专利名称：吸收电磁波的充电电路及电子设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种充电电路，尤其涉及一种将吸收的电^f兹波转换处理为电能的充电电 路，以及具有该充电电路的电子设备。
背景技术：
能源问题是21世纪人类面临的重大问题之一。由于能源在分布、开发、生产和消费上 存在不均衡性，加之近半个世纪全世界能源的消费随社会经济的发展和人们生活水平的提高 也大幅度增长。特别是石油成为世界上的主要能源后，在某些地区的某个时间出现了某种能 源满足不了国民经济的发展需要，从而出现所谓的"能源危机"，即能源问题。
而纵观我们日常生活中的各种电子设备，其均直接或间接通过电网获得电能达到正常运 行，其电能消耗较大。如果能有效P争低各种电子设备的功耗，也是减緩能源危机的有效途径之一。
同时，我们生活的空间中充斥着各个频段的电磁波，大部分电磁波为无用的电磁波。若 能够充分利用空间中无用的电磁波，将电磁波有效的转换成直流电压提供给电子设备，则将 是利用能源和节能的巨大进步。
因此，如何本着对电子设备的低功耗设计及有效利用能源的设计理念，解决吸收无用电 磁波来为电子设备提供直流电压，已成为当前急需解决的难题之一。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种将吸收的电磁波转换处理为电能的充电电路，以及具有该 充电电路的电子设备，以通过吸收电磁波为电子设备提供直流电压，达到有效利用能源和节 能的目的。
为解决本实用新型的技术问题，本实用新型公开一种吸收电磁波的充电电路，以及一种
具有一个或多个吸收电磁波的充电电路的电子设备。其中，充电电路包括吸收电磁波并产 生谐振，输出谐振电压的压控谐振器；压控谐振器相连用于将谐振电压耦合输出的耦合输出 电路和与耦合输出电路相连用于整流滤波处理的整流滤波电路；连接在整流滤波电路的输出 端和压控谐振器的输入端之间的反馈电路，该反馈电路提供自动增益控制使压控谐振器的谐 振频率跟踪接收的电磁波频率变化。
较优的，所述压控谐振器包括吸收电磁波的天线；与天线并接且电容量受反馈电路的 反馈电压控制变化的变容二极管。
较优的，所述反馈电路包括直济ui文大器；串接在直流放大器的输出端与变容二极管之 间用于为变容二极管提供偏直电压，同时隔离交流的偏置电阻。
较优的，所述反馈电路还包括串接在直^i史大器的输入端和输出端之间，用于调节直 流放大器放大倍数的两个分压电阻。
较优的，所述耦合输出电路包括串接在天线和变容二极管直接的隔直电容；串接在天 线与整流滤波电路之间的耦合电容。
较优的，所述整流滤波电路包括滤波电容；串接在耦合电容和滤波电容之间整流二极管。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果本实用新型吸收空间无用的电磁波并转换成直流电压提供给电子设备，达到有效利用能 源和节能的目的；且充电电路具有结构简单的优点，尤其适合应用在低功耗的电子设备中。
图l是本实用新型的原理框图2是本实用新型一个较佳实施例的电路示意图3是谐振电路的阻抗变化示意图4是频率点的频率-电压关系示意图5是本实用新型一个应用实例的电路示意图。
具体实施方式
本实用新型是提出一种将吸收的电磁波转楝为电能，输出电压为其他设备提供工作电压 的充电电路，以节约能源。
如图1所示，本实用新型的充电电路包括压控谐振器10、耦合输出电路ll、整流滤 波电路12和反馈电路13。由压控谐振器10吸收电磁波并转换为电压，经隔直流的耦合输出 电路11耦合输出 > 并由整流滤波电路12作整流和滤波处理，输出电压为其他设备提供电压； 而反馈电路13连接在整流滤波电路12与压控谐振器IO之间，提供自动增益控制(AGC, Automatic Gain Control)使充电电路中等效谐振电路的谐振点频率跟踪电磁波频率变化。
结合图2所示，压控谐振器10包括接收电磁波的天线Ll和一个电容量受反馈电路13 控制的变容二极管Cd;耦合输出电路ll包括隔直电容C1和耦合电容C2;整流滤波电路12 包括整流二极管Dl和滤波电容C3;反馈电路13包括直流放大器101,以及调整直流放大 器101放大倍数的电阻R3和R4;由偏置电阻R1为变容二极管Cd提供偏置电压，且偏置电 阻R1还有隔离直流放大器101输出的交流电压的作用，使直流放大器101对不会影响谐振 回路；而经过整流二极管Dl的电压经电阻R2耦合输入充电元件102的输入端。
变容二极管Cd是一种利用半导体PN结电容随外加反向偏压变化而变化的原理制成的 半导体二极管。二极管的PN结都具有结电容，当加反向电压时，阻挡层加厚，结电容减小， 所以改变反向电压的大小可以改变PN结的结电容大小，变容二^L管Cd等同可变电容。结 电容一般只有几个皮法，至多一、二百皮法，所以变容二极管都用于高频电路，变容二极管 Cd属于反偏压二才及管，改变其PN结上的反向偏压，即可改变PN结电容量反向偏压越高， 结电容则越少，且反向偏压与结电容之间的关系是非线性的。
其中，由天线L1、隔直电容C1和变容二极管Cd组成串联谐振回路，隔直电容C1与变 容二极管Cd串联总电容为
Cl*Cd/ (Cl+Cd) = Cd/ (1+ Cd/Cl);
由于隔直电容C1的电容量远大于变容二极管Cd，因此，Cd/Cl 0;即隔直电容C1 与变容二极管Cd串联总电容为变容二极管Cd。也就是说，串联谐振回路中等效电容为变容 二极管Cd，等效电感为天线L1。
结合图3所示，其横坐标表示谐振角频率co,纵坐标X表示谐振电路的电抗值。对于谐 振电路都有一个特点，容抗等于感抗，电路呈阻性即谐振角频率co-coo时，就有W()L=l/ca0C, 而谐振频率fo为
其中等效电感L为天线Ll,等效电容C为变容二极管Cd,因此LC是已知的。 另外，谐振电路的品质因素Q:coL/R(其中R为串联谐振回路的等效电阻)。对于串联谐 振电路具有如下特性1、 谐振时谐振电路的阻抗为最小，且为纯阻性，在谐振处的阻抗达最小且为回路中的 直流电阻R;当接收的电磁波信号频率大于或小于ft时，谐振电路的阻抗均大于fo时的阻抗， 电磁波信号频率愈是偏离谐振频率f0,谐振电路的阻抗愈大。
2、 根据LC串联谐振理论 一定的谐振频率对应一定的谐振电压，因此，谐振时天线 LI上的电压等于变容二极管Cd上的电压，并且等于信号电压的Q倍(Q为品质因素)，所 以，发生串联谐振时天线LI上的电压最大。
因此，为了保证该谐振电路的固有谐振频率fo与外界所收到的电磁波频率相等，故反馈 电路13提供自动增益控制使充电电路中等效谐振电路的谐振频率f0跟踪接收的电磁波频率 变化。
即故滤波电容C3上的直流电压经过直流放大器101作直流电压放大处理后，加在偏 置电阻R1上，使变容二极管Cd上的电压变化而使电容量变化，使固有谐振频率fo跟踪外界 所收到的电磁波频率变化。
当滤波电容C3上电压增大，直流放大器101放大后的输出电压变大，使变容二极管Cd 上的电压增大，从而变容二极管Cd的电容量减小，从上面公式(1)可知fo变大；当滤波电 容C3上的电压减小，直流放大器101放大后输出电压变小，使变容二极管Cd上的电压减小 而使其电容量变大，从上面公式(1)可知fo变小。因此，反馈电路13提供自动增益控制使 充电电路中等效谐振电路的谐振频率fO跟踪接收的电磁波频率变化，使谐振电路在ft和f2处 于fo时为一个稳定点，如图4所示。
另夕卜，要达到变容二极管Cd的较高工作电压，加在直流放大器101上的驱动电压VCC 尽量使用电子装置内部较高的电压提供。比如，本实施例应用在手机中时，驱动电压VCC 可以使用手机中的背光升压电压。
因此，变容二极管Cd上的电压经过隔直电容CI和耦合电容C2，以及整流二极管Dl 和滤波电容C3，得到直流电压；由电阻R2将直流电压耦合输入充电元件102。其中，充电 元件102为电子设备中的耗电元器件或充电元器件，比如充电电池。
在具体的实际应用中，考虑到空间电磁波的功率有限，因此可以分频段采用多个天线同 时吸收多个频率点的电磁波。如图5所示，应用在手机电池充电电路中时，充电电路1、 2 和3中，天线Lll、 L12和L13分别工作在不同频段，以吸收不同频段的电磁波，达到综合 利用各个频段电磁波能量来为手机中的充电电池103进行充电的目的。其中，天线Lll、 L12 和L13可连接设计在手机的机壳，后盖等地方。
本实用新型提供的充电电路虽然吸收的电磁波功率较小，目前只能作为对电子设备的充 电的一种补充，但随着天线技术的发展及电子设备功耗的降低，而电磁波的吸收是不间断的， 有朝一日许多电子设备(比如手机)将会和我们经常用的IC卡一样，无须外界供电可以维 持其工作。
综上，本实用新型是采用变通二极管和吸收特定波长的天线构成的谐振电路，并采用反 馈电路提供自动增益控制使充电电路中等效谐振电路的谐振频率fD跟踪接收的电磁波频率 变化，使谐振电路在&和f"2处于fb时为一个稳定点，保证该谐振电路的固有谐振频率fo与 外界所收到的电磁波频率相等，使谐振电路可以稳定的属于最大的谐振电压来为电子设备中 的充电元件提供充电。因此，本实用新型达到有效利用能源和节能的目的；且充电电路具有 结构简单的优点，尤其适合应用在低功耗的电子设备中。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新 型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范 围之内。
