에너지 하베스팅 시스템
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제13항에 있어서, 상기 제어회로부는, 상기 제1 및 제2 인에이블 신호가 (0,1)인 경우, 상기 직류-직류 변환부의 제2 전달 커패시터에 충전된 상기 제2 입력전압을 제2 경로를 통해 상기 출력단으로 출력시키고, 상기 제2 경로는, 상기 제2 입력전압이 상기 제2 전달 커패시터로부터 상기 제4 전력전달 스위치, 상기 인덕터 및 상기 제6 전력전달 스위치를 통해 상기 출력단으로 통과하는 경로인, 에너지 하베스팅 시스템
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17
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 직류전압에 기초하여, 초기 동작 시 상기 출력단으로 출력전압을 직접적으로 출력하는 직접 충전부를 더 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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제17항에 있어서, 상기 직접 충전부는, 상기 제2 직류전압과 제1 및 제2 기준전압을 비교하여, 제1 및 제2 직접충전 비교신호를 출력하는 직접충전 제어회로부;상기 제1 및 제2 직접충전 비교신호에 기초하여, 상기 제1 직류전압을 전달하는 직접충전 래치회로부; 및상기 직접충전 래치회로부로부터 상기 제1 직류전압을 전달받고, 상기 제1 직류전압의 크기에 따라, 상기 제1 직류전압(VRECT_P)을 상기 출력단으로 직접 출력하는 직접충전 다이오드회로부를 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템
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에너지 하베스팅 시스템의 동작방법으로서, 교류-직류 변환부가 전력원으로부터 전달받는 한쌍의 교류전압을 제1 및 제2 직류전압으로 변환하는 단계; 직류-직류 변환부가 상기 제1 및 제2 직류전압을 일정 크기 레벨로 조절하고, 하나의 인덕터를 통해 출력단으로 출력하는 단계; 입력 스위치 연결부가 상기 인덕터로 전달되는 한쌍의 전력전달 커패시터에 충전된 제1 및 제2 입력전압 중 어느 하나의 입력전압을 결정하는 단계; 최대 전력점 추적회로부가 상기 전력원의 개방전압에 일정 퍼센트에 해당하는 최대 전력점 전압을 생성하는 단계; 및상기 입력 스위치 연결부가 일정 주기마다 상기 교류-직류 변환부를 상기 직류-직류 변환부와 상기 최대 전력점 추적회로부에 교대로 스위칭하여 연결하는 단계를 포함하고, 상기 최대 전력점 추적회로부는, 상기 입력 스위치 연결부와 시스템 온-칩으로 형성된 에너지 하베스팅 시스템의 동작방법
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제19항에 있어서, 제어회로부가 상기 입력 스위치 연결부로부터 출력받는 제1 및 제2 인에이블 신호에 기초하여, 상기 직류-직류 변환부의 제1 내지 제6 전력전달 스위치를 스위칭하는 단계; 및 직접 충전부가 상기 제1 및 제2 직류전압에 기초하여, 초기 동작 시 상기 출력단으로 출력전압을 직접적으로 출력하는 단계를 더 포함하는, 에너지 하베스팅 시스템의 동작방법
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