CN103312042A - 一种rf能量收集器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RF能量收集器，通过RF接收端电路持续接收空间中的无线电波信号，并通过倍压电路对该信号电压进行倍压，后端的微型能量收集器再从RF接收端电路中有效持续地进行能量收集，能量采集过程中微型能量收集器在RF接收端电路的输出电压大于330mv时开始工作，并持续将能量存储于超级电容器、锂离子电池等储能器件中。微型能量收集器能在RF接收端电路的输出电压大于80mv时持续工作，实现能量有效回收，提高回收率。

Description

一种RF能量收集器
技术领域
本发明涉及能源回收再利用技术领域，具体涉及一种RF能量收集器。 
背景技术
如今，低功耗的电子设备都能在微瓦功率级别上工作，如物联网中的无线传感器、RF设备、便携式可佩戴的医疗设备，遥控设备等，RF能量可以从多种来源采集，如广播电视台和无线电台、移动电话和基站，以及非授权频段（包括915 MHz、868 MHz或2.4GHz）中的发射机，这使得RF采集在全世界范围内都具有商业可行性。RF较其他能量源具有许多优势。它不受时间限制，不需要暴露于高温或有风的环境，可以在传输源的范围内自由移动。它完全可控，这意味着能量可根据计划或需求连续传输。可以利用可充电电池或超级电容存储转换的RF能量，供用电高峰期使用。因此用有别与传统的电池供电方式的非传统电源为这些电子设备供电是可行的，这也是能量收集的所在。 
发明内容
本发明目的在于提供一种RF能量收集器，其通过对空间中的无线电波信号的接收并进行转化存储，所得能量再用于小型用电设备的供电，从而得到能源的有效回收利用，提高资源利用率。 
为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是： 
一种RF能量收集器，所述RF能量收集器包括RF接收端电路、微型能量采集器，RF接收端电路包括天线端以及倍压电路，微型能量采集器包括升压转换电路以及能量存储元件，用于接收无线电波的天线端与倍压电路相连，倍压电路用于提高天线端接收到的无线电波信号电压并将该电压发送至微型能量采集器，微型能量采集器通过升压转换电路在电压大于一定值时向能量存储元件中存储能量。
对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案。 
作为优化，所述倍压电路包括耦合变压器、电容C1、二极管D1、电容C2、二极管D2以及保护电阻RL，天线端接入耦合变压器的初级侧，耦合变压器的次级侧的一端连接电容C1的负极，电容C1的正极分别与二极管D1的负极、二极管D2的正极相连，二极管D1的正极接入耦合变压器次级侧的另一端，二极管D2的负极与电容C2的正极相连，电容C2的负极与二极管D1的正极相连，保护电阻RL与电容C2并联。 
进一步，无线端接收的无线电波为交流信号，在耦合变压器的次级侧产生电压幅度为Vm的交变信号，在负半周时，即耦合变压器次级侧A为负、B为正时，D1导通、D2截止，电流经D1向电容器C1充电，此时D1可看成短路，电容器C1充电到Vm，在正半周时，即耦合变压器次级侧A为正、B为负时，D1截止、D2导通，电流经C1、D1向C2充电，由于C1的Vm再加上双压器二次侧的Vm使c2充电至最高值2Vm。 
更进一步，由于无线电波的能量很小，通过加长天线的高度或线圈的匝数以提高能量接收的灵敏度，也可以利用建筑物的本身的结构来作为无线电波的接收天线，从而提高RF能量的接收效率。 
作为优化，微型能量收集器持续地从RF接收端电路中进行能量收集，微型能量收集器中的升压转换电路在RF接收端电路的输出电压大于330mv时开始工作，并向能量存储元件中存储能量，随着能量微型能量收集器的工作， RF接收端电路的输出电压不断下降，当RF接收端电路的输出电压下降至80mv时，能量微型能量收集器停止工作，然后RF接收端电路的输出电压又开始逐渐上升当上升至330mv时能量微型能量收集器继续工作，如此循环。 
进一步，所述能量存储元件优选使用超级电容器。 
另外，采用该能量收集器对负载进行供电时，由能量存储与案件提供稳定的工作电流。 
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是： 
本发明所描述的RF能量收集器，通过RF接收端电路持续接收空间中的无线电波信号，并通过倍压电路对该信号电压进行倍压，后端的微型能量收集器再从RF接收端电路中有效持续地进行能量收集，能量采集过程中微型能量收集器在RF接收端电路的输出电压大于330mv时开始工作，并持续将能量存储于超级电容器、锂离子电池等储能器件中。微型能量收集器能在RF接收端电路的输出电压大于80mv时持续工作，实现能量有效回收，提高回收率。
另外，因为微型能量采集器抽取能量的来源是零星的或者随时间变化的，所以微型能量采集器需要能量存储元件（超级电容器）进行能量存储。平时微型能量收集器持续采集能量，当用电负载需要较大的峰值电流时，超级电容器将提供一较为恒定的电流，而不直接来源于能量采集器。从而实现对低功耗设备实现不间断供电，不会因电池的耗尽而影响设备的工作。 
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述： 
