KR20080078806A - 다양한 부하들에 대한 고효율 정류 방법 및 장치 - Google Patents

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찰스 이. 그리네
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Abstract

전력 변환 장치는 전기 신호를 수신하는 적어도 하나의 임피던스 정합 회로망을 포함한다. 이 장치는 이 임피던스 정합 회로망과 통신하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다. 또한 부하에 전력을 공급하는 방법과, 전력을 변환하는 장치와, 전력 변환 장치의 추가적인 실시예들이 개시된다.
Figure P1020087012452
전력 변환 장치, 임피던스 정합 회로망, AC-DC 변환기, 에너지 획득 장치(harvester)

Description

다양한 부하들에 대한 고효율 정류 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR HIGH EFFICIENCY RECTIFICATION FOR VARIOUS LOADS}
관련출원의 상호 인용
본 출원은 미국 임시 특허출원 제60/729,792호(출원일: 2005년 10월 24일)의 우선권을 주장한다.
본 발명은 전력 변환 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 AC-DC 변환기를 이용한 전력 변환 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래, 무선 주파수(RF) 전자기파를 이용하여 원격 장치에 전력을 공급하는 것이 가능하였다. 무선 전력 전송에 대해서는 더블유. 씨. 브라운(W. C. Brown)의 미국특허 제3114517호(발명의 명칭: Microwave Operated Space Vehicles)(본 명세서에 인용으로 포함됨)와 다른 많은 논문에 자세히 기술되어 있다. 무선 전력 전송은 무선 주파수 식별(RFID) 태그에 전력을 공급하는데도 이용된다. 전송된 RF 전력은 안테나에 의해 포착되어 많은 공개된 회로를 이용하여 정류되어 직류(DC)가 부하에 공급된다. 본 명세서에 인용으로 포함된 미국특허 제3434678호(발명의 명칭: Microwave to DC Converter)는 도 1에 도시된 브리지 정류 회로를 이용하여 마이크로웨이브 전력을 DC로 변환하는 장치에 대해 설명하고 있다.
본 명세서에 인용으로 포함된 미국특허 제6140924호(발명의 명칭: Rectifying Antenna Circuit)와 미국특허 제6615074호(발명의 명칭: Apparatus for Energizing a Remote Station and Related Method)는 도 2에 도시된 배전압 정류기 구성을 이용하여 구현된 RF-DC 변환기에 대해서 설명하고 있다.
이들 회로의 기능은 입력 전력과 부하 임피던스가 일정한 경우에 무난하게 작동한다. 그러나 입력 전력이나 부하 임피던스가 변동하면 회로의 총 변환 효율이 떨어진다. 변환 효율은 (정류된 출력 DC 전력) ÷ (정류기에 입력된 교류(AC) 전력)으로 정의된다. 도 3과 도 4는 부하 저항(또는 등가 저항)과 입력 전압의 변동 방식이 변환 효율에 미치는 영향의 예를 보여준다.
입력 전력과 출력 부하의 변동에 대한 정류기 변환 효율의 변동에 대해서는 본 명세서에 인용으로 포함된 미국특허 제6212431호(발명의 명칭: Power Transfer Circuit for Implanted Devices)에 설명되어 있은 데, 이 특허에서 칼럼 1 라인 55 내지 62에는, 외부 코일에서 이식된 디바이스로 전력을 유도성으로 전달하는 경우에, "불행히도, 이식 디바이스와 관련된 부하나 외부 코일과 이식 코일 간의 분리간격 모두 상수가 아니다. 이들 파라미터는 실제로는 변수로서, 예컨대 분리간격의 경우에는 3mm과 15mm 사이에서 변하며, 부하의 경우에는 20오옴과 300오옴 사이에서 변할 수 있다. 그 결과, 외부 디바이스와 이식 디바이스 간의 최적 전력 전달은 쉽지 않다. 따라서 보다 적은 최적 전력 전달 조건이 존재하게 되며, ..."라고 기재되어 있다. 이 인용에서 분리간격은 이식 디바이스에의 입력 전력을 변화시키는 것과 유사한 개념이다. 미국특허 제6212431호에서 제시된 해법은 외부 전 송 코일에 대한 정합 파라미터를 변화시켜 외부 전송 코일로부터 이식된 수신 코일로의 전력 전달을 최적화하는 것이다. 미국특허 제6212431호에 개시된 발명은 이 해법을 송신기측에서 구현하며, 이 송신기는 그 출력을 하나의 수신기에 기초하여 변화시켜야 하므로 시스템을 하나의 수신기로 제한한다. 또한, 미국특허 제6212431호는 정류회로에 대해서는 설명한 것이 없고 정류 회로가 제시된 방법과 장치에 미칠 수 있는 영향에 대해서도 설명한 것이 없다. 또한 미국특허 제6212431호는 변압기의 2차측에 대한 임피던스를 1차측에 반영하는 것과 유사한 방식으로 전송 코일이 이식된 디바이스의 임피던스를 볼 수 있도록 하는 유도성 결합에 바탕을 두고 있다. 본 발명은 유도성 또는 근거리계(near-field) 전력 전달에만 의존하는 것이 아니라, 수신 부하를 전송측에 반영하는 것이 가능하지 않은 원거리계에서의 동작을 포함한다.
본 명세서에 인용으로 포함된 미국특허 제6794951호에서는 부하 임피던스를 가변시키는 것이 검토되고 이는 가스를 이온화시켜 플라즈마를 생성하는 송신 회로에 대해서 기술하고 있다. 이 특허에서 제시된 문제는 송신기가 본 부하가 챔버 내의 플라즈마 상태에 따라 달라진다는 것이다. 플라즈마가 없을 때는 송신기는 특정 임피던스값을 본다. 그러나 챔버 내에 플라즈마가 있으면 송신기가 보는 임피던스 값은 다르다. 이 문제를 해결하기 위하여 미국특허 제6794951호는 스위치 선택 시스템을 통해 제어되는 이중(dual) 임피던스 정합 회로를 제안한다. 챔버 내에 플라즈마가 없는 경우에 시작 모드 중에는 제1 임피던스 정합 회로를 이용하여 시스템을 정합시킨다. 챔버 내에 플라즈마가 있는 실행 모드 중에는 제2 임피 던스 정합 회로를 이용하여 시스템을 정합시킨다. 이 해법은 RF 송신기 상의 이산적인 부하값들을 구동하는 방법을 제시한다. 이 해법은 송신측에 한정되며, 임피던스 정합 회로망을 설계하기 위하여 여러 가지 모드 중에 보이는 이산적인 임피던스를 알아야 하며, 이 정합 회로망을 제어하는 능동형 스위칭을 가져야 하며, RF 출력을 제공하도록 설계된다.
