CN102934315B

CN102934315B - 用于采集能量的方法和设备

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Publication number: CN102934315B
Application number: CN201180012937.5A
Authority: CN
Inventors: P.P.蒂纳丰
Original assignee: Audiovox Corp
Current assignee: Audiovox Corp
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: HK1180839A1; US20110175461A1; CN102934315A; US8362745B2; CA2785181C; WO2011084891A1; CA2785181A1

Abstract

一种能量采集电路包括一个或更多宽带或窄带天线以便检测WIFI（无线保真）或其他RF（射频）信号。对所述信号进行整流和电压倍增，并且将所得到的DC电压提供到功率管理电路。所述功率管理电路的输出对能量采集电路内的锂电池或其他存储器件进行充电。存储在电池或存储器件中的能量通过DC/DC转换器电路被提供到USB输出连接器，以便为连接到能量采集电路的USB输出连接器的外部电子器件的电池供电或再充电。

Description

用于采集能量的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请与2010年1月7日提交的标题为“Method and Apparatus for Harvesting Energy from WIFI Signals”的美国临时申请序列号61/335,459、2010年8月31日提交的标题为“Method and Apparatus for Harvesting Energy”的美国临时申请序列号61/402,481以及2010年9月30日提交的标题为“Method and Apparatus for Harvesting Energy”的美国临时申请序列号61/404,290有关，其公开内容被合并在本文中以供参考并且在此要求其优先权。

技术领域

本发明涉及节能方法和器件，更具体来说涉及可以采集能量的器件。

背景技术

已经提出或实施了许多从不同类型的自然发生的能源采集能量的器件。这些能源包括太阳能、风能、潮汐能、流能和波能，其能量被这种器件转换成电功率以便补充或替代由电力公司提供的电功率。除了为手持式计算器和其他小型电子器件供电的太阳能电池之外，大多数能量采集设备相对大、昂贵并且低效。就发明人所知，市面上买不到从WIFI（无线保真）、WiMax、卫星无线电、蜂窝电话（850MHz到900MHz以及1.8GHz到1.9GHz）或者任何2.4GHz和UHF TV信号源采集能量以便为小型电子器件的电池供电或再充电的RF（射频）器件，所述小型电子器件比如蜂窝电话、个人数字助理（PDA）、MP3播放器等等。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种从WIFI、WiMax、卫星无线电、蜂窝电话（850MHz到900MHz以及1.8GHz到1.9GHz）以及任何2.4GHz和UHF TV信号或者通过消费者家中的任何“F”型连接器从户外天线或CATV馈送的任何信号采集能量的器件。

本发明的另一个目的是提供一种用于从两个或更多替换能源（比如太阳能和来自麦克风的振动）采集能量以便为电子器件的电池供电或再充电的方法和器件。

本发明的另一个目的是提供一种能量采集器件，其存储能量以供后来使用来为与之连接的电子器件供电。

本发明的另一个目的是提供一种用于从WIFI或其他RF信号以及太阳能两者采集能量以便为与之连接的外部电子器件供电的器件。

本发明的另一个目的是提供一种用于从WIFI或其他RF信号采集能量的设备，所述设备将由此所接收到的WIFI或其他RF信号转换成DC（直流）电压，从中得到的能量被存储在所述设备内的存储器件中，并且所述设备还具有可连接到电源的能力以便将来自所述电源的能量存储在所述存储器件中，以供后来由用户消耗从而为连接到所述能量采集设备的外部电子器件供电。

根据本发明的一种形式，一种用于从WIFI或其他RF信号采集能量的器件包括分别连接到一个或更多电压倍增器/整流器电路的一个或更多宽带天线。每一个电压倍增器/整流器电路把由与之耦合的对应天线接收到的WIFI或RF信号转换成DC电压，所述DC电压的幅度倍增为若干倍，比如4倍、6倍或8倍。来自各个电压倍增器/整流器电路的DC电压输出信号被以相同极性串联（即各个电压被“叠加”）或并联相加以便提供一个组合的检测DC电压信号，其被提供到比如电容器之类的临时存储器件。

当所述电容器上的电压达到预定水平时，看门狗监视器电路有效地将所述临时存储电容器连接到功率管理电路的输入。所述功率管理电路包括电荷泵电路，其把功率管理电路的输入处的电压增大到其输出处的更高、更加可用的电压以便为比如锂电池（例如锂聚合物、锂离子或任何锂化学物类型）之类的存储器件充电。相应地，功率管理电路的输出电压处于预定电压水平，以便为锂电池或其他存储器件充电。

在本发明的一种优选形式中，所述器件还包括太阳能电池，其把来自撞击在其上的光的太阳能转换成电压，所述电压也被滤波并且被提供到第二功率管理电路。响应于来自太阳能电池的从撞击在其上的光得到的电压，该第二功率管理电路的输出也为锂电池或其他存储器件提供处于预定水平的电压。

所述锂电池或存储器件的输出连接到DC/DC升压转换器电路的输入，所述DC/DC升压转换器电路优选地在USB输出连接器上提供5伏特DC电压，所述USB输出连接器可连接到由此要供电的或者要为其电池充电的外部电子器件。

在本发明的一种优选形式中，本发明的能量采集器件可以包括输入连接器，其用于接收来自外部电源（比如另一个电子器件）或用于这种器件的电力变压器的充电电压，其中所述电力变压器例如连接到汽车的点烟器或者连接到AC/DC适配器以便连接到110伏特AC墙壁电源插座。来自该外部电源的功率信号被提供到所述能量采集电路内部的锂电池或其他存储器件，从而由此可以为所述锂电池或存储器件充电。

通过要结合附图阅读的下面对本发明的说明性实施例的详细描述，本发明的这些和其他目的、特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明形成的用于采集从RF（射频）源发送的能量以便为电子器件（比如蜂窝电话或PDA或Blackberry^TM器件）充电和/或供电的电路的方框图。

图2是根据本发明构造的用于从WIFI信号采集能量的电路的第一种优选形式的示意图。

图3（即图3A和3B）是用在本发明的能量采集器件中的电路的第二种优选形式的方框图。

图4（即图4A和4B）是用在本发明的能量采集器件中的电路的第三种优选形式的方框图。

图5是本发明的能量采集器件的外罩的一种形式的顶部透视图，其中示出了所述外罩的处于打开位置的封盖。

图6是从不同角度取得的图5中所示的本发明的能量采集器件的外罩的顶部透视图，其中示出了所述外罩的处于打开位置的封盖。

图7是图5和6中所示的本发明的能量采集器件的外罩的正面透视图，其中示出了所述外罩的处于打开位置的封盖。

图8是从不同角度取得的图5－7中所示的本发明的能量采集器件的外罩的正面透视图，其中示出了所述外罩的处于打开位置的封盖。

图9是图5－8中所示的本发明的能量采集器件的外罩的第一侧面透视图，其中示出了所述外罩的处于打开位置的封盖。

图10是图5－9中所示的本发明的能量采集器件的外罩的第二侧面透视图，其中示出了所述外罩的处于打开位置的封盖。

图11是本发明的能量采集器件的外罩的另一种形式的封盖的一部分的透视图，其中示出了所述外罩的处于打开位置的封盖以及其上的一种替换天线设置。

具体实施方式

本发明被设计成从任何WIFI 2.4到2.5GHz源、WiMax、卫星无线电、蜂窝电话（850MHz到900MHz以及1.8GHz到1.9GHz）以及UHF TV信号或CATV信号接收射频信号并且将所接收到的射频信号转换成另一种形式的能量，比如DC电压。甚至更优选地，本发明的能量采集器件能够接收从大约500MHz到大约2.5GHz的RF信号，并且将所接收到的信号转换成电能。同样的电路配置还可以被设计并扩展成将VHF、FM和UHF频率中的RF信号（比如来自CATV的信号）转换成DC电能。该能量被利用来通过USB连接器为任何蜂窝电话内部的电池再充电。本发明被设计成特别使用WIFI信号来进行能量采集，这是因为许多WIFI信号发送器被提供在公共场所内并且在所述公共场所内可用，比如机场终端、咖啡馆、快餐店等等，在该处用户可能不容易获得AC电源插座口以便通过将电子器件连接到所述电源插座来为其充电或供电。

存在已知的许多类型的能量采集器件或系统，比如太阳能电池、风车、用以在发电机中提供移动的水压、用以为小型玩具或飞行器件（例如间谍监视器器件）感应式充电器充电的FM无线电信号等等。然而，迄今为止没有人利用在公共场所内大多数可用的许多WIFI信号、蜂窝电话信号、卫星无线电或UHF TV信号，并且来自这些所发送信号的能量被浪费而没有得到利用。这样的WIFI信号、卫星无线电、UHF TV信号或蜂窝电话信号每天即一天24小时都在广播。

大多数人认为来自WIFI或其他高频无线电信号的能量非常微小并且无法被使用，但是本发明人则另有发现。一般来说，本发明是针对采集WIFI、UHF TV、卫星无线电或蜂窝电话信号并且将所述信号中的电磁能转换成DC电压，并且提供“顶部充电”以为与之连接的外部电子器件的电池充电或者连续地为所述能量采集器件内的内部电池供电直到其存储容量充满为止，并且在需要为电子器件（比如蜂窝电话、PDA、MP3播放器、摄影机或者与之连接的其他电子器件）供电时可以再使用该电池能量。

