物联网末端低功耗节点射频供能装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于能量转换技术领域，尤其涉及一种物联网末端低功耗节点射频供能装置，包括：射频匹配电路、倍压整流电路及稳压电路；所述射频匹配电路用于匹配环境中存在的射频信号，所述倍压整流电路用于将匹配后的射频信号转换为直流电源，所述稳压电路用于对所述直流电源进行稳压。本发明专利技术不需要射频发射源，直接将环境中存在的射频信号(如GSM900，GSM1800，WIFI信号等)转换为直流电源供物联网末端的低功耗节点工作，不受环境地域限制，是一个无污染，不需要消耗任何有偿资源的可再生的绿色能源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能量转换
，尤其设及一种物联网末端低功耗节点射频供能装 置。
技术介绍
物联网末端低功耗节点在解决特定场合，如环境监测、气候变化、森林监测、防火 检测等方面有着不可替代的优势，然而节点的能耗和能量供应是物联网技术应用发展中最 大的障碍和亟待解决的问题。 目前，物联网末端节点供能主要依靠电池，部分辅助使用太阳能的形式。物联网末 端节点部署存在数量大，部署位置不易维护等特点，电池供电受电池本身寿命影响，一段时 间之后就会耗尽，节点生命周期有限，不能长时间维持末端网络的正常工作。同时，废电池 留置自然环境中，会对环境造成污染。太阳能一般通过两种形式对于节点进行供能，即太阳 能光发电和太阳能热发电。通过太阳能板对节点进行充电，其缺点主要是能量密度低、转换 效率低、间歇性工作、受光照环境因素影响大、地域依赖性强，且晶体娃电池的制造过程高 污染，高能耗。现有联网末端节点的供能方式限制了物联网网络的广泛应用和深度拓展，亟 需一种新的绿色的物联网末端节点供能方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种物联网末端低功耗节点射频供 能装置，利用自然空间中的丰富射频资源，实现将射频资源转化为电能，为低功耗节点供 能。 为实现上述目的，本专利技术提供了一种物联网末端低功耗节点射频供能装置，包括： 射频匹配电路、倍压整流电路及稳压电路；射频匹配电路用于匹配环境中存在的射频信 号；倍压整流电路用于将匹配后的射频信号转换为直流电源，稳压电路用于对直流电源进 行稳压； 射频匹配电路采用L型匹配电路，由电容Cl和电感Ll组成，电容Cl与电感Ll串 联，电容Cl用于连接频率源，电感Ll用于接地。 倍压整流电路包括肖恩特二极管、电容C和NMOS管，用于通过肖恩特二极管的导 通对电容C充放电，供后级电容不断累积电荷W升高电压。 进一步，稳压电路由差分放大器和源级跟随器组成两极放大器，用于形成反馈电 路，使电路处于深度反馈状态，将基准参考电压与输出电压进行比较，最终使输出电压与基 准源参考电压相同。 进一步，稳压电路包括启动电路、基准核屯、电路、差放和后级驱动； 启动电路与基准核屯、电路电连接，用于使工作在零状态的电路转入正常工作状 态； 基准核屯、电路与差放和后级驱动连接，用于基于CMOS管的亚阔值特性进行零溫 度系数的基准电压输出。 阳01引 进一步，启动电路包括：NMOS管和PMOS管；其中，MOS阳Tl,MOS阳T2和MOS阳T3用 于保证电路工作在正常状态，当电路正常工作，MOS阳Tl和MOS阳T2的栅极电压为低电压， 当反相输入电压，M0SFET3管的栅极电压为高压，M0SFET3关闭。 阳01引 基准核屯、电路包括：NMOS管和PMOS管；其中，MOS阳巧，MOS阳T7, MOS阳T6， MOS阳T8, MOS阳T4, MOS阳T9 W及电阻组成PTAT电流源；其中，MOS阳巧，MOS阳T6, MOS阳T7， MOS阳T8组成的电路用于提高电源抑制比。 差放和后级驱动包括：NM0S管和PMO管；其中，MOS阳T12, MOS阳T13组成串联电 阻，用于将输出电压取样输入到M0SFET10管的栅极，差放包括PMOS和NMOS有源负载； 还包括基准电路，基准电路是由MOS阳T10, MOS阳T11，MOS阳T12组成。 进一步，将T型匹配电路替换为L型匹配电路、n型匹配电路、混合型匹配电路、 单分支匹配电路和双分支匹配电路中的任意一种匹配电路。 进一步，将倍压整流电路中的二级管替换为MOS管。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：不需要射频发射源，直接将环境中存在的 射频信号（如GSM900，GSM1800，WIFI信号等）转换为直流电源供物联网末端的低功耗节点 工作，不受环境地域限制，是一个无污染，不需要消耗任何有偿资源的可再生的绿色能源。