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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박준석
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 논문에서는 휴대전화 근거리장의 잔류하는 RF전력을 획득, DC전력으로 변환하여 배터리를 충전할 수 있는 궤환 충전 집적회로(Feedback Charging IC)의 설계 및 검증에 대하여 설명한다. 현재 대부분의 시제품 휴대전화의 경우, 동작유무에 따라 휴면상태 (Ideal mode)와 정상동작상태 (normal/full operation mode)으로 나눌 수 있다. 휴면상태는 휴대전화에서 데이터 통신, 디스플레이 등의 동작은 하지 않고 전원만 공급되는 상태를 말하며, 정상동작상태는 음성통화 및 인터넷을 포함한 데이터 통신 등을 수행하는 상태를 말한다. 본 논문은 정상동작상태의 휴대전화에서 방사되어 잔류하는 전자기에너지의 유효한 부분을 재활용할 수 있는 시스템을 중점적으로 기술한다.
본 논문에서 제안하는 궤환 충전 집적회로는 휴대전화 근거리장의 잔류하는 RF전력을 안테나를 통해 획득하여 DC전력으로 변환 시키는 RF-DC 변환회로와 변환된 DC전력을 배터리 충전 전압으로 승압 시킬 수 있는 DC-DC 변환회로로 구성된다. 제안된 궤환 충전 집적회로의 성능지표를 가늠하는 기본적인 조건 중 하나는 휴대전화의 동작 중 초고주파 전자기에너지가 방사되는 단계에서 잔류에너지를 최대한 효율적으로 끌어올 수 있어야한다는 것이다. 이러한 필수조건을 만족시키기 위한 궤환 충전 집적회로설계에서 안테나의 방사형태 (beam pattern), 동작주파수, 유효면적 (effective aperture)에 따른 물리적인 안테나의 면적 등을 고려하여 궤환 충전 집적회로의 안테나를 설계하여야 한다. 무엇보다 검증에 사용된 휴대전화 안테나의 기본적인 전자기적특성을 정확히 파악한 뒤에 휴대전화 안테나와 함께 동작하게 될 궤환 충전 집적회로 안테나의 호환성을 측정 및 반복 분석하는 과정이 선행되었으며, 이 과정은 실험결과와 함께 본문에 기술되어 있다.
본 논문에서 제안하는 궤환 충전 집적회로의 최종 시스템 범위에서의 성능검증을 위해 다음과 같이 2단계로 나누어 실험을 진행 하였다. (1) 정상동작상태의 휴대전화에서 방사되어 잔류하는 RF전력량 검증, (2) 휴대전화에서 방사되어 잔류하는 RF전력을 획득하여 배터리에 충전되는 충전량 검증
제 1단계에서 정상동작 상태 중 통화상태의 휴대전화로부터 방사되어 잔류하는 RF전력은 Typ. -15 dBm, Max -10 dBm 이다. 제 2단계에서는 궤환 충전 집적회로에 1단계에서 확인한 잔류 RF전력을 신호발생기로 인가하여 배터리에 충전된 전력은 Typ.. 7 mWh, Max. 9.1 mWh 이다. 충전량 검증에 사용된 배터리는 Li-Ion 70mAh 배터리이다.
궤환 충전 집적회로의 검증 결과는 SHV-250K 모델(Li-Ion 표준형 배터리, 3100mAh 사용)기준 1시간 음성통화 시 평균 0.5분에서 최대 0.7분까지 사용시간을 향상 시킨다.
본 논문에서 제안한 궤환 충전 집적회로의 성능검증 결과는 정상동작 상태의 휴대전화에서 획득할 수 있는 RF전력량의 범위 향상 및 획득 RF전력의 DC전력 변환 효율 향상의 보완이 요구된다. 이는 향후 잔류 RF전력 획득용 근거리 안테나의 패턴 개선에 의한 효율 향상, 궤환 충전 집적회로의 내부회로 개선에 의한 효율 향상을 통하여 보완이 가능하다. 향후, 본 논문에서 제안한 집적회로의 사용범위가 WCDMA 뿐만 아니라 LTE, Wi-Fi를 비롯한 모든 휴대전화 어플리케이션까지 확대되어 적용될 것으로 기대된다.
