CN109391015A - 一种无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线充电系统，包括：电源模块(101)、第一整流模块(102)、滤波模块(103)、微波激励模块(104)、功率模块(105)、发射天线(106)、接收天线(107)、第二整流模块(108)和储能模块(109)；所述接收天线(107)、所述第二整流模块(108)和所述储能模块(109)依次电连接；本发明的无线充电系统提供一种微波无线充电方式，该系统通过倍放大整流电路以及一种高迁移率的肖特基二极管，可以有效提高无线充电系统的转换效率。解决了传统无线充电电路转换效率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路技术领域，具体涉及一种无线充电系统。
背景技术
无线充电技术是一种新型技术，与传统的有线充电方式相比，无线充电更加方便安全，特别是由于不受导线、充电器、插座等因素限制，无线充电技术使用起来十分方便。
目前，限制无线充电大规模应用的核心问题在于电能转换效率，因为在无线充电过程中需要交流到直流电的这整流和直流到交流电的逆变，以及需要通过电磁波进行输送，这些过程必然会造成能量的损失，特别是要实现远距离大功率无线磁电转换，所以设备的耗能较高。随着无线充电设备的距离和功率的增大，无用功的耗损也就会越大；目前，大于50cm的传输距离，能量转换率不足50％；。
随着科技的不断发展，无线充电技术势必成为未来的一项关键技术，而在此过程中需要不断研究提高能量转换效率的各种技术，从半导体器件、电路结构到充电系统的研究；如何提高无线充电的转换效率变的越来越重要。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种无线充电系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一方面，本发明实施例提供了一种无线充电系统，包括：电源模块101、第一整流模块102、滤波模块103、微波激励模块104、功率模块105、发射天线106、接收天线107、第二整流模块108和储能模块109；其中，所述电源模块101、所述第一整流模块102、所述滤波模块103、所述微波激励模块104、所述功率模块105和所述发射天线106依次电连接；所述发射天线106和所述接收天线107电磁耦合；所述接收天线107、所述第二整流模块108和所述储能模块109依次电连接。
在本发明的一个实施例中，所述第一整流模块102包括一个全波桥式整流电路。
在本发明的一个实施例中，所述微波激励模块104包括LC压控振荡器和锁相环。
在本发明的一个实施例中，所述功率模块105为功率放大器。
在本发明的一个实施例中，所述接收天线107和所述第二整流模块108之间设置有输入滤波器；所述第二整流模块108和所述储能模块109之间设置有输出滤波器。
在本发明的一个实施例中，所述第二整流模块108包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2；其中，所述第一电容C1的上极板电连接所述输入滤波器，所述第一电容C1的下极板分别电连接所述第一二极管D1的负极和所述第二二极管D2的正极；所述第一二极管D1的正极电连接所述输入滤波器；所述第二电容C2的上极板电连接所述第二电容C2的负极和输出滤波器，所述第二电容C2的下极板电连接所述第一二极管D1的正极和输出滤波器。
在本发明的一个实施例中，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2为肖特基二极管。
在本发明的一个实施例中，Si衬底201、第一Ge层202、第二Ge层203、SiGe/Ge应变超晶格插层204、第一N型张应变Ge层205、第二N型张应变Ge层206、第一金属层207和第二金属层208，其中，所述第一Ge层202设置在所述Si衬底201的表面；所述第二Ge层203设置在所述第一Ge层202的表面；所述SiGe/Ge应变超晶格插层204设置在所述第二Ge层203的表面；所述第一N型张应变Ge层205设置在所述第二Ge层203的表面；所述第二N型张应变Ge层206内嵌在所述第一N型张应变Ge层205中；所述第一金属层207设置在所述第二N型张应变Ge层206的表面上；所述第二金属层208设置在所述第一N型张应变Ge层205的表面的预设的肖特基接触指定区域内。
在本发明的一个实施例中，所述所述第一金属层207的材料为金属Al；所述第二金属层208的材料为金属W。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的无线充电系统提供一种微波无线充电方式，该系统通过倍放大整流电路以及一种高迁移率的肖特基二极管，可以有效提高无线充电系统的转换效率。解决了传统无线充电电路转换效率低的问题。
附图说明