本发明利用几乎在世界上的任何地方的任何公共场所或消费者家中可用并且易于找到的WIFI或蜂窝电话信号。存在许多高功率WIFI广播站，其所发送的信号产生WIFI热点，并且将在未来的某一时间实施的WIMAX信号也预期会是具有32英里径向范围的相当强的信号，来自这些信号的能量也可以被采集。

上面提供了对本发明的能量采集方法和设备的目的和实现方式的一般性描述。现在提供对本发明的优选形式的详细描述。

在附图的图1中示出了用于采集从RF（射频）源发送的能量的电路的方框图。天线2（比如贴片式天线）接收RF信号（比如在公共场所比如机场终端、咖啡馆、快餐店等等内发送的WIFI信号），并且将所述RF信号转换成电信号。该电信号通过传输线或信号线缆4被提供到电路6，所述电路6对所发送的RF信号进行整流并且采集所发送的RF信号的能量。该电路6把来自天线2的RF电信号转换成量值足以为电子器件8充电和/或供电的DC信号，所述电子器件8比如是通过USB线缆10等等连接到能量采集和整流器电路6的蜂窝电话、PDA或Blackberry^TM器件。

图2是根据本发明构造的用于从WIFI或其他RF信号采集能量的电路的第一种优选形式的示意图。根据该第一实施例的能量采集电路包括接收RF信号（比如WIFI信号）的天线2，并且将所述RF信号转换成电信号，所述电信号通过传输线或线缆4被提供到RF-DC整流器电路12的输入。整流器电路12将RF信号转换成其输出处的DC（直流）信号。该DC信号被提供到第一存储器件14，其优选地是2F（法拉）、2.5伏特超级电容器。第一存储器件14在其上存储并积聚来自由整流器电路12输出的经整流的（DC）信号的电荷。

由整流器电路12输出的DC信号也被提供到基于闪存的CMOS微控制器16的输入（引脚3），CMOS微控制器16优选地具有由Microchip Technology Inc.（Chandler，Arizona）制造的零件号12F683-0847。微控制器16被用作充电电路控制，以便防止被用作能量采集电路中的第二存储器件18的锂电池过充电。

超级电容器14上的电压也被提供到第一级DC-DC转换器电路20的输入，所述第一级DC-DC转换器电路20充当电荷泵或者换句话说充当升压电压调节器和电池管理电路。第一级DC-DC转换器电路20优选地是由Maxim Integrated Products（Sunnyvale，California）制造的零件号MAX1672。

当超级电容器14上的电压达到被提供到微控制器16的输入的特定水平（比如大约1.5伏特）时，微控制器16在其输出（引脚5）上生成一个脉冲信号，所述脉冲信号被提供到第一级DC-DC转换器电路20的使能输入，以便使得充当电荷泵的转换器电路20将其输入上的电压从大约1.5伏特增大到其输出上的大约4.5伏特。如果超级电容器14上的电压低于预定水平（比如1.5伏特），则微控制器16不向第一级DC-DC转换器电路20的使能输入提供脉冲信号从而有效地阻止转换器电路20操作，以免在超级电容器的充电不充分的情况下耗尽所述超级电容器14上的电荷。

第一级DC-DC转换器电路20的输出被提供到第二级DC-DC转换器电路22的输入，所述第二级DC-DC转换器电路22优选地是与第一级DC-DC转换器电路20相同的集成电路并且具有零件号MAX1672。再次，第一级DC-DC转换器电路20的输出上的优选电压是大约4.5伏特。

从图2中可以看出，所述能量采集电路还包括用于提供与外部电压源（优选地是大约5伏特DC）的连接的USB充电器端口或连接器24，以便利用可连接到USB充电器连接器24的膝上型计算机或其他器件为内部第二存储器件18（其正如将所解释的那样优选地是锂聚合物电池）充电。USB充电器连接器24的+5伏特输入引脚连接到第一级DC-DC转换器电路20的输出与第二级DC-DC转换器电路22的输入之间的连接。

第二级DC-DC转换器电路22充当低压降的降压电压转换器/调节器，以便将来自第一级DC-DC转换器电路20的4.5伏特（或者从外部源提供在USB充电器连接器24上的5伏特DC信号）转换到第二级DC-DC转换器电路22的输出上的3.7伏特DC信号。第二级DC-DC转换器电路22的该输出电压被提供到形成能量采集电路的一部分的锂聚合物电池18的正侧，所述电池的负侧优选地接地。所述锂聚合物电池优选地是被用作第二存储器件18的3.7伏特、1.5安培电池，第二存储器件18由能量采集电路从通过天线2接收的RF信号生成的经整流和DC转换的电压充电或者由连接到USB充电器连接器24的外部DC电源充电。

锂聚合物电池18上的电压被监测，以免超出近似3.7伏特。锂聚合物电池18的正侧连接到微控制器16上的反馈输入（引脚1），以便限制由能量采集电路生成并且被提供到锂聚合物电池18以及提供到与能量采集电路相连接的外部电子器件8的电压。当微控制器16的反馈输入上的电压达到预定阈值电压（比如3.7伏特）时，微控制器16停止在其连接到第一级DC-DC转换器电路20上的使能输入的输出（引脚5）上提供脉冲信号，以便防止第一级DC-DC转换器电路20作为电荷泵操作超出预定电压转换极限。当锂聚合物电池18上的电压落到所述预定阈值电压（其被提供到微控制器16的反馈输入）以下时，微控制器16再次在其去到第一级DC-DC转换器电路20的使能输入的输出上提供脉冲信号，从而转换器电路20恢复作为电荷泵的操作以便将提供在其上的输入电压增大到近似4.5伏特。然而，如果超级电容器14上的电压低于预定阈值电压（比如1.5伏特），则将不会从微控制器16向第一级DC-DC转换器电路20的使能输入提供脉冲信号。

锂聚合物电池18的正侧通过用户控制的单刀单掷开关26连接到也充当电荷泵的第三级DC-DC转换器电路28的输入。第三级DC-DC转换器电路28优选地是利用具有由Texas Instruments（Dallas，Texas）制造的零件号TPS61200DRCT的集成电路来实现的。第三级DC-DC转换器电路28将锂聚合物电池18提供到第三级DC-DC转换器电路28的输入的电压（3.7伏特）增大到其输出上的近似5伏特DC。第三级DC-DC转换器电路28的输出信号被提供到USB输出连接器30上的一个特定引脚（+5伏特DC引脚），所述USB输出连接器30的另一个特定引脚接地。可以利用标准USB线缆10将外部电子或电器件8（比如蜂窝电话、PDA、MP3播放器、摄影机等等）连接到能量采集电路的USB输出连接器30，从而本发明的能量采集电路可以为外部电子器件8的电池充电或者为由用户连接到所述能量采集电路的外部电子器件8供电。

现在参照附图的图3，示出了本发明的能量采集器件的电路的第二种优选形式的方框图。优选地使用多个宽带天线2，每个宽带天线2优选地是相同的。在本发明的一种形式中，使用了四个宽带天线2a、2b、2c、2d，并且每一个宽带天线2a－2d特别位于能量采集电路的外罩32内，从而每一个天线2a－2d将能够接收所发送的WIFI或其他RF信号，而不管外罩32的布置如何。优选地，每一个宽带天线2a－2d能够接收从大约500MHz到大约2.5GHz的信号。

甚至更优选地且如附图的图5－10中所示，四个单极子宽带天线2a－2d被安放在外罩32的透明或半透明封盖34的内表面上。封盖34通过枢轴方式在其一边结合到外罩32的主体或底座36的相应的侧边或顶边，从而可以将其分别远离及靠近主体或底座36的顶表面抬高及降低，因此覆盖及露出通过形成在主体或底座36的顶表面38中的开口所暴露的太阳能电池40。虽然当封盖34被布置在其较低位置从而覆盖外罩32的太阳能电池40时所述四个单极子天线2a－2d将接收RF能量，但是当封盖34比如如附图的图5中所示地被布置在已抬高位置时，所述四个单极子天线将更加有效地接收发送自RF源或WIFI源的RF能量。将更加详细地描述本发明的能量采集器件的外罩32的各项特征。

所述多个天线当中的每一个天线2a－2d耦合到对应的电压倍增器/全波整流器电路42，正如图3中所示出的那样。更具体来说，每一个电压倍增器/整流器电路42包括一个电压倍增器，从而把由与之耦合的对应天线2a－2d接收到的WIFI或RF信号转换成其幅度例如倍增为若干倍（比如4倍、6倍或8倍）的DC电压。

更具体来说，第一天线2a耦合到第一倍增器/整流器电路42a，其将第一天线2a接收到的WIFI或RF信号转换成例如倍增为4倍、6倍或8倍的DC电压。作为与之耦合的第一天线2a的所检测信号的结果，第一倍增器/整流器电路42的DC输出电压被提供到节点A和电容器C39的第一支路（参见图3）。

第二倍增器/整流器电路42b与第一倍增器/整流器电路42a非常类似。第二倍增器/整流器电路42b把由与之耦合的第二天线2b接收到的WIFI或RF信号转换成倍增为所期望倍数（例如4倍、6倍或8倍）的DC电压，并且将该电压提供到节点B和电容器C34的第一支路，电容器C34的第二支路连接到节点A和电容器C39的第一支路。因此，第二倍增器/整流器电路42b的输出电压就被有效地叠加在第一倍增器/整流器电路42a所输出的电压之上。

