[发明专利]采用直流压泵技术的无线能量接收机及其控制方法

说明书

本发明涉及一种采用直流压泵技术的无线能量接收机及其控制方法。为无线能量接收机加入直流压泵模块来实现能量接收灵敏度的改善。直流压泵模块，通常包含若干开关与电容C_T。加入直流压泵模块之后，通过对开关的交替控制，使得电容C_T上的电压交替叠加在整流器的起点电压上，抬高后续每一级的直流电位，从而在同样输入能量的情况下，所述无线能量接收机可获得更高的输出电压，提高了能量接收灵敏度。本发明还通过添加主控模块，提供了直流压泵模块电容C_T的初始电压及开关控制信号，并维持了电路的运行稳定。

技术领域

本发明属于模拟电路技术领域，具体涉及一种采用直流压泵技术的无线能量接收机及其控制方法。

背景技术

近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器、健康监测仪等电子设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也不美观可靠，且容易磨损。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样既造成了浪费，也形成了对环境的污染。

而在特殊场合下，譬如矿井和石油开采中，传统输电方式在安全上存在隐患。孤立的岛屿、工作于山头的基站，很难采用架设电线的传统配电方式。在上述情形下，无线输电便愈发显得重要和迫切，因而它被《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。在无线输电方面，我国目前的研究起步较晚，但发展较快。

根据能量传输过程中中继能量形式的不同，无线能量接收机通常有几种类型：磁耦合式、电耦合式、电磁辐射式(如太阳辐射)、机械波耦合式(如超声)。其中，磁耦合式是目前(21世纪初)研究最为火热的一种无线电能传输方式，是将高频电源加载到发射线圈，使发射线圈在电源激励下产生高频磁场，接收线圈在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。根据输入能量的大小不同，磁耦合式无线能量接收机又可分为强场无线能量接收机和弱场无线能量接收机。

在现有的技术中，多数无线能量接收机实现1V电压输出时仍然需要-20dBm[1]至-32dBm[2]的输入能量。还有一些研究，在无线能量接收机后增加升压式直流-直流转换器，在相同输入能量下，可以获得更高的输出电压，即提高了灵敏度(约为-36dBm[3])；然而这些研究通常用到微亨级的电感，降低了能量接收的速度，增大了系统体积。

[1]T Le，K Mayaram，T Fiez.用于被动供电传感器网络的高效远场射频能量收集，Efficient far-field radio frequency energy harvesting for passivelypowered sensor networks[J]，IEEE J.Solid-State Circuits(IEEE固态电路杂志)，43(5)，pp.1287-1302，May 2008.

[2]S Oh，D D Wentzloff.一种采用130nm CMOS工艺的、灵敏度为-32dBm的射频能量收集器，A-32dBm sensitivity RF power harvester in 130nm CMOS[C]，IEEERadio Frequency Integrated Circuits Symposium(IEEE射频集成电路研讨会)，July2012.

[3]K R Sadagopan，J Kang，Y Ramadass等.一种用于WiFi供电传感器节点的具有纳瓦特升压转换器和天线-整流器谐振的厘米级2.4-GHz无线能量收集器，A cm-Scale2.4-GHz Wireless Energy Harvester With NanoWatt Boost Converter and Antenna-Rectifier Resonance for WiFi Powering of Sensor Nodes[J]，IEEE J.Solid-StateCircuits(IEEE固态电路杂志)，53(12)，pp.3396-3406，December 2018.

发明内容