吸收電磁波的充電電路及電子設備的製作方法

2023-05-13 22:46:21

專利名稱：吸收電磁波的充電電路及電子設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種充電電路，尤其涉及一種將吸收的電^f茲波轉換處理為電能的充電電 路，以及具有該充電電路的電子設備。
背景技術：
能源問題是21世紀人類面臨的重大問題之一。由於能源在分布、開發、生產和消費上 存在不均衡性，加之近半個世紀全世界能源的消費隨社會經濟的發展和人們生活水平的提高 也大幅度增長。特別是石油成為世界上的主要能源後，在某些地區的某個時間出現了某種能 源滿足不了國民經濟的發展需要，從而出現所謂的"能源危機"，即能源問題。
而縱觀我們日常生活中的各種電子設備，其均直接或間接通過電網獲得電能達到正常運 行，其電能消耗較大。如果能有效P爭低各種電子設備的功耗，也是減緩能源危機的有效途徑之一。
同時，我們生活的空間中充斥著各個頻段的電磁波，大部分電磁波為無用的電磁波。若 能夠充分利用空間中無用的電磁波，將電磁波有效的轉換成直流電壓提供給電子設備，則將 是利用能源和節能的巨大進步。
因此，如何本著對電子設備的低功耗設計及有效利用能源的設計理念，解決吸收無用電 磁波來為電子設備提供直流電壓，已成為當前急需解決的難題之一。

實用新型內容
本實用新型的目的是提出一種將吸收的電磁波轉換處理為電能的充電電路，以及具有該 充電電路的電子設備，以通過吸收電磁波為電子設備提供直流電壓，達到有效利用能源和節 能的目的。
為解決本實用新型的技術問題，本實用新型公開一種吸收電磁波的充電電路，以及一種
具有一個或多個吸收電磁波的充電電路的電子設備。其中，充電電路包括吸收電磁波並產 生諧振，輸出諧振電壓的壓控諧振器；壓控諧振器相連用於將諧振電壓耦合輸出的耦合輸出 電路和與耦合輸出電路相連用於整流濾波處理的整流濾波電路；連接在整流濾波電路的輸出 端和壓控諧振器的輸入端之間的反饋電路，該反饋電路提供自動增益控制使壓控諧振器的諧 振頻率跟蹤接收的電磁波頻率變化。
較優的，所述壓控諧振器包括吸收電磁波的天線；與天線並接且電容量受反饋電路的 反饋電壓控制變化的變容二極體。
較優的，所述反饋電路包括直濟ui文大器；串接在直流放大器的輸出端與變容二極體之 間用於為變容二極體提供偏直電壓，同時隔離交流的偏置電阻。
較優的，所述反饋電路還包括串接在直^i史大器的輸入端和輸出端之間，用於調節直 流放大器放大倍數的兩個分壓電阻。
較優的，所述耦合輸出電路包括串接在天線和變容二極體直接的隔直電容；串接在天 線與整流濾波電路之間的耦合電容。
較優的，所述整流濾波電路包括濾波電容；串接在耦合電容和濾波電容之間整流二極體。
與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果本實用新型吸收空間無用的電磁波並轉換成直流電壓提供給電子設備，達到有效利用能 源和節能的目的；且充電電路具有結構簡單的優點，尤其適合應用在低功耗的電子設備中。


圖l是本實用新型的原理框圖2是本實用新型一個較佳實施例的電路示意圖3是諧振電路的阻抗變化示意圖4是頻率點的頻率-電壓關係示意圖5是本實用新型一個應用實例的電路示意圖。
具體實施方式
本實用新型是提出一種將吸收的電磁波轉楝為電能，輸出電壓為其他設備提供工作電壓 的充電電路，以節約能源。
如圖1所示，本實用新型的充電電路包括壓控諧振器10、耦合輸出電路ll、整流濾 波電路12和反饋電路13。由壓控諧振器10吸收電磁波並轉換為電壓，經隔直流的耦合輸出 電路11耦合輸出 > 並由整流濾波電路12作整流和濾波處理，輸出電壓為其他設備提供電壓； 而反饋電路13連接在整流濾波電路12與壓控諧振器IO之間，提供自動增益控制(AGC, Automatic Gain Control)使充電電路中等效諧振電路的諧振點頻率跟蹤電磁波頻率變化。
結合圖2所示，壓控諧振器10包括接收電磁波的天線Ll和一個電容量受反饋電路13 控制的變容二極體Cd;耦合輸出電路ll包括隔直電容C1和耦合電容C2;整流濾波電路12 包括整流二極體Dl和濾波電容C3;反饋電路13包括直流放大器101,以及調整直流放大 器101放大倍數的電阻R3和R4;由偏置電阻R1為變容二極體Cd提供偏置電壓，且偏置電 阻R1還有隔離直流放大器101輸出的交流電壓的作用，使直流放大器101對不會影響諧振 迴路；而經過整流二極體Dl的電壓經電阻R2耦合輸入充電元件102的輸入端。