본 논문에서 제안하는 궤환 충전 집적회로는 휴대전화 근거리장의 잔류하는 RF전력을 안테나를 통해 획득하여 DC전력으로 변환 시키는 RF-DC 변환회로와 변환된 DC전력을 배터리 충전 전압으로 승압 시킬 수 있는 DC-DC 변환회로로 구성된다. 제안된 궤환 충전 집적회로의 성능지표를 가늠하는 기본적인 조건 중 하나는 휴대전화의 동작 중 초고주파 전자기에너지가 방사되는 단계에서 잔류에너지를 최대한 효율적으로 끌어올 수 있어야한다는 것이다. 이러한 필수조건을 만족시키기 위한 궤환 충전 집적회로설계에서 안테나의 방사형태 (beam pattern), 동작주파수, 유효면적 (effective aperture)에 따른 물리적인 안테나의 면적 등을 고려하여 궤환 충전 집적회로의 안테나를 설계하여야 한다. 무엇보다 검증에 사용된 휴대전화 안테나의 기본적인 전자기적특성을 정확히 파악한 뒤에 휴대전화 안테나와 함께 동작하게 될 궤환 충전 집적회로 안테나의 호환성을 측정 및 반복 분석하는 과정이 선행되었으며, 이 과정은 실험결과와 함께 본문에 기술되어 있다.
본 논문에서 제안하는 궤환 충전 집적회로의 최종 시스템 범위에서의 성능검증을 위해 다음과 같이 2단계로 나누어 실험을 진행 하였다. (1) 정상동작상태의 휴대전화에서 방사되어 잔류하는 RF전력량 검증, (2) 휴대전화에서 방사되어 잔류하는 RF전력을 획득하여 배터리에 충전되는 충전량 검증
제 1단계에서 정상동작 상태 중 통화상태의 휴대전화로부터 방사되어 잔류하는 RF전력은 Typ. -15 dBm, Max -10 dBm 이다. 제 2단계에서는 궤환 충전 집적회로에 1단계에서 확인한 잔류 RF전력을 신호발생기로 인가하여 배터리에 충전된 전력은 Typ.. 7 mWh, Max. 9.1 mWh 이다. 충전량 검증에 사용된 배터리는 Li-Ion 70mAh 배터리이다.
궤환 충전 집적회로의 검증 결과는 SHV-250K 모델(Li-Ion 표준형 배터리, 3100mAh 사용)기준 1시간 음성통화 시 평균 0.5분에서 최대 0.7분까지 사용시간을 향상 시킨다.
본 논문에서 제안한 궤환 충전 집적회로의 성능검증 결과는 정상동작 상태의 휴대전화에서 획득할 수 있는 RF전력량의 범위 향상 및 획득 RF전력의 DC전력 변환 효율 향상의 보완이 요구된다. 이는 향후 잔류 RF전력 획득용 근거리 안테나의 패턴 개선에 의한 효율 향상, 궤환 충전 집적회로의 내부회로 개선에 의한 효율 향상을 통하여 보완이 가능하다. 향후, 본 논문에서 제안한 집적회로의 사용범위가 WCDMA 뿐만 아니라 LTE, Wi-Fi를 비롯한 모든 휴대전화 어플리케이션까지 확대되어 적용될 것으로 기대된다.
목차
I. 서론 31.1 연구의 배경 31.2 논문의 구성 10Ⅱ. 휴대전화 소모전력 분석 112.1 휴대전화 소모전력 분석 11Ⅲ. 궤환 충전 집적회로 설계 및 구현 133.1 궤환 충전 집적회로 목표 특성 133.2 궤환 충전 집적회로 구성 153.3 RF-DC 변환회로 설계 163.3.1 넓은 동적범위를 제공하는 정류회로 설계 173.3.2 궤환 충전 집적회로 히스테리시스 스위치 설계 203.4 DC-DC 변환회로 설계 223.4.1 저전력 삼각파 발진기 233.4.2 안정적인 출력 전압 구현 회로 25Ⅳ. 궤환 충전 집적회로 검증 274.1 RF-DC 변환회로 검증 274.1.1 전자정류회로 검증 274.1.2 히스테리시스 스위치 회로 검증 294.2 DC-DC 변환회로 검증 304.2.1 전압 승압 및 정전압 출력회로 검증 304.3 휴대전화 근거리장 잔류 RF전력량 분석 314.3.1 휴대전화 송신 전력 분석 314.3.2 휴대전화 근거리장 RF전력 분석 334.3.3 휴대전화 통신 모드별 근거리장 RF전력 354.4 궤환 충전 집적회로 배터리 충전량 검증 37Ⅴ. 결론 40참고문헌 42Abstract 45
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