功率收获电路和方法技术

一种用于使用在功率收获系统中的电路通过相应二极管从至少第一和第二天线向求和节点提供信号。求和节点通过输出二极管耦接到输出节点，并且输出电容器被提供在输出节点处。这在整流电路内实现天线信号的组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功率收获电路。
技术介绍
功率收获涉及从环境捕获电磁能量。可以从环境供电的电子电路的示例包括偶尔需要读取传感器值的传感器系统，以及通过发送出ID或验证信号来响应于质问的标识符电路。除了用于极其低功率的电路之外，通常难以免费从环境收获足够的能量。一般而言，替代性地向电路发送功率信号以利用能量主动加载它。RFID标签是该方案的示例。然而，存在潜在地可以基于能量收获进行操作的电路，其利用功率收获天线，其中所要求的能量的量非常小。US20120299396A1公开了这样的功率收获解决方案。在能量收获系统中，由单个天线搜集的能量典型地可能不够。因而多个天线可以用于增加总体收获的能量。功率收获电路典型地包括天线、整流器电路和能量存储电容器。已知的是，由于针对小信号的整流器传递函数的泰勒展开中的主导2阶项，已知整流器电路设计的DC输出功率在低功率水平处随输入功率二次地缩放。这被解释在论文“ModelingofRFenergyscavengingforbatterylesswirelesssensorswithlowinputpower”；YanWu；Dept.ofElectr.Eng.,EindhovenUniv.ofTechnol.(TU/e)，荷兰；Linnartz，J.-P.；HaoGao；Matters-Kammerer，M.K.，其发表在：PersonalIndoorandMobileRadioCommunications（PIMRC），2013年9月8-11日的2013IEEE第24届国际研讨会中。出于该原因，对于多天线系统，单独整流来自每一个天线的功率并且然后对来自所有分支的能量求和是不具吸引力的。相反，更有效的是首先组合天线信号并且然后进行整流。然而，仅仅组合信号可能造成以下不合期望的情形：对于功率到来的一些相位角度，天线处的信号将彼此抵消。这样的抵消能发生是不可避免的。图1示出已知的能量挖掘（scavenging）接收器。它包括接收天线10、最大化来自天线的功率输送的匹配网络12、RF到DC整流器14和诸如电容器或可再充电电池这样的存储能量的能量存储设备16。接收器的关键部分是RF-DC整流器14。图1中所示的一个示例是Dickson电荷泵结构，其将所接收到的RF能量转换成适合于存储的DC形式。Dickson电荷泵的基本构建块是Greinacher电压加倍器18。到电压加倍器18的输入是正弦波r(t)=Asin(2πfct)，其中A是振幅并且fc是中心频率。在理想情况下，当A足够大时，电压加倍器的输出电容器C上的平衡电压将为2A。由于电容器中存储的能量为E=½CV2，因此由电压加倍器挖掘的能量与A2成比例。对于无线传感器中的应用，A由于有限的传输功率和大的传播损失而经常是小的。所存储的能量因而与A4成比例。该四次方是当操作在低输入功率处时对使整流器高效非常严重的限制。如果输入信号A非常弱，整流器变得非常低效。事实上，任何二极管的电流与电压特性在零点（V=0伏，I=0安）附近几乎作为直线。因而对于非常弱的信号，二极管更多地作为具有线性V-I特性的电阻器，并且未能具有整流行为。该整流只有如果V-I特性足够大以经历V-I特性的较高阶非线性项才可以起作用。对于小电压，明显在阈值以下的二极管电流可以根据二阶级数展开来建模：I=aV+bV2。已经存在对以使其可以处置非常高的频率（甚至高达几GHz或几十GHz）和非常低的输入电压的方式设计功率收获电路的众多研究。本专利技术瞄准从多个天线收获能量的问题。存在组合天线信号的已知电路，例如使用在通信和雷达系统中的波束控制和最大比例组合系统。这些技术瞄准通过使来自所有天线的信号相位偏移使得它们同相且相干地（即，相长地）相加使得电压相加在一起来改进信号强度。在最大比例组合系统中，不仅相位而且振幅被调节以优化信噪比。对于具有多个天线的系统，在存在（仅）非相关加性高斯白噪声的情况下，最大比例组合提供最佳信噪比。在这些系统中，通信基站可以采用天线增益和波束成形，因为其具有用于控制算法的充足功率。然而，对于收获应用，没有用于确保来自具有未知相位差的多个天线的功率的相干聚合的自适应电路的功率。这使得难以在不要求所接收到能量之外的能量的情况下采用可以自适应地且最优地合并来自多个不同定相的输入的功率的整流器和波束成形器。对于能量收获系统而言所出现的问题在于：功率不可用于操作电路以自适应地调节传入RF信号的相位或振幅。这些电路的输出功率可以小于电路从其电源汲取的功率，这使它们对于能量收获是无用的。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于使用在功率收获系统中的电路，包括：第一天线，其具有通过输入电容器耦接到求和节点的第一端子和第二端子，第二端子通过第一二极管耦接到求和节点；第二天线，其具有耦接到第一天线的第二端子的第一端子和通过第二二极管耦接到求和节点的第二端子，其中求和节点通过输出二极管耦接到输出节点，其中输出电容器被提供在输出节点处。