[发明专利]用于对各种负载进行高效整流的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

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。

背景技术

技术领域

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

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 而向负载提供直流电流(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。

更近期的专利，如均并入本发明作为参考的、题为 “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中描述了使用图2所示的倍压整流器设置的RF-DC转换器。

当输入功率和负载阻抗恒定时，这些电路的功能是可 以接受的。但是，输入功率或负载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。负载电阻(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。

改变输入功率和输出负载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，其中第1栏第55至 62行公开了当从外部线圈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载以及外部线圈和植入式线圈之间 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3mm变到15mm，负载可能会从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圈的匹配参数，从而 优化从外部发送线圈到植入式接收线圈的功率传输。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 发送线圈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载反映到发送端。

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载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 用第一阻抗匹配电路进行匹配。在运行模式期间，使用第二阻抗匹配 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发射器上离散负载值的途径。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，并被设计为给出RF输出。

发明内容

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。