第三倍增器/整流器电路42c类似于第二倍增器/整流器电路42b，并且其耦合到第三天线2c的方式与第一和第二倍增器/整流器电路42a、42b分别耦合到第一和第二天线2a、2b的方式相同。再次，第三倍增器/整流器电路42c输出的DC电压被提供到节点C和电容器C21的第一支路（电容器C21的第二支路连接到节点B和电容器C34的第一支路），并且被叠加在由第一和第二倍增器/整流器电路42a、42b所提供的DC电压之上。

第四倍增器/整流器电路42d类似于前面描述的第三和第二倍增器/整流器电路42c、42d，并且耦合到第四天线2d。由第四倍增器/整流器电路42d输出的DC电压被提供到节点D和电容器C12的第一支路，电容器C12的第二支路连接到节点C和电容器C21的第一支路。作为由耦合到第四倍增器/整流器电路42d的第四天线2d接收到的RF信号的结果，第四倍增器/整流器电路42d的DC输出电压被叠加在由第三、第二和第一倍增器/整流器电路42c、42b、42a输出的DC电压之上。因此，作为来自第一、第二、第三和第四倍增器/整流器电路42a－42d的输出电压的叠加设置的结果，关于电容器C39的第二支路测量的电容器C12的第一支路处的电势可以等于或者可能高于25伏特DC。正如将要更加详细地解释的那样，电容器C39的第二支路耦合到“快速启动”电池BT2（也被称作快速启动电压器件44），并且来自四个倍增器/整流器电路42a－42d的叠加输出电压被电池BT2所提供的DC电压抬高。

由互连的倍增器/整流器电路42a－42d生成的组合叠加电压被提供到电容器C3。电容器C3充当用于作为由四个接收天线2a－2d接收到的RF能量的结果而由四个倍增器/整流器电路42a－42d检测并整流的电压的临时存储器件14。更具体来说，电容器C3的第一支路连接到电容器C12的第一支路，并且电容器C3的第二支路接地。优选地，电容器C3是低泄漏钽电容器，但是可以使用其他存储器件和其他类型的电容器。

如前所述，电容器C3被提供来临时存储作为由与之连接的四个天线2a－2d接收到的RF或WIFI能量的结果而由四个倍增器/整流器电路42a－42d输出的叠加DC电压、以及在节点D处抬高叠加电压的快速启动电池BT2的DC电压。

本发明的电路还优选地通过使用太阳能电池40和电路来采集光能。在这方面应当继续参照附图的图3。在本发明的能量采集器件中提供太阳能电池40，并且通过所述能量采集器件的外罩32的主体或底座36的顶表面38中的开口将其暴露。太阳能电池40可以在室内照明下的大约3.1伏特和直接日光下的大约5.5伏特之间生成。太阳能电池40的负端子优选地接地，并且太阳能电池40的正端子连接到齐纳二极管D2的阴极，所述齐纳二极管D2的阳极接地。优选地，齐纳二极管D2是5.6伏特齐纳二极管以便限制由太阳能电池40提供的输出电压以免破坏与之连接的任何电路。

太阳能电池40的输出连接到功率管理集成电路46的VDD输入，所述功率管理集成电路46比如是Cymbet Corporation（Elk River，Minnesota）所制造的零件号CBC3112或者许多制造商所制造的任何类似的功率管理电路。功率管理电路46的输出电压被调节并选择成大约4.2伏特，并且通过隔离二极管D3被提供到主能量存储电池BT1（即第二或主存储器件18）的正侧，以便在没有或者可忽略的WIFI或RF信号存在或者可能被检测时以及在周围环境光条件允许由太阳能电池40为电池BT1充电时帮助保持电池BT1上的电荷。

为了帮助“快速启动”或推升临时存储电容器C3上的电荷，使用3.7伏特、60毫安时或更高的锂聚合物电池BT2（参见图3）。电池BT2的负侧接地，而正侧则耦合到电容器C39的第二支路，以便把由四个互连的倍增器/整流器电路42a－42d生成的叠加电压抬升3.7伏特，即电池BT2的电压。相应地，电容器C3两端的电压是从来自电池BT2的电压与由本发明的电路采集的RF或WIFI能量的组合得到的电压。应当提到的是，从四个倍增器/整流器电路42a－42d的叠加设置得到的25伏特DC信号是无负载电压，并且当被欠载用来为电容器C3充电时，所述电压会显著降低。

来自电池BT2的电压被用来推升临时存储在42d电容器C3上的电压，以及补充从所收集的WIFI和RF能量得到的由四个倍增器/整流器电路42a－42d输出的电压。此外，来自电池BT2的“推升”电压帮助确保第二功率管理电路48（参见图3）在其VDD输入上具有足够的电压以便进行操作。

据估计，当本发明的能量采集器件被存储在暗室中因此太阳能电池40不生成电压时，被用作电池BT2的60毫安时电池将维持近似1500小时或大约62天，这是因为所述电路仅从电池BT2吸取大约25微安到大约40微安的电流。

为了保持电池BT2上的电荷，功率管理电路46所生成的输出电压被提供到隔离二极管D50的阳极，所述隔离二极管D50的阴极连接到电池BT2的正侧。这样，功率管理电路46充当太阳能电池与电池BT2之间的缓冲，以便防止可能导致电池过热的电池BT2的过充电。

替换地，为了对电池BT2充电，太阳能电池40的正引线可以通过一个二极管（未示出）耦合到电池BT2的正侧，所述二极管的阳极连接到太阳能电池40的正引线而所述二极管的阴极连接到电池BT2的正侧。可选地，可以将PTC（正温度系数）热敏电阻器（未示出）在太阳能电池40与电池BT2之间连接到电池BT2，以便在万一电池BT2（其优选地是锂聚合物电池）由于过充电或短路而过热的情况下为电路提供一定的保护。

再次参照附图的图3，将看到第二功率管理电路48被提供并且间接地耦合到临时存储电容器C3。优选地，在电容器C3与功率管理电路48的VDD输入之间布置看门狗监视器电路50，正如将更加详细地解释的那样。功率管理电路48可以是由Cymbet Corporation（Elk River，Minnesota）制造的零件号CBC3112或者由许多制造商所制造的任何类似的功率管理电路。功率管理电路48的VBAT输出连接到二极管D1的阳极，正如将更加详细地解释的那样。

由于功率管理电路48与功率管理电路46一样在其VDD输入上需要大约2.6伏特以便进行操作，因此本发明的能量采集电路优选地包括位于临时存储电容器C3与功率管理电路48之间的看门狗监视器电路50，以便在电容器C3上的电压不足以令功率管理电路48操作时使得存储在电容器C3中的能量的不必要的放电最小化。看门狗监视器电路50可以包括电压检测器电路52以及与之连接并且由此控制的晶体管开关电路54。电压检测器电路52可以是具有滞后并且具有由Seiko Instruments, Inc.（Chiba，Japan）制造的零件号S-80825的恒压功率监视器。

包括电压检测器电路52和晶体管开关电路54的看门狗监视器电路50被用来最小化来自临时存储电容器C3的任何泄漏，这是通过在临时存储电容器C3上的电压低于预定电压时防止电容器C3与第二功率管理电路48的VDD输入之间的直接连接而实现的。更具体来说，当电容器C3上的电压低于大约2.6伏特时，看门狗监视器电路50的电压检测器电路52向晶体管开关电路54提供输出信号以便断开晶体管开关电路54并且防止电容器C3上的电压通过晶体管开关电路54连接到第二功率管理电路48的VDD输入，从而电路48不会漏出存储在电容器C3上的来自WIFI或RF能量采集电路的能量。然而，如果电容器C3上的电压升高到大约2.6伏特以上，则看门狗监视器电路50的电压检测器电路52输出信号以闭合晶体管开关电路54，从而将电容器C3上的电压提供到第二功率管理电路48的VDD输入。通常来说，临时存储电容器C3上的电压范围将处于大约2.5伏特与大约2.65伏特之间，并且只有在该电压等于或高于大约2.6伏特时，电容器C3才将被有效地连接到第二功率管理电路48的输入。上面描述的看门狗监视器电路50的一般形式可以在Seiko Instruments Inc.公布的S-808xxC系列电压检测器的数据单表所附的应用注解（参见其图14和20）中找到。

功率管理电路48具有电荷泵，电荷泵将其输入上的2.6－2.65电压（或者更具体来说是任何高于2.63伏特的电压）转换到其VBAT输出上的大约4.1伏特DC与大约4.2伏特DC之间。第二功率管理电路48的VBAT输出连接到低压降（大约0.1伏特）隔离二极管D1的阳极。二极管D1的阴极连接到充当主能量存储电池或器件18的3.7伏特、1000毫安时锂聚合物电池BT1的正侧。

优选地，将电池保护电路56连接到电池BT1，以便提供过充电保护和过放电保护。电池保护电路56优选地是Fortune Semiconductor Corporation（Taipei，Taiwan）制造的零件号DW01，其监测电池BT1的正侧上的电压，并且驱动位于所述电池的负侧与接地之间的晶体管开关电路58以便选择性地将电池BT1的负侧与接地连接及断开。