變容二極體Cd是一種利用半導體PN結電容隨外加反向偏壓變化而變化的原理製成的 半導體二極體。二極體的PN結都具有結電容，當加反向電壓時，阻擋層加厚，結電容減小， 所以改變反向電壓的大小可以改變PN結的結電容大小，變容二^L管Cd等同可變電容。結 電容一般只有幾個皮法，至多一、二百皮法，所以變容二極體都用於高頻電路，變容二極體 Cd屬於反偏壓二才及管，改變其PN結上的反向偏壓，即可改變PN結電容量反向偏壓越高， 結電容則越少，且反向偏壓與結電容之間的關係是非線性的。
其中，由天線L1、隔直電容C1和變容二極體Cd組成串聯諧振迴路，隔直電容C1與變 容二極體Cd串聯總電容為
Cl*Cd/ (Cl+Cd) = Cd/ (1+ Cd/Cl);
由於隔直電容C1的電容量遠大於變容二極體Cd，因此，Cd/Cl 0;即隔直電容C1 與變容二極體Cd串聯總電容為變容二極體Cd。也就是說，串聯諧振迴路中等效電容為變容 二極體Cd，等效電感為天線L1。
結合圖3所示，其橫坐標表示諧振角頻率co,縱坐標X表示諧振電路的電抗值。對於諧 振電路都有一個特點，容抗等於感抗，電路呈阻性即諧振角頻率co-coo時，就有WL=l/ca0C, 而諧振頻率fo為
其中等效電感L為天線Ll,等效電容C為變容二極體Cd,因此LC是已知的。 另外，諧振電路的品質因素Q:coL/R(其中R為串聯諧振迴路的等效電阻)。對於串聯諧 振電路具有如下特性1、 諧振時諧振電路的阻抗為最小，且為純阻性，在諧振處的阻抗達最小且為迴路中的 直流電阻R;當接收的電磁波信號頻率大於或小於ft時，諧振電路的阻抗均大於fo時的阻抗， 電磁波信號頻率愈是偏離諧振頻率f0,諧振電路的阻抗愈大。
2、 根據LC串聯諧振理論 一定的諧振頻率對應一定的諧振電壓，因此，諧振時天線 LI上的電壓等於變容二極體Cd上的電壓，並且等於信號電壓的Q倍(Q為品質因素)，所 以，發生串聯諧振時天線LI上的電壓最大。
因此，為了保證該諧振電路的固有諧振頻率fo與外界所收到的電磁波頻率相等，故反饋 電路13提供自動增益控制使充電電路中等效諧振電路的諧振頻率f0跟蹤接收的電磁波頻率 變化。
即故濾波電容C3上的直流電壓經過直流放大器101作直流電壓放大處理後，加在偏 置電阻R1上，使變容二極體Cd上的電壓變化而使電容量變化，使固有諧振頻率fo跟蹤外界 所收到的電磁波頻率變化。
當濾波電容C3上電壓增大，直流放大器101放大後的輸出電壓變大，使變容二極體Cd 上的電壓增大，從而變容二極體Cd的電容量減小，從上面公式(1)可知fo變大；當濾波電 容C3上的電壓減小，直流放大器101放大後輸出電壓變小，使變容二極體Cd上的電壓減小 而使其電容量變大，從上面公式(1)可知fo變小。因此，反饋電路13提供自動增益控制使 充電電路中等效諧振電路的諧振頻率fO跟蹤接收的電磁波頻率變化，使諧振電路在ft和f2處 於fo時為一個穩定點，如圖4所示。
另夕卜，要達到變容二極體Cd的較高工作電壓，加在直流放大器101上的驅動電壓VCC 儘量使用電子裝置內部較高的電壓提供。比如，本實施例應用在手機中時，驅動電壓VCC 可以使用手機中的背光升壓電壓。
因此，變容二極體Cd上的電壓經過隔直電容CI和耦合電容C2，以及整流二極體Dl 和濾波電容C3，得到直流電壓；由電阻R2將直流電壓耦合輸入充電元件102。其中，充電 元件102為電子設備中的耗電元器件或充電元器件，比如充電電池。
在具體的實際應用中，考慮到空間電磁波的功率有限，因此可以分頻段採用多個天線同 時吸收多個頻率點的電磁波。如圖5所示，應用在手機電池充電電路中時，充電電路1、 2 和3中，天線Lll、 L12和L13分別工作在不同頻段，以吸收不同頻段的電磁波，達到綜合 利用各個頻段電磁波能量來為手機中的充電電池103進行充電的目的。其中，天線Lll、 L12 和L13可連接設計在手機的機殼，後蓋等地方。
本實用新型提供的充電電路雖然吸收的電磁波功率較小，目前只能作為對電子設備的充 電的一種補充，但隨著天線技術的發展及電子設備功耗的降低，而電磁波的吸收是不間斷的， 有朝一日許多電子設備(比如手機)將會和我們經常用的IC卡一樣，無須外界供電可以維 持其工作。
