• 한국전자통신학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.153-162
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• 2018

웨어러블 디바이스의 서비스 제공을 위한 지속 가능한 전원에 대한 요구가 높아짐에 따라 에너지 하베스팅의 중요성이 증대되고 있다. 본 연구는 마찰소자를 고려한 다중 에너지 하베스팅 플랫폼인 EH-P를 개발하였다. 높은 전압과 낮은 전류를 가진 하베스팅 소자에 전압을 낮추면서 전류를 높일 수 있는 스위치 회로 제시하였다. PV와 TENG의 상호보완적 구성을 통해 실내 환경에서 짧은 시간동안 MCU가 동작할 수 있는 전압과 전류를 제공할 수 있었다. 결과적으로 제안된 플랫폼을 통해 웨어러블 플랫폼을 동작시키고, 제작된 웨어러블 디바이스에서 전체 소모 전력 요구량의 29%를 제공함으로써 웨어러블 디바이스 사용시간(device life time)을 증가시킬 수 있었다. 이 논문에 제시된 결과는 멀티플 하베스터 플랫폼에서 웨어러블 하베스팅 애플리케이션의 활용을 위한 발전 소자의 가능성을 보여주었다.

• 감성과학
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• 제25권4호
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• pp.119-128
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• 2022

본 연구의 목적은 웨어러블 에너지 하베스팅의 전도사를 통한 효율적인 전력 전달을 위해 전도사 자수 스트치 회로에서 각도와 굽힘의 개수가 저항에 미치는 영향을 분석하고 실제 태양광 패널과의 연결을 통해 손실 전력의 변화를 연구하는 것이다. 본 연구에서는 전도사 스티치 회로의 각도를 30˚부터 180˚까지 30˚단위로 설계하였으며 저항의 측정은 analog discovery2 장비를 활용하여 측정한다. 측정한 저항값을 분석하여 저항값이 급격히 변화하는 각도의 구간에서는 5˚단위로 다시 측정하여 분석한다. 이후 분석 결과를 토대로 전도사에 가해지는 장력이 수렴하는 각도를 분석하고 해당 각도에서 스티치의 굽힘 개수를 달리하여 다시 저항을 측정한다. 스티치의 각도가 줄어들수록, 굽힘의 개수가 늘어날수록 저항은 줄어듦을 확인하고 연구결과를 토대로 스티치로 인한 손실 전력을 계산한 결과 전도사 자수 스티치가 일반적인 자수에 비해 1.61배의 손실 전력을 줄일 수 있음을 고찰한다. 이러한 결과는 웨어러블 에너지 하베스팅의 전도사를 통한 전달에서 자수의 스티치가 전력 전달에 중요한 영향을 미치는 것을 시사한다. 본 연구결과를 기반으로 후속 연구에서는 곡선 형태의 스티치, 전도사의 개수 등 다양한 형태의 스티치를 비교 분석하여 웨어러블 에너지 하베스팅이 보다 효율적으로 생산 후 저장될 수 있도록 하는 전도사 회로 설계 기술을 개발하고자 한다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제13권5호
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• pp.1093-1100
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• 2018

웨어러블 기기에서 반도체의 소형화 및 저전력 기술이 빠르게 진행됨에 따라 다양한 초소형 형태의 응용서비스를 제공할 수 있게 되었다. 최근에는 태양열, 피에조, 마찰 등 다양한 에너지 하베스터를 이용해 저전력 반도체는 매우 낮은 전원으로도 동작할 수 있게 되었다. 웨어러블 상황에서의 대부분에 에너지 하베스팅은 비연속적(non-linear)으로 발전된다. 이에 따라 본 연구에서는, 3Hz의 낮은 주파수기반 디바이스 플랫폼을 제작하여 실험적으로 평가하였다. 본 연구는 비연속적 발전 환경을 고려해, 2단계의 저장환경과 사용된 에너지 발전소자의 맞춘 에너지 고효율 변환 플랫폼 설계하였다. 또한, 비연속적 에너지 수집 환경에서 안정적인 에너지를 저장 유지를 통해 약 4.67mW/min 발전하였다.

• 융합정보논문지
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• 제11권11호
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• pp.151-158
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• 2021

본 논문에서는 차세대 태양전지로 대표되는 유기, 염료 감응형, 페로브스카이트 태양전지의 최신 연구 동향과 건축, 조형예술, 의류패션 등 분야를 막론한 다양한 산업의 소재로의 과제와 활용 가능성을 분석하였다. 더불어, 웨어러블 IoT 장치와 결합하여 자연 및 인공광과 우리 몸의 움직임에 따라 생성되는 크고 작은 진동 에너지를 전기에너지로 공급하는 역할을 하게 될 '스마트 텍스타일 하이브리드 에너지 하베스팅 소자'의 새로운 미래전망과 그 가능성을 제시하였다. 차세대 태양전지와 마찰·압전소자를 융합한 '하이브리드 텍스타일 에너지 하베스팅 디바이스'는 4차 산업혁명 시대의 웨어러블 IoT 기기에 소재 자체로 결합하여 새로운 '융합 일체형 스마트 의류'로 발전할 것이다. 이 연구가 제안한 차세대 나노기술과 소자가 에너지 하베스팅 기능을 갖는 스마트 섬유 소재 분야에 적용되고, 미래 의류 산업에 융합되어 의료, 헬스케어 등 다양한 분야에 AI 서비스 제공하는 창의적인 제품으로 진화하는 패러다임의 전환점이 되길 바란다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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• pp.233-235
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• 2019

