一种基于负载自适应调节实现的宽功率范围整流电路

本发明涉及整流电路，具体涉及一种基于可调负载实现的宽功率范围整流电路。

背景技术：

1、随着无线技术的迅速发展和各类移动电子产品的快速兴起，如何对电子设备进行环保、快捷的供电成了重要的研究课题。而射频能量收集技术不仅可以为小型电子设备进行持续的无线供电，还能广泛利用环境中的电磁能量以降低电磁污染。不仅能解电磁污染问题，还为小型电子设备提供一种清洁能源。因此射频能量收集越来越受到人们的关注。

2、在微波能量收集技术，整流电路是其重要的组成部分。整流电路一般由输入滤波器、阻抗匹配网络、整流二极管、输出滤波器和负载构成，它的主要作用是将收集到的射频能量转化为可直接给电子设备供电的直流能量，从而取代传统的供电方式。

3、在射频能量收集系统中，接收天线接收到的电磁波会在传输途中受到的损耗、反射等诸多因素的影响，因此其接收到的功率并不是恒定不变的。而接收天线的接收功率直接影响着整流电路的输入功率。当整流电路的输入功率受到传输功率不稳定性的影响时，由于整流二极管是非线性元件，电路中的输入阻抗会随之发生剧烈变化，从而导致整流电路阻抗失配，整流电路的效率也会显著下降。因此，研究能在宽功率范围内实现高效率整流的整流电路，对于提升无线输能系统的性能有着重大的意义。

4、发明专利《一种小型化宽功率范围射频整流电路》(申请号：202211164253.3)提出了一种基于功率网络实现的不等分双功率电路结构，通过功分器将较多的射频能量输入高功率整流电路，将较少的能量分配给低功率整流电路，以此实现宽功率范围整流电路的设计。但该发明的缺点在于，输入功率的分配比例是固定不变的，虽然增大的整流电路的可用功率范围，却因此牺牲了在峰值点的最佳效率。

5、发明专利《一种具有宽动态输入功率范围的双级整流电路》(申请号：202211424833.1)则提出了一种基于动态分配方法的双级整流电路，通过对两级适用不同输入功率的整流网络级联设计，当输入功率较低时，第二级高功率整流网络未开启，只有第一级低功率整流网络工作；当输入功率较高时，两级整流网络同时开启，可以实现在很宽的输入功率范围内保持较高的整流效率。但该发明的缺点在于，电路结构相对复杂需要占据较大的尺寸，且在实际电路中难以实现两级整流电路的理想开启与关断，因此该电路的实际效率始终低于两级电路各自的整流效率。此外，该电路的负载为两个独立的电阻，其本质为两个不同的整流电路的并联，难以应用于单一负载的实际电路。

6、因此，如何在宽功率范围下实现整流电路高效率设计是目前非常有价值的研究方向。

技术实现思路

1、为了克服现有技术在设计宽功率范围整流电路时最佳整流效率下降、电路结构复杂、难以应用于单一负载电路的问题，本发明出了一种基于负载自适应调节实现的宽功率范围整流电路。

2、在下文中给出关于本发明的简要概述,以便提供关于本发明的某些方面的基本解。应当理解,这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分,也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念,以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

3、本发明所设计的一种基于负载自适应调节实现的宽功率范围整流电路，其特征在于：它包括输入滤波电路、阻抗匹配电路、谐波抑制电路、整流二极管、输出滤波电路、可调负载、控制模块和检测模块。

4、所述输入滤波电路包括第一电容c1、第一微带传输线tl1，用于使从第一微带传输线输入的基波导向整流二极管，同时阻止整流二极管的直流能量回流导致能量损失。

5、所述阻抗匹配电路包括第二微带线tl2和第七微带线tl7，将整流二极管输入阻抗匹配到源阻抗，避免阻抗失配，减少回波损耗，提高了整流效率

6、所述谐波抑制电路包括第三微带线tl3、第四微带线tl4、第五微带线tl5，将整流二极管的输入阻抗调制为对偶次谐波短路、对奇次谐波开路，从而使电流电压波形相互正交，降低整流二极管的损耗，进而提高了电路的整流效率