权利要求1、一种吸收电磁波的充电电路，其特征在于，包括吸收电磁波并产生谐振，输出谐振电压的压控谐振器(10)；与压控谐振器(10)相连用于将谐振电压耦合输出的耦合输出电路(11)和与耦合输出电路(11)相连用于整流滤波处理的整流滤波电路(12)；连接在整流滤波电路(12)的输出端和压控谐振器(10)的输入端之间的反馈电路(13)，该反馈电路(13)提供自动增益控制使压控谐振器(10)的谐振频率跟踪接收的电磁波频率变化。
2、 根据权利要求1所述的吸收电磁波的充电电路，其特征在于，所述压控谐振器(IO) 包括吸收电磁波的天线(Ll);与天线(Ll)并接且电容量受反馈电路(13)的反馈电压 控制变化的变容二极管(Cd)。
3、 根据权利要求1或2所述的吸收电磁波的充电电路，其特征在于，所述反馈电路(13 ) 包括直流放大器(101);串接在直流放大器(101)的输出端与变容二极管(Cd)之间的 用于为变容二极管(Cd)提供偏直电压，同时隔离交流的偏置电阻(Rl)。
4、 根据权利要求3所述的吸收电磁波的充电电路，其特征在于，所述反馈电路(13) 还包括串接在直流放大器(101 )的输入端和输出端之间，用于调节直流放大器(101 )放 大倍数的两个分压电阻(R3和R4 )。
5、 根据权利要求1所述的吸收电磁波的充电电路，其特征在于，所述耦合输出电路(11 ) 包括串接在天线(Ll)和变容二极管(Cd)直接的隔直电容(Cl);串接在天线(Ll)与 整流滤波电路(12 )之间的耦合电容(C2 )。
6、 根据权利要求1或5所述的吸收电磁波的充电电路，其特征在于，所述整流滤波电 路(12)包括滤波电容(C3 );串接在耦合电容(C2)和滤波电容(C3 )之间整流二极管(Dl)。
7、 一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个吸收电磁波的充电电路，该充电电路 包括吸收电磁波并产生谐振，输出谐振电压的压控谐振器(10);与压控谐振器(10)相连用于将谐振电压耦合输出的耦合输出电路(11)和与耦合输出 电路(11)相连用于整流滤波处理的整流滤波电路(12);连接在整流滤波电路(12)的输出端和压控谐振器(10)的输入端之间的反馈电路(13 )， 该反馈电路(13 )提供自动增益控制使压控谐振器(10)的谐振频率跟踪接收的电磁波频率 变化。
8、 根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述压控谐振器(10)包括吸收 电磁波的天线(Ll );与天线(Ll )并接且电容量受反馈电路(13)的反馈电压控制变化的 变容二极管(Cd)。
9、 根据权利要求7或8所述的电子设备，其特征在于，所述反馈电路(13 )包括直 流放大器(101 );串接在直流放大器(101)的输出端与变容二极管(Cd)之间的用于为变 容二极管(Cd)提供偏直电压，同时隔离交流的偏置电阻(Rl)。
10、 根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述耦合输出电路(ll)包括串 接在天线(Ll)和变容二极管(Cd)直接的隔直电容(Cl);串接在天线(Ll)与整流滤波 电路(12)之间的耦合电容(C2);所述整流滤波电路(12)包括滤波电容(C3 );串接在耦合电容(C2)和滤波电容(C3 ) 之间整流二极管(Dl )。
专利摘要本实用新型公开一种吸收电磁波的充电电路，其包括吸收电磁波并产生谐振，输出谐振电压的压控谐振器；与压控谐振器相连用于将谐振电压耦合输出的耦合输出电路和与耦合输出电路相连用于整流滤波处理的整流滤波电路；连接在整流滤波电路的输出端和压控谐振器的输入端之间的反馈电路，该反馈电路提供自动增益控制使压控谐振器的谐振频率跟踪接收的电磁波频率变化。本实用新型还公开一种具有吸收电磁波的充电电路的电子设备。本实用新型吸收空间无用的电磁波并转换成直流电压提供给电子设备，达到有效利用能源和节能的目的；且充电电路具有结构简单的优点，尤其适合应用在低功耗的电子设备中。
文档编号H02J7/00GK201319514SQ200820213180
公开日2009年9月30日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者张鹏程, 李景林 申请人:深圳市同洲电子股份有限公司