【附图说明】 图1为本专利技术物联网末端低功耗节点射频供能装置的结构框图； 图2为本专利技术物联网末端低功耗节点射频供能装置射频匹配电路及倍压整流电 路的电路图； 图3为本专利技术物联网末端低功耗节点射频供能装置的稳压电路的电路图； 图4为本专利技术物联网末端低功耗节点射频供能装置稳压电路中差放和后级驱动 的电路图； 图5为级联MOS管倍压整流电路的电路图。【具体实施方式】 下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，运些 实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据运些实施方式所作的功能、方法、 或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。参图1所示，本实施例提供了一种物联网末端低功耗节点射频供能装置，包括：射 频匹配电路10、倍压整流电路20及稳压电路30 ;射频匹配电路10用于匹配环境中存在的 射频信号，倍压整流电路20用于将匹配后的射频信号转换为直流电源，稳压电路30用于对 所述直流电源进行稳压。 阳0%] 整流电路作为整个射频转换电路的核屯、部分，其性能直接影响到整个的工作效 率，所W必须考虑整流效率，整流电路的输入阻抗，W及整流电路的驱动能力。考虑到W上 的因素，本实施例采用基于肖恩特二极管的整流电路输出电压原理进行电路设计，参图2 所示的倍压整流电路电路图。 参图2所示，射频匹配电路10采用L型匹配电路，包括：电容（Cl = 0.27pF)，电 感（LI = 5. 35nH)组成，将电容和电感串联在一起，并将电容接于左侧的频率源，电感接地。 在输入的信号是2. 4GHZ的情况下，最左侧的Cl和Ll构成匹配电路，使得与输出的的阻抗 匹配，提高匹配电路的能量吸收能力。 参图2所示，倍压整流电路20包括：肖恩特二极管化SMS2850)和电容（C = 15化巧和NMOS管（型号：TPN2R703化)，整流电路是通过二极管的导通对电容充放电，后级 电容不断累积电荷来实现电压的升高，匹配电路与后面的整流倍压电路相连。整流电路的 输出是通过二极管的导通对电容充放电，后级电容不断累积电荷来实现电压的升高，W单 级整流器（PIN1，PIN2, D1，D2)来分析，在输入的信号是正半周时，二极管PINl导通，PIN2 截止，电流经过PIN 1对Cl充电，将电容PCl上的电压充到接近输入的峰值，并基本保持不 变。在输入信号是负半周时，二极管PIN2导通，PINl截止，此时，Cl上的电压值与输入信号 电压进行串联叠加，将电容C2充电，且电容上电压是输入电压的二倍，所W称为二倍压。 右侧部分整流电路还包含两部分电路：电荷累和泄流电路。 电荷累的级数N视输出电压与输入电压的差值而定，还跟所选的二极管和存储电 容的参数有关。 泄流电路：当泄流电路两端的电压差超过一定的值时，流过二极管的电流在分压 电阻上产生的电压输入到泄流MOS管的栅极，使得泄流MOS管导通后，对高低输入电压进行 泄流，从而达到稳定输出电压的效果。 由于高阶倍压整流电路在带负载时，会出现输出电压的幅度跌落，假设输出电流 为I，每个电容的容量相同为C，交流电源频率为f，则电压的跌落为： 输出电压波纹为： 因此，在输出端适合的电压和电流的情况下，适合的输出的N阶倍压整流电流为： 对于电容的选择，为了保障Cl可靠的工作，其耐压性选择应大于两倍的电源电 压。 由于环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物联网末端低功耗节点射频供能装置，其特征在于，包括：射频匹配电路、倍压整流电路及稳压电路；所述射频匹配电路用于匹配环境中存在的射频信号；所述倍压整流电路用于将匹配后的射频信号转换为直流电源，所述稳压电路用于对所述直流电源进行稳压；所述射频匹配电路采用L型匹配电路，由电容C1和电感L1组成，电容C1与电感L1串联，电容C1用于连接频率源，电感L1用于接地。所述倍压整流电路包括肖恩特二极管、电容C和NMOS管，用于通过所述肖恩特二极管的导通对所述电容C充放电，供后级电容不断累积电荷以升高电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马礼，张晓惠，马东超，宋丽华，张永梅，杜春来，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11