当锂电池BT1上的电压超出特定的预定过充电保护电压时，通过电池保护电路56断开晶体管开关电路58以便将电池BT1与接地断开，禁止对电池BT1充电。另一方面，当锂电池BT1的电压落到预定的过放电保护电压以下时，通过电池保护电路56断开晶体管开关电路58以便将电池BT1与接地断开，禁止对电池BT1放电。实质上当存在过充电状况或过放电状况时，把电池BT1的负侧与接地断开。当两种状况都不存在时，电池保护电路56闭合晶体管开关电路58以便将电池BT1的负侧连接到接地。

本发明的能量采集电路还优选地包括电池电荷监测电路60，以便为能量采集器件的用户提供关于锂电池BT1是否被充电到足以为连接到能量采集电路的外部电子器件8供电或者为外部器件的一块或多块电池充电的指示。优选地，电池电荷监测电路60包括一个分压器网络（具有互连的电阻器）（未示出），其操作性地耦合到电池BT1的正侧并且被用来根据所述电池的电压将晶体管（未示出）偏置成通或断。一个单刀单掷（或等效）瞬时按钮开关SW2（或开关电路）连接在锂电池BT1的正侧与电池电荷监测电路60之间，并且优选地安放在外罩32的顶表面38上，以便能量采集器件的用户可获得。相应地，为了不从电池BT1漏出电荷，电池电荷监测电路60将只有在用户按下瞬时按钮开关SW2以便为电池电荷监测电路60提供电力时才工作。

双色（红色/绿色）发光二极管（LED）或者单独的红色和绿色LED 62、64操作性地耦合到电池电荷监测电路60并且由其驱动，并且优选地被安放在外罩32的顶表面38上或者安放在外罩上的其他位置处，以便能够由能量采集器件的用户看到。

当电池BT1上的电压是3.3伏特或更高时，电池电荷监测电路60将在用户按下瞬时按钮开关SW2时使得绿色LED 64发光。如果电池BT1上的电压是3.0伏特或更低，电池电荷监测电路60将在用户按下瞬时按钮开关SW2时使得红色LED 62点亮。可以通过改变形成所述分压器网络的各个电阻器的数值来调节所述3.3伏特阈值和3.0伏特阈值，以便在不同电压水平下接通或关断晶体管。

如图3中所示，单刀单掷开关或开关电路SW1的一侧连接到锂聚合物电池BT1或其他存储器件的正侧。提供开关或开关电路SW1以确保直到用户期望时才从电池吸取所存储的能量。正如将更加详细地解释的那样，开关SW1耦合到能量采集电路的外罩32上的弹簧偏置的滑动封盖66（参见图10）（其选择性地覆盖输出USB类型A连接器30），并且当用户在外罩32的主体或底座36上在一个方向上滑动USB连接器封盖66时将被自动激活以便从中提供导电。

开关或开关电路SW1的另一侧连接到DC/DC升压转换器电路28的输入，所述DC/DC升压转换器电路28可以是具有由Texas Instruments（Dallas，Texas）制造的零件号TPS61200DRCT的集成电路。利用外部组件将该DC/DC转换器电路28配置成把锂聚合物电池BT1的3.7伏特转换到5伏特DC输出。

DC/DC升压转换器电路28优选地把5伏特DC调节的电压提供到外部电子器件8可连接到的能量采集电路的USB连接器30。优选地，输出连接器30的引脚1（VCC）向外部电子器件8提供5伏特DC输出信号。如附图的图10中所示，USB输出连接器或端口30优选地位于能量采集器件的外罩30的其中一个较窄侧面68上。

因此，上面描述的电路配置将允许该USB类型A连接器28的输出能够为Apple, Inc.所制造的iPhone^TM、iPod^TM和iPad^TM器件提供正确的充电电压和电流。此外，该电路配置将与大多数（如果不是全部的话）智能电话、PDA、MP3播放器和Blackberry^TM器件兼容并且为之提供正确的充电电压和电流。

如前所述，本发明的能量采集器件可以包括输入连接器24以便接收来自外部电源的充电电压，所述外部电源比如是另一个电子器件、或者可以连接到汽车的点烟器或者可以例如是可连接到标准家装墙壁电源插座的AC/DC适配器的电力变压器。来自该外部电源的功率信号被提供到隔离二极管D4的阳极，所述隔离二极管D4的阴极与能量采集电路内部的锂电池BT1或其他存储器件的正侧电通信，从而由此可以为所述锂电池或存储器件充电。

更具体来说，如附图的图3和9中所示，在能量采集器件的外罩32的一个侧面上（优选地在未由输出USB连接器30占据的其中一个较窄侧面68上）提供mini USB连接器24。提供输入连接器24从而用户可以将连接器24连接到AC/DC墙壁电源插座适配器，或者连接到可与汽车中的辅助电源插座或点烟器连接的另一个适配器或变压器，或者连接到电子器件（比如膝上型计算机）的提供5伏特DC输出信号的输出端口。优选地，连接器24的引脚1（VCC）为所述电路提供5伏特DC输入信号。

连接器24上的5伏特DC输入信号被提供到隔离二极管D4的阳极。二极管D4的阴极直接电连接到或者通过电阻器（未示出）电连接到锂电池BT1的正侧，从而可以通过连接到mini USB连接器24的AC/DC适配器、电力变压器、汽车电源插座、膝上型计算机等等从外部为能量采集电路的锂电池充电。

此外，利用连接到输入USB连接器24的外部电源以及处于闭合位置的开关SW1，外部电源将为输出USB连接器30和与之耦合的外部电子器件8提供电力。

现在参照附图的图5－10，将看出，用于能量采集电路的外罩32的一种优选形式包括总体形状为矩形的主体或底座36、以及通过枢轴方式结合到主体36的顶表面38的一条较长边（或者替换地一条较窄边）的透明或半透明封盖34。太阳能电池40被安放在主体36的顶表面38上，或者经由穿过所述主体的厚度形成的一个窗口以便暴露于周围环境光。透明封盖34可在闭合位置与打开位置之间在顶表面38上以枢轴方式移动，其中所述透明封盖34在闭合位置处覆盖顶表面38或者至少覆盖安放在顶表面上的太阳能电池40，并且在打开位置处从主体36的顶表面38抬高到与主体的顶表面38所驻留的平面基本上垂直的位置。因此，如果主体36的与顶表面38相对的底表面70停留在水平支撑表面（比如桌子或写字台）上，则透明封盖34可以通过枢轴方式移动（pivot）到基本上竖直的位置。

如前所述，优选地存在彼此间隔开预定距离的四个天线2a－2d，其被安放到透明封盖34的内表面上。为了获得最佳的WIFI或RF信号接收，优选的是将这些宽带天线2a－2d（优选地是单极子天线）布置在竖直位置中。因此，如果当本发明的能量采集器件的用户选择利用在所述能量采集器件所处的地点中存在的WIFI或RF信号为能量采集电路的内部电池BT1充电时他将透明封盖34抬高到竖直位置，则是优选的。

如前所述，封盖34优选地是透明或半透明的，从而即使在封盖34处于闭合位置，能量采集电路的太阳能电池40也将穿过封盖34接收光能以便为内部锂电池BT1充电。

此外，如前所述，为了不在能量采集电路没有为外部电子器件8供电时对内部锂电池BT1不必要地放电，在输出USB连接器30上方提供滑动封盖66，并且开关SW1操作性地与USB连接器滑动封盖66的移动耦合并且通过USB连接器滑动封盖66的移动而激活。

更具体来说，USB输出连接器30优选地位于外罩32的主体36的与输入USB连接器24相对的较小侧面68上（但是连接器30和24可以被安放在外罩32的相对较宽侧面72上）。存在用于输出USB连接器30的小封盖66，从而用户可以滑动该封盖66并且将输出USB连接器30连接到外部电子器件8，以便为外部电子器件的电池供电或者再充电。当滑动封盖66被定位成使其露出输出USB连接器30时，其自动接合并激活单刀单掷开关或开关电路SW1，从而将电池BT1或其他存储器件电连接到DC/DC升压转换器28的输入，以便在输出USB连接器30上提供5伏特输出电压。

当滑动封盖66被返回到其闭合位置从而覆盖输出USB连接器30时，其停用开关或开关电路SW1，从而断开能量采集电路内的锂电池BT1或其他存储器件与DC/DC转换器电路28之间的连接，从而不向输出USB连接器30提供电力。处于该闭合位置的滑动封盖66覆盖输出USB连接器30以防止对其的接进。在本发明的一种优选形式中，可以通过弹簧（未示出）偏置滑动封盖30，从而在没有外部电子器件8连接到能量采集器件的输出连接或连接器30时所述滑动封盖30自动返回闭合位置，从而覆盖输出连接器30并且停用开关SW1。

具有覆盖及露出输出USB连接器30的滑动封盖66的目的是当不需要向外部电子器件8提供电力时最小化从锂电池BT1漏出的任何能量。应当认识到，如果使用耦合到开关SW1以便激活开关SW1的滑动封盖66，则可以省略安放在底座36的顶表面38上的用户控制的开关26。替换地，在用图5－10中所示的附图标记26标记的开关可以替换地被用作开关SW2，其可以是瞬时按钮开关，用户按压该开关以便瞬时激活电池电荷监测电路60以点亮红色LED 62或绿色LED 64，从而最小化锂电池BT1上的任何漏出。