<발명의 개요>
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 전기 신호를 수신하는 적어도 하나의 임피던스 정합 회로망을 포함한다. 이 장치는 이 임피던스 정합 회로망과 통신하는 복수의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 부하에 전력을 공급하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 임피던스 정합 회로망에서 전기 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 임피던스 정합 회로망과 통신하는 복수의 AC-DC 변환기에서 이 전기 신호를 변환하는 단계를 포함한다. 복수의 AC-DC 변환기와 통신하는 부하에 전류를 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 최소값의 적어도 100 배인 저항성 부하 범위에 대해 적어도 50%의 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는, 신호 획득용의 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 소자를 충전 또는 재충전할 때에 적어도 50%의 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는, 신호 획득용의 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 충전 또는 재충전할 때에 적어도 50%의 신호 변환 효율을 제공하는 AC-DC 변환 수단을 포함하는 신호 획득 수단을 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 적어도 50%의 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는, 신호 획득용의 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 전기 신호를 수신하는 적어도 두 개의 제1 임피던스 정합 회로망을 포함한다. 이 장치는 이 제1 임피던스 정합 회로망들과 통신하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다. 이 장치는 제1 임피던스 정합 회로망들과 전기적으로 통신하는 결합기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다. 이 장치는 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 비선형 소자를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 효율에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 소정 거리에서 이 거리의 10배에 이르는 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 제1 효율을 가지고 제 1 거리에서는 제1 입력 신호를 수신하고, 제2 효율을 가지고 제2 거리에서는 제2 입력 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다. 여기서 제1 거리는 제2 거리보다 크며, 제1 효율은 제2 효율과 실질적으로 유사하다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 적어도 16dB의 입력 전력 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 소정의 최소값의 적어도 40배인 저항성 부하 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 전력이나 부하 저항의 변동에 따라 그 출력 저항이 변하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 소정의 최소값의 적어도 100배인 저항성 부하 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 충전 또는 재충전할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 재충전할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 AC-DC 변환 수단을 포함하는 입력 신호 획득 수단을 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 전기 신호를 수신하는 적어도 두 개의 제1 임피던스 정합 회로망을 포함한다. 이 장치는 제1 임피던스 정합 회로망들과 전기적으로 통신하는 결합기를 포함한다. 이 장치는 이 결합기를 통해 이 제1 임피던스 정합 회로망들과 통신하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다. 이 장치는 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 비선형 소자를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 효율에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 소정 거리에서 이 거리의 10배에 이르는 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 제1 효율을 가지고 제1 거리에서 제1 입력 신호를 수신하고, 제2 효율을 가지고 제2 거리에서 제2 입력 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다. 제1 거리는 제2 거리보다 크며, 제1 효율은 제2 효율과 실질적으로 유사하다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 16dB 이상의 입력 전력 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 소정의 최소값의 적어도 40배인 저항성 부하 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 입력 전력이나 부하 저항의 변동에 따라 그 출력 저항이 변하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 효율 대 부하 저항에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 효율 대 출력 전류에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 효율 대 부하 저항에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 효율 대 출력 전류에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
도 1은 종래의 브리지 정류기 회로의 개략도.
도 2는 종래의 배전압 정류기의 개략도.
도 3은 최적값이 1로 정규화된 종래의 정류기 효율 대 정규화된 부하 저항의 그래프도.
도 4는 최적값이 1로 정규화된 종래의 정류기 효율 대 정규화된 입력 전력의 그래프도.
도 5는 여러 가지 저항성 부하에 대한 종래의 DC-DC 변환기 효율의 그래프도.
도 6은 여러 가지 저항성 부하에 대한 본 발명의 AC-DC 변환기 효율의 그래프도.
도 7은 AC-DC 변환기의 입력에 대한 간략화된 등가 회로의 개략도.
도 8은 AC-DC 변환기의 출력에 대한 간략화된 등가 회로의 개략도.
도 9는 고정 부하와 가변 입력 전력을 가진 본 발명의 블록도.
도 10은 수동 선택기 및 결합기 블록을 이용할 때 가변 입력 전력을 가진 최적값에서의 고정 부하의 블록도.
도 11은 가변 부하와 고정 입력 전력을 가진 본 발명의 블록도.
도 12는 선택기 블록에 의한 능동 선택에 이용된 두 개의 정합 회로망을 가진 하나의 AC-DC 변환기의 블록도.
도 13은 가변 부하와 가변 입력 전력을 가진 본 발명의 블록도.
도 14는 최저 최적값이 1로 정규화된 본 발명의 AC-DC 효율 대 정규화된 부하 저항, 부하 전류 또는 입력 전력의 그래프도.
도 15는 넓은 범위의 입력 전력 레벨에서 거의 최적의 변환 효율로 배터리를 충전 또는 재충전하는데 이용된 본 발명의 블록도.
도 16은 결합기 다음에 전압 모니터링 회로를 가진 본 발명의 블록도.
도 17은 종래 기술과 비교한 본 발명의 RF-DC 변환 효율의 그래프도.
도 18은 다수의 변환 경로의 블록도.
도 19는 본 발명에서 이용되는 단일 다이오드 전파 정류기의 블록도.
도 20은 본 발명에서 이용되는 단일 다이오드 반파 정류기의 블록도.
도 21은 인쇄 회로 기판 상에 제조된 본 발명의 장치의 실시예의 블록도.
도 22는 905.8MHz에서의 여러 가지 입력 전력 레벨에 대해서 도 21에 도시된 본 발명의 실시예에 대하여 측정된 입력 SWR 데이터의 그래프도.
도 23은 905.8MHz에서의 여러 가지 입력 전력 레벨에 대해서 도 21에 도시된 본 발명의 실시예에 대하여 측정된 입력 임피던스의 그래프도.
도 24는 905.8MHz에서의 여러 가지 입력 전력 레벨에 대해서 도 21에 도시된 본 발명의 실시예에 대하여 측정된 입력 임피던스를 나타낸 그래프도로서, 스미스 차트 서클 내의 임피던스가 2.0 미만의 SWR 값에 대응하는 그래프도.
도 25는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 도면.
본 발명은 첨부 도면을 참조한 하기의 상세한 설명을 통해 완전히 이해될 것이다. 도면 전체를 통해 동일 도면부호는 동일 구성요소를 나타낸다.
이하의 설명에서 "상부", "하부", "우측", "좌측", "수직", "수평", 상단", "하단", 및 그 파생어들은 도면에서 방향을 나타낼 때 본 발명과 관련될 것이다. 그러나 본 발명은 명시적으로 달리 특정하는 경우를 제외하고는 여러 가지 다른 변형과 단계 순서를 취할 수도 있다. 또한 첨부된 도면에 도시되고 하기의 상세한 설명에서 설명되는 특정 장치와 프로세스들은 본 발명의 예시적인 실시예일 뿐임을 이해해야 한다. 그러므로 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련된 특정 치수와 기타 여러 가지 물리적 특징들은 한정적인 것으로 생각해서는 안된다.
이제 도면(전체 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 나타냄), 특히 그 중에서 도 9를 참조로 설명하면, 전력 변환 장치(10)가 도시되어 있다. 장치(10)는 전기 신호를 수신하는 적어도 하나의 제1 임피던스 정합 회로망(12)을 포함한다. 장치(10)는 이 제1 임피던스 정합 회로망(12)과 통신하는 복수의 AC-DC 변환기(14)를 포함하며, 부하(16)와 통신가능하도록 구성되며, 소정의 입력과 통신가능하도록 구성된다.
바람직하게는, 복수의 AC-DC 변환기(14)와 통신하는 복수의 제1 임피던스 정합 회로망(12)이 있다. 장치(10)는 바람직하게는 신호를 제1 임피던스 정합 회로망(12)으로 보내는 선택기(18)를 포함한다. 바람직하게는 선택기(18)는 능동형 또는 수동형이다.