綜上，本實用新型是採用變通二極體和吸收特定波長的天線構成的諧振電路，並採用反 饋電路提供自動增益控制使充電電路中等效諧振電路的諧振頻率fD跟蹤接收的電磁波頻率 變化，使諧振電路在&和f"2處於fb時為一個穩定點，保證該諧振電路的固有諧振頻率fo與 外界所收到的電磁波頻率相等，使諧振電路可以穩定的屬於最大的諧振電壓來為電子設備中 的充電元件提供充電。因此，本實用新型達到有效利用能源和節能的目的；且充電電路具有 結構簡單的優點，尤其適合應用在低功耗的電子設備中。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新 型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範 圍之內。
權利要求1、一種吸收電磁波的充電電路，其特徵在於，包括吸收電磁波並產生諧振，輸出諧振電壓的壓控諧振器(10)；與壓控諧振器(10)相連用於將諧振電壓耦合輸出的耦合輸出電路(11)和與耦合輸出電路(11)相連用於整流濾波處理的整流濾波電路(12)；連接在整流濾波電路(12)的輸出端和壓控諧振器(10)的輸入端之間的反饋電路(13)，該反饋電路(13)提供自動增益控制使壓控諧振器(10)的諧振頻率跟蹤接收的電磁波頻率變化。
2、 根據權利要求1所述的吸收電磁波的充電電路，其特徵在於，所述壓控諧振器(IO) 包括吸收電磁波的天線(Ll);與天線(Ll)並接且電容量受反饋電路(13)的反饋電壓 控制變化的變容二極體(Cd)。
3、 根據權利要求1或2所述的吸收電磁波的充電電路，其特徵在於，所述反饋電路(13 ) 包括直流放大器(101);串接在直流放大器(101)的輸出端與變容二極體(Cd)之間的 用於為變容二極體(Cd)提供偏直電壓，同時隔離交流的偏置電阻(Rl)。
4、 根據權利要求3所述的吸收電磁波的充電電路，其特徵在於，所述反饋電路(13) 還包括串接在直流放大器(101 )的輸入端和輸出端之間，用於調節直流放大器(101 )放 大倍數的兩個分壓電阻(R3和R4 )。
5、 根據權利要求1所述的吸收電磁波的充電電路，其特徵在於，所述耦合輸出電路(11 ) 包括串接在天線(Ll)和變容二極體(Cd)直接的隔直電容(Cl);串接在天線(Ll)與 整流濾波電路(12 )之間的耦合電容(C2 )。
6、 根據權利要求1或5所述的吸收電磁波的充電電路，其特徵在於，所述整流濾波電 路(12)包括濾波電容(C3 );串接在耦合電容(C2)和濾波電容(C3 )之間整流二極體(Dl)。
7、 一種電子設備，其特徵在於，包括一個或多個吸收電磁波的充電電路，該充電電路 包括吸收電磁波並產生諧振，輸出諧振電壓的壓控諧振器(10);與壓控諧振器(10)相連用於將諧振電壓耦合輸出的耦合輸出電路(11)和與耦合輸出 電路(11)相連用於整流濾波處理的整流濾波電路(12);連接在整流濾波電路(12)的輸出端和壓控諧振器(10)的輸入端之間的反饋電路(13 )， 該反饋電路(13 )提供自動增益控制使壓控諧振器(10)的諧振頻率跟蹤接收的電磁波頻率 變化。
8、 根據權利要求7所述的電子設備，其特徵在於，所述壓控諧振器(10)包括吸收 電磁波的天線(Ll );與天線(Ll )並接且電容量受反饋電路(13)的反饋電壓控制變化的 變容二極體(Cd)。
9、 根據權利要求7或8所述的電子設備，其特徵在於，所述反饋電路(13 )包括直 流放大器(101 );串接在直流放大器(101)的輸出端與變容二極體(Cd)之間的用於為變 容二極體(Cd)提供偏直電壓，同時隔離交流的偏置電阻(Rl)。
10、 根據權利要求7所述的電子設備，其特徵在於，所述耦合輸出電路(ll)包括串 接在天線(Ll)和變容二極體(Cd)直接的隔直電容(Cl);串接在天線(Ll)與整流濾波 電路(12)之間的耦合電容(C2);所述整流濾波電路(12)包括濾波電容(C3 );串接在耦合電容(C2)和濾波電容(C3 ) 之間整流二極體(Dl )。
專利摘要本實用新型公開一種吸收電磁波的充電電路，其包括吸收電磁波並產生諧振，輸出諧振電壓的壓控諧振器；與壓控諧振器相連用於將諧振電壓耦合輸出的耦合輸出電路和與耦合輸出電路相連用於整流濾波處理的整流濾波電路；連接在整流濾波電路的輸出端和壓控諧振器的輸入端之間的反饋電路，該反饋電路提供自動增益控制使壓控諧振器的諧振頻率跟蹤接收的電磁波頻率變化。本實用新型還公開一種具有吸收電磁波的充電電路的電子設備。本實用新型吸收空間無用的電磁波並轉換成直流電壓提供給電子設備，達到有效利用能源和節能的目的；且充電電路具有結構簡單的優點，尤其適合應用在低功耗的電子設備中。
文檔編號H02J7/00GK201319514SQ200820213180
公開日2009年9月30日 申請日期2008年11月7日 優先權日2008年11月7日
發明者張鵬程, 李景林 申請人:深圳市同洲電子股份有限公司