在本发明的一种形式中，所述四个天线2a－2d彼此完全相同并且具有相同或类似的宽带带宽特性。在本发明的一种替换形式中，所述能量采集电路可以包括几个窄带天线2，比如用以接收处在大约500MHz与大约700MHz之间的范围内的信号的一个UHF天线，用以接收处在大约850MHz与大约928MHz之间的范围内的信号的一个蜂窝电话和900MHz天线，用以接收处在大约1.8GHz与大约1.9GHz之间的范围内的信号的一个GSM频带天线，以及用以接收处在大约2.3GHz与大约2.5GHz之间的范围内的信号的一个WiFi/WiMAx/卫星无线电天线，每一个天线2都通过同轴线缆4连接到对应的倍增器/整流器电路42（参见图9）。

现在应当参照附图的图4和11，其示出了本发明的能量采集器件的另一个（第三）优选实施例。图4的示意图中所示出的电路在许多方面类似于图3中所示的电路。然而在该优选形式中，提供了六个（6个）天线2a－2f（也如图10中所示）和六个（6个）倍增器/整流器电路42a－42f。因此，存在分别与第一倍增器/整流器电路42a到第六倍增器/整流器电路42f的输出相关联的节点A－F。

在图4中所示的电路的该替换实施例中，来自第一倍增器/整流器电路42a和第二倍增器/整流器电路42b的输出电压一起串联叠加在快速启动电池BT2的电压之上，并且第一倍增器/整流器电路42a和第二倍增器/整流器电路42b的叠加电压被提供在节点B处并且通过二极管D60提供到临时存储电容器C3，二极管D60的阳极连接到节点B而其阴极连接到临时存储电容器C3。

类似地，第三倍增器/整流器电路42c和第四倍增器/整流器电路42d的输出电压被串联叠加在快速启动电池BT2的电压上。第四倍增器/整流器电路42d和第三倍增器/整流器电路42c的叠加电压被提供在节点D处并且通过二极管D62提供到临时存储电容器C3，二极管D62的阳极连接到节点D而其阴极连接到临时存储电容器C3。

按照相同的方式，第五倍增器/整流器电路42e的输出电压和第六倍增器/整流器电路42f的输出电压（其输入分别连接到第五天线2e和第六天线2f）被串联叠加在快速启动电池BT2的电压上。第六倍增器/整流器电路42f和第五倍增器/整流器电路42e的叠加电压被提供在节点F处（节点E是第五倍增器/整流器电路42e处的输出电压）并且通过二极管D64提供到临时存储电容器C3，二极管D64的阳极连接到节点F而其阴极连接到临时存储电容器C3。

更具体来说，快速启动电池BT2的正侧连接到每一个电容器C39、C21和C100的第一支路。每一个电容器C39、C21和C100的第二支路分别连接到：节点A和电容器C34（以及第一倍增器/整流器电路42a的输出）；节点C和电容器C12（以及第三倍增器/整流器电路42c的输出）；以及节点E和电容器C102的第一支路（以及第五倍增器/整流器电路42e的输出）。电容器C102的第二支路耦合到节点F、二极管D64的阳极以及第六倍增器/整流器电路42f的输出。

换句话说，第一和第二倍增器/整流器电路42a、42b的输出串联连接，第三和第四倍增器/整流器电路42c、42d的输出串联连接，并且第五和第六倍增器/整流器电路42e、42f的输出串联连接，从而形成三个分组，各个串联连接分组的输出电压彼此有效地并联连接并且被提供到临时存储电容器C3。这提供了近似8－12伏特以便为临时存储电容器C3充电，但是其电流容量大于各个单独的倍增器/整流器电路42a－42f的输出全部叠加串联连接的情况（这是由于各个倍增器/整流器分组的并联设置）。

应当认识到，可以使用数目更多或更少的串联倍增器/整流器电路42a－42f的并联分组来生成用以为临时存储电容器C3充电的电压。例如，可以省略由第五和第六倍增器/整流器电路42e、42f构成的第三分组以及分别与第五和第六倍增器/整流器电路42e、42f连接的相应的第五和第六天线2e、2f，以便满足能量采集器件的外罩32上的天线2设置中的空间约束并且提供相邻天线2之间的充分分离以便最小化各个天线的任何交叉耦合。

本发明的能量采集器件的该替换电路还包括一个6伏特DC、2安培（等等）输入连接器74，其允许在大约30分钟内把主能量存储电池BT1充电上至其容量的近似75%。从图4中可以看出，快速充电连接器74上的输出电压通过二极管D68被提供到主能量存储电池BT1，二极管D68的阳极操作性地连接到连接器74的输出并且其阴极操作性地连接到主能量存储电池BT1。此外，快速充电连接器74上的输出电压还通过二极管D66被提供到快速启动电池BT2以便为该该电池充电，二极管D66的阳极操作性地连接到连接器74的输出并且其阴极操作性地连接到快速启动电池BT2的正侧。

此外，5伏特DC连接器24通过二极管D4为主能量存储电池BT1提供充电电压，正如前面关于图3所示的电路所提到的那样，但是其也通过二极管D70向快速启动电池BT2提供充电电压，二极管D70的阳极操作性地连接到连接器24的输出并且其阴极操作性地连接到快速启动电池BT2的正侧。

类似地，按照图3中所示的电路的示意图中所示出的相同方式，从太阳能电池电压导出的功率管理电路46的输出电压通过二极管D3被提供到主能量存储电池BT1并且通过二极管D50被提供到快速启动电池BT2的正侧。

参照附图的图11，可以看出六个（6个）天线2a－2f被并排设置在外罩32的封盖34上，所述封盖34可以从外罩的底座36竖直抬高以便优化天线的接收能力。虽然在图11中示出了沿着封盖34的较窄侧面将六个天线2a－2f横向安放在所述封盖（其通过铰链方式结合到外罩32的底座36）上，但是在本发明的范围内将设想到沿着封盖34的较长侧面设置所述六个天线2a－2f，并且将所述封盖的较长侧面通过铰链方式安放到外罩32的底座36的较长侧面72，以便提供相邻天线2a－2f之间的更大距离并且最小化或者消除相邻天线之间的任何可能的耦合。

在其优选形式下本发明的能量采集电路检测WIFI信号、WiMax、卫星无线电、蜂窝电话（850MHz到900MHz以及1.8GHz到1.9GHz）、任何2.4GHz和UHF TV信号以及光以便从中采集能量，从而为内部电池BT1或其他存储器件充电以按需用于为与之相连的外部电子器件8的电池供电或再充电。当没有在使用时，所检测并采集到的能量被存储在电池BT1或其他存储器件中，从而所述电池或其他存储器件充满电并且准备好在用户把外部电子器件8与之连接时为所述外部电子器件8供电。

还应当认识到，所述能量采集器件或者至少其某些电路部分可以被直接合并到蜂窝电话、PDA、摄影机、Blackberry^TM器件或其他电子器件8中以便为所述器件供电或者为其电池充电，而无需比如如图5－11中所示出的那样在单独的外罩32内使用独立的能量采集器件。所述能量采集器件的一个或多个天线2以及太阳能电池40可以被安放在电子器件的外壳之上或之内以便分别接收所发送的RF信号和光能，从而为电子器件8供电或者为其电池充电。在本发明的范围内还设想到把能量采集器件的电路直接合并在被用来为电子器件8供电的电池之上或之内。

现在将进一步详细描述本发明的能量采集器件的各个实施例。

在本发明的一种形式中，能量采集器件优选地包括：用于接收所发送的射频（RF）信号的天线2；操作性地耦合到天线2的整流器电路6，整流器电路6将天线2接收到的RF信号转换成直流（DC）电压；以及操作性地耦合到整流器电路6并且在其上提供DC电压的输出连接器30，电子器件8可连接到输出连接器30以便接收提供在输出连接器30上的DC电压。

在本发明的另一种形式中，能量采集器件优选地包括：用于接收所发送的射频（RF）信号的天线，天线2将所接收到的RF信号转换成RF电信号；RF-DC整流器电路12，RF-DC整流器电路12操作性地连接到天线2并且将RF电信号转换成直流（DC）电压；以及第一存储器件14，第一存储器件14操作性地连接到RF-DC整流器电路12并且被提供DC电压并由此被充电。所述能量采集器件优选地还包括：微控制器16，微控制器16的第一信号输入操作性地连接到第一存储器件14以便监测第一存储器件14上的DC电压，如果第一存储器件14上的DC电压高于第一预定电压水平则微控制器16生成脉冲输出信号；第一级DC-DC电压转换器电路20，第一级DC-DC电压转换器电路20操作性地连接到第一存储器件14并且生成高于第一存储器件14上的DC电压的输出DC电压；以及第二级DC-DC电压转换器电路22，第二级DC-DC电压转换器电路22操作性地连接到第一级DC-DC电压转换器电路20并且生成低于由第一级DC-DC电压转换器电路20所生成的输出DC电压的输出DC电压。所述能量采集器件优选地还包括：第二存储器件18，第二存储器件18操作性地连接到第二级DC-DC电压转换器电路22并且被提供由第二级DC-DC电压转换器电路22生成的输出DC电压并由此被充电；第三级DC-DC电压转换器电路28，第三级DC-DC电压转换器电路28操作性地连接到第二存储器件18并且生成高于第二存储器件18上的DC电压的输出DC电压；以及输出连接器30，输出连接器30操作性地连接到第三级DC-DC电压转换器电路28并且在其上提供由第三级DC-DC电压转换器电路28生成的输出DC电压。电子器件8可连接到输出连接器30以便在其上接收被提供到输出连接器30的输出DC电压。