下面将结合附图，对发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种无线充电系统原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种整流电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种肖特基二极管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种无线充电系统原理示意图。包括：电源模块101、第一整流模块102、滤波模块103、微波激励模块104、功率模块105、发射天线106、接收天线107、第二整流模块108和储能模块109；其中，所述电源模块101、所述第一整流模块102、所述滤波模块103、所述微波激励模块104、所述功率模块105和所述发射天线106依次电连接；所述发射天线106和所述接收天线107电磁耦合；所述接收天线107、所述第二整流模块108和所述储能模块109依次电连接。
优选地，所述第一整流模块102可以包括一个全波桥式整流电路。
优选地，所述微波激励模块104可以包括LC压控振荡器和锁相环。
优选地，所述功率模块105为功率放大器。
优选地，所述接收天线107和所述第二整流模块108之间设置有输入滤波器；所述第二整流模块108和所述储能模块109之间设置有输出滤波器。通过在第二整流模块108输入和输出端增加滤波器可以消除非线性元件二极管带来的高次杂波对电路的影响。
优选地，请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种整流电路结构示意图。所述第二整流模块108包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2；其中，所述第一电容C1的上极板电连接所述输入滤波器，所述第一电容C1的下极板分别电连接所述第一二极管D1的负极和所述第二二极管D2的正极；所述第一二极管D1的正极电连接所述输入滤波器；所述第二电容C2的上极板电连接所述第二电容C2的负极和输出滤波器，所述第二电容C2的下极板电连接所述第一二极管D1的正极和输出滤波器。
优选地，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2为肖特基二极管。相比现有的半桥、全桥整流电路，采用肖特基二极管整流更加简单、转换效率更高、更加有效、更加经济。
本实施例提供的无线充电系统原理如下，所述电源模块101接收市电或其他装置提供的低频高压交流电，并将低频高压交流电输出至所述第一整流模块102；所述第一整流模块102将低频高压交流电转换为低频高压直流电，并将低频高压直流电传输至所述滤波模块103以过滤电网的噪音，再将过滤后的低频高压直流电输出至所述微波激励模块104；所述微波激励模块104将低频高压直流电转换为微波信号，并将微波输出至所述功率模块105；所述功率模块105对微波进行放大，并将方大后的微波输出至所述发射天线106；所述发射天线106将微波释放于自由空间，所述接收天线107接受该微波信号，并将其传输至所述第二整流模块108；所述第二整流模块108将整流后的电源传输至储能模块109进行存储。
本实施例提供了一种微波无线充电方式，该系统可以有效提高无线充电系统的转换效率。解决了传统无线充电电路转换效率低的问题。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种用于无线充电系统整流电路的肖特基二极管，请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种肖特基二极管的结构示意图。
本实施例提供的肖特基二极管包括：Si衬底201、第一Ge层202、第二Ge层203、SiGe/Ge应变超晶格插层204、第一N型张应变Ge层205、第二N型张应变Ge层206、第一金属层207和第二金属层208，其中，所述第一Ge层202设置在所述Si衬底201的表面；所述第二Ge层203设置在所述第一Ge层202的表面；所述SiGe/Ge应变超晶格插层204设置在所述第二Ge层203的表面；所述第一N型张应变Ge层205设置在所述第二Ge层203的表面；所述第二N型张应变Ge层206内嵌在所述第一N型张应变Ge层205中；所述第一金属层207设置在所述第二N型张应变Ge层206的表面上；所述第二金属层208设置在所述第一N型张应变Ge层205的表面的预设的肖特基接触指定区域内。
优选地，所述所述第一金属层207的材料为金属Al；所述第二金属层208的材料为金属W。
具体的，由于Si材料的价格较低且稳定性好，因此，可以选取Si作为衬底。当然，也可以根据实际情况，选择其他稳定性较好的材料作为衬底。
在实际应用中，在Si衬底201上形成其他半导体层之前，可以对Si衬底201进行清洗。
具体的，首先，可以使用RCA方法，清洁所述Si衬底201；然后，使用10％的氢氟酸，去除清洁后的Si衬底201表面的氧化层，有利于在Si衬底201上形成高Ge组分Si1-xGex层。
一种实现方式中，所述Si衬底201为厚度为300～400μm的N型单晶Si衬底。
所述第一Ge层202设置在所述Si衬底201的表面；
