CN109873617B - 一种wifi能量采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WIFI能量采集系统，包括天线模块、整流器和DC‑DC模块，WIFI能量采集系统还包括阻抗匹配模块、用于将DC‑DC模块输出的直流电信号稳压处理的稳压模块以及输出模块，阻抗匹配模块用于匹配天线模块与整流器、DC‑DC模块、稳压模块和输出模块的总负载阻抗，天线模块的输出端和阻抗匹配模块的输入端连接，阻抗匹配模块的输出端和整流器的输入端连接，整流器的输出端和DC‑DC模块的输入端连接，DC‑DC模块的输出端和稳压模块的输入端连接，稳压模块的输出端和输出模块的输入/输出端连接；优点是能量收集效率较高，且输出电压安全稳定性高。

Description

一种WIFI能量采集系统

技术领域

本发明涉及一种能量采集系统，尤其是涉及一种WIFI能量采集系统。

背景技术

随着工业化技术的快速发展，各种各样的电子设备进入了人们的生活中。这些电子设备都需要外部提供工作能源(电能)才能正常工作。目前，为这些电子设备提供工作能源的方式主要有两种：外部市电和电池。外部市电提供工作能源需要消耗现有资源，电池工作能源产生废弃电池，对环境造成污染。

随着WIFI技术的发展，WIFI网络遍布于人们的生活和工作中。人们开始研究从WIFI信号中提取能量来作为电子设备的功能能源。从WIFI信号中提取能量既不用消耗现有资源也不会产生环境污染，目前已得到了广泛的研究，并逐步开始投入使用。

现有的WIFI能量采集系统主要包括天线模块、整流器、DC-DC模块以及储能模块，天线模块与整流器连接，整流器与DC-DC模块连接，DC-DC模块与储能模块连接，天线模块与WIFI系统无线通信，天线模块采集WIFI系统中的WIFI信号发送给整流器，WIFI信号为交流电信号，整流器将该交流电信号转换成直流电信号发送给DC-DC模块，DC-DC模块将接收到的直流电信号转换为储能模块能够识别的直流电信号发送给储能模块保存，储能模块输出直流电压为电子设备提供能源。

但是，现有的WIFI能量采集系统存在以下问题：一、天线模块的阻抗与WIFI能量采集系统中其他模块的总负载阻抗不相等，由此天线模块采集WIFI信号时，WIFI信号必然会反射一部分的能量，造成能量损耗，由此导致能量收集效率不高；二、经过DC-DC模块得到的直流电信号不可避免的存在波动，由此导致使得储能模块的输出电压不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能量收集效率较高，且输出电压安全稳定性高的WIFI能量采集系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种WIFI能量采集系统，包括天线模块、整流器和DC-DC模块，所述的WIFI能量采集系统还包括阻抗匹配模块、用于将所述的DC-DC模块输出的直流电信号稳压处理的稳压模块以及能够抑制瞬间高压且用于输出直流信号的输出模块，所述的阻抗匹配模块用于匹配所述的天线模块与所述的整流器、所述的DC-DC模块、所述的稳压模块和所述的输出模块的总负载阻抗，所述的天线模块的输出端和所述的阻抗匹配模块的输入端连接，所述的阻抗匹配模块的输出端和所述的整流器的输入端连接，所述的整流器的输出端和所述的DC-DC模块的输入端连接，所述的DC-DC模块的输出端和所述的稳压模块的输入端连接，所述的稳压模块的输出端和所述的输出模块的输入/输出端连接。

所述的阻抗匹配模块包括第一电感和第一电容，所述的第一电容为可变电容，所述的第一电感的一端和所述的第一电容的一端连接且其连接端为所述的阻抗匹配电路的输入端，所述的第一电容的另一端接地，所述的第一电感的另一端为所述的阻抗匹配电路的输出端。该阻抗匹配模块与整流器相连接，可以增加整流器、DC-DC模块、稳压模块和输出模块的总负载阻抗，使得天线模块的阻抗等于整流器、DC-DC模块、稳压模块和输出模块的总负载阻抗，而且第一电容一端接地，可以抑制干扰信号，第一电容为可调电容，可以动态调节整流器、DC-DC模块、稳压模块和输出模块的总负载阻抗，增加电路的可扩展性，同时电路简单，成本低，损耗小。

所述的稳压模块包括型号为TPS780330220DDCR的稳压芯片、第二电容和第三电容，所述的稳压芯片的第1脚、第3脚、第4脚和所述的第二电容的一端连接且其连接端为所述的稳压模块的输入端，所述的第二电容的另一端接地，所述的稳压芯片的第2脚接地，所述的稳压芯片的第5脚和所述的第三电容的一端连接且其连接端为所述的稳压模块的输出端，所述的第三电容的另一端接地。该电路中，第二电容可以消除输入到稳压模块中的直流信号中的高频成分，然后通过稳压芯片将直流信号电压稳压至2.2V，稳压效果好，波动小，可以得到更稳定的电压用于输出模块，第三电容消除稳压模块输出端输出的直流信号中的高频成分，本电路通过稳压芯片、第二电容和第三电容来实现稳定电压输出，具有低损耗，可以降低整体系统的损耗。

