• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.20 no.4
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• pp.31-34
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• 2013

Based on the structural analysis of cantilever and the piezoelectric effect, we propose a new design of piezoelectric cantilever to harvest maximum vibration energy. Geometric parameters of piezoelectric cantilever are optimized according to two different types of cantilever structure. The main factors that affect the harvesting performance of the cantilever was the shape of the cantilever and the load at the free end. The amount of charge is affected by piezoelectric constant and mechanical strain of the cantilever.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2012.05b
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• pp.734-737
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• 2012

에너지하비스팅이란 도시와 자연 환경 속에 상시 존재하지만 진동, 열, 빛 등과 같이 버려지는 에너지 소스로부터 전기를 수확하는 것으로 대용량 발전소와는 다른 신개념의 전기 수확 기술이다. 본 연구에서는 다양한 에너지 하비스팅 기술들 중에서 압전 원리와 전자기 유도 방식을 조합한 하이브리드 에너지 하비스팅 블록에 대한 발전량을 평가하여 에너지 하비스팅 블록의 주택 도시 분야 적용 가능성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 랩스케일 PZT 기반 다층 에너지 하베스터의 현 발전량을 평가하여 제시하였고, 증폭기술을 적용하여 개발된 에너지 블록의 발전성능을 다각적으로 평가하여 제시하였다. 또한 개발된 에너지 블록과 기존 상용 제품과의 발전성능 비교 실험을 수행하여 개발된 에너지 블록의 우수성을 입증하였다.

• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2002.07a
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• pp.310-315
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• 2002

겨울철 저온기에 온실의 작물재배는 많은 에너지가 소요되어 저온기의 에너지비용을 최소화하는 것이 온실의 운전비용의 절감과 이용효율이 증대되어 농가소득을 높일 수 있다. 저온기에는 작물의 수확량이 적정 온도조건의 80%수준으로 최소 에너지 투입방법 기술을 개발하여 수확량을 증대시킬 필요가 있다. 기존의 난방방법인 온수보일러는 온도유지 안정성은 좋으나 시설비용이 많이 들고 온풍난방은 설치비용은 저렴하나 온도 유지안정성이 다소 떨어지는 단점이 있다. (중략)

• Information and Communications Magazine
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• v.34 no.6
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• pp.58-64
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• 2017

공공안전을 위한 ICT 시스템에 있어서 응급 상황의 전력 지원은 매우 중요한 문제이다. 특히 전력 인프라가 취약한 산악 지역 등 야외 환경에서 발생하는 안전 사고의 빈도를 고려하면, 공공 안전을 목적으로 하는 ICT 응용 기술은 비상시의 전력 공급을 반드시 염두에 두고 개발되어야 할 필요가 있다. 본 고에서는 효과적인 에너지 변환 방법에 기반한 양질의 전력 생성과 더불어, 휴대성과 사용 편의성을 극대화하기 위한 착용 형태의 동적 에너지 수확기를 제안하였다. 개발된 착용형 에너지 수확기의 프로토타입은 최대 3W, 평균 0.3W 수준의 양질의 출력이 가능하며, 무엇보다 사용자가 모바일 기기를 사용하는 데 불편함을 주지 않으면서 동시에 전기에너지 생성이 가능함을 입증하였다. 향후 연구를 통해 공공 안전의 여러 이슈에 대응 가능한 응급 상황 지원 기술로 개발할 예정이다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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• v.49 no.1
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• pp.47-56
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• 2012

Bicycle has a large amount of kinetic energy available for energy harvesting technology in its speedy and balanced riding movement. Systematic and realistic analysis of its dynamic property is essential to improve the efficiency of energy harvester. However, there has not been enough researches about precise measurement or analysis of bicycle dynamics on real roads. This study aims to investigate the characteristics of vibrational movement of bicycle using MEMS-based accelerometer and to develop a prototype of electromagnetic energy harvester with nonlinear behavior which is proper to the random vibrations accompanied in bicycle riding. The vibrational components have average magnitude of 1 g and turn out to be independent of riding speed. The developed prototype of energy harvester was installed on a front port of a bicycle to use this ambient vibration and generated an average electrical power of 1.5 mW which is enough to support power for most of portable sensors and short range radio-frequency communication. Further study about isolation of vibration from a rider and conversion efficiency is ongoing. The developed energy harvester is expected to be a platform technology for sustainable portable power supply for various smart IT devices and applications.

• 기계와재료
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• v.20 no.4
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• pp.68-78
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• 2009

• Journal of Power System Engineering
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• v.16 no.2
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• pp.36-42
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• 2012

본 논문은 고파워 전자소자로부터 에너지를 수확하는 열전생성기의 성능에 pellet의 기학학적 구조가 미치는 영향들을 보고한다. 열경계저항을 포함하는 열전모델을 적용하여, 다양한 경계조건들과 열원의 열율들에 대해 pellet의 높이, pellet의 단면적, thermocouple의 수를 최적화 하고, 이처럼 최적화된 pellet의 기하학적 구조를 갖는 열전생성기의 성능과 일반적인 pellet으로 구성된 열전생성기의 전력생성성능과 효율이 예측되고 비교되어진다. 예측된 결과는 최적화된 pellet으로 구성된 열전생성기가 일반적인 pellet으로 구성된 열전생성기보다 2-10배까지 생성효율이 우수함을 보여준다. 최적화된 pellet으로 구성된 열전생성기와 일반적인 pellet으로 구성된 열전생성기의 열적성능도 예측되고 비교된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.476-476
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• 2014

서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$과 $0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2015.10a
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• pp.412-415
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• 2015

This paper presents a MPPT(Maximum Power Point Tracking) control CMOS interface circuit for vibration energy harvesting. The proposed circuit consists of an AC-DC converter, MPPT Controller, DC-DC boost converter and PMU(Power Management Unit). The AC-DC converter rectifies the AC signals from vibration devices(PZT). MPPT controller is employed to harvest the maximum power from the PZT and increase efficiency of overall system. The DC-DC boost converter generates a boosted and regulated output at a predefined level and provides energy to load using PMU. A full-wave rectifier using active diodes is used as the AC-DC converter for high efficiency, and a schottky diode type DC-DC boost converter is used for a simple control circuitry. The proposed circuit has been designed in a 0.35um CMOS process. The chip area is $950um{\times}920um$.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2013.04a
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• pp.464-465
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• 2013