장치(10)는 바람직하게는 복수의 AC-DC 변환기(14)에 연결되어 AC-DC 변환기(14)의 출력들을 결합하는 결합기(20)를 포함한다. 바람직하게는 결합기(20)는 능동형 또는 수동형이다. 복수의 AC-DC 변환기(14)는 바람직하게는 각각이 소정의 특성에 대해 최적화된 복수의 AC-DC 경로(22)를 정의한다. 장치(10)는 장치(10)의 임피던스를 입력의 임피던스와 정합시키도록 구성된 제2 임피던스 정합 회로망(24)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 각 AC-DC 경로(22)는 소정의 임피던스 값에 정합된다. 각 AC-DC 경로(22)는 바람직하게는 서로 다른 출력 저항을 갖는다. 각 AC-DC 변환기(14) 입력은 적어도 하나의 제1 임피던스 정합 회로망(12)을 이용하여 여러 가지 입력 전력 레벨에서 소정의 임피던스 값에 정합될 수 있다.
일 실시예에서, 선택기(18)가 능동형일 때에, 입력 전력 레벨 또는 부하(16) 저항에 기초하여 적절한 AC-DC 변환기(14)를 선택하는 선택기 제어 유닛(26)을 포함할 수 있다. 복수의 AC-DC 변환기(14)에 연결되어 AC-DC 변환기(14)의 출력들을 결합하는 결합기(20)를 포함할 수 있으며, 이 경우 결합기(20)는 능동형으로서 결합기 제어 유닛(30)을 포함한다. 선택기(18) 제어 유닛과 결합기(20) 제어 유닛은 동일한 제어 유닛일 수 있다.
다른 실시예에서, AC-DC 변환기(14) 출력 저항들 중 하나는 일정 시간 동안 부하(16)의 일 이산적 저항 수준이 되도록 설계되고, AC-DC 변환기(14) 출력 저항들 중 다른 하나는 다른 일정 시간 동안 부하(16)의 다른 이산적 저항 수준이 되도록 설계된다.
AC-DC 변환기(14) 각각은 관련 최적 부하(16)에 대응하는 서로 다른 출력 저항을 가질 수 있다. AC-DC 변환기(14) 입력 임피던스들 중 하나는 일 전력 레벨에서 소정값에 정합될 수 있으며, AC-DC 변환기(14) 입력 임피던스들 중 다른 하나는 다른 전력 레벨에서 다른 소정값에 정합된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 부하는 각 AC-DC 변환기(14)와 전기적으로 통신하는 배터리(32)일 수 있으며, 각 AC-DC 경로(22)는 특정 입력 전력 레벨과 부하(16) 저항에 대해 최적화된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 복수의 AC-DC 변환기(14)와 배터리(32) 사이에 연결되어 전압 레벨을 특정 범위 내에 유지시키는 전압 모니터링 회로(34)를 포함할 수 있다. 복수의 AC-DC 변환기(14)와 적어도 하나의 제1 정합 회로망이 배치된 인쇄 회로 기판(36)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 장치(10)는 전기 신호를 발생하는 에너지 획득 장치(harvester)(38)에 포함된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 에너지 획득 장치(38)는 안테나(48), 압전소자(50), 태양전지, 발전기, 진동 획득 장치, 음향 획득 장치 또는 풍력 획득 장치를 포함할 수 있다. 도 19와 도 20에 각각 도시된 바와 같이, 복수의 AC-DC 변환기들(14) 중에서 적어도 하나는 단일 다이오드 전파 정류기(40) 또는 단일 다이오드 반파 정류기(42)일 수 있다. 복수의 AC-DC 변환기들(14) 중에서 적어도 하나는 배전압 회로일 수 있다.
부하(16)는 AC-DC 변환기들(14) 중 적어도 하나와 전기적으로 통신하는 적어도 하나의 전력 저장 소자(44)를 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 부하(16)는 부하(16)의 최적 저항 수준에 고정될 수 있으며, 전기 신호는 가변적인 입력 전력을 제공한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 부하(16)는 가변적이며, 전기 신호는 고정 입력 전력을 제공한다. 대안으로서, 도 13에 도시된 바와 같이, 부하(16)는 가변적이며, 전기 신호는 가변적인 입력 전력을 제공한다. 부하(16)는 LED일 수 있다.
본 발명은 부하(16)에 전력을 공급하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 임피던스 정합 회로망에서 전기 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 임피던스 정합 회로망과 통신하는 복수의 AC-DC 변환기(14)에서 이 전기 신호를 변환하는 단계를 포함한다. 복수의 AC-DC 변환기(14)와 통신하는 부하(16)에 전류를 공급하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 수신 단계는 복수의 AC-DC 변환기(14)와 통신하는 복수의 임피던스 정합 회로망에서 전기 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 신호를 선택기(18)로 전송하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 선택기(18)는 능동형 또는 수동형이다.
부하(16)에 연결된 결합기(20)를 이용하여 복수의 AC-DC 변환기(14)로부터의 출력을 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는 결합기(20)는 능동형 또는 수동형일 수 있다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 적어도 20dB 의 입력 전력 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
바람직하게는 AC-DC 변환기(14)는 에너지 획득 장치(38)에서 사용된다. 에너지 획득 장치(38)는 안테나(48)를 포함할 수 있다. 대안으로서 에너지 획득 장치(38)는 압전 소자(50)를 포함할 수 있다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 소정의 최소값의 적어도 100 배인 저항성 부하(16) 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 재충전할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 재충전할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 AC-DC 변환 수단을 포함하는 입력 신호 획득 수단을 포함한다. AC-DC 변환 수단은 AC-DC 변환기(14)일 수 있다. 신호 획득 수단은 에너지 획득 장치(38)일 수 있다.
본 발명은 도 12에 도시된 바와 같은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 전기 신호를 수신하는 적어도 두 개의 제1 임피던스 정합 회로 망(12)을 포함한다. 이 장치(10)는 제1 임피던스 정합 회로망들과 전기적으로 통신하는 결합기(20)를 포함한다. 이 장치(10)는 결합기(20)를 통해 제1 임피던스 정합 회로망들(12)과 통신하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다. 바람직하게는 결합기(12)는 스위치이다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다. 이 장치(10)는 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 비선형 소자를 포함한다.
바람직하게는 상기 두 개의 비선형 소자는 하나 이상의 다이오드, MOSFET 또는 트랜지스터이다. 상기 특성들은 바람직하게는 여러 가지 임피던스 또는 저항을 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 효율에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 소정 거리에서 이 거리의 10배에 이르는 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 제1 효율을 가지고 제1 거리에서 제1 입력 신호를 수신하고, 제2 효율을 가지고 제2 거리에서 제2 입력 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너 지 획득 장치(38)를 포함한다. 여기서 제1 거리는 제2 거리보다 크며, 제1 효율은 제2 효율과 실질적으로 유사하다.
바람직하게는 상기 제1 입력 전력과 상기 제2 입력 전력은 전력 펄스들로 구성된다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 적어도 16dB의 입력 전력 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 소정의 최소값의 적어도 40배인 저항성 부하(16) 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 전력이나 부하(16) 저항의 변동에 따라 그 출력 저항이 변하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
이 장치(10)는 바람직하게는 전압 레벨을 특정 범위 내로 유지시키는 전압 모니터링 회로(34)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함하는 에너지 획득 장치(38)를 포함한다.