所述的整流器包括第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管和第九二极管，所述的第一二极管为稳压二极管，所述的第二二极管、所述的第三二极管、所述的第四二极管、所述的第五二极管、所述的第六二极管、所述的第七二极管、所述的第八二极管和所述的第九二极管均为肖特基二极管，所述的第一二极管的负极、所述的第四电容的一端和所述的第二二极管的负极连接且其连接端为所述的整流器的输出端，所述的第一二极管的正极接地，所述的第四电容的另一端接地，所述的第二二极管的正极、所述的第三二极管的负极和所述的第八电容的一端连接，所述的第三二极管的正极、所述的第四二极管的负极和所述的第五电容的一端连接，所述的第五电容的另一端接地，所述的第四二极管的正极、所述的第五二极管的负极和所述的第九电容的一端连接，所述的第五二极管的正极、所述的第六二极管的负极和所述的第六电容的一端连接，所述的第六电容的另一端接地，所述的第六二极管的正极、所述的第七二极管的负极和所述的第十电容的一端连接，所述的第七二极管的正极、所述的第八二极管的负极和所述的第七电容的一端连接，所述的第七电容的另一端接地，所述的第八二极管的正极、所述的第九二极管的负极和所述的第十一电容的一端连接，所述的第九二极管的正极接地，所述的第八电容的另一端、所述的第九电容的另一端、所述的第十电容的另一端和所述的第十一电容的另一端连接且其连接端为所述的整流器的输入端。该电路中，整流器由四阶整流单元组成，每阶整流单元分别由两个二极管与两个电容组成，第八二极管、第九二极管、第七电容和第十一电容构成第一阶整流单元，第六二极管、第七二极管、第六电容和第十电容构成第二阶整流单元，第四二极管、第五二极管、第五电容和第九电容为构成第三阶整流单元，第二二极管、第三二极管、第四电容和第八电容构成第四阶整流单元，第八电容、第九电容、第十电容和第十一电容一方面配合使用可以降低流经整流器中的直流信号的交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出，另一方面可以达到匹配阻抗的最大化，同时第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管和第九二极管在将输入的正弦波交流信号转换为直流信号的同时，还可以提升低压，每一阶整流单元可以把电压升至正弦波交流信号幅值的两倍，通过四阶整流单元串联实现了电压放大8倍的效果，第四电容、第五电容、第六电容和第七电容消除流经整流器的直流信号中的高频部分，第一二极管为稳压二极管，给DC-DC模块提供较为稳定的电压信号，同时，本电路采用电容器和二极管实现，可以最大限度地降低损耗并最大限度地提高整流器的效率和灵敏度。

所述的DC-DC模块包括型号为S-882Z24的充电泵、第十二极管、第十二电容、第十三电容和第十四电容，所述的第十二极管为肖特基二极管，所述的充电泵的第4脚、所述的第十二极管的正极和所述的第十二电容的一端连接且其连接端为所述的DC-DC模块的输入端，所述的第十二电容的另一端接地，所述的第十二极管的负极、所述的第十三电容的一端、所述的第十四电容的一端和所述的充电泵的第5脚连接，所述的第十三电容的另一端和所述的第十四电容的另一端均接地，所述的充电泵的第1脚为所述的DC-DC模块的输出端，所述的充电泵的第2脚和第3脚均接地。该电路中，第十二电容消除输入DC-DC模块中的直流信号中的高频成分，第十三电容为测试电容；第十四电容为储能电容，充电泵提升电压至2.4V，同时将能量存储到第十四电容中，一旦达到2.4V阈值，第一引脚与第五引脚导通，充电泵将储能电容的能量输出到输出模块，本DC-DC模块结构简单，具有低损耗的特点，可以降低整体系统的损耗，第十二极管防止反向电流，起到防漏电的作用。

