JP2017022825A - Rectifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、広範囲の入力電力で高いRF−DC(高周波−直流)変換効率を実現する整流器に関するものである。 The present invention relates to a rectifier that achieves high RF-DC (high frequency-direct current) conversion efficiency over a wide range of input power.
例えばレクテナに用いられる整流器の課題として、RF−DC変換効率が入力電力に依存することが挙げられる。従来の整流器として、高周波の高入力電力時に高いRF−DC変換効率が得られる高入力電力整流手段と、高周波の低入力電力時に高いRF−DC変換効率が得られる低入力電力整流手段とを備え、これらを入力電力の値に応じて切り替えたものがあった(例えば、非特許文献1参照)。 For example, a problem of a rectifier used in a rectenna is that RF-DC conversion efficiency depends on input power. As a conventional rectifier, a high input power rectifying means capable of obtaining high RF-DC conversion efficiency at high frequency and high input power, and a low input power rectifying means capable of obtaining high RF-DC conversion efficiency at high frequency and low input power are provided. In some cases, these are switched according to the value of the input power (for example, see Non-Patent Document 1).
しかしながら、従来の整流器では、整流素子だけでなく高調波処理回路や整合回路も含めて切り替えを行うため、回路構成が複雑でサイズが大きくなるという問題があった。 However, in the conventional rectifier, since switching is performed including not only the rectifying element but also the harmonic processing circuit and the matching circuit, there is a problem that the circuit configuration is complicated and the size is increased.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な回路構成で、広い電力範囲で高いRF−DC変換効率を実現することのできる整流器を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a rectifier capable of realizing high RF-DC conversion efficiency in a wide power range with a simple circuit configuration.
この発明に係る整流器は、直列数nかつ並列数m(n≧2、m≧1)の整流手段を構成する複数の整流素子と、信号線とm列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第1の整流素子切替手段と、信号線とm列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第2の整流素子切替手段と、整流器に入力される高周波の電力を計測する入力電力計測部と、入力電力計測部で計測した電力に応じて第1及び第2の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えたものである。 The rectifier according to the present invention is provided between a plurality of rectifying elements constituting rectifying means having a series number n and a parallel number m (n ≧ 2, m ≧ 1), and a signal input line and a power input side of m columns of rectifying elements. The first rectifying element switching means connected in series to the signal line, the second rectifying element switching means connected in parallel to the connection point between the signal lines and m series connected rectifying elements, and input to the rectifier An input power measuring unit that measures high-frequency power, and a combination of series and parallel connection of rectifying elements by switching on and off the first and second rectifying element switching means according to the power measured by the input power measuring unit. And a control unit for controlling.
この発明の整流器は、整流器に入力される高周波の電力を計測し、この計測した電力に応じて第1及び第2の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御するようにし、高調波処理回路や整合回路の切り替えを行わないため、小さい回路面積で広範囲の入力電力に対応することができ、かつ高いRF−DC変換効率を実現することができる。 The rectifier according to the present invention measures high-frequency power input to the rectifier, and switches on and off the first and second rectifying element switching means according to the measured power to connect the rectifying elements in series and in parallel. Since the combination is controlled and the harmonic processing circuit and the matching circuit are not switched, it is possible to deal with a wide range of input power with a small circuit area and to realize high RF-DC conversion efficiency.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による整流器を示す構成図である。
図1に示す整流器は、整流回路部1の内部に、整流素子21,22,23,24、切替手段31,32,41,42、入力フィルタ5、出力フィルタ6、入力電力計測部7、制御部8を備え、整流回路部1の外部に平滑コンデンサ9と負荷抵抗10とを備える。整流素子21,22,23,24は、直列数nかつ並列数m(n≧2、m≧1)の整流手段を構成する複数の整流素子であり、例えばダイオードで構成されている。また、図示の構成では直列数2かつ並列数2の整流手段を構成している。切替手段31,32は、それぞれ、入力フィルタ5から出力フィルタ6への信号線と、整流素子21,22の電力入力側との間に直列に接続された第1の整流素子切替手段であり、例えばFETスイッチを用いて構成されている。また、切替手段41,42は、それぞれ、直列接続された整流素子21,23同士の接続点及び整流素子22,24同士の接続点に並列接続された第2の整流素子切替手段であり、例えばFETスイッチまたはダイオードやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等を用いて構成されている。
1 is a block diagram showing a rectifier according to
The rectifier shown in FIG. 1 includes
入力フィルタ5及び出力フィルタ6は、整流回路部1における高周波処理を行うためのフィルタである。入力電力計測部7は、整流回路部1に入力されるRFの入力電力を計測する処理部であり、整流回路部1に入力される高周波の一部を分岐するカップラの分岐出力に接続され、高周波の電力を計測するパワーセンサ及びパワーメータ、またはダイオード検波回路などからなる。また、入力電力計測部7は、計測した電力値の時系列データを出力する。制御部8は、入力電力計測部7で計測された入力電力に応じて切替手段31,32及び切替手段41,42のオンとオフの切替を制御し、整流素子21,22,23,24の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部である。制御部8は、ハードウェアの制御を行うマイコンからなり、入力電力に応じて最高効率を得られる整流素子21,22,23,24の組み換え情報を予め設定しておき、計測された入力電力に基づいて、切替手段31,32,41,42のオンとオフを切り替える。例えば、これら切替手段31,32,41,42にFETスイッチを用いた場合、各切替手段のゲート電圧を制御してオンとオフを設定する。なお、組み替え情報の具体的な例については後述する。
The
また、整流回路部1の出力側から平滑コンデンサ9と負荷抵抗10とを用いて出力電力を取り出すよう構成されている。
Further, the output power is extracted from the output side of the
なお、図示例では、整流素子を、整流素子21,22,23,24の4つとしたが、2つ以上の直列及び並列接続が可能な構成であればどのような数であってもよい。また、整流素子としてダイオードを用いたが、FETやHEMT等であってもよい。さらに、整流素子21,22,23,24は同じ品種である必要はなく、耐圧や内部抵抗、接合容量等の異なる品種であってもよい。また、切替手段31,32,41,42についても、FETスイッチ以外のスイッチであってもよい。
In the illustrated example, the number of rectifying elements is four, that is, rectifying
次に、実施の形態1に係る整流器の動作について説明する。
整流回路部1に入力された高周波(RF)は、入力フィルタ5を介して整流手段に入力され、整流手段の非線形性により直流(DC)に変換される。具体的には、整流回路部1に入力されるRFにより、非線形素子である整流手段がオンとオフを繰り返し、DC成分と高調波が生成され、平滑コンデンサ9により平滑化されてDC成分が出力される。この時、入力電力計測部7において、整流回路部1に入力されるRFの電力が計測され、計測した電力を制御部8に伝送する。制御部8は、計測された入力電力に基づいて、整流回路部1のRF−DC変換効率が最も高く得られるように、第1の整流素子切替手段及び第2の整流素子切替手段のオンとオフを切り替え、整流手段の組み合わせを制御する。
Next, the operation of the rectifier according to
The high frequency (RF) input to the rectifying
図2に、実施の形態1に係る整流器における整流素子の組み合わせの一例として、状態1、状態2、状態3、状態4、状態5を示す。なお、図2中入力電力と整流素子のインピーダンスは、矢印の方向に値が増加することを示している。ここで、整流素子のインピーダンスは、状態3で最も大きくなり、左右に行くにつれてその値が減少する。また、図3に実施の形態1の整流器のRF−DC変換効率の入力電力依存性の計算例を示す。図3において、横軸は入力電力Pin(dBm)を、縦軸はRF−DC変換効率η(%)を示している。図3に示す例は、状態3においてRF−DC変換効率が最も高く得られるように入力フィルタ5と出力フィルタ6及び負荷抵抗10を設計している。RF−DC変換効率のピーク点は、立ち上がり電圧が低くなると高効率となり、ブレークダウン電圧が高くなるほど高入力電力側にシフトする。また、整流素子の並列接続により、立ち上がり電圧及びブレークダウン電圧に変化はないが、整流素子に流れる電流量が半減し、整流素子の直列接続により、全体の立ち上がり電圧は増大するが、整流素子に印加される電圧が半減するためブレークダウン電圧が増加する。
FIG. 2 shows a
このため、整流手段の組み換えは、低入力電力において、状態1のような1並列1直列の状態とし、入力電力の増加に伴い電流量が増えるため状態3のような1直列2並列の状態とし、さらに高入力電力となる場合、高電圧が整流素子に印加されるため状態5のような2直列1並列の状態としている。また、図3は、状態3においてRF−DC変換効率が最も高く得られるように入力フィルタ5と出力フィルタ6及び負荷抵抗10を設計しているため、状態2は状態1と状態3、状態4は状態3と状態5の間のインピーダンス特性となる状態に設定している。
For this reason, the recombination of the rectifying means is changed to a 1-parallel 1-series state as in
図4は、このような整流手段の組み換えを示す対応表の一例であり、この対応表が図示しないメモリ等に格納され、制御部8で参照可能に構成されている。この対応表は、入力電力に対する状態と切替手段31,32,41,42オン、オフ状態とを示すものである。なお、切替手段41,42における「−」は制御無しを示している。
FIG. 4 is an example of a correspondence table showing the recombination of such rectifying means. This correspondence table is stored in a memory or the like (not shown) and can be referred to by the
次に、制御部8による切替手段31,32,41,42の切替制御について図5のフローチャートを用いて説明する。
図3に示す計算例の場合、0<Pin<9dBmの入力電力範囲(ステップST1:YES)において、整流手段を状態1となるよう組み換えるため、切替手段31をオン、切替手段32をオフ、切替手段41をオンとする(ステップST2)。ステップST1で0<Pin<9dBmの入力電力範囲ではない場合はステップST3に移行する。また、9≦Pin<17dBmの入力電力範囲(ステップST3:YES)において、整流手段を状態2となるよう組み換えるため、切替手段31をオン、切替手段32をオン、切替手段41をオン、切替手段42をオフとする(ステップST4)。ステップST3で9≦Pin<17dBmの入力電力範囲ではない場合はステップST5に移行する。また、17≦Pin<31dBmの入力電力範囲(ステップST5:YES)において、整流手段を状態3となるよう組み換えるため、切替手段31をオン、切替手段32をオン、切替手段41をオン、切替手段42をオンとする(ステップST6)。ステップST5で17≦Pin<31dBmの入力電力範囲でない場合はステップST7に移行する。また、31≦Pin<38dBmの入力電力範囲(ステップST7:YES)において、整流手段を状態4となるよう組み換えるため、切替手段31をオン、切替手段32をオン、切替手段41をオフ、切替手段42をオフとする(ステップST8)。ステップST7で31≦Pin<38dBmの入力電力範囲でない場合はステップST9に移行する。また、38≦Pin<40dBmの入力電力範囲(ステップST9:YES)において、整流手段を状態5となるよう組み換えるため、切替手段31をオフ、切替手段32をオン、切替手段42をオフとして(ステップST10)、切替制御を終了する。また、ステップST9で38≦Pin<40dBmの入力電力範囲でない場合は、そのまま終了する。
制御部8は、このような切替制御を一定周期または任意のタイミングで実行する。
Next, switching control of the switching means 31, 32, 41, and 42 by the
In the case of the calculation example shown in FIG. 3, in order to recombine the rectifying means to be in the
The
以上説明したように、実施の形態1の整流器によれば、直列数nかつ並列数m(n≧2、m≧1)の整流手段を構成する複数の整流素子と、信号線とm列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第1の整流素子切替手段と、信号線とm列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第2の整流素子切替手段と、整流器に入力される高周波の電力を計測する入力電力計測部と、入力電力計測部で計測した電力に応じて第1及び第2の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えたので、小さい回路面積で広範囲の入力電力に対応することができ、かつ高いRF−DC変換効率を実現することができる。 As described above, according to the rectifier of the first embodiment, a plurality of rectifying elements constituting rectifying means of n in series and m in parallel (n ≧ 2, m ≧ 1), signal lines and m columns A first rectifying element switching means connected in series between the power input side of the rectifying element and a second rectifying element connected in parallel to a connection point between the signal line and m series connected rectifying elements Rectification by switching on and off the first and second rectifying element switching means according to the power measured by the switching means, the high-frequency power input to the rectifier, and the power measured by the input power measuring section Since the control unit that controls the combination of series and parallel connection of elements is provided, a wide range of input power can be handled with a small circuit area, and high RF-DC conversion efficiency can be realized.
実施の形態2.
実施の形態2は、実施の形態1における負荷抵抗10を、整流素子21,22,23,24と同様の接続として設け、かつ、第1の整流素子切替手段及び第2の整流素子切替手段と対になるよう第1の負荷抵抗切替手段及び第2の負荷抵抗切替手段を設けたものである。
図6は、実施の形態2の整流器を示す構成図であり、整流回路部1、切替手段111,112,121,122、負荷抵抗101,102,103,104、平滑コンデンサ9を備える。ここで、整流回路部1の構成については、図1で示した実施の形態1の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
In the second embodiment, the
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating the rectifier according to the second embodiment, which includes the
切替手段111,112,121,122は、切替手段31,32,41,42と対になるよう接続され、また、負荷抵抗101,102,103,104は、整流素子21,22,23,24と同様に接続されている。すなわち、負荷抵抗101,103,102,104は、直列数2かつ並列数2の回路であり、電力入力側が整流回路部1の出力に接続されている。また、切替手段111,112は、整流回路部1の出力と、負荷抵抗101,102の電力入力側との間に直列に接続された第1の負荷抵抗切替手段であり、例えばFETスイッチを用いて構成されている。これら切替手段111,112は制御部8により、切替手段31,32と同時に制御されるよう構成されている。例えば、切替手段31,32と切替手段111,112が共にFETスイッチであった場合、制御部8は、切替手段31と切替手段111のゲート電圧、切替手段32と切替手段112のゲート電圧をそれぞれ同時に制御してオンとオフを設定する。
The switching means 111, 112, 121, 122 are connected to the switching means 31, 32, 41, 42 to be paired, and the
また、切替手段121,122は、直列接続された負荷抵抗101,103同士の接続点及び負荷抵抗102,104同士の接続点とにそれぞれ並列接続された第2の負荷抵抗切替手段であり、例えばFETスイッチを用いて構成されている。これら切替手段121,122は、制御部8により切替手段41,42と同時に制御されるよう構成されている。例えば、切替手段41,42と切替手段121,122が共にFETスイッチであった場合、制御部8は、切替手段41と切替手段121のゲート電圧、切替手段42と切替手段122のゲート電圧をそれぞれ同時に制御してオンとオフを設定する。
The switching means 121 and 122 are second load resistance switching means connected in parallel to the connection point between the
次に、実施の形態2に係る整流器の動作について説明する。
整流回路部1に入力された高周波(RF)は、入力フィルタ5を介して整流手段に入力され、整流手段の非線形性により直流(DC)に変換される。このとき、入力電力計測部7において、整流回路部1に入力されるRFの電力が計測され、計測した電力を制御部8に伝送する。制御部8は、計測された入力電力に基づいて、整流回路部1のRF−DC変換効率が最も高く得られるように、切替手段31,32,41,42と切替手段111,112,121,122のオンとオフを同時に切り替え、整流素子21,22,23,24及び負荷抵抗101,102,103,104の組み合わせを制御する。ここで、制御部8が参照する対応表は、実施の形態1で説明した図4における対応表の「切替手段31」が「切替手段31,111」に、「切替手段32」が「切替手段32,112」に、「切替手段41」が「切替手段41,121」に、「切替手段42」が「切替手段42,121」に、それぞれ設定されたものである。また、実施の形態2における制御部8の切替制御については、実施の形態1の図5のフローチャートにおいて、ステップST2、ステップST4、ステップST6、ステップST8、ステップST10における切替手段として、切替手段31,32,41,42と切替手段111,112,121,122のオンとオフを同時に制御する点が異なるのみであるため、フローチャートの図示及び各ステップの詳細については省略する。
Next, the operation of the rectifier according to
The high frequency (RF) input to the
そして、切替手段31,32,41,42と対になる切替手段111,112,121,122と、整流素子21,22,23,24と同様に接続された負荷抵抗101,102,103,104とを用いて出力電力を取り出す。
Then, the switching means 111, 112, 121, 122 paired with the switching means 31, 32, 41, 42 and the
負荷抵抗101,102,103,104全体のインピーダンスは、整流素子21,22,23,24全体のインピーダンスと比例関係にある。実施の形態2では、負荷抵抗101,102,103,104の直列及び並列接続が整流素子21,22,23,24の組み合わせと同様に組み合わせられているため、各状態において整流手段に最適な負荷インピーダンスを得られ、実施の形態1に比べより高いRF−DC変換効率が得られる。すなわち、整流素子全体のインピーダンスと負荷抵抗全体のインピーダンスは比例関係にあり、また、整流素子全体のインピーダンスが変わると、最適な負荷インピーダンスも変わるため、整流素子の組み合わせと負荷抵抗の組み合わせが同時に切り替えられることにより、最適な負荷インピーダンスを得ることができる。
The overall impedance of the
以上説明したように、実施の形態2の整流器によれば、整流器の出力側に接続された直列数nかつ並列数m(n≧2、m≧1)の複数の負荷抵抗と、整流器の出力側の信号線とm列の負荷抵抗の電力入力側に直列に接続された第1の負荷抵抗切替手段と、整流器の出力側の信号線とm列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列に接続された第2の負荷抵抗切替手段とを備え、制御部は、入力電力計測部で計測した電力に応じて、直列i番目並列j番目の整流素子(1≦i≦n、1≦j≦m)の入力電力側に接続する第1または第2の整流素子切替手段と、直列i番目並列j番目の負荷抵抗の入力電力側に接続する第1または第2の負荷抵抗切替手段のオンとオフを同時に切り替え、複数の整流素子と複数の負荷抵抗の直列及び並列接続を同時に制御するようにしたので、小さい回路面積で広範囲の入力電力において高いRF−DC変換効率を実現することができる。 As described above, according to the rectifier of the second embodiment, a plurality of load resistors having a series number n and a parallel number m (n ≧ 2, m ≧ 1) connected to the output side of the rectifier, and the output of the rectifier Of the first load resistance switching means connected in series to the power input side of the signal line on the side and the load resistance of the m columns, and the connection point between the signal line on the output side of the rectifier and the m series of rectifying elements connected in series And a second load resistance switching means connected in parallel with each other, and the control unit determines the i th parallel j th rectifier element (1 ≦ i ≦ n, 1) in accordance with the power measured by the input power measuring unit. ≦ j ≦ m), the first or second rectifier switching means connected to the input power side, and the first or second load resistance switching means connected to the input power side of the series i-th parallel j-th load resistance Switch on and off at the same time, connect multiple rectifiers and multiple load resistors in series and in parallel Since so as to control at the same time, it is possible to realize a high RF-DC conversion efficiency over a wide range of input power with a small circuit area.
実施の形態3.
実施の形態3は、整流器の出力側にDC−DCコンバータ13を備えたものである。
図7は、実施の形態3の整流器を示す構成図であり、整流回路部1とDC−DCコンバータ13とを備えている。ここで、整流回路部1の構成については、図1で示した実施の形態1の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
In the third embodiment, a DC-
FIG. 7 is a configuration diagram illustrating the rectifier according to the third embodiment, which includes the
DC−DCコンバータ13は、インダクタ141,142,143,144、切替手段151,152,161,162、切替手段17、整流素子18、平滑コンデンサ9、負荷抵抗10、高周波数発振器19及び低周波数発振器20を備えている。インダクタ141,142,143,144は、それぞれ整流素子21,22,23,24と同様に接続された直列数2かつ並列数2の入力インピーダンスを制御するためのインダクタである。切替手段151,152,161,162は、切替手段31,32,41,42と対になるよう接続された切替手段である。すなわち、切替手段151,152は、切替手段17を介した整流回路部1の出力と、インダクタ141,142の入力側との間に直列に接続された第1のインダクタ切替手段であり、例えばFETスイッチを用いて構成されている。これら切替手段151,152は、制御部8により切替手段31,32と同時に制御されるよう構成されている。例えば、切替手段31,32と切替手段151,152が共にFETスイッチであった場合、制御部8は、切替手段31と切替手段151のゲート電圧、切替手段32と切替手段152のゲート電圧をそれぞれ同時に制御してオンとオフを設定する。
The DC-
また、切替手段161,162は、直列接続されたインダクタ141,143の接続点及びインダクタ142,144の接続点とにそれぞれ並列接続された第2のインダクタ切替手段であり、例えばFETスイッチを用いて構成されている。これら切替手段161,162は、制御部8により、切替手段41,42と同時に制御されるよう構成されている。例えば、切替手段41,42と切替手段161,162が共にFETスイッチであった場合、制御部8は、切替手段41と切替手段161のゲート電圧、切替手段42と切替手段162のゲート電圧をそれぞれ同時に制御してオンとオフを設定する。
The switching means 161 and 162 are second inductor switching means connected in parallel to the connection points of the
切替手段17は、整流回路部1の出力側とインダクタ141,142,143,144の入力側との間に設けられた切替手段であり、例えばFETスイッチを用いて構成されている。整流素子18は切替手段17の出力側に接続された整流素子であり、例えばダイオードで構成されている。高周波数発振器19及び低周波数発振器20は制御部8の出力を入力として制御パルスを合成し、切替手段17のオンとオフを制御するための回路である。
The switching
なお、図示例ではDC−DCコンバータ13として、昇降圧チョッパ回路を用いた例を示したが、負荷インピーダンスを制御する回路であれば、昇圧型や降圧型等いずれのコンバータであってもよい。
In the illustrated example, a step-up / step-down chopper circuit is used as the DC-
次に、実施の形態3に係る整流器の動作について説明する。
整流回路部1に入力された高周波(RF)は、入力フィルタ5を介して整流手段に入力され、整流手段の非線形性により直流(DC)に変換される。この時、入力電力計測部7において、整流回路部1に入力されるRFの電力が計測され、計測した電力を制御部8に伝送する。制御部8は、計測された入力電力に基づいて、整流回路部1のRF−DC変換効率が最も高く得られるように、切替手段31,32,41,42のオンとオフを切り替え、整流素子21,22,23,24の組み合わせを制御する。ここで、制御部8が参照する対応表は、実施の形態1で説明した図4における対応表の「切替手段31」が「切替手段31,151」に、「切替手段32」が「切替手段32,152」に、「切替手段41」が「切替手段41,161」に、「切替手段42」が「切替手段42,161」に、それぞれ設定されたものである。また、実施の形態3における制御部8の切替制御については、実施の形態1の図5のフローチャートにおいて、ステップST2、ステップST4、ステップST6、ステップST8、ステップST10における切替手段として、切替手段31,32,41,42と切替手段151,152,161,162のオンとオフを同時に制御する点が異なるのみであるため、フローチャートの図示及び各ステップの詳細については省略する。
Next, the operation of the rectifier according to
The high frequency (RF) input to the