上面描述的能量采集器件还可以包括输入连接器24。输入连接器24操作性地连接到第二级DC-DC电压转换器电路22。外部DC电压源可连接到输入连接器24，以便从外部源向第二级DC-DC电压转换器电路22提供DC电压。第二级DC-DC电压转换器电路22响应于提供在输入连接器24上的来自外部源的DC电压而生成第二级DC-DC电压转换器电路22的输出DC电压。

在本发明的一种优选形式中，能量采集器件的第一存储器件14包括电容器。在本发明的一种优选形式中，能量采集器件的第二存储器件18包括电池。

优选地，微控制器16包括第二信号输入，其操作性地连接到第二存储器件18以便监测第二存储器件18上的DC电压。如果第二存储器件18上的DC电压高于第二预定电压水平，则微控制器16不生成脉冲输出信号。

如下描述能量采集器件的另一种优选形式。所述能量采集器件包括用于接收所发送的射频（RF）信号的多个天线2。天线2响应于由此接收到的所发送的RF信号生成RF电信号。还包括多个倍增器和整流器电路42。每一个倍增器和整流器电路42对由所述多个天线当中的一个天线2生成的对应的RF电信号做出响应，并且作为响应生成直流（DC）电压。至少其中一些DC电压被串联叠加以便提供一个组合DC电压，所述组合DC电压的量值大于由对应的倍增器和整流器电路42生成的每一个单独的DC电压。

该优选实施例的能量采集器件还包括临时存储器件14。临时存储器件14对所述组合DC电压做出响应，并且作为响应提供临时存储的DC电压。临时存储器件14可以是或者包括电容器。优选地还包括第一功率管理电路46，第一功率管理电路46对所述临时存储的DC电压做出响应并且作为响应生成DC充电电压。

所述能量采集器件优选地还包括主能量存储器件18。主能量存储器件18对第一功率管理电路46生成的DC充电电压做出响应，并且作为响应提供主能量存储DC电压。主能量存储器件18可以是或者包括电池，比如锂聚合物电池。在所述器件中优选地还包括输出连接器30，输出连接器30响应于主能量存储DC电压而在其上提供输出连接器DC电压。电子器件8可连接到输出连接器30，以便在其上接收被提供在输出连接器30上的输出连接器DC电压。

在本发明的另一种优选形式中，所述能量采集器件还可以包括快速启动DC电压器件44。快速启动DC电压器件44提供快速启动DC电压。所述组合DC电压包括由串联叠加的多个倍增器和整流器电路42生成的至少其中一些DC电压和所述快速启动DC电压（如果包括这种快速启动DC电压器件44的话）。快速启动DC电压器件44可以是或者包括电池。

在上面描述的能量采集器件中可以包括输入连接器24。输入连接器24可连接到能量采集器件外部的DC电压源，所述外部源的DC电压被提供到主能量存储器件18、快速启动DC电压器件44和输出连接器30中的至少一个。

上面描述的能量采集器件还可以包括DC-DC电压转换器电路28。DC-DC电压转换器电路28对主能量存储DC电压做出响应，并且作为响应生成输出DC电压。输出连接器30响应于由DC-DC电压转换器电路28（如果包括此的话）生成的输出DC电压而提供输出连接器DC电压。

所述能量采集器件优选地还包括看门狗监视器电路50。看门狗监视器电路50对所述临时存储的DC电压做出响应，并且在临时存储的DC电压高于预定电压阈值时选择性地将临时存储的DC电压提供到第一功率管理电路46。

在本发明的一种更优选的形式中，所述能量采集器件包括具有太阳能电池40的太阳能电池电路。所述太阳能电池电路接收光能，并且作为响应生成太阳能电池DC输出电压。太阳能电池DC输出电压被提供到主能量存储器件18、快速启动DC电压器件44和输出连接器30中的至少一个。此外，对于太阳能电池电路可以包括第二功率管理电路48。第二功率管理电路48对太阳能电池DC输出电压做出响应，并且作为响应生成受管理的太阳能电池DC输出电压。所述受管理的太阳能电池DC输出电压被提供到主能量存储器件18、快速启动DC电压器件44和输出连接器30中的至少一个。

应当提到的是，由各个倍增器和整流器电路42所生成的至少其中一些DC电压可以被耦合来提供分组DC电压，并且各个分组DC电压可以被并联组合以便限定被提供到临时存储器件14的组合DC电压。

在本发明的一种更加具体的形式中，能量采集器件的多个天线2包括第一天线2a、第二天线2b、第三天线2c和第四天线2d，第一天线2a生成第一RF电信号，第二天线2b生成第二RF电信号，第三天线2c生成第三RF电信号，并且第四天线2d生成第四RF电信号。此外，能量采集器件的多个倍增器和整流器电路42包括第一倍增器和整流器电路42a、第二倍增器和整流器电路42b、第三倍增器和整流器电路42c和第四倍增器和整流器电路42d，第一倍增器和整流器电路42a对第一天线2a生成的第一RF电信号做出响应并且作为响应生成第一倍增和整流DC电压，第二倍增器和整流器电路42b对第二天线2b生成的第二RF电信号做出响应并且作为响应生成第二倍增和整流DC电压，第三倍增器和整流器电路42c对第三天线2c生成的第三RF电信号做出响应并且作为响应生成第三倍增和整流DC电压，并且第四倍增器和整流器电路42d对第四天线2d生成的第四RF电信号做出响应并且作为响应生成第四倍增和整流DC电压。第一倍增和整流DC电压与第二倍增和整流DC电压优选地被串联耦合以便限定第一分组DC电压。类似地，第三倍增和整流DC电压与第四倍增和整流DC电压优选地被串联耦合以便限定第二分组DC电压。第一分组DC电压和第二分组DC电压优选地被并联组合以便限定被提供到临时存储器件14的组合DC电压。

所述多个天线当中的每一个天线2可以具有宽带带宽特性或窄带带宽特性，或者天线2可以是宽带与窄带带宽特性的混合。

本发明的能量采集器件优选地包括外罩32。外罩32具有限定用于包含能量采集器件的电路的内部空腔的底座36、以及通过枢轴方式安放在底座36上的封盖34。底座36具有顶表面38，并且封盖34优选地在至少闭合位置与打开位置之间可通过枢轴方式移动，其中在闭合位置处封盖34紧邻底座36以便至少部分地覆盖顶表面38，在打开位置处封盖34与底座的顶表面38基本上垂直。

所述多个天线2优选地被安放在外罩32的可通过枢轴方式移动的封盖34上并且可定位在至少第一位置和第二位置处，在第一位置处当封盖处于闭合位置时所述多个天线2紧邻底座36的顶表面38，在第二位置处当封盖34处于打开位置时所述多个天线2处于离开底座36的顶表面38的已抬高位置。

如果太阳能电池电路被包括在能量采集器件中（其中太阳能电池电路包括用于接收光能的太阳能电池40），则太阳能电池40优选地被安放在底座36的顶表面38上，并且当封盖34分别在闭合位置与打开位置之间通过枢轴方式移动时被封盖34选择性地覆盖及露出。封盖34优选地是至少部分地半透明的，以便在封盖34处于闭合位置时至少部分地允许光能从中穿过并且被太阳能电池40接收。

替换地，所述能量采集器件包括没有顶表面38的外罩32，由此太阳能电池40被安放在所述外罩的顶表面38上。不需要包括封盖。外罩32可以包括限定用于包含能量采集器件的电路的内部空腔的底座36，所述外罩的顶表面38形成底座36的一部分。此外，不可通过枢轴方式移动的封盖34可以被安放在底座36上，封盖34至少部分地覆盖底座36的顶表面38和安放在顶表面38上的太阳能电池40。在该实施例中，如果封盖34是至少部分地半透明的以便允许光能从中穿过并且撞击在位于封盖34下方的太阳能电池40上，则是优选的。

现在将进一步详细描述根据本发明的能量采集方法的各种形式。

在本发明的一种优选形式中，一种采集能量的方法包括以下步骤：接收所发送的射频（RF）信号以便提供所接收的RF信号；将所接收的RF信号转换成RF电信号；将RF电信号转换成直流（DC）电压；临时存储所述DC电压以便提供临时存储的DC电压；监测临时存储的DC电压，并且在临时存储的DC电压高于第一预定电压水平时生成脉冲输出信号；将临时存储的DC电压转换成高于所述临时存储的DC电压的第一转换后DC电压；将第一转换后DC电压转换成低于第一转换后DC电压的第二转换后DC电压；存储第二转换后DC电压以便提供所存储的第二转换后DC电压；将所存储的第二转换后DC电压转换成高于所存储的第二转换后DC电压的第三转换后DC电压；以及将第三转换后DC电压提供到输出连接器30，电子器件8可连接到输出连接器30以便在其上接收被提供到输出连接器30的第三转换后DC电压。

上面描述的采集能量的方法还可以包括以下步骤：将外部DC电压源连接到输入连接器24，所述输入连接器24接收外部DC电压，第一转换后DC电压至少部分地由所述外部DC电压限定。

