Performance Comparison of Full-Wave Rectifiers for Vibration-Energy Harvesting

진동에너지 하베스팅을 위한 전파 정류기 성능 비교

This paper presents the performance comparison of three types of full-wave rectifiers for vibration energy harvesting. The first rectifier is consisted of two active diodes and two MOSFETs, and the comparators of the active diodes are powered from the output of the rectifier. The second one is a 2-stage full-wave rectifier. It comprises the basic rectifier consisted of four MOSFETs and an active diode. The comparator is also powered from the output of the rectifier. The third one is an input powered rectifier. It has the same structure as the second rectifier, but the comparator is powered from the input of the rectifier. These rectifiers have been designed using a 0.35um CMOS process and their performances have been compared through simulations. In terms of efficiency, the first rectifier shows the best performance at heavy loads, but the second one is suitable at light loads. When the power consumption during absence of vibration is more important than efficiency, the input-powered rectifier is proper.

본 논문에서는 진동에너지 하베스팅을 위한 세 가지 종류의 전파 정류기를 비교 분석 하였다. 첫번째 정류기는 두 개의 능동 다이오드(active diode)와 두 개의 MOSFET로 구성된 전파 정류기로 능동 다이오드의 비교기는 정류기의 출력으로부터 전력을 공급받는다. 두 번째는 네 개의 MOSFET로 구성된 정류기와 하나의 능동 다이오드로 구성된 2단 정류기이며, 마찬가지로 비교기는 정류기의 출력으로부터 전력을 공급받는다. 세 번째는 두 번째 정류기와 동일한 구조이나 비교기의 전력을 정류기의 입력으로부터 공급받는 input-powered 정류기이다. 이 정류기들을 0.35um CMOS 공정으로 설계하고 모의실험을 통해 성능을 비교, 분석하였다. 부하가 큰 경우에는 첫 번째 정류기를 이용하는 것이, 부하가 작은 경우에는 두 번째 정류기를 이용하는 것이 효율적인 측면에서 유리하다. 또한 효율보다는 진동에너지의 유무에 따른 전력 소모가 중요하다면 세 번째 정류기가 유리하다.