바람직하게는 AC-DC 변환기(14)는 에너지 획득 장치(38)에서 사용된다. 에너지 획득 장치(38)는 안테나(48)를 포함할 수 있다. 대안으로서 에너지 획득 장 치(38)는 압전 소자(50)를 포함할 수 있다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페이스와, 소정의 최소값의 적어도 100배인 저항성 부하(16) 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다. 입력 인터페이스는 커넥터, 와이어, 핀, 리드선, 또는 기타 입력 신호를 받아들일 수 있는 임의의 적절한 요소일 수 있다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페이스와, 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 재충전할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 재충전할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 AC-DC 변환 수단을 포함하는 입력 신호 획득 수단을 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 전기 신호를 수신하는 적어도 두 개의 제1 임피던스 정합 회로망(12)을 포함한다. 이 장치(10)는 제1 임피던스 정합 회로망들(12)과 통신하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다. 이 장치(10)는 제1 임피던스 정합 회로망들과 전기적으로 통신하는 결합기(20)를 포함한다. 바람직하게는 결합기(20)는 스위치이다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페 이스와, 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다. 이 장치(10)는 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 비선형 소자를 포함한다. 바람직하게는 적어도 두 개의 비선형 소자는 하나 이상의 다이오드, MOSFET 또는 트랜지스터이다. 상기 특성들은 바람직하게는 여러 가지 임피던스 또는 저항을 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페이스와, 효율에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페이스와, 소정 거리에서 이 거리의 10배에 이르는 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페이스와, 제1 효율을 가지고 제1 거리에서 제1 입력 신호를 수신하고, 제2 효율을 가지고 제2 거리에서 제2 입력 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다. 여기서 제1 거리는 제2 거리보다 크며, 제1 효율은 제2 효율과 실질적으로 유사하다. 바람직하게는 제1 입력 전력과 제2 입력 전력은 전력 펄스들로 구성된다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페이스와, 적어도 16dB의 입력 전력 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페 이스와, 소정의 최소값의 적어도 40배인 저항성 부하(16) 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치(10)에 관한 것이다. 이 장치(10)는 입력 인터페이스와, 입력 전력이나 부하(16) 저항의 변동에 따라 그 출력 저항이 변하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기(14)를 포함한다. 이 장치(10)는 바람직하게는 전압 레벨을 특정 범위 내로 유지시키는 전압 모니터링 회로(34)를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 효율 대 부하 저항에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입력 인터페이스와, 효율 대 출력 전류에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 효율 대 부하 저항에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다. 이 장치는 효율 대 출력 전류에 있어 적어도 두 개의 피크를 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함한다.
본 발명은 부하와 입력 전력 레벨을 변화시키기 위해 AC를 DC로 효율적으로 변환시키는데 있어 종래보다 훨씬 우수한 해법을 제공하는 방법 및 장치(10)를 제 공한다. 이 경우에 AC에서 DC로의 효율적 변환은 50퍼센트 이상인 것으로 정의되지만, 다른 응용 분야에서는 다르게 정의할 수도 있다. 본 발명은 유도성(근거리계) 뿐만 아니라 원거리계 영역에도 적용될 수 있다. 원거리계 영역은 통상적으로
Figure 112008036939259-PCT00001
로 정의된다. 여기서, r은 송신 안테나와 수신 안테나(48) 간의 거리이며, D는 송신 안테나 또는 수신 안테나(48)의 최대 치수이며, λ는 파장이다. 본 발명은 송신측에서 해법을 구현하는 종래 기술과는 달리 복수의 장치가 단일의 전력 송신기로부터 동작할 수 있도록 하는 AC-DC 회로에서 구현된다.
종래 기술을 살펴보면, 도 2에 도시된 회로는 적절하게 설계되면 AC-DC 변환기(14)와 부하(16)의 등가 임피던스에 최소의 영향을 미치는 제한된 입력 전력 범위에서 고정된 저항성 부하(16)를 구동할 수 있다. 그러나 부하(16)가 변하면 변환 효율이 감소한다. 효율이 2% 이상만큼 감소하고 그리고/또는 AC-DC 변환 효율이 50% 변환 효율과 같이 애플리케이션 특정 임계치 아래로 떨어지면 감소가 상당히 많이 된 것으로 본다. 일례로서 도 2의 회로는 부하(16)로서 전위차계를 이용하여 구성되었다. 입력을 50 오옴에 정합시켜 RF 회로망 분석기에 연결하였다. 그 다음, 전위차계를 10k오옴, 5k오옴, 2.5k오옴 및 1.25k오옴으로 설정하고 여러 가지 입력 전력 레벨에 대해 AC-DC 변환 효율을 측정하였다. 도 5에 도시된 결과는 최적 부하(16)가 10k오옴에서 5k오옴으로 변동하면 0dBm(dBm은 1 밀리와트에 대한 데시벨임)에서 AC-DC 변환 효율이 66.25%에서 59.58%로 각각 감소함을 보여준다. 이러한 감소는 10k오옴에서 2.5k오옴으로 더 많이 변동하면 0dBm에서 AC-DC 변환 효율이 66.25%에서 43.18%로 각각 감소한다. 이러한 감소는 10k오옴에서 1.25k오옴으로 더 많이 변동하면 0dBm에서 AC-DC 변환 효율이 66.25%에서 26.91%로 각각 감소한다.
그러나 본 발명은 도 5에 나타낸 종래 기술만큼 부하(16) 저항에 크게 영향을 받는 AC-DC 변환 효율을 갖지는 않는다. 이를 예증하기 위하여 본 발명도 부하(16)로서의 전위차계를 10k오옴, 5k오옴, 2.5k오옴 및 1.25k오옴으로 설정하여 측정을 실시하였다. 도 6에 나타낸 결과는 최적 부하(16)가 10k오옴에서 5k오옴으로 변동하면 0dBm에서 AC-DC 변환 효율이 61.75%에서 단지 54.19%로 감소함을 보여준다. 10k오옴에서 2.5k오옴으로 더 많이 변동하면 0dBm에서 AC-DC 변환 효율이 61.75%에서 54.94%로 각각 감소한다. 10k오옴에서 1.25k오옴으로 더 많이 변동하면 0dBm에서 AC-DC 변환 효율이 61.75%에서 48.42%로 각각 감소한다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 0dBm에서 최적 부하(16) 저항에서는 AC-DC 변환 효율이 약간 낮지만, 다른 부하(16)에서는 특히 부하(16) 저항의 최저값인 1.25k오옴에서는 AC-DC 변환 효율이 종래 기술에 비해 높게 나타난다. 또한 본 발명은 0dBm 이상의 전력 레벨에서는 종래 기술에 비해 월등한 성능을 보여준다.
재충전이나 전력 공급을 위해 대용량 커패시터나 LED와 같은 배터리(32)나 기타 다른 전력 저장 소자(44)를 AC-DC 변환기(14)에 연결한 경우에는 도 5에 나타낸 변환 효율은 더 감소한다. 배터리(32), 전력 저장 소자(44) 또는 LED는 아주 일정한 전압을 유지하며, 따라서 입력 전력이 변하면 출력 전류도 변하고, 이에 따라 AC-DC 변환기(14)의 출력 측에서 본 등가 임피던스도 변한다. 이 등가 임피던 스는 출력 전압 나누기 출력 전류로 정의된다. 예컨대 3볼트 배터리(32)에 연결된 AC-DC 변환기(14)에 1 밀리와트(mW)가 입력되고 AC-DC 변환 효율이 50%라면, AC-DC 변환기(14) 측에서 본 등가 부하(16)는 다음과 같다.