此外，上面描述的采集能量的方法还可以包括以下步骤：监测所存储的第二转换后DC电压，并且如果所存储的第二转换后DC电压高于第二预定电压水平则不生成脉冲输出信号。

在本发明的另一种形式中，一种采集能量的方法包括以下步骤：接收所发送的射频（RF）信号以便提供所接收的RF信号；将所接收的RF信号转换成直流（DC）电压；以及在输出连接器30上提供所述DC电压，电子器件8可连接到输出连接器30以便接收提供在输出连接器30上的DC电压。

在本发明的另一种形式中，一种采集能量的方法包括以下步骤：通过多个天线2接收所发送的射频（RF）信号，并且响应于由所述多个天线2接收到的所发送的RF信号生成RF电信号；对由所述多个天线2生成的RF电信号进行倍增及整流，并且作为响应生成多个直流（DC）电压；将至少其中一些DC电压串联组合以便提供组合DC电压，所述组合DC电压的量值高于每一个单独的DC电压；临时存储所述组合DC电压，由此提供临时存储的DC电压；响应于所述临时存储的DC电压生成DC充电电压；存储DC充电电压以便提供所存储的DC充电电压；以及响应于所存储的DC充电电压在输出连接器30上生成DC输出连接器电压，电子器件8可连接到输出连接器30以便在其上接收被提供在输出连接器30上的输出连接器DC电压。

此外，上面描述的采集能量的方法还可以包括生成快速启动DC电压的步骤，所述组合DC电压包括串联连接的通过所述倍增和整流步骤生成的至少其中一些DC电压和快速启动DC电压，并且所述方法还可以包括将外部DC电压连接到输入连接器24的步骤，所存储的DC充电电压、快速启动DC电压和输出连接器DC电压中的至少一个至少部分地由所述外部DC电压限定。

此外，前面描述的采集能量的方法可以包括将所存储的DC充电电压转换成提供在输出连接器30上的输出连接器DC电压的步骤，并且可以包括监测临时存储的DC电压并且在临时存储的DC电压高于预定电压阈值时选择性地生成DC充电电压的进一步的步骤。

如果太阳能电池电路被包括在本发明的能量采集器件中，则上面描述的采集能量的方法可以包括通过太阳能电池电路接收光能并且作为响应生成太阳能电池DC输出电压的步骤，所存储的DC充电电压、提供在输出连接器上的输出连接器DC电压和快速启动DC电压中的至少一个至少部分地由太阳能电池DC输出电压限定。

所述采集能量的方法还可以包括以下步骤：将通过所述倍增和整流步骤生成的至少其中一些DC电压串联耦合以便提供分组DC电压；以及将各个分组DC电压并联组合以便限定组合DC电压。

所述采集能量的方法还可以包括将多个天线2可调节地定位在第一位置与第二位置之间的步骤，其中与在处于第二位置时相比，所述多个天线2在处于第一位置时表现出用以接收所发送的RF信号的更好信号接收特性。

虽然在本文中参照附图描述了本发明的说明性实施例，但是要理解的是，本发明不限于这些精确的实施例，并且在不背离本发明的范围或精神的情况下可以由本领域技术人员对其实施各种其他改变和修改。

Claims

1.一种能量采集器件，所述能量采集器件包括：

用于接收所发送的射频（RF）信号的天线，所述天线将所接收到的RF信号转换成RF电信号；

RF-DC整流器电路，所述RF-DC整流器电路操作性地连接到天线并且将RF电信号转换成直流（DC）电压；

第一存储器件，所述第一存储器件操作性地连接到RF-DC整流器电路并且被提供所述DC电压并由此被充电；

微控制器，所述微控制器的第一信号输入操作性地连接到第一存储器件以便监测第一存储器件上的DC电压，如果第一存储器件上的DC电压高于第一预定电压水平则所述微控制器生成脉冲输出信号；

第一级DC-DC电压转换器电路，所述第一级DC-DC电压转换器电路操作性地连接到第一存储器件并且生成高于第一存储器件上的DC电压的输出DC电压；

第二级DC-DC电压转换器电路，所述第二级DC-DC电压转换器电路操作性地连接到第一级DC-DC电压转换器电路并且生成低于由第一级DC-DC电压转换器电路所生成的输出DC电压的输出DC电压；

第二存储器件，所述第二存储器件操作性地连接到第二级DC-DC电压转换器电路并且被提供由第二级DC-DC电压转换器电路生成的输出DC电压并由此被充电；

第三级DC-DC电压转换器电路，所述第三级DC-DC电压转换器电路操作性地连接到第二存储器件并且生成高于第二存储器件上的DC电压的输出DC电压；以及

输出连接器，所述输出连接器操作性地连接到第三级DC-DC电压转换器电路并且在其上提供由第三级DC-DC电压转换器电路生成的输出DC电压，电子器件可连接到输出连接器以便在其上接收被提供到输出连接器的输出DC电压。

2.如权利要求1所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

输入连接器，所述输入连接器操作性地连接到第二级DC-DC电压转换器电路，所述输入连接器可连接到外部DC电压源以便从外部源向第二级DC-DC电压转换器电路提供DC电压，所述第二级DC-DC电压转换器电路响应于提供在输入连接器上的来自外部源的DC电压而生成第二级DC-DC电压转换器电路的输出DC电压。

3.如权利要求1所述的能量采集器件，其中第一存储器件包括电容器。

4.如权利要求1所述的能量采集器件，其中第二存储器件包括电池。

5.如权利要求1所述的能量采集器件，其中所述微控制器包括第二信号输入，所述第二信号输入操作性地连接到第二存储器件以便监测第二存储器件上的DC电压，如果第二存储器件上的DC电压高于第二预定电压水平，则所述微控制器不生成脉冲输出信号。

6.一种能量采集器件，所述能量采集器件包括：

用于接收所发送的射频（RF）信号的多个天线，所述天线响应于由此接收到的所发送的RF信号生成RF电信号；

多个倍增器和整流器电路，每一个倍增器和整流器电路对由所述多个天线当中的一个天线生成的对应的RF电信号做出响应并且作为响应生成直流（DC）电压，至少其中一些DC电压被串联叠加以便提供一个组合DC电压，所述组合DC电压的量值大于由对应的倍增器和整流器电路生成的每一个单独的DC电压；

临时存储器件，所述临时存储器件对所述组合DC电压做出响应并且作为响应而提供临时存储的DC电压；

第一功率管理电路，所述第一功率管理电路对所述临时存储的DC电压做出响应并且作为响应生成DC充电电压；

主能量存储器件，所述主能量存储器件对第一功率管理电路生成的DC充电电压做出响应并且作为响应而提供主能量存储DC电压；以及

输出连接器，所述输出连接器响应于主能量存储DC电压而在其上提供输出连接器DC电压，电子器件可连接到输出连接器以便在其上接收被提供在输出连接器上的输出连接器DC电压；

其中由倍增器和整流器电路所生成的至少其中一些DC电压被串联耦合来提供分组DC电压，并且其中所述分组DC电压被并联组合以便限定组合DC电压；

其中所述多个天线包括第一天线、第二天线、第三天线和第四天线，第一天线生成第一RF电信号，第二天线生成第二RF电信号，第三天线生成第三RF电信号，第四天线生成第四RF电信号；

其中所述多个倍增器和整流器电路包括第一倍增器和整流器电路、第二倍增器和整流器电路、第三倍增器和整流器电路以及第四倍增器和整流器电路，第一倍增器和整流器电路对第一天线生成的第一RF电信号做出响应并且作为响应生成第一倍增和整流DC电压，第二倍增器和整流器电路对第二天线生成的第二RF电信号做出响应并且作为响应生成第二倍增和整流DC电压，第三倍增器和整流器电路对第三天线生成的第三RF电信号做出响应并且作为响应生成第三倍增和整流DC电压，第四倍增器和整流器电路对第四天线生成的第四RF电信号做出响应并且作为响应生成第四倍增和整流DC电压；

其中第一倍增和整流DC电压与第二倍增和整流DC电压被串联耦合以便限定第一分组DC电压；

其中第三倍增和整流DC电压与第四倍增和整流DC电压被串联耦合以便限定第二分组DC电压；

并且其中第一分组DC电压和第二分组DC电压被并联组合以便限定组合DC电压。

7.如权利要求6所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

快速启动DC电压器件，所述快速启动DC电压器件提供快速启动DC电压，所述组合DC电压包括串联叠加的多个倍增器和整流器电路生成的至少其中一些DC电压和所述快速启动DC电压。

8.如权利要求6所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

输入连接器，所述输入连接器可连接到能量采集器件外部的DC电压源，外部源的DC电压被提供到主能量存储器件和输出连接器中的至少一个。

9.如权利要求6所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

DC-DC电压转换器电路，所述DC-DC电压转换器电路对主能量存储DC电压做出响应并且作为响应而生成输出DC电压，所述输出连接器响应于由DC-DC电压转换器电路生成的输出DC电压提供输出连接器DC电压。

10.如权利要求6所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

看门狗监视器电路，所述看门狗监视器电路对所述临时存储的DC电压做出响应并且在临时存储的DC电压高于预定电压阈值时选择性地将临时存储的DC电压提供到第一功率管理电路。