图1为本发明实施例中RF接收端电路的结构图；
图2为本发明实施例中微型能量采集器的电路结构图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。 
实施例： 
本实施例描述了一种RF能量收集器，所述RF能量收集器包括RF接收端电路、微型能量采集器，如图1所示的RF接收端电路包括天线端以及倍压电路，微型能量采集器包括升压转换电路以及能量存储元件，用于接收无线电波的天线端与倍压电路相连，倍压电路用于提高天线端接收到的无线电波信号电压并将该电压发送至微型能量采集器，如图2所示的微型能量采集器通过升压转换电路在电压大于一定值时向能量存储元件中存储能量。
所述倍压电路包括耦合变压器、电容C1、二极管D1、电容C2、二极管D2以及保护电阻RL，天线端接入耦合变压器的初级侧，耦合变压器的次级侧的一端连接电容C1的负极，电容C1的正极分别与二极管D1的负极、二极管D2的正极相连，二极管D1的正极接入耦合变压器次级侧的另一端，二极管D2的负极与电容C2的正极相连，电容C2的负极与二极管D1的正极相连，保护电阻RL与电容C2并联。 
无线端接收的无线电波为交流信号，在耦合变压器的次级侧产生电压幅度为Vm的交变信号，在负半周时，即耦合变压器次级侧A为负、B为正时，D1导通、D2截止，电流经D1向电容器C1充电，此时D1可看成短路，电容器C1充电到Vm，在正半周时，即耦合变压器次级侧A为正、B为负时，D1截止、D2导通，电流经C1、D1向C2充电，由于C1的Vm再加上双压器二次侧的Vm使c2充电至最高值2Vm。 
由于无线电波的能量很小，通过加长天线的高度或线圈的匝数以提高能量接收的灵敏度，也可以利用建筑物的本身的结构来作为无线电波的接收天线，从而提高RF能量的接收效率。 
微型能量收集器持续地从RF接收端电路中进行能量收集，微型能量收集器中的升压转换电路在RF接收端电路的输出电压大于330mv时开始工作，并向能量存储元件中存储能量，随着能量微型能量收集器的工作， RF接收端电路的输出电压不断下降，当RF接收端电路的输出电压下降至80mv时，能量微型能量收集器停止工作，然后RF接收端电路的输出电压又开始逐渐上升当上升至330mv时能量微型能量收集器继续工作，如此循环。 
所述能量存储元件优选使用超级电容器。 
另外，采用该能量收集器对负载进行供电时，由能量存储与案件提供稳定的工作电流。 
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种RF能量收集器，其特征在于，所述RF能量收集器包括RF接收端电路、微型能量采集器，RF接收端电路包括天线端以及倍压电路，微型能量采集器包括升压转换电路以及能量存储元件，用于接收无线电波的天线端与倍压电路相连，倍压电路用于提高天线端接收到的无线电波信号电压并将该电压发送至微型能量采集器，微型能量采集器通过升压转换电路在电压大于一定值时向能量存储元件中存储能量。
2.根据权利要求1所述的一种RF能量收集器，其特征在于，所述倍压电路包括耦合变压器、电容C1、二极管D1、电容C2、二极管D2以及保护电阻RL，天线端接入耦合变压器的初级侧，耦合变压器的次级侧的一端连接电容C1的负极，电容C1的正极分别与二极管D1的负极、二极管D2的正极相连，二极管D1的正极接入耦合变压器次级侧的另一端，二极管D2的负极与电容C2的正极相连，电容C2的负极与二极管D1的正极相连，保护电阻RL与电容C2并联。
3.根据权利要求2所述的一种RF能量收集器，其特征在于，无线端接收的无线电波为交流信号，在耦合变压器的次级侧产生电压幅度为Vm的交变信号，在负半周时，即耦合变压器次级侧A为负、B为正时，D1导通、D2截止，电流经D1向电容器C1充电，此时D1可看成短路，电容器C1充电到Vm，
在正半周时，即耦合变压器次级侧A为正、B为负时，D1截止、D2导通，电流经C1、D1向C2充电，由于C1的Vm再加上双压器二次侧的Vm使c2充电至最高值2Vm。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种RF能量收集器，其特征在于，由于无线电波的能量很小，通过加长天线的高度或线圈的匝数以提高能量接收的灵敏度，也可以利用建筑物的本身的结构来作为无线电波的接收天线，从而提高RF能量的接收效率。
5.根据权利要求1所述的一种RF能量收集器，其特征在于，微型能量收集器持续地从RF接收端电路中进行能量收集，微型能量收集器中的升压转换电路在RF接收端电路的输出电压大于330mv时开始工作，并向能量存储元件中存储能量，随着能量微型能量收集器的工作， RF接收端电路的输出电压不断下降，当RF接收端电路的输出电压下降至80mv时，能量微型能量收集器停止工作，然后RF接收端电路的输出电压又开始逐渐上升当上升至330mv时能量微型能量收集器继续工作，如此循环。
6.根据权利要求1或5所述的一种RF能量收集器，其特征在于，所述能量存储元件优选使用超级电容器。
7.根据权利要求1所述的一种RF能量收集器，其特征在于，采用该能量收集器对负载进行供电时，由能量存储元件提供稳定的工作电流。
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