[发明专利]应用于射频能量收集系统的双路径RF-DC整流器

说明书

本发明公开一种应用于射频能量收集系统的双路径RF‑DC整流器，包括并联布置的基于2阶交叉耦合整流器的低功率路径以及基于2阶全NMOS整流器件的整流器的高功率路径；所述2阶交叉耦合整流器以及基于2阶全NMOS整流器件的整流器的高功率路径分别接RF+、RF‑信号。本发明保留了传统交叉耦合结构灵敏度较高的特点，自偏置电路的引入使整流器在很低的输入功率下便可工作；保证高灵敏度前提下，引入了动态选择的双路径结构，新型的全NMOS整流管的整流器结构作为高输入功率下的整流路径，极大减少了漏电流的产生，增大在高输入功率下的转换效率，进而拓宽高转换效率的输入功率范围。

技术领域

本发明涉及射频能量收集技术领域，特别是涉及一种应用于射频能量收集系统的双路径RF-DC整流器。

背景技术

近年来，射频能量收集技术在可穿戴医疗设备、无线能量传输等领域有着广泛的应用。射频能量收集系统主要包括能量源、天线、匹配网络、整流器和储能元件等，它通过对空间中的射频能量的收集，达到对系统供电的目的，进而实现系统无电池化的改进，在电池维护和系统持续性工作的问题上提供优越的解决方案。其中，RF-DC整流器起到将交流的射频能量转换为直流信号并为后续系统供电的作用，是整个射频能量收集系统中的关键模块，也决定着整个系统的能量转换效率。

目前，对于RF-DC整流器主要面临的挑战是环境中的射频能量功率密度较小、整流器能量转换效率较低以及整流器维持高转换效率的输入功率范围较窄等问题。迄今为止，很多研究针对RF-DC整流器面临的问题提出了众多的解决方案。诸如为了提高整流器的灵敏度引入阈值电压自补偿电路，利用系统中固定的节点为整流管做阈值电压补偿，使其能在低于其整流管阈值电压的能量输入下导通。但是固定节点的阈值电压补偿容易在较高的输入功率下带来大的反向泄露电流，进而制约整流器的高转换效率的输入功率范围。还有一些研究通过数字电路模块为整流管提供动态的阈值电压补偿，进而提高整流器的灵敏度和高效率输入功率范围。但是，过多的数字电路模块的引入带来系统功率损耗的增加，进而带来系统灵敏度和转换效率较差的问题。

因此，为了解决现有射频能量收集系统中RF-DC整流器应用场景能量密度较低，能量波动范围较大的问题，迫切地需要一种新型的RF-DC整流器，实现高转换效率、高灵敏度以及宽输入功率范围的目的，为射频能量收集系统不断拓宽应用范围。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种应用于射频能量收集系统的双路径RF-DC整流器。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种应用于射频能量收集系统的双路径RF-DC整流器，包括并联布置的基于2阶交叉耦合整流器的低功率路径以及基于2阶全NMOS整流器件的整流器的高功率路径；所述2阶交叉耦合整流器以及基于2阶全NMOS整流器件的整流器的高功率路径分别接RF+、RF-信号，并分别通过各自的V_IN端接开关信号SW，以及通过各自的V_Out端接到电路的输出端。

本发明应用于射频能量收集的双路径RF-DC整流器电路保留了传统交叉耦合结构灵敏度较高的特点，自偏置电路的引入使整流器在很低的输入功率下便可工作；在保证高灵敏度前提下，引入了动态选择的双路径结构，新型的全NMOS整流管的整流器结构作为高输入功率下的整流路径，极大减少了漏电流的产生，增大在高输入功率下的转换效率；辅助电路电路结构简单，功耗较小。

附图说明

图1是本发明的应用于射频能量收集的双路径RF-DC整流器结构图。

图2为本发明的低功率路径中改进的交叉耦合整流器结构图。

图3为本发明的高功率路径中全NMOS整流管的新型整流器结构图。

图4为本发明的整流器转换效率随输入功率变化趋势图。

具体实施方式