에너지 하베스팅은 주변의 에너지를 수확하여 활용하는 기술로 이에 관련한 연구가 여러 분야에서 활발히 진행되고 있다. 마찰전기 나노발전기는 물리적인 움직임이나 마찰을 통해 발생되는 정전기를 이용하여 센서나 웨어러블 디바이스에 활용하는 에너지 하베스팅 기술 중 하나이다. 마찰전기 나노발전기는 ${\mu}W$(마이크로와트) 단위의 미소 전력을 생산함에도 불구하고, 다른 에너지 하베스팅 발전기들과 비교하여 큰 임피던스를 가지고 있어서 전력을 전달하기에 어려움이 있다. 또한 마찰전기 나노 발전기의 출력 전력은 Spike성 Pulse Train의 형태여서 다이오드 정류기가 필요하기 때문에, 정류기의 입력 임피던스와 마찰전기 나노 발전기의 출력 임피던스에 대한 분석을 이용한 임피던스 매칭 설계가 필요하다. 본 연구에서는 다이오드 정류기의 임피던스 모델을 유도하여 마찰전기 나노 발전기의 내부 임피던스와의 매칭을 통해 최대 전력을 전달하는 커패시터와 출력 부하 설계를 목표로 한다. 유도한 임피던스 모델에 대하여 실제 전력 실험을 통해 모델의 유효성과 정확성을 검증하고자 한다.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권1호
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• pp.206-211
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• 2021

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.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.134-140
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• 2021

본 연구는 에너지 하베스팅 기반 저전력 GPS와 IMU를 활용한 개인 위치를 식별할 수 있는 웨어러블 장치 개발에 관한 것이다. 개발된 개인 위치식별 장치는 압전소자를 이용한 에너지 하베스팅 기술을 적용하였고, GPS 및 IMU를 사용하여 정밀한 개인위치 데이터를 획득할 수 있도록 하였다. 실험 결과, GPS 및 IMU 데이터가 정상적으로 수신함을 확인하였다. 개인위치 식별장치는 재난 발생지역 등에서의 개인위치를 파악하여 안전사고에 대응하고, 시간, 장소 및 환경에 구애받지 않고 사용자가 손쉽게 사용할 수 있을 것이며, 레저나 헬스케어 등 다양한 방면에서 사용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국의류학회지
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• 제44권6호
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• pp.1224-1239
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• 2020

This study develops a wearable solar energy harvesting device that absorbs solar energy to generate and store power which can be used during outdoor activities by users even after dark. For this study, a prototype hat for outdoor activities at night was developed after the design of a solar energy harvesting generation, storage, and delivery system was designed that could store energy to light up LEDs. First, the main control board of the system was designed to integrate the charging function, the darkness detection circuit, the battery voltage sensing circuit, and the LED driving circuit in order to reduce bulkiness and minimize the connection structure. It was designed to increase convenience. Second, the system was designed as a wearable fashion product that connected each part with fiber bands and manufacturing it so as to be detachable from the hat. Third, charging and LED operation tests show that the battery is fully charged after 5 hours even in winter when the illuminance value is low. In addition, the LED operation experiment verified the effectiveness of a buffered system that could operate the LEDs for about 3 hours at night.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제14권1호
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• pp.225-234
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• 2019

마찰 나노 발전을 활용한 TENG(: Triboelectric nanogenerators)는 작은 진동에서 높은 변환 효율과 지속적인 전력을 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만, 마찰 전기 에너지 수집을 위해서는 비선형 에너지 추출 기술이 요구되며, 연결 인터페이스 회로를 통한 동기화 기반의 능동적인 스위치회로가 요구된다. 본 연구는 사람으로의 움직임으로부터 발생한 비선형(non-linear) 에너지를 효율적으로 저장하는 기법을 제시하였다. 또한, 개발된 보드는 서로 다른 방향으로 움직이는 동작으로부터 발생하는 에너지를 효율적으로 수확하고 저장할 수 있다. 본 연구에서 개발된 실리콘기반 압전기반의 TENG 셀과 다중모듈이 연결 가능한 에너지 하베스팅 보드의 측정하였다. 결과적으로, 다중입력 에너지 수집환경에서 안정적인 에너지의 저장 유지를 통해 약 49.2mW/count를 발전하였다.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.224-229
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• 2023

최근 각종 전자기기의 소형화와 웨어러블 디바이스의 수요가 증가함에 따라 IT 기기들의 나노화가 진행되는 추세이며, 이에 따른 배터리의 크기 및 용량 등의 한계를 극복하기 위하여 에너지 하베스팅 기술인 마찰 대전에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 불소계 코팅을 진행한 양극산화 알루미늄은 대전 서열에서 음극 성향이 높은 대전층과 대전된 전하가 전극으로 손실없이 전달되도록 도와주는 절연층 그리고 전극을 모두 포함하고 있는 구조로서 마찰 대전 나노발전기의 적용에 있어 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 마찰대전 나노발전기 적용에 유리한 양극산화 알루미늄을 활용하여 마찰대전 나노발전기에 영향을 미치는 표면 형상 및 절연층의 두께를 조절하여 발전량과의 상관관계에 대하여 분석하였다. 이러한 분석을 통하여 추후 마찰대전 나노발전기 제작에 있어 면적 대비 발전량을 증가시킬 수 있는 방향을 제시할 수 있었다.