所述第二Ge层203设置在所述第一Ge层202的表面。
具体的，所述第一Ge层202和所述第二Ge层203的生长方式为两步法，由于Si衬底201与第一Ge层202之间存在界面位错缺陷，从而影响第一Ge层202的晶体质量，因此，在第一Ge层202上生长出的第二Ge层203的晶体质量较好，有利于提升肖特基二极管的性能。
一种实现方式中，所述第一Ge层202是在275℃～325℃下，利用分子束外延方式生长在所述Si衬底201的表面，所述第一Ge层202的厚度为50nm。
一种实现方式中，所述第二Ge层203是在500℃～600℃下，淀积在所述第一Ge层202的表面，所述第二Ge层203的厚度为150～200nm。
所述SiGe/Ge应变超晶格插层204设置在所述第二Ge层203的表面。
其中，一个SiGe/Ge应变超晶格插层包括一个SiGe层以及一个生长在所述SiGe层上的Ge层。
需要说明的是，由于Si衬底201与第一Ge层202之间存在界面位错缺陷，在Si衬底201上直接生长Ge层，可能引入大量的失配位错，降低硅基肖特基二极管的性能。因此，可以在SiGe/Ge应变超晶格插层的表面生长张应变Ge层，由此生长出的张应变Ge层的质量较高，可以极大的提高硅基肖特基二极管的载流子迁移率，且该方法工艺步骤简单，工艺周期短，制备的硅基肖特基二极管厚度薄。
一种实现方式中，所述SiGe/Ge应变超晶格插层204的周期数为3。
需要说明的是，一个周期的SiGe/Ge应变超晶格插层204包括一个SiGe层和一个Ge层，且Ge层生长在SiGe层上。可以理解的，当SiGe/Ge应变超晶格插层的周期数为3时，SiGe/Ge应变超晶格插层具体可以包括：3个SiGe层和3个Ge层，SiGe层和Ge层为间隔生长。
具体的，所述第一N型张应变Ge层205是对生长在所述SiGe/Ge应变超晶格插层204的张应变Ge进行离子注入形成的，其中，所述第一N型张应变Ge层205的厚度为800～900nm，掺杂浓度为1.8～2×1014cm-2。
需要说明的是，第一N型张应变Ge层205为轻掺杂，可以用于形成肖特基接触。
所述第二N型张应变Ge层206内嵌在所述第一N型张应变Ge层205中。
一种实现方式中，所述第二N型张应变Ge层206，是对所述第一N型张应变Ge层205进行局部的离子注入后形成的。
具体的，可以在所述第一N型张应变Ge层205的表面上的预设的欧姆接触指定区域内注入P离子，以在所述预设的欧姆接触指定区域内形成第二N型张应变Ge层206。
需要说明的是，第二N型张应变Ge层206为重掺杂，可以用于形成欧姆接触。
所述第一金属层207设置在所述第二N型张应变Ge层206的表面上；所述第一金属层207的材料为金属Al；
所述第二金属层208设置在所述第一N型张应变Ge层205的表面上；所述第二金属层208的材料为金属W。
具体的，所述第一金属层207与所述第二N型张应变Ge层206的接触面可以形成欧姆接触，形成第一电极a1，所述第一金属层208与所述第一N型张应变Ge层205的接触面可以形成肖特基接触，形成第二电极a2。
需要说明的是，在本发明实施例中，第一电极a1和第二电极a2可以位于同一面，相比第一电极a1和第二电极a2分别位于上下面的肖特基二极管的制备方法，本发明实施例提供的硅基肖特基二极管的制备方法采用平面工艺更易于集成和工艺控制。
可见，本发明实施例提供的基于无线传输的硅基肖特基二极管，相比基于纯Ge制备的硅基肖特基二极管，由张应变Ge制备的硅基肖特基二极管的电子迁移率较高；并且，由于在SiGe/Ge应变超晶格插层的表面生长出的张应变Ge层的质量较好，可以显著提高硅基肖特基二极管的电子迁移率，优化硅基肖特基二极管的性能。
此外，本发明实施例提供的基于无线传输的硅基肖特基二极管，在SiGe/Ge应变超晶格插层上进一步外延N型张应变Ge层作为硅基肖特基二极管工作的有源区，使得制备出的硅基肖特基二极管抗闩锁效应好，性能更佳，进而提升无线充电的最大转换效率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种无线充电系统，其特征在于，包括：电源模块(101)、第一整流模块(102)、滤波模块(103)、微波激励模块(104)、功率模块(105)、发射天线(106)、接收天线(107)、第二整流模块(108)和储能模块(109)；其中，所述电源模块(101)、所述第一整流模块(102)、所述滤波模块(103)、所述微波激励模块(104)、所述功率模块(105)和所述发射天线(106)依次电连接；所述发射天线(106)和所述接收天线(107)电磁耦合；所述接收天线(107)、所述第二整流模块(108)和所述储能模块(109)依次电连接。
2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述第一整流模块(102)包括一个全波桥式整流电路。
3.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述微波激励模块(104)包括LC压控振荡器和锁相环。