11.如权利要求6所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

太阳能电池电路，所述太阳能电池电路接收光能并且作为响应生成太阳能电池DC输出电压，所述太阳能电池DC输出电压被提供到主能量存储器件和输出连接器中的至少一个。

12.如权利要求7所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

太阳能电池电路，所述太阳能电池电路接收光能并且作为响应生成太阳能电池DC输出电压，所述太阳能电池DC输出电压被提供到主能量存储器件、输出连接器和快速启动DC电压器件中的至少一个。

13.如权利要求6所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

太阳能电池电路，所述太阳能电池电路接收光能并且作为响应生成太阳能电池DC输出电压；以及

第二功率管理电路，所述第二功率管理电路对太阳能电池DC输出电压做出响应并且作为响应生成受管理的太阳能电池DC输出电压，所述受管理的太阳能电池DC输出电压被提供到主能量存储器件和输出连接器中的至少一个。

14.如权利要求7所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

第二功率管理电路，所述第二功率管理电路对太阳能电池DC输出电压做出响应并且作为响应生成受管理的太阳能电池DC输出电压，所述受管理的太阳能电池DC输出电压被提供到主能量存储器件、输出连接器和快速启动DC电压器件中的至少一个。

15.如权利要求6所述的能量采集器件，其中所述多个天线当中的每一个天线具有宽带带宽特性。

16.如权利要求6所述的能量采集器件，其中所述多个天线当中的每一个天线具有窄带带宽特性。

17.如权利要求6所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

外罩，所述外罩具有限定内部空腔的底座以及通过枢轴方式安放在底座上的封盖，所述底座具有顶表面，所述封盖在至少闭合位置与打开位置之间可通过枢轴方式移动，其中在闭合位置处封盖紧邻底座以便至少部分地覆盖顶表面，而在打开位置处封盖与底座的顶表面基本上垂直。

18.如权利要求17所述的能量采集器件，其中所述多个天线被安放在所述外罩的可通过枢轴方式移动的封盖上并且可定位在至少第一位置和第二位置处，其中在第一位置处当封盖处于闭合位置时所述多个天线紧邻底座的顶表面，而在第二位置处当封盖处于打开位置时所述多个天线处于离开底座的顶表面的已抬高位置。

19.如权利要求17所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

太阳能电池电路，所述太阳能电池电路包括用于接收光能的太阳能电池，所述太阳能电池电路响应于由太阳能电池接收到的光能而生成太阳能电池DC输出电压，太阳能电池被安放在底座的顶表面上并且当封盖分别在闭合位置与打开位置之间通过枢轴方式移动时被所述封盖选择性地覆盖及露出。

20.如权利要求6所述的能量采集器件，所述能量采集器件还包括：

太阳能电池电路，所述太阳能电池电路包括用于接收光能的太阳能电池，所述太阳能电池电路响应于由太阳能电池接收到的光能而生成太阳能电池DC输出电压；以及

外罩，所述外罩具有顶表面，太阳能电池被安放在外罩的顶表面上。

21.如权利要求20所述的能量采集器件，其中所述外罩包括限定内部空腔的底座以及安放在底座上的封盖，所述外罩的顶表面形成底座的一部分，所述封盖至少部分地覆盖底座的顶表面和安放在所述顶表面上的太阳能电池。

22.如权利要求21所述的能量采集器件，其中所述封盖是至少部分地半透明的以便至少部分地允许光能从中穿过并且由太阳能电池接收。

23.如权利要求18所述的能量采集器件，其中所述封盖是至少部分地半透明的以便在所述封盖处于闭合位置时至少部分地允许光能从中穿过并且由太阳能电池接收。

24.如权利要求6所述的能量采集器件，其中所述临时存储器件包括电容器。

25.如权利要求6所述的能量采集器件，其中所述主能量存储器件包括电池。

26.如权利要求7所述的能量采集器件，其中所述快速启动DC电压器件包括电池。

27.一种采集能量的方法，所述方法包括以下步骤：

接收所发送的射频（RF）信号以便提供所接收的RF信号；

将所接收的RF信号转换成RF电信号；

将RF电信号转换成直流（DC）电压；

临时存储所述DC电压以便提供临时存储的DC电压；

监测临时存储的DC电压，并且如果临时存储的DC电压高于第一预定电压水平则生成脉冲输出信号；

将临时存储的DC电压转换成高于所述临时存储的DC电压的第一转换后DC电压；

将第一转换后DC电压转换成低于第一转换后DC电压的第二转换后DC电压；

存储第二转换后DC电压以便提供所存储的第二转换后DC电压；

将所存储的第二转换后DC电压转换成高于所存储的第二转换后DC电压的第三转换后DC电压；以及

将第三转换后DC电压提供到输出连接器，电子器件可连接到所述输出连接器以便在其上接收被提供到所述输出连接器的第三转换后DC电压。

28.如权利要求27所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

将外部DC电压源连接到输入连接器，所述输入连接器接收外部DC电压，第一转换后DC电压至少部分地由所述外部DC电压限定。

29.如权利要求27所述的采集能量的方法，其中临时存储DC电压的步骤至少部分地通过使用电容器而施行。

30.如权利要求27所述的采集能量的方法，其中存储第二转换后DC电压的步骤至少部分地通过使用电池而施行。

31.如权利要求27所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

监测所存储的第二转换后DC电压，并且如果所存储的第二转换后DC电压高于第二预定电压水平则不生成脉冲输出信号。

32.一种采集能量的方法，所述方法包括以下步骤：

通过多个天线接收所发送的射频（RF）信号，并且响应于由所述多个天线接收到的所发送的RF信号生成RF电信号；

对由所述多个天线生成的RF电信号进行倍增及整流，并且作为响应生成多个直流（DC）电压；

将至少其中一些DC电压串联组合以便提供组合DC电压，所述组合DC电压的量值高于每一个单独的DC电压；

临时存储所述组合DC电压，由此提供临时存储的DC电压；

存储第二转换后DC电压以便提供所存储的第二转换后DC电压；

33.如权利要求32所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

生成快速启动DC电压，所述组合DC电压包括串联连接的通过所述倍增和整流步骤生成的至少其中一些DC电压和所述快速启动DC电压。

34.如权利要求32所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

将外部DC电压连接到输入连接器，所存储的DC充电电压和输出连接器DC电压中的至少一个至少部分地由所述外部DC电压限定。

35.如权利要求32所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

将所存储的DC充电电压转换成提供在输出连接器上的输出连接器DC电压。

36.如权利要求32所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

监测所述临时存储的DC电压，并且如果临时存储的DC电压高于预定电压阈值则选择性地生成DC充电电压。

37.如权利要求32所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

通过太阳能电池电路接收光能并且作为响应生成太阳能电池DC输出电压，所存储的DC充电电压和提供在输出连接器上的输出连接器DC电压中的至少一个至少部分地由太阳能电池DC输出电压限定。

38.如权利要求33所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

通过太阳能电池电路接收光能并且作为响应生成太阳能电池DC输出电压，所存储的DC充电电压、提供在输出连接器上的输出连接器DC电压和快速启动DC电压中的至少一个至少部分地由太阳能电池DC输出电压限定。

39.如权利要求32所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

将通过所述倍增和整流步骤生成的至少其中一些DC电压串联耦合以便提供分组DC电压；以及

将所述分组DC电压并联组合以便限定组合DC电压。

40.如权利要求32所述的采集能量的方法，其中所述多个天线当中的每一个天线具有宽带带宽特性。

41.如权利要求32所述的采集能量的方法，其中所述多个天线当中的每一个天线具有窄带带宽特性。

42.如权利要求32所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

将多个天线可调节地定位在第一位置与第二位置之间，其中与在处于第二位置时相比，所述多个天线在处于第一位置时表现出用以接收所发送的RF信号的更好信号接收特性。

43.如权利要求37所述的采集能量的方法，所述方法还包括以下步骤：

将多个天线和太阳能电池电路的至少一部分安放到外罩上，所述外罩具有限定内部空腔的底座以及通过枢轴方式安放在底座上的封盖，所述底座具有顶表面，所述封盖在至少闭合位置与打开位置之间可通过枢轴方式移动，其中在闭合位置处封盖紧邻底座以便至少部分地覆盖顶表面而在打开位置处封盖与底座的顶表面基本上垂直，所述多个天线被安放在所述外罩的可通过枢轴方式移动的封盖上并且可定位在至少第一位置和第二位置处，其中在第一位置处当封盖处于闭合位置时所述多个天线紧邻底座的顶表面而在第二位置处当封盖处于打开位置时所述多个天线处于离开底座的顶表面的已抬高位置，所述太阳能电池电路的所述至少一部分被安放在底座的顶表面上并且当封盖分别在闭合位置与打开位置之间通过枢轴方式移动时被所述封盖选择性地覆盖及露出。

44.如权利要求43所述的采集能量的方法，其中所述封盖是至少部分地半透明的以便至少部分地允许光能从中穿过并且由所述太阳能电池电路的所述至少一部分接收。

45.如权利要求32所述的采集能量的方法，其中临时存储组合DC电压的步骤至少部分地通过使用电容器而施行。

46.如权利要求32所述的采集能量的方法，其中存储DC充电电压的步骤至少部分地通过使用电池而施行。

47.如权利要求33所述的采集能量的方法，其中存储快速启动DC电压的步骤至少部分地通过使用电池而施行。