[发明专利]一种电荷泵整流器及射频能量转化方法

说明书

本发明公开了无线充电领域内的一种电荷泵整流器，包括连接天线与电荷泵的Branch‑Line耦合器，电荷泵包括结构相同二极管连接顺序相反的第一倍压器和第二倍压器；第一倍压器输出的负电势差V‑与第二倍压器输出的正电势差V+等值，Branch‑Line耦合器的输入端与天线相连，Branch‑Line耦合器的两输出端分别与第一倍压器的输入端、第二倍压器的输入端相连。

技术领域

本发明涉及一种电荷泵整流器，特别涉及一种电荷泵整流器射频能量转换方法。

背景技术

无线能量传输和环境射频能量采集技术作为一种极具潜力的前沿技术，能够摆脱传统能量传输领域中冗长的电缆束缚，在物联网以及生物医疗应用领域意义重大。作为无线能量传输技术中的关键技术就是实现射频-直流功率高效率转化的基于零偏置的肖特基二极管整流器设计。其中电荷泵整流器就是常见并且实用的一类整流器，尤其针对低功率密度环境，在保证射频-直流功率高效率转化前提下，电荷泵整流器能够有效提高输出电压，进而满足一些功能性器件的电压要求，如微控制器或者传感器网络等。

作为电荷泵整流器，改进型Greinacher电荷泵具有特殊的优点：对称的电路结构能够有效抑制奇次谐波分量的产生，进而提高整流器的射频-直流功率转化效率；而且，对称的电路结构缓解了多级电荷泵整流器中末级肖特基二极管的反向偏压压力，进而促使多级整流电荷泵功率容量的提高。然而，基于肖特基二极管半导体工艺的局限性，其非线性结电阻在低输入功率水平下表现出来的电阻值较大，以及肖特基二极管因为封装引入的寄生参量等，使得电荷泵整流器难以在低功率水平下实现与天线之间的完美匹配，极大限制其在射频无线能量传输和环境射频能量采集应用领域中的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种电荷泵整流器及射频能量转化方法，有效抑制奇次谐波分量的产生，提高整流器的射频-直流功率转化效率。

本发明的目的是这样实现的：一种电荷泵整流器，包括连接天线与电荷泵的Branch-Line耦合器，所述电荷泵包括结构相同的第一倍压器和第二倍压器；

所述第一倍压器包括同向串联的第一二极管D1和第二二极管D2，串联的第一二极管D1和第二二极管D2两端并联有第一电容C1，第一二极管D1的正极提供负载负电势差V-，第一二极管D1的负极接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极接地，第一二极管D1和第二二极管D2之间的电极点与第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端作为第一倍压器的输入端；

所述第二倍压器包括同向串联的第三二极管D3和第四二极管D4，串联的第三二极管D3和第四二极管D4两端并联有第三电容C3，第三二极管D3的正极与第二二极管D2的负极相连，第三二极管D3的负极接第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极提供负载正电势差V+，第三二极管D3和第四二极管D4之间的电极点与第四电容C4的一端相连，第四电容C4的另一端作为第二倍压器的输入端；

第一倍压器输出的负电势差V-与第二倍压器输出的正电势差V+等值，Branch-Line耦合器的输入端与天线相连，Branch-Line耦合器的两输出端分别与第一倍压器的输入端、第二倍压器的输入端相连。

一种使用电荷泵整流器进行射频能量转化的方法，包括以下步骤：

步骤1)通过天线接收电磁波信号；

步骤2)将接收到的电磁波信号发送给Branch-Line耦合器，Branch-Line耦合器将接收到的电磁波信号对等分成两路能量信号分别发送给电荷泵整流器内的两个倍压器；

步骤3)两个倍压器将能量信号转换直流信号加载在负载上；

步骤4)相位补偿网络将电荷泵反射回来的电磁波信号进行补偿，使得补偿之后的电磁波信号的相位和天线接收到的电磁波信号的相位一致，并将其发送给功率合成器；