所述的输出模块包括第十五电容和第十一二极管，所述的第十一二极管为稳压二极管，所述的第十五电容的一端和所述的第十一二极管的负极连接且其连接端为所述的储能模块输入/输出端，所述的第十五电容的另一端接地，所述的第十一二极管的正极接地。该电路中，第十五电容消除DC-DC模块输入的直流信号中的高频成分，第十一二极管在电路正常工作时，属于高阻状态，不会影响线路正常运行；当电路中出现异常过压并达到击穿电压时，第十一二极管由高阻态变为低阻态，抑制瞬间高压，起到保护效果，使得输出电压安全稳定性高，同时本电路结构简单，具备低损耗的特点，可以降低整体系统的损耗。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过设置阻抗匹配模块来匹配天线模块与WIFI能量采集系统中其他模块的总负载阻抗，设置稳压模块将DC-DC模块输出的直流电信号稳压处理，设置输出模块输出稳定直流电压，天线模块的输出端和阻抗匹配模块的输入端连接，阻抗匹配模块的输出端和整流器的输入端连接，整流器的输出端和DC-DC模块的输入端连接，DC-DC模块的输出端和稳压模块的输入端连接，稳压模块的输出端和输出模块的输入/输出端连接，在工作过程中，阻抗匹配模块与整流器相连接，可以增加整流器、DC-DC模块、稳压模块和输出模块的总负载阻抗，使得天线模块的阻抗等于整流器、DC-DC模块、稳压模块和输出模块的总负载阻抗，，由此减少能量反射，天线模块可以收集到wifi信号中更多能量，而整流器输出的直流信号通过DC-DC模块调整后得到的直流信号经过稳压模块稳压处理后得到稳定的电压输出，输出模块在输出直流电压的过程中，可以抑制瞬间高压，起到保护效果，使得输出电压安全稳定性高，由此本发明能量收集效率较高，且输出电压安全稳定性高的。

附图说明

图1为本发明的WIFI能量采集系统的结构框图；

图2为本发明的WIFI能量采集系统的阻抗匹配模块的电路图；

图3为本发明的WIFI能量采集系统的稳压模块的电路图；

图4为本发明的WIFI能量采集系统的整流器的电路图；

图5为本发明的WIFI能量采集系统的DC-DC模块的电路图；

图6为本发明的WIFI能量采集系统的输出模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1所示，一种WIFI能量采集系统，包括天线模块、整流器以及DC-DC模块，WIFI能量采集系统还包括阻抗匹配模块、用于将DC-DC模块输出的直流电信号稳压处理的稳压模块和能够抑制瞬间高压且用于输出直流电压的输出模块，所述的阻抗匹配模块用于匹配所述的天线模块与所述的整流器、所述的DC-DC模块、所述的稳压模块和所述的输出模块的总负载阻抗，天线模块的输出端和阻抗匹配模块的输入端连接，阻抗匹配模块的输出端和整流器的输入端连接，整流器的输出端和DC-DC模块的输入端连接，DC-DC模块的输出端和稳压模块的输入端连接，稳压模块的输出端和输出模块的输入/输出端连接。

实施例二：本实施例与实施例一大体相同，区别如下：

如图2所示，本实施例中，阻抗匹配模块包括第一电感L1和第一电容C1，第一电容C1为可变电容，第一电感L1的一端和第一电容C1的一端连接且其连接端为阻抗匹配电路的输入端，第一电容C1的另一端接地，第一电感L1的另一端为阻抗匹配电路的输出端。

如图3所示，本实施例中，稳压模块包括型号为TPS780330220DDCR的稳压芯片U1、第二电容C2和第三电容C3，稳压芯片U1的第1脚、第3脚、第4脚和第二电容C2的一端连接且其连接端为稳压模块的输入端，第二电容C2的另一端接地，稳压芯片U1的第2脚接地，稳压芯片U1的第5脚和第三电容C3的一端连接且其连接端为稳压模块的输出端，第三电容C3的另一端接地。

如图4所示，本实施例中，整流器包括第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8和第九二极管D9，第一二极管D1为稳压二极管，第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8和第九二极管D9为肖特基二极管，第一二极管D1的负极、第四电容C4的一端和第二二极管D2的负极连接且其连接端为整流器的输出端，第一二极管D1的正极接地，第四电容C4的另一端接地，第二二极管D2的正极、第三二极管D3的负极和第八电容C8的一端连接，第三二极管D3的正极、第四二极管D4的负极和第五电容C5的一端连接，第五电容C5的另一端接地，第四二极管D4的正极、第五二极管D5的负极和第九电容C9的一端连接，第五二极管D5的正极、第六二极管D6的负极和第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端接地，第六二极管D6的正极、第七二极管D7的负极和第十电容C10的一端连接，第七二极管D7的正极、第八二极管D8的负极和第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端接地，第八二极管D8的正极、第九二极管D9的负极和第十一电容C11的一端连接，第九二极管D9的正极接地，第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第十电容C10的另一端和第十一电容C11的另一端连接且其连接端为整流器的输入端。

如图5所示，本实施例中，DC-DC模块包括型号为S-882Z24的充电泵、第十二极管D10、第十二电容C12、第十三电容C13和第十四电容C14，第十二极管D10为肖特基二极管，充电泵的第4脚、第十二极管D10的正极和第十二电容C12的一端连接且其连接端为DC-DC模块的输入端，第十二电容C12的另一端接地，第十二极管D10的负极、第十三电容C13的一端、第十四电容C14的一端和充电泵的第5脚连接，第十三电容C13的另一端和第十四电容C14的另一端均接地，充电泵的第1脚为DC-DC模块的输出端，充电泵的第2脚和第3脚均接地。