4.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述功率模块(105)为功率放大器。
5.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述接收天线(107)和所述第二整流模块(108)之间设置有输入滤波器；所述第二整流模块(108)和所述储能模块(109)之间设置有输出滤波器。
6.根据权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述第二整流模块(108)包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)；其中，所述第一电容(C1)的上极板电连接所述输入滤波器，所述第一电容(C1)的下极板分别电连接所述第一二极管(D1)的负极和所述第二二极管(D2)的正极；所述第一二极管(D1)的正极电连接所述输入滤波器；所述第二电容(C2)的上极板电连接所述第二电容(C2)的负极，所述第二电容(C2)的下极板电连接所述第一二极管(D1)的正极。
7.根据权利要求6所述的无线充电系统，其特征在于，所述第一二极管(D1)和所述第二二极管(D2)为肖特基二极管。
8.根据权利要求7所述的无线充电系统，其特征在于，所述肖特基二极管包括：Si衬底(201)、第一Ge层(202)、第二Ge层(203)、SiGe/Ge应变超晶格插层(204)、第一N型张应变Ge层(205)、第二N型张应变Ge层(206)、第一金属层(207)和第二金属层(208)，其中，所述第一Ge层(202)设置在所述Si衬底(201)的表面；所述第二Ge层(203)设置在所述第一Ge层(202)的表面；所述SiGe/Ge应变超晶格插层(204)设置在所述第二Ge层(203)的表面；所述第一N型张应变Ge层(205)设置在所述第二Ge层(203)的表面；所述第二N型张应变Ge层(206)内嵌在所述第一N型张应变Ge层(205)中；所述第一金属层(207)设置在所述第二N型张应变Ge层(206)的表面上；所述第二金属层(208)设置在所述第一N型张应变Ge层(205)的表面的预设的肖特基接触指定区域内。
9.根据权利要求8所述的无线充电系统，其特征在于，所述所述第一金属层(207)的材料为金属Al；所述第二金属层(208)的材料为金属W。
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| CN201811619910.2A CN109391015A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种无线充电系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811619910.2A CN109391015A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种无线充电系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109391015A true CN109391015A (zh) | 2019-02-26 |
Family
ID=65430832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811619910.2A Withdrawn CN109391015A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种无线充电系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109391015A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110440206A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-12 | 东莞佰鸿电子有限公司 | 一种悬浮式智能照明灯 |
| CN113346627A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-09-03 | 安徽康佳电子有限公司 | 一种基于二硫化钼肖特基二极管的电视机无线充电系统 |
-
2018
- 2018-12-28 CN CN201811619910.2A patent/CN109391015A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN113346627A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-09-03 | 安徽康佳电子有限公司 | 一种基于二硫化钼肖特基二极管的电视机无线充电系统 |
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