整流回路部1からみた出力側のインピーダンスは、整流素子21,22,23,24全体のインピーダンスと比例関係にあり、DC−DCコンバータ13により制御される。DC−DCコンバータ13において、整流回路部1からみた出力側のインピーダンスは、インダクタ141,142,143,144のインダクタンス、高周波数発振器19の周波数に比例し、高周波数発振器19と低周波数発振器20のパルスデューティ比に反比例する。このため、整流手段と同様に配置されたDC−DCコンバータ13内のインダクタ141,142,143,144の直列及び並列接続を、整流手段の組み合わせと同様に組み合わせることで、各状態において整流手段に最適なインピーダンスが得られ、実施の形態1に比べて、より高いRF−DC変換効率が得られる。すなわち、整流素子全体のインピーダンスとインダクタ全体のインピーダンスは比例関係にあり、また、整流素子全体のインピーダンスが変わると、最適な負荷インピーダンスも変わるため、整流素子の組み合わせとインダクタの組み合わせが同時に切り替えられることにより、最適な負荷インピーダンスを得ることができる。
The impedance on the output side viewed from the
なお、整流回路部1からみた出力側のインピーダンスを制御する例として、DC−DCコンバータ13内のインダクタ141,142,143,144の組み換えについて説明したが、高周波数発振器19の周波数を決める抵抗を、整流素子と同様に組み合わせることも可能である。
As an example of controlling the impedance on the output side viewed from the
以上説明したように、実施の形態3の整流器によれば、整流器の出力側に接続された直列数nかつ並列数m(n≧2、m≧1)の複数のインダクタと、整流器の出力側の信号線とm列のインダクタの電力入力側に直列に接続された第1のインダクタ切替手段と、整流器の出力側の信号線とm列の直列接続されたインダクタ同士の接続点に並列に接続された第2のインダクタ切替手段とを有するDC−DCコンバータを備え、制御部は、入力電力に応じて直列i番目並列j番目の整流素子(1≦i≦n、1≦j≦m)の入力電力側に接続する第1または第2の整流素子切替手段と、直列i番目並列j番目の第1または第2のインダクタ切替手段のオンとオフを同時に切り替えて、複数の整流素子と複数のインダクタの直列及び並列接続を同時に制御するようにしたので、小さい回路面積で広範囲の入力電力において高いRF−DC変換効率を実現することができる。 As described above, according to the rectifier of the third embodiment, a plurality of inductors having a series number n and a parallel number m (n ≧ 2, m ≧ 1) connected to the output side of the rectifier, and the output side of the rectifier The first inductor switching means connected in series to the power input side of the signal line and the m-row inductor and the connection point between the signal line on the output side of the rectifier and the m-series inductor connected in series are connected in parallel. A DC-DC converter having a second inductor switching unit, and the control unit is configured to control a series i-th parallel j-th rectifier element (1 ≦ i ≦ n, 1 ≦ j ≦ m) according to input power. The first or second rectifying element switching means connected to the input power side and the first or second inductor switching means of the i th series and the j th series are switched on and off at the same time. Simultaneous inductor and series connection Since Gosuru way, it is possible to realize a high RF-DC conversion efficiency over a wide range of input power with a small circuit area.
実施の形態4.
実施の形態4は、制御部8aが整流回路部1aの出力電圧に応じて第1及び第2の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えるようにしたものである。
図8は、実施の形態4の整流器を示す構成図である。
図8に示す整流器は、整流回路部1aの内部に、整流素子21,22,23,24、第1の整流素子切替手段である切替手段31,32、第2の整流素子切替手段である切替手段41,42、入力フィルタ5、出力フィルタ6、制御部8aを備え、整流回路部1aの外部に平滑コンデンサ9と負荷抵抗10とを備える。すなわち、実施の形態4の整流器は、実施の形態1における入力電力計測部7を削除し、制御部8aが整流回路部1aの出力電圧に基づいて制御を行うようにしたものである。これ以外の構成は図1に示した実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, the
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a rectifier according to the fourth embodiment.