7、所述整流二极管为肖特基二极管，利用二极管的非线性特性将射频能量转化为直流能量。

8、所述输出滤波电路包括第八微带线tl8、第九微带线tl9，通过构成低通滤波结构，仅使直流导通向可调负载电阻rl，将交流能量限制在回路中反复利用，进而提高整流效率。

9、所述可调负载为rl，rl能够在控制模块的作用下在一定范围内改变阻值，通过改变负载阻抗以匹配不同输入功率下的输入阻抗。

10、所述检测模块用于检测可调负载两端的电压差，经过计算和数据比对，利用电压差获得整流电路的输入功率。

11、所述控制模块用于调节可调负载的阻值，通过分析检测模块获得的输入功率数据，自动查询数据表格以获取当前输入功率下的最佳负载值，进而控制可变负载的阻值进行相应改变。

12、针对上述基于负载自适应调节实现的宽功率范围整流电路，本发明提供了一种负载自适应调节方法，步骤如下：

13、s1.控制模块将可调负载rl设置为最小值r0，此时整流电路处于功率检测模式，整流效率低、输出电压小、耐受功率高；

14、s2.若未能探测到外界输入的射频能量，电路则保持待机状态；若接收到射频能量，则功率检测模式的整流电路将能量转化为直流能量；

15、s3.检测模块检测rl两端的电压v0，并将信息发送到控制模块；

16、s4.控制模块通过v0与pin的关系获得此时的输入功率pin；

17、s5.控制模块根据pin与rm的关系获得该功率下的最佳负载rm；

18、s6.控制模块将可调负载rl设置为最佳负载rm，电路达到最佳工作模式；

19、s7.此时电路即可实现持续、高效率的实现宽功率范围整流。

20、本发明采用上述方案，其具有如下有益效果：

21、1、本发明提出了一种面向宽功率范围整流电路应用的负载自适应调节方法，充分利用低负载整流电路的高功率耐受特性，仅需对直流电压进行测量即可实现输入功率的自适应判断，省去了复杂的射频功率检测电路。

22、2、本发明提出的基于负载自适应调节实现的宽功率范围整流电路，通过负载的自适应调节，实现了在宽输入功率范围内实现高效率整流的目标，可以有效规避电路在输入功率波动情况下的效率下降问题。

23、3、本发明提出的基于负载自适应调节实现的宽功率范围整流电路，不仅可以有效拓宽传统整流电路的输入功率范围，还能够帮助整流电路工作与更高的功率区间，通过负载的自适应调节，在高功率场景下通过降低负载可以有效减小整流电路的击穿风险。

技术特征：

1.一种基于负载自适应调节实现的宽功率范围整流电路，主要包括整流功能模组和自适应负载模组。其特征在于：

2.根据权利要求1所述的整流功能模组，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的自适应负载模块，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的负载自适应调节方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

技术总结
本发明涉及整流电路技术领域，具体涉及一种基于可调负载实现的宽功率范围整流电路。本发明公开了一种基于负载自适应调节实现的宽功率范围整流电路的方法和设备。该宽功率范围整流电路包括输入滤波电路、阻抗匹配电路、谐波抑制电路、整流二极管、输出滤波电路、可调负载、控制模块和检测模块。本发明可以有效的提升整流电路的输入功率范围，从而降低整流电路受外界输入功率变化的的影响；还能有效地提升整流电路的功率耐受范围，从而降低整流电路的击穿风险。本发明还提出了一种面向宽功率范围整流电路应用的负载自适应调节方法，充分利用低负载整流电路的高功率耐受特性，仅需对直流电压进行测量即可实现输入功率的自适应判断，省去了复杂的射频功率检测电路。

技术研发人员：冯纪航,孙昊,王寿豪,李鑫,赵德双
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16