Self-Reset Zero-Current Switching Circuit for Low-Power and Energy-Efficient Thermoelectric Energy Harvesting

This paper proposes a Self-Reset Zero-Current Switching (ZCS) Circuit for thermoelectric energy harvesting. The Self-Reset ZCS circuit minimizes the operating current consumed by the voltage comparator, thereby reduces the power consumption of the energy harvesting circuit and improves the energy conversion efficiency by adding the self-reset function to the comparator. The Self-Reset ZCS circuit shows 3.4% of improvement in energy efficiency compared to the energy harvesting system with the conventional analog comparator ZCS for the output/input voltage ratio of 5.5 as a result of circuit simulation. The proposed circuit is useful for improving the performance of the wearable and bio-health-related harvesting circuits, where low-power and energy-efficient thermoelectric energy harvesting is needed.

저전력 고에너지 효율 열전에너지 하베스팅을 위한 자가 리셋 기능을 갖는 영점 전류 스위칭 회로 설계

본 논문에서는 열전에너지 하베스팅을 위한 자가 리셋(self-reset) 기능을 갖는 영점 전류 스위칭(Zero-Current Switching) 회로를 제안한다. 본 논문에서 제안하는 영점 전류 스위칭 회로는 전압비교기 회로에 자가 리셋 기능을 추가하여 전압비교기의 동작전류를 최소화함으로써 에너지 하베스팅 회로의 전력 소비를 줄이고 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있게 한다. 회로 시뮬레이션으로 본 논문에서 제안하는 영전 전류 스위칭 회로의 동작을 검증하고 성능을 평가한 결과, 열전에너지 하베스팅 회로의 출력전압-입력전압 비가 5.5 일 때, 기존의 영점 전류 스위칭 회로를 이용한 하베스팅 회로와의 비교를 통해서 본 논문의 하베스팅 회로의 전력효율이 3.4% 개선되는 것으로 평가된다. 본 논문에서 제안하는 영점 전류 스위칭 회로는 열전에너지 하베스팅의 응용 중에서 특히 저전력과 고에너지 효율 특성이 중요한 웨어러블, 바이오 헬스 관련된 하베스팅 회로의 성능 개선에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.