这些电路组件形成功率收获系统的RF到DC整流器电路的部分。以此方式，本专利技术提供了一种多天线整流器，其将天线信号的组合实现为整流的部分。这使得天线信号能够被相加而不抵消，并且避免对于在功率收获应用中或许不可能的波束控制的需要。要指出的是，术语“耦接”可以指示直接连接（通过低电阻连接）或通过其它组件。例如，天线匹配电路可以提供在电路的第一和第二天线以及输入电容器和二极管之间。第一、第二和输出二极管以及输入和输出电容器可以例如形成电压加倍电路。电路因而可以被实现为对已知电压加倍电路的修改，以接收多个经整流的天线信号。电路还可以包括耦接到输出节点的另外的电压加倍电路。两个电压加倍级因而可以用于利用较高电压为负载供电。在另外的实施例中：第一天线的第一端子通过第三二极管耦接到第二求和节点；第二天线的第一端子通过第四二极管耦接到第二求和节点；第二求和节点通过第二输出二极管耦接到输出节点或第二输出节点；并且电路包括耦接在第二求和节点与第二天线的第二端子之间的第二输入电容器。这提供基本上等同的两个电路（第二电路是第三、第四和第二输出二极管以及第二输入电容器），这两个电路可以从第一天线中和第二天线中的不同RF相位收获能量，并且总体上可以收获更多的能量从而使得能够提供更高的能量收获比例。第二电路可以被视为辅助电路。在一个实现方式中，两个电路起作用以便为相同的输出电容器充电。在该情况下，第三、第四和第二输出二极管以及第二输入电容器可以被视为形成辅助电压加倍电路。在该实施例中，输出电容器可以提供更高电压以便为负载供电。在另一实现方式中，第二电路向第二输出电容器提供其输出。第一输出节点和第二输出节点在一个示例中用于输出具有相同极性的电压，并且第一天线的第一端子通过正向第三二极管耦接到第二求和节点，并且第二天线的第一端子通过正向第四二极管耦接到第二求和节点。该布置提供两个电路，两个天线中的每个天线对应一个电路，并且每一个具有其自己的输出电容器。两个电路可以是相同的，但是其中来自一个电路的一个天线端子交叉连接到另一个。可替换地，一个电路的输出可以是正电压并且另一个电路的输出可以是负电压。输出节点和第二输出节点然后用于输出关于彼此具有相反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用在功率收获系统中的电路，包括：第一天线（20），其具有通过输入电容器（C1）耦接到求和节点（24）的第一端子（22）和第二端子（26），第二端子通过第一二极管（D1）耦接到求和节点（24）；第二天线（28），其具有耦接到第一天线的第二端子（26）的第一端子（30）和通过第二二极管（D2）耦接到求和节点（24）的第二端子（32），其中求和节点（24）通过输出二极管（38）耦接到输出节点（36），其中输出电容器（C2）提供在输出节点处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.04 EP 14175783.11.一种用于使用在功率收获系统中的电路，包括：第一天线（20），其具有通过输入电容器（C1）耦接到求和节点（24）的第一端子（22）和第二端子（26），第二端子通过第一二极管（D1）耦接到求和节点（24）；第二天线（28），其具有耦接到第一天线的第二端子（26）的第一端子（30）和通过第二二极管（D2）耦接到求和节点（24）的第二端子（32），其中求和节点（24）通过输出二极管（38）耦接到输出节点（36），其中输出电容器（C2）提供在输出节点处。2.如权利要求1中所要求保护的电路，其中第一、第二和输出二极管（D1，D2，38）以及输入和输出电容器（C1，C2）形成电压加倍电路。3.如权利要求2中所要求保护的电路，还包括另外的电压加倍电路（C1''，D1''，38''；80），其耦接到输出节点（36）并且藕接到第一天线（20）的第一端子（22）或第二天线（28）的第二端子（32），其被适配用于使输出节点（36）处的电压加倍。4.如权利要求1至2中任一项中所要求保护的电路，其中第一天线的第一端子（22）通过第三二极管（D2'）耦接到第二求和节点（24'）；第二天线的第一端子（30）通过第四二极管（D1'）耦接到第二求和节点（24'）；第二求和节点（24'）通过第二输出二极管（38'）耦接到输出节点或第二输出节点；以及电路包括耦接在第二求和节点（24'）与第二天线的第二端子（32）之间的第二输入电容器（C1'）。5.如权利要求4中所要求保护的电路，其中第二求和节点（24'）通过提供在第二输出节点（36'）处的第二电路输出电容器（C2'）和第二输出二极管（38'）耦接到第二输出节点（36'）。6.如权利要求5中所要求保护的电路，其中第三、第四和第二输出二极管（D2'，D1'，38'）以及第二输入电容器（C1'）形成辅助电压加倍电路。7.如权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：JPMG林纳茨，
申请(专利权)人：飞利浦灯具控股公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL