用于对各种负载进行高效整流的方法和装置的制作方法

专利名称：用于对各种负载进行高效整流的方法和装置的制作方法
用于对各种负载进行高效整流的方法和装置 相关申请的交叉引用0001本发明要求2005年10月24日提交的美国临时专利申 请No.60/729792的优先权。
技术背景 技术领域0002本发明涉及用于功率转换的方法和装置.更具体地说， 本发明涉及用交流-直流转换器来转换功率的方法和装置. 相关技术说明0003现有技术已经表明，能够用射频(RF)电磁波向远端 设备提供功率.无线功率传输已经由W. C. Brown在题为"Microwave Operated Space Vehicles"的美国专利3114517中做了详细描述，该专 利在此并入作为参考，该技术也已在该作者的其它大量文章中进行了 说明.无线功率传输还被用于向射频识别(RFID)标签提供功率。 所传输的RF功率由天线所捕获，并使用多种已知电路进行整流，从 而向负栽提供直流电流(DC ).这里并入作为参考的题为"Microwave to DC Converter"的美国专利3434678描述了 一种使用图1所示的桥 式整流电路将微波功率转换成直流的装置.0004更近期的专利，如均并入本发明作为参考的、趙为 "Rectifying Antenna Circuit"的美国专利6140924和题为"Apparatus for Energizing a Remote Station and Related Method，，的美国专利 6615074中描述了使用困2所示的倍压整流器设置的RF-DC转换器.0005当输入功率和负栽阻抗恒定时，这些电路的功能是可 以接受的.但是，输入功率或负栽阻抗的变化会使得电路的整体转换 效率下降.转换效率被定义为整流后的输出直流功率除以输入到整流器的交流(AC)功率.负栽电阻(或等效电阻)及输入功率的变化是如何影响转换效率的例子分别在图3和图4中示出。0006改变输入功率和输出负栽时整流器转换效率的变化在 题为"Power Transfer Circuit for Implanted Devices"的美国专利 6212431中详细描述，该文献在此并入作为参考，其中笫l栏第55至 62行公开了当从外部线團向植入式设备以感应方式传递能量时，"不 幸的是，与植入式设备相关联的负栽以及外部线围和植入式线围之间 的分隔距离都不是恒定的.实际上，这些参数中的每一个都是可变的， 例如分隔距离可能会从3 mm变到15mm,负栽可能会从20欧姆变到 300欧姆.其结果是，很难得到外部设备和植入式设备之间的最佳功 率传输.因此，存在次最佳的功率传输条件...".在所引用内容中， 分隔距离类似于改变传送给植入式设备的输入功率.美国专利 6212431中所建议的解决方案是改变外部发送线團的匹配参数，从而 优化从外部发送线團到植入式接收线闺的功率传输.美国专利 6212431中所公开的发明实现了发射器端的解决方案，这把系统限制 为一个接收器，因为发射器必须基于单个的接收器改变其输出.同时， 美国专利6212431没有提及整流电路以及该整流电路对于所述方法和 装置的效果.另外，美国专利6212431依赖于电感式耦合，这使得由 发送线围端看到的植入式设备的阻抗类似于把变压器次级侧的阻抗 反映到初级侧.其中所述发明不仅依赖于电感式或近场功率传输，还 包括远场操作，其中不能够把接收负栽反映到发送端.0007改变负载阻抗也在美国专利6794951中加以讨论，该 文献在此并入作为参考，其描述了一种对气体进行电离以产生等离子 的发送电路.其中的问题是由发送器看到的负栽根据腔室内等离子的 状态而变化.如果没有等离子，发送器会看到某一个特定的阻抗值. 但是，如果腔室内有等离子，发送器会看到不同的阻抗值.为了克服 该问题，美国专利6794951提出了一种双阻抗匹配电路，该电路受到 开关选择系统的控制.在起始模式中，如果腔室内没有等离子，则使 用笫一阻抗匹配电路进行匹配.在运行模式期间，使用笫二阻抗匹配 电路来匹配腔室内具有等离子的系统.这种解决方案提出了一种驱动RF发射器上离散负栽值的途径.这种解决方案被限制在发送端，为 了设计阻抗匹配网络，必须知道在多种模式下所看到的离散阻抗值， 必须具有有效的开关来控制匹配网络，并被^t计为给出RF输出。发明内容0008本发明涉及一种用于功率转换的装置。所述装置包括 至少一个接收电信号的阻抗匹配网络.所述装置包括与阻抗匹配网络 相连的多个交流-直流转换器。0009本发明涉及一种为负栽供电的方法.所述方法包括在 阻抗匹配网络处接收电信号的步骤.包括在与阻抗匹配网络相连的多 个交流_直流转换器处转换信号的步骤.包括向与多个交流_直流转 换器相连的负栽提供电流.0010本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 用于采集信号的能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直 流转换器，所述交流-直流转换器对于覆盖了至少为最小值的100倍 的电阻性负栽范围提供了至少50%的信号转换效率.0011本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 用于采集信号的能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直 流转换器，所述转换器对于覆盖了至少20dB的输入功率范围，在为 电荷存储设备充电或再充电时提供了至少50%的信号转换效率.0012本发明涉及一种用于功率转换的装置.所迷装置包括 用于采集信号的装置，所述用于采集信号的装置包括至少一个用于将 交流转换到直流的装置，所述用于将交流转换到直流的装置对于覆盖 了至少20dB的输入功率范围，在为电荷存储设备充电或再充电时提 供了至少50 %的信号转换效率.0013本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 用于采集信号的能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流 - 直 流转换器，所迷交流-直流转换器对于覆盖了至少20dB的输入功率 范围提供了至少50 %的信号转换效率.0014本发明涉及一种用于功率转换的装置。所述装置包括 至少两个接收电信号的第一阻抗匹配网络.所述装置包括至少一个与 第一阻抗匹配网络相连的交流-直流转换器.所述装置包括与第一匹 配网络电连接的组合器。0015本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换器. 所述装置包括至少两个非线性元件，其中所述至少两个非线性元件具 有不同的特性。0016本发明涉及一种用于功率转换的装置。所述装置包括 一个能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流 一直流转换器， 所述交流-直流转换器提供了具有至少两个效率峰值的输入信号转 换效率.0017本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换器， 所述交流-直流转换器对于从预定距离到十倍于该距离的范围提供 了至少50%的输入信号转换效率.0018本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换器， 所述交流-直流转换器被配置为在第 一距离处以第 一效率接收笫一 输入功率，其中所述交流-直流转换器在笫二距离处以第二效率接收 笫二输入功率.所述第一距离大于笫二距离，而所述第一效率和第二效率基本近似.0019本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换器， 所述交流-直流转换器对于至少16dB的输入功率范围提供了小于2.0 的输入SWR.0020本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换器， 所述交流-直流转换器对于覆盖了至少为预定最小值的40倍的电阻性负栽范围提供小于2.0的输入SWR.0021本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个能量采集单元，所述能量采集单元包括至少一个交流-直流转换 器，其中所述交流_直流转换器的输出阻抗根据输入功率或负栽电阻 的改变而变化。0022本发明涉及一种用于功率转换的装置。所述装置包括 一个能量采集单元，所述能量釆集单元包括至少一个交流-直流转换 器，所述交流-直流转换器对于覆盖了至少20dB的输入功率范围提 供了至少50%的输入信号转换效率。0023本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器 对于覆盖了至少为预定最小值的100倍的电阻性负栽范围提供了小于 2.0的输入SWR.0024本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器 对于覆盖了至少20dB的输入功率范围，在电荷存储设备充电或再充 电时提供了至少50%的输入信号转换效率.0025本发明涉及一种用于功率转换的装置。所述装置包括 用于采集输入信号的装置，所述用于采集输入信号的装置包括用于将 交流转换为直流的装置，所述用于将交流转换为直流的装置对于覆盖 了至少20dB的输入功率范围，在电荷存储设备再充电时提供了至少 50%的输入信号转换效率.0026本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 至少两个接收电信号的第一阻抗匹配网络.所述装置包括与笫一匹配 网络电连接的组合器.所迷装置包括至少一个通过所述組合器与笫一 阻抗匹配网络相连的交流 一直流转换器.0027本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器.所述装置包括至少两个 非线性元件，其中所述至少两个非线性元件具有不同的特性.0028本发明涉及一种用于功率转换的装置。所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器 提供了具有至少两个效率峰值的输入信号转换效率.0029本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器 对于从预定距离到十倍于该距离的范围提供了至少50%的输入信号 转换效率.0030本发明涉及一种用于功率转换的装置。所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器 被配置为在第一距离处以笫一效率接收第一输入功率，其中交流 - 直 流转换器在第二距离处以第二效率接收第二输入功率 所述第 一距离 大于第二距离，而所述第一效率和第二效率基本近似，0031本发明涉及一种用于功率转换的装置。所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器 对于超过16dB的输入功率范围提供了小于2.0的输入SWR,0032本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器 对于覆盖了至少为预定最小值的40倍的电阻性负栽范围提供了小于 2.0的输入SWR.0033本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，其中所述交流-直流转 换器的输出阻抗响应于输入或负栽阻抗的改变而变化.0034本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所迷交流-直流转换器 提供了相对于负栽电阻具有至少两个效率峰值的转换效率.0035本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所迷交流-直流转换器 提供了相对于输出电流具有至少两个效率峰值的转换效率0036本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括一个能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换器， 所述交流-直流转换器提供了相对于负栽电阻具有至少两个效率峰 值的转换效率。0037本发明涉及一种用于功率转换的装置.所述装置包括 一个能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换器， 所述交流-直流转换器提供了相对于负载电阻具有至少两个效率峰 值的转换效率.


0038图l是现有技术中桥式整流电路的示意图.0039图2是现有技术中倍压整流器的示意图.0040图3是现有技术中整流效率相对于归一化负栽电阻的 曲线图，其中最优值被归一化为一.0041图4是现有技术中整流效率相对于归一化输入功率的 曲线图，其中最优值被归一化为一.0042图5是现有技术中不同电阻性负载下直流-直流转换图6是本发明中不同电阻性负栽下交流-直流转换效 图7是针对交流-直流转换器的输入的简化等效电路 图8是针对交流-直流转换器的输出的简化等效电路 图9是本发明中具有固定负栽和可变输入功率时的方0043
率的曲线图.0044
的示意图.0045
的示意图.0046
框图.0047图IO是使用无源选择器和組合器模块时，具有最优值 的固定负栽和可变输入功率的方框图.0048图11是本发明中具有可变负栽和固定输入功率的方框图.图，
0054
效率的曲线图
0049图12是用于由选择器模块进行有源选择的一个交流 -直流转换器和两个匹配网络的方框图.
0050图13是本发明中具有可变负栽和可变输入功率的方框图.
0051困14是本发明中交流-直流转换效率相对于归一化 负载电阻、负载电流或输入功率的曲线图，其中最低的最优值被归一 化为一。
0052图15是本发明中在很宽的输入功率电平范围内，在接 近最优转换效率时为电池充电或再充电的方框图。
图16是本发明中组合器后面的电压监控电路的方框
图17是本发明和现有技术相比较的射频-直流转换
图18是多个转换路径的方框图.
图19是本发明中使用单个二极管全波整流器的方框 图。
0057图20是本发明中使用单个二极管半波整流器的方框图.
0058图21是本发明所述装置的一个实施例中的方框图，该 装置在一个印刷电路板上被制造.
0059图22是对于图21所示的本发明实施例，在905.8MHz 处不同输入功率电平时测得的输入SWR数据的曲线图.
0060图23是对于图21所示的本发明实施例，在卯5.8MHz 处不同输入功率电平时测得的输入阻抗的曲线困.
0061困24是对于困21所示的本发明实施例，在卯5.8MHz 处不同输入功率电平时测得的输入阻抗的曲线困，其中史密斯圃图的 圃围内的阻抗对应于小于2.0的SWR值.
0062图25是本发明的另一实施例，
具体实施例方式
0063结合附图根据下列说明能够充分理解本发明，其中全 文中相同的附图标记表示相同的部件.
0064下面为了说明的目的，与本发明相关的术语"上"、 "下"，"右"、"左"、"垂直"、"水平"、"顶部"、"底部"及其派生形式 均按照其在图中的方向.但是，应当理解的是，本发明可以假设各种 替换的变化和步骤顺序，除了有相反的特别规定之外.还应当理解的 是，附图中所示以及下文中所述的特定设备和流程仅仅是本发明的示 例性实施例，因此，与本文所公开的实施例相关的特殊尺寸和其它物 理特征不应当被认为是对本发明的限制。
0065现在参考附图，其中几个视图中相同的附图标记表示 相似或相同的部件，尤其对于图9，其中示出了一个用于功率转换的 装置10.该装置10包括至少一个接收电信号的第一阻抗匹配网络12, 装置10包括与第一阻抗匹配网络12相连的多个交流-直流转换器 14，并且被配置为与一个负栽16相连，其中装置IO被配置为与一个 输入相连。
0066优选地，多个第一阻抗匹配网络12与多个交流-直流 转换器14相连.装置10最好包括一个用于把信号引导到第一阻抗匹 配网络12的选择器18。优选地，选择器18是有源或无源的，
0067装置10最好包括一个连接到多个交流-直流转换器 14的組合器20，用于把多个交流-直流转换器14的输出组合起来. 优选地，组合器20是有源或无源的.多个交流-直流转换器14最好 限定了多条交流-直流路径22,其中每条路径针对一种给定的特性被 优化.装置10包括笫二匹配阻抗网络24，该笫二匹配阻抗网络被配 置为使装置10的阻抗与输入阻抗相匹配.优选地，每条交流-直流 路径22被匹配到一个预定的阻抗值.每条交流-直流路径22最好具 有不同的输出阻抗.可以使用至少一个笫一阻抗匹配网络12使每个 交流-直流转换器14的输入在不同的输入功率电平下被匹配到一个 预定的阻抗值.0068在一个实施例中，选择器18是有源的，可以有一个选 择器控制单元26，它根据输入功率电平和负栽16的电阻选择适当的 交流-直流转换器14.可以有一个连接到多个交流-直流转换器14 的组合器20，用于把交流-直流交换器14的输出组合起来，其中组 合器20是有源的，还包括一个组合器控制单元30。选择器18的控制 单元和組合器20的控制单元可以是同一个控制单元.
0069另一个实施例中， 一个交流-直流转换器14的输出电 阻被设计成处于或接近一个负载16在某一时刻处于或接近的离散电 阻，而另一个交流-直流转换器14的输出电阻被设计成处于或接近 该负载16在另一时刻处于或接近的另一个不同的离散电阻.
0070每个交流-直流转换器14对应于相关的最佳负载16 可能具有不同的输出电阻. 一个交流-直流转换器14的输入电阻可 以在一个功率电平下匹配到一个预定值，而另 一个交流-直流转换器 14的输入阻抗在另一不同的功率电平下匹配到另一个预定值.
0071负栽可以是每个交流-直流转换器14均与之电连接 的电池32，每条交流-直流路径22针对特定的输入功率电平和负载 16电阻被优化，如图15所示。可以有一个连接在多个交流-直流转 换器14和电池32之间的电压监控电路34，其确保电压电平保持在指 定的范围内，如图16所示.可以有一个印刷电路板36，所述多个交 流 - 直流转换器14和至少 一个第 一 匹配网络^L置在其上.
0072在另一个实施例中，装置10被包括在一个产生电信号 的能量采集器38中.能量采集器38可包括天线48、压电元件50、 太阳能电池、发电机、振动采集器、声波采集器或风采集器，如图25 所示.多个交流-直流转换器14中的至少一个可以是单二极管全波 整流器40或单二极管半波整流器42，分別如图19和20所示.多个 交流 一 直流转换器14中的至少一个可以是倍压器.
0073负栽16可包括与至少一个交流-直流转换器14电连 接的至少一个功率存储元件44,负栽16可以固定在负栽16的最佳电 阻或者其附近，电信号提供了一个可变的输入功率，如图10所示.负栽16可以是可变的，电信号提供了固定的输入功率，如图ll所示。 作为替代，负栽16是可变的，电信号提供了可变的输入功率，如图 13所示.负栽16可以是LED.
0074本发明涉及一种为负栽16提供功率的方法.所述方法 包括在阻抗匹配网络处接收电信号的步骤.包括在与阻抗匹配网络相 相连的多个交流-直流转换器14处转换信号的步骤。包括向与多个 交流 一 直流转换器14相连的负栽16提供电流的步骤.
0075优选地，接收步骤包括在与多个交流-直流转换器14 相连的多个阻抗匹配网络处接收电信号的步骤.最好包括用选择器18 引导信号的步驟.优选地，选择器18是有源的或无源的.
0076可以包括利用连接到负载16的组合器20将多个交流 -直流转换器14的输出组合起来的步骤，优选地，组合器20是有源 或无源的
0077本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个能量采集器38，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器10，其对于覆盖了至少20dB的输入功率范围提供了至少50%的输 入信号转换效率.
0078优选地，交流-直流转换器14被用在能量采集器38 中.能量采集器38可包括天线48.作为替代，能量采集器38可包括 压电元件50.
0079本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个能量采集器38,所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器10，其对于覆盖了至少为预定最小值的100倍的电阻性负栽16的 范围提供了至少50%的输入信号转换效率.
0080本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个能量采集器38,所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器IO,其对于覆盖了至少20dB的输入功率范围，在电荷存储设备再 充电时提供了至少50%的输入信号转换效率.
0081本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包括用于采集输入信号的装置，所述用于采集输入信号的装置包括用于
将交流转换到直流的装置，其对于覆盖了至少20dB的输入功率范围， 在电荷存储设备再充电时提供了至少50%的输入信号转换效率.用于 将交流转换到直流的装置可以是交流-直流转换器14。用于釆集信号 的装置可以是能量采集器38.
0082本发明涉及一种用于功率转换的装置10，如图12所 示.装置IO包括接收电信号的至少两个第一阻抗匹配网络12.装置 10包括与第一匹配网络电连接的組合器20.装置10包括通过组合器 20与第一阻抗匹配网络12相连的至少一个交流-直流转换器14.优 选地，组合器20是开关.
0083本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个能量采集器38，其包括至少一个交流-直流转换器14.装置 10包括至少两个非线性元件，其中所述至少两个非线性元件具有不同 的特性，
0084优选地，所述至少两个非线性元件是二极管、场效应 管或晶体管中的一种或多种。所述不同特性最好包括不同的阻抗或不 同的电阻.
0085本发明涉及一种用于功率转换的装置10。装置10包 括一个能量釆集器38,其包括至少一个交流-直流转换器14，其提 供了具有至少两个效率峰值的输入信号转换效率.
0086本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个能量采集器38，其包括至少一个交流-直流转换器14，其对 于从预定距离到10倍于该距离的范围提供了至少50%的输入信号转 换效率.
0087本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个能量采集器38，其包括至少一个交流-直流转换器14,所述 交流-直流转换器被配置为在笫 一距离处以笫 一效率接收第 一输入 功率，其中交流-直流转换器14在笫二距离处以笫二效率接收第二 输入功率.所述笫一距离大于笫二距离，而所述第一效率和第二效率基本近似.
0088优选地，笫一输入功率和第二输入功率由功率脉冲形成。
0089本发明涉及一种用于功率转换的装置10。装置10包 括一个能量采集器38，其包括至少一个交流-直流转换器14，其对 于至少16dB的输入功率范围提供了小于2.0的输入SWR.
00卯本发明涉及一种用于功率转换的装置10。装置10包 括一个能量采集器38,其包括至少一个交流-直流转换器14，其对 于至少为预定最小值的40倍的电阻性负栽16的范围提供了小于2.0 的输入SWR,
0091本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个能量采集器38,其包括至少一个交流-直流转换器14，其中 交流_直流转换器14的输出电阻响应于输入功率或负栽16电阻的改 变而变化.
0092装置10最好包括电压监控电路34，其确保电压电平 保持在指定的范围内.
0093本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个能量采集器38，其包括至少一个交流-直流转换器14,其对 于覆盖了至少20dB的输入功率范围提供了至少50%的输入信号转换 效率.
0094优选地，交流-直流转换器14被用在能量采集器38 中.能量采集器38包括天线48.作为替代，能量采集器38包括压电 元件50.
0095本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14，其对于至少为预定 最小值的100倍的电阻性负栽16的范围，提供了至少50%的输入信 号转换效率.输入接口可以是连接器、线、管脚、导线或任何其它能 够接收输入信号的适当元件.
0096本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14，其对于覆盖了至少 20dB的输入功率范围，在电荷存储设备再充电时提供了至少50%的 输入信号的转换效率。
0097本发明涉及一种用于功率转换的装置10。装置10包 括用于采集输入信号的装置，所述用于采集输入信号的装置包括实现 交流-直流转换的装置，其对于覆盖了至少20dB的输入功率范围， 在电荷存储设备再充电时提供了至少50%的输入信号转换效率.
0098本发明涉及一种用于功率转换的装置10。装置10包 括接收电信号的至少两个第一阻抗匹配网络12.装置10包括与第一 匹配网络电连接的組合器20.装置10包括通过组合器20与笫一阻抗 匹配网络12相连的至少一个交流-直流转换器14。优选地，组合器 20是开关.
0099本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14.装置10包括至少 两个非线性元件，其中所述至少两个非线性元件具有不同的特性.优 选地，所述至少两个非线性元件是一个二极管、场效应管或晶体管中 的一种或多种.所述不同特性最好包括不同的阻抗或不同的电阻.
0100本发明涉及一种用于功率转换的装置10,装置10包 括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14，其提供了具有至少 两个效率峰值的输入信号转换效率.
0101本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14,其对于从预定距离 到10倍于该距离的范围提供了至少50%的输入信号转换效率.
0102本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14，所述交流-直流转 换器被配置为在笫一距离处以第一效率接收第一输入功率，其中交流 -直流转换器14在笫二距离处以第二效率接收第二输入功率.所迷 笫一距离大于笫二距离，而所述笫一效率和第二效率基本近似.优选 地，笫一输入功率和笫二输入功率由功率脉冲形成.0103本发明涉及一种用于功率转换的装置10。装置10包 括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14，其对于至少16dB 的输入功率范围提供了小于2.0的输入SWR.
0104本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14，其对于至少为预定 最小值的40倍的电阻性负栽16的范围提供了小于2.0的输入SWR。
0105本发明涉及一种用于功率转换的装置10.装置10包 括一个输入接口和至少一个交流-直流转换器14，其中交流-直流转 换器14的输出电阻响应于输入功率或负栽16电阻的改变而变化.装 置10最好包括电压监控电路34，其确保了电压电平保持在指定的范 围内。
0106本发明涉及一种用于功率转换的装置。该装置包括一 个输入接口和至少一个交流-直流转换器，其提供了相对于负栽电阻 具有至少两个效率峰值的转换效率。
0107本发明涉及一种用于功率转换的装置.该装置包括一 个输入接口和至少一个交流-直流转换器，其提供了相对于输出电流 具有至少两个效率峰值的转换效率.
0108本发明涉及一种用于功率转换的装置.该装置包括一 个能量采集器，其包括至少一个交流-直流转换器，其提供了相对于 负栽电阻具有至少两个效率峰值的转换效率.
0109本发明涉及一种用于功率转换的装置.该装置包括一 个能量采集器，其包括至少一个交流-直流转换器，其提供了相对于 输出电流具有至少两个效率峰值的转换效率
0110本发明公开了一种方法和装置IO，其提供了一种比现 有技术更加优越的方案，能够对改变的负栽和输入功率电平进行有效 的交流-直流转换.在这种情况下，有效的交流-直流转换被定义为 大于50%;但是，不同的应用可能有不同的规定.本发明不仅被应用
2Z)2
于电感(近场)，还用于远场区域.远场区域通常被定义为"丁， 其中r U射和接收天线48之间的距离，D是发射或接收天线48的最大尺寸，X是波长.本发明在交流-直流转换电路中实现，允许由 一个单个的功率发射器操作多个设备，这与现有技术中在发送端实现 的解决方案不同，
0111当考虑现有技术时，图2所示电路在适当设计时能够 在有限输入功率范围内驱动固定的电阻性负栽16,同时对交流-直流 转换器14和负栽16的等效阻抗的影响最小.但是，当负载16改变 时，转换效率下降.使效率下降2%或更多和/或使交流-直流转换效 率下降到对于应用特定的阈值之下，例如50%的转换效率，被认为是 显著的下降.在一个例子中，图2中的电路被构造为用电位器作为负 栽16.输入被匹配到50欧姆，并连接到一个RF网络分析器.随后 对于10k欧姆、5k欧姆、2.5k欧姆和1.25k欧姆的电位器设置，在不 同的输入功率电平下测量交流-直流转换效率。图5所示的结果示出 了负栽16从最优的10k欧姆变化到5k欧姆会使得OdBm (dBm是涉 及1毫瓦的分贝)的交流-直流转换效率从66.25 %下降到59.58 % . 从10k欧姆变化到2.5k欧姆，效率会下降得更多，使得OdBm的交流 -直流转换效率从66.25 %下降到43.18 % .从10k欧姆变化到1.25k 欧姆，效率会下降得更为剧烈，使得OdBm的交流-直流转换效率从 66.25 °/。下降到26.91%.
0112但是，这里所述的本发明产生的交流-直流转换效率 不会像图5所示现有技术一样受到负栽16电阻的显著影响.为了阐 释这一点，本发明也使用电位器作为负栽16来测量，其被设置为10k 欧姆、5k欧姆、2.5k欧姆和1.25k欧姆.图6所示的结果示出了负栽 16从最优的10k欧姆变化到5k欧姆仅会使OdBm的交流 一 直流转换 效率从61.75 %下降到54.19 %.从最优的10k欧姆变化到2.5k欧姆会 使得OdBm的交流-直流转换效率从61.75 %下降到54.94 % .从最优 的10k欧姆变化到1.25k欧姆会使得OdBm的交流 一 直流转换效率从 61.75%仅下降到48.42%.可以看出，本发明在OdBm的最优负栽16 阻抗时的交流-直流转换效率仅下降了4艮少，但是其它负栽16时的 交流-直流转换效率相对于现有技术仍保持较高值，尤其在负栽16阻抗的最低值1.25k欧姆时.本发明在高于0dBm的功率电平时也显 著优于现有技术.
0113当电池32或诸如大电容或LED的其它功率存储元件 44被连接到交流-直流转换器14用于再充电或供电时，图5所示转 换效率的下降被加大.电池32、功率存储元件44或LED保持相对稳 定的电压，因此输入功率的改变会导致输出电流的改变，这改变了从 交流-直流转换器14的输出端看到的等效电阻.等效电阻被定义为 输出电压除以输出电流.在一个例子中，如果l毫瓦(lmW)被输入 到连接到3伏电池32上的交流 一 直流转换器14,交流 一 直流转换效 率是50% ，交流 一 直流转换器14端看到的等效负栽16由下式给出
印—了— e户—P
其中VB是电池32的电压，18是流过电池32的电流，e是交流 -直流转换效率，Pm是交流—直流转换器14的输入功率，并且POUT 是交流-直流转换器14的输出功率。对于这个例子，等效电阻是18k 欧姆.但是，如果输入功率变为2毫瓦(2mW),转换效率保持为 50%,等效电阻被降低到9k欧姆。利用这个例子，可以看到等效负 栽16电阻和交流-直流转换器14的输入功率成反比。
0114交流-转换器14转换效率的变化可分成两类.首先， 当交流 一 直流转换器14和负载16的等效阻抗ZEQ不是源阻抗的复共 轭时，功率可能会损失(M射)。图7中示出了一个例子.这种损 失可以通过最大功率传输定理来确定，这对于本领域技术人员是公知 的.最大功率传输定理表明当源和负栽16的阻抗是复共轭时，从源 端到负栽16传递了最大功率.
0115效率损失的笫二种形式是由于交流-直流转换器14 的直流输出电阻和负栽16电阻之间的错误匹配造成的.为了本发明 的目的，如果反射或损失了超过10%的功率，则认为阻抗失配是显著 的.对于交流-直流转换器14，输出是直流，因此电阻必须相等.交 流-直流转换器14输出端的简化等效电路可以在图8中看到，其中 Ro是交流-直流转换器14的直流输出电阻，RL是负栽16的电阻.从图8和最大功率传输定理可知，当Ro-RL时，从交流-直流转换器 14到负栽16传递了最大功率.因此该条件被认为是最佳的负栽16电 阻.需要注意的是，这两种效率损失相互关联.作为一个例子，由于 直流输出失配，改变负栽16的电阻不仅导致损失，而且负栽16电阻 的改变也改变了由源端看到的等效阻抗，这导致了输入失配。
0116本发明通过利用多个交流-直流转换器14创建多条 交流-直流路径22来解决先前所述的两种效率损失.多条路径允许 每条路径针对给定的特性被优化，从而在很宽的输入参数范围内提供 接近最优的性能.
0117本发明可以用多种不同的组合形式来实施.在第一个 实施例中，负栽16被固定在如上所述的最佳的负载16电阻或与之接 近，输入功率是可变的.如前所述，通过适当设计，图2中的交流-直流转换器14能够有效地驱动有限输入功率范围内的固定负栽16。 这可以从图5中看出.但是，如果希望在比现有技术所能提供的输入 功率范围更大的输入功率范围内有效驱动负栽16，或者当发现在负栽 16固定的其它应用中比较有利时，可以使用本发明，本发明的一个实 施例的方框困可以在图9中看到，其中交流-直流转换器包括一个选 择器，两个第一阻抗匹配网络12，两个交流-直流转换器14，以及 与输入和负栽16相连的组合器20.
0118如图9所示，输入是具有源阻抗Rs的交流源，其最初 使用第二阻抗匹配网络24初始匹配到选择器18、交流-直流转换器 14及其相关联的笫一阻抗匹配网络12、组合器20和负栽16的等效 电路.笫一和笫二阻抗匹配网络12、 24可以是但不限于Pi形、T形、 L形、单个串联元件或单个并联元件网络，其可以包括本领域技术人 员公知的电感和电容的組合，并在Wifred N. Caron所著的"Antenna Impedance Matching"和 Pieter L. D.所著的"The Desgin of Impledance-Matching Networks for Radio-Frequency and Microwave Amplifiers，，中进行了详细描述，这两本书在此并入作为参考.需要注 意的是，笫一和笫二阻抗匹配网络12、 24中使用的电容和电感是分立元件、在诸如印刷电路板36 (PCB)或芯片的基板上形成的元件、 固有元件或寄生元件。第二阻抗匹配网络24的输出被连接到选择器 18，选择器将信号引导到适当的交流-直流路径22,选择器18可以 是但不限于简单的硬线连接，如微带线，平衡-非平衡(BALUN) 变压器，或者有源开关电路，如晶体管、PIN二极管(组)或者继电 器。每条交流—直流路径22使用其各自的第一阻抗匹配网络12和本 领域人员公知的阻抗匹配技术在不同的功率电平下匹配到一个预定 的阻抗值，如标准天线类型的50欧姆。随后使用组合器20把各个交 流 一 直流转换器14的输出组合起来，组合后的直流被发送到负栽16. 组合器可以是但不限于诸如微带线的简单硬线连接、诸如二极管的分 立元件、或者诸如晶体管、PIN二极管(組)或继电器的有源开关电 路.如果两条路径互相干扰，可能需要在输入端之后设置第二阻抗匹 配网络24，这可能是使用可以用直接线路连接实现的有源选择器18 和/或组合器20的情况.本发明可使用的交流 一 直流转换器14可以是 但不限于倍压器(一级或多级)、电荷泵、峰值检测器(串联或并联)、 桥式整流器或其它交流整流电路.
0119通过实验已经确定，当在OdBm时匹配并被适当设计 时，图2所示电路能够有效地驱动-7到+ 10dBm范围(17dB范围， 见图5)内的固定负栽16电阻.但是，如果需要-20到+ 10dBm的 范围，图2所示电路会产生图4所示的结果，转换效率在较低功率电 平时会下降到低于50% (小于-7dBm) 在这种情况下，由于阻抗 失配而使得图2中的交流-直流转换器14的输入端发生功率反射， 导致转换效率下降.阻抗失配是由于输入功率变化而引起的.交流-直流转换器14包括非线性元件.元件的非线性特性意味着其阻抗值 随功率电平而变化，这从而会导致源端和交流-直流转换器14之间 的阻抗失配.
0120这一问题的解决方案是使用图9中的交流-直流转换 器14,其中顶部的交流-直流转换器14在-13dBm下匹配，底部的 交流 一 直流转换器14在+OdBm下匹配.随后，选择器18可根据输入功率电平选择用于输入信号的适当路径，如先前所述，顶部的交流-
直流转换器14将能够驱动17dB范围内的固定的最佳负栽16电阻， 这意味着其能够在一 20dBm到一 3dBm范围内有效地转换输入的交流 信号.底部的交流_直流转换器14也能够转换17dB范围内的输入交 流信号，这意味着其能够转换功率电平为_ 7dBm到+ 10dBm范围内 的输入信号.这两个交流-直流转换器14的组合允许整个交流-直 流转换系统能够接受从-20dBm到+10dBm或者30dB功率范围的输 入功率电平，30dB的范围是单个交流-直流转换器14范围的20倍。
0121需要注意的是，选择器18可以是有源的或无源的.在 有源情况下，使用一个控制单元，根据功率电平或负栽16电阻选择 用于到来的信号的适当路径.如果选择器18是无源单元，其可以是 但不限于用简单的硬线连接来实现.在这种情况下，信号被提供给交 流 - 直流转换器14和第一阻抗匹配网络12的输入端.信号还用更多 功率来分割，选择在输入信号的功率电平下具有最小失配的路径.
0122组合器20可以根据系统其余部分的配置采用各种不 同的形式.作为一个例子，组合器20如果是有源的话，其可以用类 似于选择器18(如果选择器也是有源的话)中使用的开关来实现，并 且这两者可以由相同的控制器或不同的控制器来控制.在有源情况 下，控制单元被用于根据功率电平或负栽16电阻为到来的信号选择 适当的路径.当无源系统比较有利时，組合器20可以用筒单的硬线 连接来实现，只要未使用的交流 一 直流路径22的输出不会影响性能， 或者可以用一个或多个截至二极管模块来实现.在选择器18和组合 器20均为无源的情况下，转换器的一个例子如困IO所示，其中匹配 已经被配置成与前一个例子相同.
0123本发明如何实现的笫二个实施例是具有固定的输入功 率和可变的负栽16电阻，如图ll所示.
0124在图2的现有技术电路中，由于交流-直流转换器14 的输出电阻和负栽16电阻的失配，会产生由最大功率传输定理所描 述的损失.相应的转换效率类似于困3所示.图2中的交流-直流转换器14可匹配到最佳负栽16电阻之外的负载16,使得在该负载16 电阻值下输入失配产生的转换效率损失最小.但是，由于交流-直流 转换器14的输出直流电阻和负栽16电阻之间的失配仍会产生转换效 率的损失，转换效率的形状类似于图3所示.输入阻抗和由于负栽16 电阻的改变而导致的交流-直流转换器14输入阻抗之间的阻抗失配 也会产生损失。
0125本发明可以用来解决转换效率下降的问题，这是通过 以下方式来实现的把图11中的顶部交流-直流转换器14匹配到处 于或接近一个可变负栽16在某一时刻处于或接近的离散电阻.图11 中的底部交流-直流转换器14被匹配到该可变负栽16在某个时刻处 于或接近的另一个不同的离散电阻.这种技术会减小输入阻抗和由于 负栽16电阻改变引起的交流_直流转换器14输入阻抗的阻抗失配而 导致的损失，如图5所示.但是，在这种情况下交流-直流转换器14 输出直流电阻和负栽16电阻之间的失配导致的损失仍然存在.
0126在前面的两个实施例中，对于固定输入功率/可变负栽 16阻抗和固定16阻抗/可变输入功率进行了讨论；如果如图12所示， 组合器20被放置在交流-直流转换器14前面，就不需要多条交流-直流转换器14.这可以有效地在两个第一阻抗匹配网络12之间切换， 从而用同一个交流-直流转换器14工作.当使用诸如晶体管、PIN 二极管或继电器的有源器件作为选择器18和组合器20进行选择时 (这些元件由控制器控制)，这种实现方式是有效的.如果使用通过 简单硬线连接实现的无源选择，由于并行匹配网络会减小为单个匹配 网络，仍会产生与现有技术中同样的问题，使用单个交流-直流转换 器14的实现方式不再有效.
0127对于无源选择的情况，每条路径上的交流-直流转换 器14确保输出端不会出现交流信号.输出端没有交流信号意味着两 条路径的输出不会发生破坏性的干扰.输出端没有交流信号有时被称 为破坏相位.需要注意的是，对于有源选择的情况，可能会发现仍包 括两个交流-直流转换器14是有利的.但是，对于大多数应用来说，交流—直流转换器14可以减少为单个交流—直流转换器，
0128本发明如何实现的第三个且更为实际的实施例可以针 对可变的输入功率和可变的负栽16电阻来实现，如图13所示。
0129交流-直流转换应用的一种实际情况，如射频-直流 转换，具有可变的输入功率和可变的负栽16电阻.这种情况结合了 与前述两个实施例(固定的输入功率/可变的负栽16电阻以及固定的 负栽16电阻/可变的输入功率)相关的问题。这些问题是由于交流-直流转换器14的输入和输出阻抗失配造成的.输入阻抗失配的解决 方案在第一个实施例中提出，在不同功率电平下把每条路径匹配到最 佳负栽16电阻.该实施例的问题是其被限制为最佳的负栽16电阻. 第一个实施例中的另一问题是交流-直流转换器14的输出电阻和负 栽电阻16之间的电阻失配引起的非最佳负栽16而导致的损失.这个 问题在第二个实施例中通过把每条路径匹配到不同的电阻来解决 笫 二个实施例中的问题是其用于固定的功率，而功率电平改变会导致交 流-直流转换器14输入端的失配，从而使得转换效率下降，
0130输出端失配损失和输入端失配损失的解决方案是调整 交流-直流转换器14的参数，使它们具有不同的输出电阻，从而使 得转换器可以具有一个以上的最佳负栽16.换句话说，输出电阻随输 入功率和/或负栽16而改变.可以使用不同的二极管、晶体管或其它 非线性元件或者使用不同的交流 一直流电路拓朴来调整参数.优选使 用不同的二极管，其中至少一个二极管具有不同的电阻、阻抗、导通
电压、结电容或其它特性.然后，该技术可以结合第一个实施例所述 方法来实现，在不同的功率电平下匹配每条路径.其结果是提供了具 有两个峰值的交流-直流转换效率曲线图，与图3所示的单个峰值不 同.得到的曲线图在很宽的负栽16电阻范围内有近似恒定的转换效 率，如图14所示.
0131在不同的输入功率电平下将多条交流-直流路径22 与不同输出电阻相匹配的技术能够很好地工作，除了当把转换器连接 到电池32用于再充电或连接到LED用于直接供电时.电池32或LED的等效电阻和交流-直流转换器14的输入功率成反比，这意味着在 低功率电平时，电池32或LED相当于一个大电阻器，而在高功率电 平时，电池32或LED相当于一个小电阻器.这种实现方式允许每条 路径针对特定的功率电平和负栽16电阻被优化。作为一个例子，图 13中上部的交流-直流路径22可以是在高功率电平时匹配的阻抗， 该路径内的交流-直流转换器14可以被设计成具有低的最佳负载16 的电阻.另一方面，下部的路径可以是在低功率电平下匹配的阻抗， 该路径内的交流-直流转换器14可以被设计成具有高的最佳负载16 的电阻，使用无源选择器18和组合器20 (直接连线)得到的转换器 可以在图15中看到.
0132需要注意的是，对于电池32 (或对于其它存储器)充 电以及直接驱动电路或电阻负栽的应用，可能需要在組合器20的输 出端设置一个电压监控电路34，以确保电压电平保持在指定的范围 内.电压监控电路34可以包括但不限于过压保护、欠压保护或者这 两者的一些组合；稳压器；直流-直流转换器；或者其它能够确保电 压电平保持在指定范围内的电路.这可以在图16中看到。
0133这里描述的概念已经在射频功率采集应用中得到验 证.图21所示的转换器在印刷电路板36 (PCB)上制造，尽管也可 以把转换器制造在半导体或类似芯片上.在已制造好的转换器内，图 中的AC源和源电阻已经通过能量采集天线48来实现，匹配和输出 电阻被设计成驱动3伏的电池32.测试结果表明这种设计在从-ldBm到+20dBm范围内的转换效率超过了 50%，这可以从图17中看 到并和现有技术相比较，同时对于几乎整个905.8兆赫兹(MHz)的频 率范围和3伏的电池32保持了低于2.0的驻波比(SWR) SWR是 描述交流 一 直流转换器14和负栽16电阻的等效电路与输入阻抗匹配 程度如何的量度，在这种情况下输入端是一个50欧姆天线48.图22 至24示出了使用网络分析仪测得的SWR数据.如这些附图中所示， 交流 一 直流转换器对于-1.82dBm到14.3dBm或者超过16dB范围的 输入功率具有低于2.0的SWR.同样对于超过16dB (该范围覆盖了最小值的40倍)的负栽16范围也是成立的，即SWR小于2.0, 2.0 的SWR近似是10 %的反射损耗.
0134重要的是，在射频功率采集应用中，转换器的功率范 围，例如-ldBm到+20dBm，可以被转换成距功率发射机的距离.本 领域技术人员所熟知的是，远场的接收天线48可获得的功率和发射 器与接收器之间距离的平方成反比.考虑到这一点以及-ldBm到 十20dBm的功率范围(从最低功率到最高功率的差近似为20dB或最 低功率的100倍)，该实例中转换效率超过50%时的距离可以通过与 功率范围的平方根成正比的距离X得出，或者对于这种情况，平方根 为100.通过该实例可以看出，已经制造好的转换器可以从距离X到 更大的10X距离传送大于50W的功率，其中X是通过功率设置、增 益以及功率发射器的算法确定的.换句话说，本发明的转换效率基本 上不随距离变化而改变.需要注意的是，本发明在给定时刻的交流-直流转换效率是基于瞬时的功率电平(所述给定时刻的功率电平)， 因此使用诸如脉冲算法的发射器算法，如美国临时申请60/656165以 及相关美国专利申请11/356892中所公开的，这两篇文献在此并入作 为参考，本发明能够在比图17所示低得多的平均输入功率电平下有 效地进行交流 一 直流转换.作为一个例子，如果OdBm的连续波(CW) 交流输入被提供给本发明，从图17可以看出，转换效率大致为57%， 因为峰值瞬时功率是OdBm.但是，如果以25%占空比周期来脉冲提 供OdBm，平均功率是OdBm的四分之一或-6dBm.根据图17， -6dBm处的转换效率是0%.但是，使用脉冲意味着输入功率在脉冲 持续期间有一个OdBm的峰值瞬时功率，闳此交流-直流转换效率仍 大致为57%.该实例表明，通过调整脉冲的峰值功率电平以落入图 17中的高转换效率区域，即-l到20dBm,使用脉冲允许困17中的 交流-直流转换效率曲线图被移位到较低的功率电平.但是，平均功 率可位于高转换效率区域之外.在射频功率采集应用中，本发明使用 脉冲方法允许交流-直流转换器14对于与CW信号相同的平均功率， 在距发射器更远的距离上有效地转换由天线48捕获的RF能量.0135因为光是AC的一种形式，这里描述的技术也可应用 于太阳能电池板以及其它光-直流转换电路.上述概念仍然适用；但 是，这些模块不用电路表示，而是用光学设备来表示，例如但不限于 透镜、光学滤波器、光纤等。太阳能电池板如何应用本发明所述概念 的一个例子可以通过实现使太阳能单元获得与图3所示相同的转换效 率而加以描述。太阳能电池负栽16电阻的最佳值产生最大输出功率。 通过生成相邻但具有不同输出电阻的太阳能电池使得太阳能电池板 可具有不止一个最佳电阻性负栽16，可以应用上述技术，这允许太阳 能电池板在更宽的负栽16电阻范围内具有接近最优的转换效率.
0136如太阳能电池的实例所示，本发明可以应用到许多领 域，例如但不限于射频功率采集中交流-直流转换的整流电路、压电 功率采集、太阳能电池、发电机、振动采集、声波采集、或者需要交 流-直流转换的其它应用.如前面列出的应用所示，本发明在能量采 集或功率釆集领域有许多不同的实施方式.能量采集被定义为从周围 环境获得能量，并把所获取的能量转换成另一种能量形式.所获取的 能量可以针对釆集目的而专门生成或者由环境生成，这意味着能量是 来自环境的，或者为另一种目的生成，例如但不限于太阳光和射频通 信.采集能量的装置10被定义为能量采集器38,其包括但不限于天 线48、压电元件50、太阳能电池、发电机、振动采集器、声波釆集 器、风采集器、能够采集能量的任何其它元件或光件组、交流-直流 转换器14、倍压器(一级或多级)、电荷泵、峰值检测器(串联或并 联)、桥式整流器、其它交流整流电路或者本发明.
0137需要注意的是，上述实施例也可以应用到其它存储设 备，例如但不限于电容器.转换器还可以设计成直接驱动在不止一种 操作模式下运行的任意电路，例如但不限于在睡眠模式和工作模式下 运行的微处理器.微处理器的等效电阻在睡眠模式下很髙，而在工作 模式下很低，因此需要在不止一个电阻性负栽16下进行有效的交流 -直流转换.
0138可能需要一种具有更宽的输入功率电平和/或负栽16电阻范围的转换器.对此，使用这里详细描述的同一过程来实现两个
以上的交流-直流路径22.这样的一个例子在图18中示出，其中阐 释了多条交流 一 直流路径22.
0139本发明被设计成与可以使用的交流-直流转换器14 的类型无关，已测试了几种交流-直流转换器14，已知均可以用于本 发明.图2示出了现有技术的倍压器，其已经用本发明测试过，图19 示出了一个已经测试过的单二极管全波整流器40，已经知道可以用于 本发明，需要注意的是，不同的交流-直流转换器14电路拓朴，如 图2、图19和图20所示，可以用于本发明来产生所需的效果.
0140图20示出了一个已经测试过的单二极管半波整流器 42,已经知道可以用于本发明.本发明还可以^^吏用任何其它的交流整 流电路.
0141图22是对于图21所示本发明实施例在905.8MHz的 不同输入功率电平下测得的输入SWR数据的曲线图.
0142图23是对于图21所示本发明实施例在905.8MHz的 不同输入功率电平下测得的输入阻抗的曲线图.
0143图24是对于图21所示本发明实施例在905.8MHz的 不同输入功率电平下测得的输入阻抗的曲线图，其中史密斯圃图的圆 圏内的阻抗对应于小于2.0的SWR值.
0144本领域技术人员应理解前述说明仅对本发明的优选实 施例进行了详细说明，可以进行各种修正、增加和改变，而不会背离 本发明的主旨和范围.
权利要求
1、一种用于功率转换的装置，包括接收电信号的至少一个第一阻抗匹配网络；以及与第一阻抗匹配网络相连的多个交流-直流转换器，被配置为与一个负载相连，其中所述装置被配置为与一个输入相连。
2、 如权利要求l所述的装置，其中具有多个与所述多个交流-直流转换器相连的第一阻抗匹配网络。
3、 如权利要求2所述的装置，其包括用于将信号引导到第一阻 抗匹配网络的选择器，
4、 如权利要求3所述的装置，其中所述选择器是有源或无源的.
5、 如权利要求1所述的装置，其包括连接到所述多个交流 - 直 流转换器的组合器，用于将所述交流-直流转换器的输出组合起来。
6、 如权利要求5所述的装置，其中所述組合器是有源或无源的。
7、 如权利要求l所述的装置，其中所述多个交流-直流转换器 确定了多条交流-直流路径，其中每条路径针对给定的特性被优化。
8、 如权利要求l所述的装置，其包括被配置为把该装置的阻抗 与输入阻抗相匹配的第二阻抗匹配网络。
9、 如权利要求7所述的装置，其中每条交流-直流路径被匹配 到一个预定的阻抗值，
10、 如权利要求7所迷的装置，其中每条交流—直流路径具有 不同的输出电阻.
11、 如权利要求7所述的装置，其中使用所述至少一个第一阻 抗匹配网络在不同的输入功率电平下把每条交流-直流路径匹配到 一个预定的阻抗值.
12、 如权利要求3所述的装置，其中所迷选择器是有源的，该 选择器包括选择器控制单元，所述选择器控制单元根据输入功率电平 或负栽电阻选择适当的交流 一直流转换器.
13、 如权利要求12所述的装置，其包括连接到所述多个交流 -直流转换器的组合器，用于将所述交流-直流转换器的输出组合起 来，其中所述组合器是有源的，并包括组合控制单元.
14、 如权利要求13所述的装置，其中所述选择器控制单元和 所述組合器控制单元是同 一个控制单元。
15 、 如权利要求1所述的装置，其中所述交流—直流转换器中 的一个的输出电阻被设计成处于或接近一个所述负栽在某个时刻处 于或接近的离散电阻；而所迷交流-直流转换器中的另一个的输出电 阻被设计成处于或接近所述负载在另一时刻处于或接近的另一个不 同的离散电阻，
16、 如权利要求1所述的装置，其中每个交流-直流转换器具 有对应于相关的最佳负栽的不同输出电阻.
17、 如权利要求1所述的装置，其中所述交流-直流转换器中 的一个的输出阻抗在一个功率电平下被匹配到一个预定值，而所述交 流-直流转换器中的另一个的输出阻抗在另一功率电平下被匹配到 另一个预定值，
18、 如权利要求7所述的装置，其中所述负栽是电池，每个交 流 一直流转换器都与该电池电连接，并且每条交流-直流路径针对特 定输入功率电平和负栽电阻被优化
19、 如权利要求18所迷的装置，其包括一个连接在多个交流 -转换器和电池之间的电压监控电路，所述电压监控电路确保了电压 电平保持在指定的范围内.
20、 如权利要求18所述的装置，其包括印刷电路板，所述多 个交流-直流转换器和至少一个笫一匹配网络设置在这个印刷电路 板上.
21、 如权利要求1所述的装置，其中该装置被包括在产生电信 号的能量采集器中.
22、 如权利要求21所述的装置，其中所迷能量采集器包括天 线、压电元件、太阳能电池、发电机、振荡采集器、声波采集器或风采集器.
23、 如权利要求1所述的装置，其中所述多个交流-直流转换 器中的至少 一个是单二极管全波整流器.
24、 如权利要求1所述的装置，其中所述多个交流-直流转换 器中的至少一个是单二极管半波整流器。
25、 如权利要求1所述的装置，其中所述多个交流-直流转换 器中的至少一个是倍压器.
26、 如权利要求1所述的装置，其中所述负栽包括与至少一个 交流-直流转换器电连接的至少一个功率存储元件.
27、 如权利要求1所述的装置，其中所述负栽被固定在最佳电 阻或接近最佳电阻，而电信号提供了可变的输入功率.
28、 如权利要求1所述的装置，其中所述负栽是可变的，而电 信号提供了固定的输入功率.
29、 如权利要求l所述的装置，其中所述负栽是可变的，而电 信号提供了可变的输入功率.
30、 一种为负栽供电的方法，包括以下步骤 在阻抗匹配网络处接收电信号；在与阻抗匹配网络相连的多个交流 一直流转换器处对信号进行 转换；以及向与多个交流 一直流转换器相连的负栽提供电流，
31、 如权利要求30所述的方法，其中接收步骤包括在与多个 交流 一直流转换器相连的多个阻抗匹配网络处接收电信号
32、 如权利要求31所述的方法，其包括用选择器引导信号的 步稞.
33、 如权利要求32所述的方法，其中所述选择器是有源或无 源的.
34、 如权利要求31所述的方法，其包括用连接到负栽的组合器将多个交流-直流转换器的输出组合起来的步骤.
35、 如权利要求34所述的方法，其中所述組合器是有源或无源的，
36、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转 换器，所述交流-直流转换器对于覆盖了至少20dB的输入功率范围 提供了至少50%的输入信号转换效率.
37、 如权利要求36所述的装置，其中所述能量采集器包括天线。
38、 如权利要求36所述的装置，其中所述能量采集器包括压 电元件.
39、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转 换器，所述交流-直流转换器对于覆盖了至少为预定最小值的100倍 的电阻性负栽范围提供了至少50%的输入信号转换效率.
40、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流 - 直 流转换器，所述交流-直流转换器对于覆盖了至少20dB的输入 功率范围，在对电荷存储i殳备充电或再充电时提供了至少50%的 输入信号转换效率.
41、 一种用于功率转换的装置，包括用于采集输入信号的装 置，所述用于采集输入信号的装置包括用于把交流转换成直流的装 置，所述用于把交流转换成直流的装置对于覆盖了至少20dB的输入 功率范围，在对电荷存储设备充电或再充电时提供了至少50 %的输入 信号转换效率.
42、 一种用于功率转换的装置，包括 接收电倌号的至少两个笫一阻抗匹配网络； 与笫一阻抗匹配网络相连的至少一个交流-直流转换器；以及 与笫一匹配网络电连接的组合器.
43、 如权利要求42所述的装置，其中所述組合器是开关.
44、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量釆集器包括至少一个交流-直流转换器； 至少两个非线性元件，其中所述至少两个非线性元件具有不同的特性。
45、 如权利要求44所述的装置，其中所述至少两个非线性元 件是二极管、场效应管或晶体管中的一种或多种.
46、 如权利要求44所述的装置，其中所述不同的特性包括不 同的阻抗或不同的电阻，
47、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器，所述交流-直流转换器提供了具有至少两个效率峰值的输入 信号转换效率。
48、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器，所述交流-直流转换器提供了相对于负栽电阻具有至少两个 效率峰值的转换效率.
49、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量釆集器包括至少一个交流-直流转换 器，所述交流 一直流转换器提供了相对于输出电流具有至少两个 效率峰值的转换效率，
50、 一种用于功率转换的装置，包括能量釆集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器，所迷交流-直流转换器对于从预定距离到十倍于该距离的范 围提供了至少50%的输入信号转换效率.
51、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器，所述交流-直流转换器被配置为在第一距离处以笫一效率接 收笫一输入功率，其中所述交流-直流转换器在第二距离处以笫二效率接收 第二输入功率，所述笫一距离大于第二距离，以及 所述笫 一效率和第二效率基本近似.
52、 如权利要求51所述的装置，其中所述第一输入功率和第 二输入功率由功率脉冲形成。
53、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器，所述交流-直流转换器对于至少16dB的输入功率范围提供 了小于2.0的输入SWR。
54、 一种用于功率转换的装置，包括能量采集器，所述能量釆集器包括至少一个交流-直流转换 器，所述交流-直流转换器对于至少为预定最小值的IO倍的电阻 性负栽范围提供了小于2.0的输入SWR,
55、 如权利要求l所述的装置，其中所述负栽是LED.
56、 一种用于功率转换的装置，包括能量釆集器，所述能量采集器包括至少一个交流-直流转换 器，其中所述交流-直流转换器的输出电阻响应于输入功率或负 栽电阻的改变而变化.
57、 如权利要求56所述的装置，其包括一个电压监控电路， 该电压监控电路确保了电压电平保持在指定范围内，
58、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器对于覆盖了至少20dB的输入功率范围提供了至少50% 的输入信号转换效率.
59、 如权利要求58所述的装置，其中所迷交流-直流转换器 被用在能量采集器内.
60、 如权利要求59所述的装置，其中所述能量采集器包括天
61、 如权利要求59所述的装置，其中所述能量采集器包括压 电元件.
62、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器对于覆盖了至少为最小预定值的100倍的电阻性负栽范 围提供了至少50%的输入信号转换效率。
63、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器对于覆盖了至少20dB的输入功率范围，在为电荷存储 设备充电或再充电时提供了至少50%的输入信号转换效率。
64、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器；至少两个非线性元件，其中所述至少两个非线性元件具有不 同的特性.
65、 如权利要求64所述的装置，其中所述至少两个非线性元 件是二极管、场效应管或晶体管中的一种或多种.
66、 如权利要求64所述的装置，其中所述不同的特性包括不 同的阻抗或不同的电阻.
67、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器提供了具有至少两个效率峰值的输入信号转换效率.
68、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，其中所迷交流-直流转换器提供了相对于负栽电阻具有至少两个效率峰值的转 换效率.
69、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，其中所迷交流-直流转换器提供了相对于输出电流具有至少两个效率峰值的转 换效率.
70、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，其中所述交流-直流转换器对于从预定距离到十倍于该距离的范围提供了至少50%的输入信号转换效率，
71、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器被配置为在第 一距离处以第 一效率接收笫 一输入功率，其中所述交流_直流转换器在第二距离处以第二效率接收 第二输入功率，所述第一距离大于第二距离，以及 所述第 一效率和第二效率基本近似。
72、 如权利要求71所述的装置，其中所迷第一输入功率和第 二输入功率由功率脉冲形成.
73、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器对于至少16dB的输入功率范围提供了小于2.0的输入 SWR,
74、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，所述交流-直流转换器对于至少为预定最小值的40倍的电阻性负载范围提供 了小于2.0的输入SWR。
75、 一种用于功率转换的装置，包括 一个输入接口和至少一个交流-直流转换器，其中所述交流-直流转换器的输出电阻响应于输入功率或负栽电阻的改变而变 化.
76、 如权利要求75所述的装置，其包括一个电压监控电路， 该电压监控电路确保了电压电平保持在指定的范围内
全文摘要
一种用于功率转换的装置，其包括接收电信号的至少一个阻抗匹配网络。该装置包括与阻抗匹配网络相连的多个交流-直流转换器。还公开了一种为负载供电的方法以及用于功率转换的装置的附加实施例。
文档编号A61B5/0402GK101309639SQ200680039752
公开日2008年11月19日 申请日期2006年10月23日 优先权日2005年10月24日
发明者丹尼尔·W·哈里斯特, 查尔斯·E·格林 申请人:鲍尔卡斯特公司