The rectifier shown in FIG. 8 includes
次に、実施の形態4に係る整流器の動作について説明する。
整流回路部1aに入力された高周波(RF)は、入力フィルタ5を介して整流手段に入力され、整流手段の非線形性により直流(DC)に変換される。整流回路部1aの出力電圧は、入力電力の増加に伴い増加する。このため、制御部8aは、出力電圧に応じて切替手段31,32,41,42のオンとオフを切り替え、整流素子21,22,23,24の組み合わせを制御する。このとき、整流素子21,22,23,24の組み換えに、入力電力の計測が不要となるため、実施の形態1の構成に比べて、回路の縮小と電力計測にかかる電力ロスの削減が可能である。
Next, the operation of the rectifier according to Embodiment 4 will be described.
The high frequency (RF) input to the
図9に、実施の形態4に係る整流器の、整流素子の組み合わせの例として、状態1、状態2、状態3を示し、図10に実施の形態4に係る整流器のRF−DC変換効率の入力電力依存性の計算例を示す。図10は、状態3においてRF−DC変換効率が最も高く得られるように入力フィルタ5及び出力フィルタ6を設計している。入力電力の増加に対して出力電圧が常に増加するためには、入力電力に対する整流手段の全体インピーダンスに極大値または極小値がないように制御する必要がある。このため本実施の形態では図2に示した5状態より、状態1、状態2、状態3を選択している。
FIG. 9 shows states 1, 2 and 3 as examples of rectifier combinations of the rectifier according to the fourth embodiment, and FIG. 10 shows the input of the RF-DC conversion efficiency of the rectifier according to the fourth embodiment. An example of calculation of power dependence is shown. In FIG. 10, the
図11は、このような整流手段の組み換えを示す対応表を示しており、この対応表が図示しないメモリ等に格納され、制御部8aで参照可能に構成されている。すなわち、この対応表は実施の形態1の図4で示した対応表のうち、状態1から状態3までの組み換えを示すものである。
FIG. 11 shows a correspondence table showing such recombination of the rectifying means. This correspondence table is stored in a memory or the like (not shown) and can be referred to by the
また、図12は、制御部8aによる切替手段31,32,41,42の切替制御を示すフローチャートである。図10に示す計算例の場合、状態1から状態3までの組み換えであるため、図12のフローチャートでは図5のフローチャートにおいてステップST6までの処理となっている。ここで、ステップST1〜ステップST6の処理は、図5のフローチャート中の処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。
FIG. 12 is a flowchart showing switching control of the switching means 31, 32, 41, and 42 by the
以上説明したように、実施の形態4の整流器によれば、直列数nかつ並列数m(n≧2、m≧1)の整流手段を構成する複数の整流素子と、信号線とm列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第1の整流素子切替手段と、信号線とm列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第2の整流素子切替手段と、整流器の出力電圧に応じて第1及び第2の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えたので、小さい回路面積で広範囲の入力電力に対応することができ、かつ高いRF−DC変換効率を実現することができる。 As described above, according to the rectifier of the fourth embodiment, a plurality of rectifying elements constituting rectifying means having a series number n and a parallel number m (n ≧ 2, m ≧ 1), signal lines, and m columns A first rectifying element switching means connected in series between the power input side of the rectifying element and a second rectifying element connected in parallel to a connection point between the signal line and m series connected rectifying elements A small circuit comprising switching means and a control unit that switches on and off of the first and second rectifying element switching means according to the output voltage of the rectifier to control the combination of series and parallel connection of the rectifying elements. The area can accommodate a wide range of input power, and high RF-DC conversion efficiency can be realized.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1,1a 整流回路部、5 入力フィルタ、6 出力フィルタ、7 入力電力計測部、8,8a 制御部、9 平滑コンデンサ、10,101,102,103,104 負荷抵抗、13 DC−DCコンバータ、18,21,22,23,24 整流素子、17,31,32,41,42,111,112,121,122,151,152,161,162 切替手段、141,142,143,144 インダクタ、19 高周波数発振器、20 低周波数発振器。 1, 1a Rectifier circuit unit, 5 input filter, 6 output filter, 7 input power measurement unit, 8, 8a control unit, 9 smoothing capacitor, 10, 101, 102, 103, 104 load resistance, 13 DC-DC converter, 18 , 21, 22, 23, 24 Rectifier, 17, 31, 32, 41, 42, 111, 112, 121, 122, 151, 152, 161, 162 Switching means, 141, 142, 143, 144 Inductor, 19 high Frequency oscillator, 20 Low frequency oscillator.
Claims (4)
信号線と前記m列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第1の整流素子切替手段と、
前記信号線と前記m列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第2の整流素子切替手段と、
整流器に入力される高周波の電力を計測する入力電力計測部と、
前記入力電力計測部で計測した電力に応じて前記第1及び第2の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて前記整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えた整流器。 A plurality of rectifying elements constituting rectifying means having a series number n and a parallel number m (n ≧ 2, m ≧ 1);
First rectifier switching means connected in series between the signal line and the power input side of the m columns of rectifiers;
A second rectifying element switching means connected in parallel to a connection point between the signal lines and the m columns of serially connected rectifying elements;
An input power measurement unit that measures high-frequency power input to the rectifier;
A rectifier comprising: a control unit that switches on and off the first and second rectifying element switching means according to the power measured by the input power measuring unit to control a combination of series and parallel connections of the rectifying elements; .
整流器の出力側の信号線と前記m列の負荷抵抗の電力入力側に直列に接続された第1の負荷抵抗切替手段と、
整流器の出力側の前記信号線と前記m列の直列接続された前記整流素子同士の接続点に並列に接続された第2の負荷抵抗切替手段とを備え、
前記制御部は、前記入力電力計測部で計測した電力に応じて、直列i番目並列j番目の前記整流素子(1≦i≦n、1≦j≦m)の入力電力側に接続する前記第1または第2の整流素子切替手段と、直列i番目並列j番目の負荷抵抗の入力電力側に接続する前記第1または第2の負荷抵抗切替手段のオンとオフを同時に切り替え、前記複数の整流素子と前記複数の負荷抵抗の直列及び並列接続を同時に制御することを特徴とする請求項1記載の整流器。 A plurality of load resistors of n in series and m in parallel (n ≧ 2, m ≧ 1) connected to the output side of the rectifier;
First load resistance switching means connected in series to the signal line on the output side of the rectifier and the power input side of the m-row load resistance;
A second load resistance switching means connected in parallel to a connection point between the signal lines on the output side of the rectifier and the rectifier elements connected in series in the m columns;
The control unit is connected to the input power side of the ith rectifier element (1 ≦ i ≦ n, 1 ≦ j ≦ m) in series i-th parallel j-th according to the power measured by the input power measurement unit. The first or second rectifying element switching means and the first or second load resistance switching means connected to the input power side of the series i-th parallel j-th load resistance are simultaneously switched on and off, and the plurality of rectifications The rectifier according to claim 1, wherein a series connection and a parallel connection of an element and the plurality of load resistors are controlled simultaneously.
整流器の出力側の信号線と前記m列のインダクタの電力入力側に直列に接続された第1のインダクタ切替手段と、
整流器の出力側の前記信号線と前記m列の直列接続された前記インダクタ同士の接続点に並列に接続された第2のインダクタ切替手段とを有するDC−DCコンバータを備え、
前記制御部は、入力電力に応じて直列i番目並列j番目の前記整流素子(1≦i≦n、1≦j≦m)の入力電力側に接続する前記第1または第2の整流素子切替手段と、直列i番目並列j番目の前記第1または第2のインダクタ切替手段のオンとオフを同時に切り替えて、前記複数の整流素子と前記複数のインダクタの直列及び並列接続を同時に制御することを特徴とする請求項1記載の整流器。 A plurality of inductors having a series number n and a parallel number m (n ≧ 2, m ≧ 1) connected to the output side of the rectifier;
First inductor switching means connected in series to the signal line on the output side of the rectifier and the power input side of the m-column inductor;
A DC-DC converter having the signal line on the output side of the rectifier and the second inductor switching means connected in parallel to the connection point between the m-series connected inductors in series;
The control unit switches the first or second rectifying element connected to the input power side of the serial i-th parallel j-th rectifying element (1 ≦ i ≦ n, 1 ≦ j ≦ m) according to input power. And simultaneously switching on and off of the first or second inductor switching means of the i th series and the j th series of the series, and simultaneously controlling the series and parallel connection of the plurality of rectifier elements and the plurality of inductors. The rectifier according to claim 1, wherein:
信号線と前記m列の整流素子の電力入力側との間に直列に接続された第1の整流素子切替手段と、
前記信号線と前記m列の直列接続された整流素子同士の接続点に並列接続された第2の整流素子切替手段と、
整流器の出力電圧に応じて前記第1及び第2の整流素子切替手段のオンとオフを切り替えて前記整流素子の直列及び並列接続の組み合わせを制御する制御部とを備えた整流器。 A plurality of rectifying elements constituting rectifying means having a series number n and a parallel number m (n ≧ 2, m ≧ 1);
First rectifier switching means connected in series between the signal line and the power input side of the m columns of rectifiers;
A second rectifying element switching means connected in parallel to a connection point between the signal lines and the m columns of serially connected rectifying elements;
A rectifier comprising: a control unit that switches on and off of the first and second rectifying element switching means according to an output voltage of the rectifier to control a combination of series and parallel connections of the rectifying elements.
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