如图6所示，本实施例中，输出模块包括第十五电容C15和第十一二极管D11，第十一二极管D11为稳压二极管，第十五电容C15的一端和第十一二极管D11的负极连接且其连接端为输出模块输入/输出端，第十五电容C15的另一端接地，第十一二极管D11的正极接地。

Claims (5)

1.一种WIFI能量采集系统，包括天线模块、整流器和DC-DC模块，其特征在于所述的WIFI能量采集系统还包括阻抗匹配模块、用于将所述的DC-DC模块输出的直流电信号稳压处理的稳压模块以及能够抑制瞬间高压且用于输出直流电压的输出模块，所述的阻抗匹配模块用于匹配所述的天线模块与所述的整流器、所述的DC-DC模块、所述的稳压模块和所述的输出模块的总负载阻抗，所述的天线模块的输出端和所述的阻抗匹配模块的输入端连接，所述的阻抗匹配模块的输出端和所述的整流器的输入端连接，所述的整流器的输出端和所述的DC-DC模块的输入端连接，所述的DC-DC模块的输出端和所述的稳压模块的输入端连接，所述的稳压模块的输出端和所述的输出模块的输入/输出端连接；所述的整流器包括第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管和第九二极管，所述的第一二极管为稳压二极管，所述的第二二极管、所述的第三二极管、所述的第四二极管、所述的第五二极管、所述的第六二极管、所述的第七二极管、所述的第八二极管和所述的第九二极管均为肖特基二极管，所述的第一二极管的负极、所述的第四电容的一端和所述的第二二极管的负极连接且其连接端为所述的整流器的输出端，所述的第一二极管的正极接地，所述的第四电容的另一端接地，所述的第二二极管的正极、所述的第三二极管的负极和所述的第八电容的一端连接，所述的第三二极管的正极、所述的第四二极管的负极和所述的第五电容的一端连接，所述的第五电容的另一端接地，所述的第四二极管的正极、所述的第五二极管的负极和所述的第九电容的一端连接，所述的第五二极管的正极、所述的第六二极管的负极和所述的第六电容的一端连接，所述的第六电容的另一端接地，所述的第六二极管的正极、所述的第七二极管的负极和所述的第十电容的一端连接，所述的第七二极管的正极、所述的第八二极管的负极和所述的第七电容的一端连接，所述的第七电容的另一端接地，所述的第八二极管的正极、所述的第九二极管的负极和所述的第十一电容的一端连接，所述的第九二极管的正极接地，所述的第八电容的另一端、所述的第九电容的另一端、所述的第十电容的另一端和所述的第十一电容的另一端连接且其连接端为所述的整流器的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种WIFI能量采集系统，其特征在于所述的阻抗匹配模块包括第一电感和第一电容，所述的第一电容为可变电容，所述的第一电感的一端和所述的第一电容的一端连接且其连接端为所述的阻抗匹配模块的输入端，所述的第一电容的另一端接地，所述的第一电感的另一端为所述的阻抗匹配模块的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种WIFI能量采集系统，其特征在于所述的稳压模块包括型号为TPS780330220DDCR的稳压芯片、第二电容和第三电容，所述的稳压芯片的第1脚、第3脚、第4脚和所述的第二电容的一端连接且其连接端为所述的稳压模块的输入端，所述的第二电容的另一端接地，所述的稳压芯片的第2脚接地，所述的稳压芯片的第5脚和所述的第三电容的一端连接且其连接端为所述的稳压模块的输出端，所述的第三电容的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的一种WIFI能量采集系统，其特征在于所述的DC-DC模块包括型号为S-882Z24的充电泵、第十二极管、第十二电容、第十三电容和第十四电容，所述的第十二极管为肖特基二极管，所述的充电泵的第4脚、所述的第十二极管的正极和所述的第十二电容的一端连接且其连接端为所述的DC-DC模块的输入端，所述的第十二电容的另一端接地，所述的第十二极管的负极、所述的第十三电容的一端、所述的第十四电容的一端和所述的充电泵的第5脚连接，所述的第十三电容的另一端和所述的第十四电容的另一端均接地，所述的充电泵的第1脚为所述的DC-DC模块的输出端，所述的充电泵的第2脚和第3脚均接地。

5.根据权利要求1所述的一种WIFI能量采集系统，其特征在于所述的输出模块包括第十五电容和第十一二极管，所述的第十一二极管为稳压二极管，所述的第十五电容的一端和所述的第十一二极管的负极连接且其连接端为所述的输出模块输入/输出端，所述的第十五电容的另一端接地，所述的第十一二极管的正极接地。

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