Figure 112008036939259-PCT00002
여기서 VB는 배터리(32) 전압이고, IB는 배터리(32) 전류이고, e는 AC-DC 변환 효율이고, PIN은 AC-DC 변환기(14)로의 입력 전력이고, POUT은 AC-DC 변환기(14)로부터의 출력 전력이다. 이 예에서 등가 저항은 18k오옴이다. 그러나 입력 전력이 2 밀리와트(mW)로 변하고 변환 효율이 50%이면, 등가 저항은 9k오옴으로 감소한다. 이 예를 보면 등가 부하(16)는 AC-DC 변환기(14)로의 입력 전력에 반비례함을 알 수 있다.
AC-DC 변환기(14)에 대한 변환 효율 변화는 두 가지 범주로 나누어 볼 수 있다. 첫째, AC-DC 변환기(14)와 부하(16)의 등가 임피던스(ZEQ)가 소스 임피던스의 공액 복소수가 아니면 전력이 손실(반사)될 수 있다. 도 7에는 그 일례가 나타나 있다. 이러한 손실은 당업자라면 잘 알고 있는 최대 전력 전달 이론(Maximum Power trasnfer Theorem)을 통해 알 수 있다. 최대 전력 전달 이론에 따르면 소스 및 부하(16) 임피던스가 공액 복소수일 때에 소스로부터 부하(16)로 전달되는 전력은 최대가 된다.
효율 손실의 두 번째 형태는 AC-DC 변환기(14)의 DC 출력 저항과 부하(16) 저항 간의 부정합에 의해 생긴다. 본 발명의 목적상, 전력의 10% 이상이 반사, 즉 손실되며 임피던스 부정합이 크다고 한다. AC-DC 변환기(14)의 경우 출력은 DC이므로 저항은 같아야 한다. 도 8에는 AC-DC 변환기(14)의 출력에 대한 간략화된 등가 회로가 도시되어 있는데, 이 회로에서 RO는 AC-DC 변환기(14)의 DC 출력 저항이고, RL은 부하(16) 저항이다. 도 8과 최대 전력 전달 이론으로부터 RO=RL일 때에 AC-DC 변환기(14)로부터 부하(16)로 전달되는 전력이 최대가 될 것이다. 따라서 이 조건은 최적 부하(16) 저항이라 불린다. 여기서 두 가지 효율 손실이 서로 연계되어 있음에 유의한다. 예컨대 부하(16) 저항을 변화시키면 DC 출력 부정합으로 인해 전력 손실이 생길 뿐만 아니라 소스 측에서 본 등가 임피던스를 변화시켜 입력 부정합도 생기게 된다.
본 발명은 복수의 AC-DC 변환기(14)를 이용하여 복수의 AC-DC 경로(22)를 생성함으로써 전술한 두 가지 효율 손실 문제를 해결한다. 복수의 경로는 각각 주어진 특성에 대해 최적화되어 넓은 범위의 입력 파라미터에서 거의 최적의 성능을 제공할 수 있다.
본 발명은 많은 다양한 조합으로 구성될 수 있다. 제1 실시예에서 부하(16)는 전술한 최적 부하(16) 저항 수준에 고정되며, 입력 전력은 가변적이다. 전술한 바와 같이, 도 2의 AC-DC 변환기(14)는, 적절히 설계하면, 제한된 입력 전력 범위에서 고정된 부하(16)를 효율적으로 구동할 수 있다. 이것은 도 5에서 알 수 있다. 그러나 종래 기술에서 제공될 수 있는 것보다 더 넓은 입력 전력 범위에서 부 하(16)를 효율적으로 구동하고자 하거나 이것이 부하(16)가 고정된 다른 응용에서 유리하다고 공지되면 본 발명이 이용될 수 있다. 도 9에는 본 발명의 실시예의 블록도가 도시되어 있는데, 여기서, AC-DC 변환기는 선택기, 두 개의 제1 임피던스 정합 회로망(12), 두 개의 AC-DC 변환기(14), 및 입력 및 부하(16)와 통신하는 결합기(20)를 포함한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 입력은 소스 임피던스(RS)를 가진 AC 소스이며, 이 소스 임피던스는 제2 임피던스 회로망(24)을 이용하여 선택기(18), AC-DC 변환기(14), 이와 관련된 제1 임피던스 정합 회로망(12), 결합기(20), 및 부하(16)의 등가 회로에 초기에 정합된다. 제1 및 제2 임피던스 정합 회로망(12, 24)은 당업자에게 잘 알려진 인덕터와 커패시터의 특정 조합을 포함할 수 있는 Pi-, T-, L-, 단일 직렬 소자 또는 단일 분기 소자 회로망일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 이에 대해서는 윌프레드 엔. 캐론(Wilfred N. Caron)이 저술한 문헌 "안테나 임피던스 정합(Antenna Impedance Matchig)"과 피터 엘. 디. 아브리에(Pieter L. D. Abrie)가 저술한 문헌 "무선 주파수와 마이크로웨이브 증폭기를 위한 임피던스 정합 회로망의 설계(The Design of Impedance-Matching Networks for Radio-Frequency and Microwave Amplifiers)" 에 기재되어 있다. 이들 문헌은 본 명세서에 인용으로 포함된다. 제1 및 제2 임피던스 정합 회로망(12, 24)에서 사용된 캐패시터와 인덕터는 개별 소자, 인쇄 회로 기판(PCB)(36)이나 칩과 같은 기판 상에 형성된 소자, 진성 소자 또는 기생 소자일 수 있음을 주의해야 한다. 제2 임피던 스 정합 회로망(24)으로부터의 출력은 신호를 적절한 AC-DC 경로(22)로 전송하는 선택기(18)에 연결된다. 선택기(18)는 마이크로스트립 라인, 벌룬(balanced-unbalanced; balun) 변압기, 또는 트랜지스터, 핀 다이오드 또는 릴레이(relay)와 같은 능동형 스위칭 회로와 같은 간단한 유선 접속부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 각 AC-DC 경로(22)는 그들 각자의 제1 임피던스 정합 회로망(12)과 당업자에게 공지된 임피던스 정합 기술을 이용하여 여러 가지 전력 레벨에서 표준 안테나 타입에 대해 50오옴과 같은 소정의 임피던스값에 정합된다. 그러면 각 AC-DC 변환기(14)로부터의 출력은 결합기(20)를 이용하여 결합되고, 결합된 DC는 부하(16)로 보내진다. 결합기(20)는 마이크로스트립 라인, 다이오드와 같은 개별 소자, 또는 트랜지스터, 핀 다이오드 또는 릴레이와 같은 능동형 스위칭 회로와 같은 간단한 유선 접속부일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 입력 다음의 제2 임피던스 정합 회로망(24)은, 직접적인 유선 접속부로 구현될 수 있는 수동형 선택기(18) 및/또는 결합기(20)를 이용하는 경우에 생길 수 있는 두 개의 경로 간의 간섭이 있는 경우에 필요할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 AC-DC 변환기(14)는 배전압 회로(하나 이상의 스테이지), 충전 펌프, 피크 검출기(직렬 또는 분기), 브리지 정류기 또는 기타 AC 정류 회로일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시된 회로는 0dBm에서 정합되고 적절히 설계되면 -7 내지 +10dBm의 범위(17dBm 범위, 도 5 참조)에서 고정 최적 부하(16) 저항을 충분히 구동할 수 있음을 실험을 통해 알았다. 그러나 -20 내지 +10dBm의 범위가 요구되는 경우에는 도 2의 회로는 도 4에 도시된 영향을 받아 변환 효율이 보다 낮은 전력 레벨(-7dB 미만)에서 50% 미만으로 감소할 것이다. 이 경우에 있어서의 변환 효율 감소는 임피던스 부정합으로 인해 도 2의 AC-DC 변환기(14)의 입력에서의 전력 반사에 의해 생긴다. 임피던스 부정합은 입력 전력의 변동에 의해 생긴다. AC-DC 변환기(14)는 비선형 소자를 포함한다. 소자의 비선형 특성은 그 임피던스 값이 전력 레벨에 따라서 변하고 따라서 소스와 AC-DC 변환기(14) 간에 임피던스 부정합이 생긴다는 것을 의미한다.
이 문제에 대한 해결책은 상단 AC-DC 변환기(14)가 -13dBm에 정합되고 하단 AC-DC 변환기(14)가 +0dBm에 정합되어 있는 도 9의 AC-DC 변환기(14)를 이용하는 것이다. 그러면 선택기(18)는 입력 전력 레벨에 따라서 입력 신호에 대한 적절한 경로를 선택할 수 있다. 상단 AC-DC 변환기(14)는 전술한 바와 같이 17dB 범위에서 고정 최적 부하(16) 저항을 구동할 수 있는데, 이는 이 변환기가 -20dBm 내지 -3dBm 범위에서 입력 AC 신호를 충분히 변환할 수 있다는 것을 의미한다. 하단 AC-DC 변환기(14)도 17dB 범위에서 입력 AC 신호를 충분히 변환할 수 있는데, 이는 이 변환기가 -7dBm 내지 +10dBm 범위의 전력 레벨을 가진 입력 신호를 변환할 수 있다는 것을 의미한다. 이 두 개의 AC-DC 변환기(14)를 결합하면 전체 AC-DC 변환 시스템은 단일 AC-DC 변환기(14)의 범위의 20배인 -20dBm 내지 +10dBm 범위의 입력 전력 레벨, 즉 30dB 전력 범위를 받아들일 수 있다.
선택기(18)는 능동형이나 수동형 어느 것도 될 수 있다. 능동형의 경우, 제어 유닛을 이용하여 전력 레벨 또는 부하(16) 저항에 기초하여 인입 신호에 대한 적절한 경로를 선택한다. 선택기(18)가 수동형 유닛인 경우, 이는 간단한 유선 접 속부로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 신호는 양 AC-DC 변환기(14)의 제1 임피던스 정합 회로망(12)의 입력들에 공급될 것이다. 신호는 입력 신호의 전력 레벨에서 최소 부정합을 갖는 경로를 선택하면서 최대 전력을 가지고 분할될 것이다.
결합기(20)는 시스템의 다른 구성요소들의 구성에 따라서 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 일례로서 결합기(20)(능동형인 경우)는 선택기(18)(능동형인 경우)에서 사용된 것과 유사한 스위치로 구현될 수 있으며, 이 둘 다 같은 제어기나 서로 다른 제어기에 의해 제어될 수 있다. 이 능동형의 경우에 제어 유닛을 이용하여 전력 레벨 또는 부하(16) 저항에 기초하여 인입 신호에 대한 적절한 경로를 선택한다. 수동 시스템이 유리한 경우에는 결합기(20)는, 사용되지 않은 AC-DC 경로(22)의 출력이 성능에 영향을 미치지 않는한 간단 유선 접속부로 또는 하나 이상의 블록킹 다이오드로 구현될 수 있다. 도 10에는 선택기(18)와 결합기(20) 모두가 수동형인 경우의 예시적인 변환기가 도시되어 있으며, 여기서의 정합은 앞서 보인 예와 같도록 구성되어 있다.
본 발명의 구현 방법에 대한 제2 실시예는 도 11에 도시된 바와 같이 고정 입력 전력과 가변 부하(16) 저항을 갖는 것이다.
도 2에 도시된 종래의 회로에서는 AC-DC 변환기(14) 출력 저항과 부하(16) 저항의 부정합으로 인해 최대 전력 전달 이론으로 설명한 손실이 있을 것이다. 이에 해당하는 변환 효율은 도 3에 도시된 것과 유사할 것이다. 도 2의 AC-DC 변환기(14)는 부하(16) 저항값에서 입력 부정합에 의해 생기는 변환 효율 손실을 최소 화하기 위해 최적 부하(16) 저항 이외의 부하(16)에 정합할 수 있다. 그러나 AC-DC 변환기(14) 출력 DC 저항과 부하(16) 저항 간의 부정합으로 인해 여전히 변환 효율 손실이 있을 것이며, 변환 효율은 도 3에 도시된 것과 유사한 형태를 취할 것이다. 또한 부하(16) 저항의 변동으로 인해 생기는, 입력 임피던스와 AC-DC 변환기(14)의 입력 간의 임피던스 부정합으로 인해 손실이 있을 것이다.
본 발명은 일정 시간 동안 가변 부하(16)의 일 이산 저항 수준에서 도 11의 상단 AC-DC 변환기(14)를 정합시킴으로써 변환 효율 감소 문제를 해결하는데 이용될 수 있다. 도 11의 하단 AC-DC 변환기(14)는 일정 시간 동안 가변 부하(16)의 다른 이산 저항 수준에 정합된다. 이 기술에 의해서 도 5에 도시된 바와 같은 부하(16) 저항의 변동으로 인해 생기는, 입력 임피던스와 AC-DC 변환기(14)의 입력 간의 임피던스 부정합으로 인해 생기는 손실이 감소할 것이다. 그러나 이 경우에도 AC-DC 변환기(14)의 출력 DC 저항과 부하(16) 저항 간의 부정합으로 인해 생기는 손실이 여전히 존재한다.
전술한 두 가지 실시예, 고정 입력 전력/가변 부하(16) 저항 및 고정 부하(16) 저항/가변 입력 전력에 있어서, 도 12에 도시된 바와 같이 결합기(20)가 AC-DC 변환기(14) 앞에 놓이면 복수의 AC-DC 변환기(14) 경로가 필요 없을 수 있음을 알 수 있다. 이것은 기본적으로 같은 AC-DC 변환기(14)와 작동하는 두 개의 제1 임피던스 정합 회로망(12) 간의 스위칭일 수 있다. 이러한 구현은 제어기에 의해 제어될 수 있는 트랜지스터, 핀 다이오드 또는 릴레이와 같은 능동 소자를 가지고 선택기(18)와 결합기(20)를 선택할 때 유효하다. 간단한 유선 접속부에 의해 수동 선택이 이용되는 경우에는 단일 AC-DC 변환기(14)를 이용한 구현은, 병렬 정합 회로망이 종래 기술에서 나타난 동일한 문제를 야기하는 단일 정합 회로망으로 축소될 것이므로 더 이상 유효하지 않다.
수동 선택 경우에 있어서 각 경로 상의 AC-DC 변환기(14)는 AC 신호가 출력에 존재하지 않을 것을 보증한다. 출력에 AC가 없다는 것은 두 개의 경로 출력이 상쇄 간섭을 일으키지 않는다는 것을 의미한다. 출력에서의 AC의 결여는 때로 위상 파괴로 볼 수 있다. 능동 선택의 경우에 대해서는, AC-DC 변환기들(14) 모두를 포함하는 것이 여전히 바람직하다는 것을 알 수 있음을 주의해야 한다. 그러나 대부분의 응용에 있어서는 AC-DC 변환기(14)는 단일 AC-DC 변환기(14)로 축소될 수 있다.
본 발명을 구현할 수 있는 방법에 대한 더 실용적인 제3 실시예는 도 13에 도시된 바와 같이 가변 입력 전력과 가변 부하(16) 저항에 대한 것이다.
RF-DC 변환과 같은 AC-DC 변환 응용에서의 실제 상황은 가변 입력 전력과 가변 부하(16) 저항을 가지는 것이다. 이 상황은 앞서의 두 가지 실시예(고정 입력 전력/가변 부하(16) 저항 및 고정 부하(16) 저항/가변 입력 전력)에 관련된 문제들을 결합시킨다. 이들 문제는 AC-DC 변환기(14)의 입력 및 출력 임피던스 부정합에 의해 생기는 손실이다. 입력 임피던스 부정합에 대한 해결책은 제1 실시예에서 제시된 바와 같이 최적 부하(16) 저항에 대해 각 경로를 서로 다른 전력 레벨에서 정합시키는 것이다. 이 실시예의 문제는 최적 부하(16) 저항에 한정된다는 것이다. 제1 실시예에서의 다른 문제는 AC-DC 변환기(14)의 출력 저항과 저항성 부하(16) 간의 저항 부정합에 의해 비최적(non-optimal) 부하(16)에 대해 생기는 손실이다. 이 문제는 제2 실시예에서 각 경로를 서로 다른 저항에 정합시킴으로써 해결된다. 제2 실시예의 문제는 이것이 고정 전력에 대한 것이고, 전력 레벨이 변화하면 AC-DC 변환기(14)로의 입력에서 부정합이 생기고, 따라서 변환 효율이 감소한다는 것이다.
이러한 출력 부정합 손실과 입력 부정합 손실에 대한 해결책은 AC-DC 변환기들(14)이 서로 다른 출력 저항을 가져서 하나 이상의 최적 부하(16)를 가질 수 있도록 AC-DC 변환기들(14)의 파라미터를 조정하는 것이다. 즉 출력 저항은 입력 전력 및/또는 부하(16) 저항에 따라 변한다. 이 파라미터들은 여러 가지 다이오드, 트랜지스터 또는 기타 다른 비선형 소자를 이용하거나 여러 가지 AC-DC 토폴로지를 이용하여 조정될 수 있다. 바람직하게는 여러 가지 다이오드가 이용되는데 적어도 하나의 다이오드는 다른 저항, 임피던스, 턴온 전압, 접합 용량 또는 기타 다른 특성을 갖는다. 그러면 이 기술은, 각 경로를 서로 다른 전력 레벨에서 정합시키는 제1 실시예에서 설명된 방법과 함께 구현될 수 있다. 그 결과, 도 3에 도시된 단일 피크와는 달리 두 개의 피크를 가진 AC-DC 변환 효율 그래프를 얻을 수 있다. 결과적인 그래프는 도 14에 도시된 바와 같이 넓은 부하(16) 저항 범위에 걸쳐 거의 일정한 변환 효율을 갖는다.
여러 가지 출력 저항을 가지고 여러 가지 입력 전력 레벨에 정합되는 복수의 AC-DC 경로(22) 기술은, 변환기를 재충전을 위한 배터리(32)나 직접적인 전력 공급을 위한 LED에 연결하는 경우에는 예외적으로 잘 작동한다. 배터리(32) 또는 LED 등가 저항은 AC-DC 변환기(14)로의 입력 전력에 반비례하는데, 이는 낮은 전력 레벨에서는 배터리(32)나 LED가 큰 저항기처럼 보이고 높은 전력 레벨에서는 배터리(32)나 LED가 작은 저항기처럼 보인다는 것을 의미한다. 이와 같은 구현에 따라 각 경로는 특정 전력 레벨과 부하(16) 저항에 대해 최적화될 수 있다, 일례로서 도 13의 상부 AC-DC 경로(22)는 높은 전력 레벨에서 임피던스 정합될 수 있고, 그 경로에서 AC-DC 변환기(14)는 낮은 최적 부하(16) 저항을 갖도록 설계될 수 있다. 반면에 하부 경로는 낮은 전력 레벨에서 임피던스 정합될 수 있고, 그 경로에서 AC-DC 변환기(14)는 높은 최적 부하(16) 저항을 갖도록 설계될 수 있다. (직접 유선 연결된) 수동 선택기(18)와 결합기(20)를 이용하는 결과적인 변환기는 도 15에 도시되어 있다.
충전 배터리(32)(또는 다른 저장 장치) 및 회로 또는 저항성 부하가 직접적으로 구동되는 응용에 있어서는 전압 레벨을 특정 범위 내에 유지하기 위해 전압 모니터링 회로(34)를 결합기(20)의 출력 상에 배치할 필요가 있을 수 있음을 주의해야 한다. 전압 모니터링 회로(34)는 과전압 보호, 부족 전압 보호 또는 이 둘의 몇몇 조합; 조정기; DC-DC 변환기; 또는 전압 레벨을 특정 범위 내에 유지시킬 수 있는 기타 다른 회로를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서 설명된 개념들은 RF 전력 획득 애플리케이션에서 검증되었다. 이는 도 16에 도시된다. 도 21에 도시된 변환기는 인쇄 회로 기판(PCB)(36) 상에 제조되지만, 반도체 또는 이와 동등한 칩 상에 형성될 수 있다. 제조된 변환기에서, 도면에 도시된 AC 소스와 소스 저항은 에너지 획득 안테나(48)로 구현되었고, 정합 및 출력 저항은 3볼트 배터리(32)를 구동하도록 설계되었다. 테스트 결과는, 도 17에 도시된 바와 같이 이 설계가 905.8 메가헤르츠(MHz) 주파수와 3볼트 배터리(32)의 거의 전 범위에 대해 2.0 미만의 SWR(Standing Wave Ratio)를 유지하면서 종래 기술과 비교하여 -1dBm 내지 +20dBm의 범위에서 50% 이상의 변환 효율을 갖는 것을 보여주었다. SWR은 AC-DC 변환기(14)와 부하(16) 저항의 등가 회로가 입력(이 경우, 50오옴 안테나(48)임)의 임피던스에 얼마나 잘 정합되는 지를 나타내는 측정값이다. 도 22 내지 24는 회로망 해석기를 이용하여 측정된 SWR 데이터를 보여준다. 이 도면들에 도시된 바와 같이, AC-DC 변환기가 -1.82dBm 내지 14.3 dBm의 입력 전력, 즉 16dB 이상의 범위에 대해 2.0 미만의 SWR을 가진 것을 보여준다. 이것은 16 dB 이상의 부하(16) 범위(최소값의 40배에 해다하는 범위)에 대해서도 마찬가지이다. 즉 SWR은 2.0 미만이다. SWR 값 2.0은 대략 10%의 반사 손실에 해당한다.
RF 전력 획득 애플리케이션에서는 변환기의 전력 범위(이 예에서는 -1dBm 내지 +20dBm)가 전력 송신기로부터의 거리로 변환될 수 있다는 것을 주의하는 것이 중요하다. 원거리계에서 수신 안테나(48)에서 이용가능한 전력은 송신기와 수신기 간의 거리의 제곱에 반비례한다는 것은 당업자라면 잘 알고 있다. 이 사실에 기초하여, -1dBm 내지 +20dBm 전력 범위(여기서 최저 전력과 최고 전력 간의 차는 대략 20dB, 즉 최저 전력의 100배이다)가 주어지면, 이 예에서 변환 효율이 50% 이상인 거리는 거리(X)에서부터 전력 범위의 제곱근, 즉 이 경우에는 100의 제곱근에 비례하는 거리에 이를 것이다. 이 예로부터, 제조된 변환기는 거리(X)로부터 이 거리 의 10배 거리(여기서 X는 전력 송신기의 전력 설정, 이득 및 알고리즘에 따라 결정됨)에 이르기까지 가용 전력의 50% 이상을 변환할 수 있다. 즉, 본 발명의 변환 효율은 거리가 변해도 거의 변하지 않는다. 여기서 유의할 점은 주어진 시각에서의 본 발명의 AC-DC 변환 효율은 순간 전력 레벨(그 주어진 시각에서의 전력 레벨)에 기초하며, 따라서, 미국 임시출원 제60/656,165호와 그 관련 미국 특허출원 제11/356,892호(본 명세서에 인용으로 포함됨)에 개시된 바와 같은 펄싱(pulsing) 알고리즘과 같은 송신기 알고리즘을 이용하면 본 발명은 도 17에 도시된 것보다 훨씬 낮은 평균 입력 전력 레벨에서 AC를 DC로 효율적으로 변환할 수 있다. 일례로서 본 발명에 0dBm 연속파(CW) AC 입력이 공급되면, 도 17로부터, 피크 순간 전력이 0dBm이므로 변환 효율은 대략 57%가 될 것이다. 그러나 만일 25% 듀티 사이클에서 0dBm이 펄싱되면 평균 전력은 0dBm의 4분의 1, 즉 -6dBm이다. 도 17에 따르면 -6dBm에서의 변환 효율은 0%이다. 그러나 펄싱을 이용한다는 것은 입력 전력이 펄스 중에 0dBm의 피크 순간 전력을 갖고 있다는 것을 의미하며, 따라서 AC-DC 변환 효율은 여전히 약 57%이다. 이 예에서 보는 바와 같이, 펄싱을 이용하게 되면 도 17의 AC-DC 변환 효율 그래프는, 펄스의 피크 전력 레벨이 도 17에서 -1 내지 20dBm의 고효율 변환 영역 내에 들도록 조정함으로써 더 낮은 전력 레벨로 시프트될 수 있다. 그러나 평균 전력은 이 고효율 변환 영역 밖에 있을 수 있다. RF 전력 획득 애플리케이션에서 본 발명에 펄싱법을 이용하면 AC-DC 변환기(14)는, 송신기로부터 훨씬 더 큰 거리에서 CW 신호와 동일한 평균 전력에 대해 안테나(48)에 의해 포착된 RF 에너지를 효율적으로 변환할 수 있다.
광이 AC 형태이므로 여기서 설명된 기술은 태양 전지판이나 기타 광-DC 변환 회로에도 적용될 수 있다. 여기서 설명된 개념들도 그대로 적용가능하지만, 블록들을 전기 회로가 아니라, 렌즈, 광필터, 광파이버 (이에 한정되지 않음) 등과 같은 광학적 소자로 나타낼 수 있다. 태양 전지판이 본 발명의 개념을 이용할 수 있는 방법의 예는 도 3에서 설명된 것과 동일한 변환 효율을 갖는 태양 전지를 구현함으로써 전개될 수 있다. 최적 출력 전력을 발생하는 태양 전지 부하(16) 저항기의 최적값이 있다. 여기서 설명된 기술은 서로 다른 출력 저항을 가진 인접 태양 전지들을 제작하여 태양 전지판이 2 이상의 최적 저항성 부하(16)를 갖도록 하여 태양 전지판이 넓은 부하(16) 저항 범위에서 거의 최적의 변환 효율을 갖도록 함으로써 적용될 수 있다.
태양 전지 예에서 보는 바와 같이, 본 발명은 RF 전력 획득 장치, 압전 전력 획득 장치, 태양 전지, 발전기 진동 획득 장치, 음향 획득 장치, 또는 기타 AC-DC 변환을 요하는 임의의 다른 응용분야에서 AC를 DC로 변환하는 정류 회로(이에 한정되지 않음)와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이와 같은 응용 분야 리스트에서 보는 바와 같이, 본 발명은 에너지 획득 또는 전력 획득 분야에서 다양하게 구현된다. 에너지 획득은 주변으로부터 에너지를 포착하여 포착된 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환하는 것으로 정의된다. 포착된 에너지는 구체적으로 획득 목적으로 생성되거나 주변에 산재해 있을 수 있는데, 이는 에너지가 주변으로부터 나오거나, 태양광이나 무선 통신(이것에 한정되지 않음)과 같은 다른 목적을 위해 생성될 수 있다는 것을 의미한다. 에너지를 획득하는 장치(10)는 에너지 획득 장 치(38)라고 하며, 안테나(48), 압전 소자(50), 태양전지, 발전기, 진동 획득 장치, 음향 획득 장치, 풍력 획득 장치, 기타 다른 에너지 획득 소자 또는 소자들, AC-DC 변환기(14), 배전압 회로(하나 이상의 스테이지), 충전 펌프, 피크 검출기(직렬 또는 분기), 브리지 정류기, 기타 AC 정류 회로, 또는 본 발명을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 실시예들은 커패시터(이에 한정되지 않음)와 같은 다른 저장 장치에도 적용될 수 있음을 알아야 한다. 변환기도, 슬립 모드와 액티브 모드에서 작동하는 마이크로컨트롤러(이에 한정되지 않음)와 같이, 2 이상의 동작 모드에서 작동하는 임의의 회로를 직접적으로 구동하도록 설계될 수 있다. 마이크로컨트롤러의 등가 저항은 슬립 모드에서는 높고 액티브 모드에서는 낮을 것이므로, 이 경우에는 2 이상의 저항성 부하(16)에 대해 효율적인 AC-DC 변환을 제공할 필요가 있을 것이다.
변환기가 훨씬 더 넓은 입력 전력 레벨 및/또는 부하(16) 저항 범위를 가질 필요가 있을 수 있다. 이러한 상황에 있어서는 본운에 상술한 것과 동일한 절차를 이용하여 3 이상의 AC-DC 경로(22)를 구현할 수 있다. 도 18은 이에 대한 일례로서 복수의 AC-DC 경로(22)를 보여주고 있다.
본 발명은 사용될 수 있는 AC-DC 변환기(14)의 종류에 무관하게 설계된다. 본 발명을 가지고 몇 가지 AC-DC 변환기(14)를 테스트한 결과 작동하는 것으로 드러났다. 도 2는 본 발명을 가지고 테스트한 종래 기술의 배전압 회로를 보여준다. 도 19는 본 발명을 가지고 테스트한 결과 작동하는 단일 다이오드 전파 정류기(40)를 보여준다. 도 2, 19 및 20에 도시된 것과 같은 여러 가지 AC-DC 변환기(14) 포 폴로지는 본 발명에서 사용되어 원하는 효과를 만들어 낼 수 있음을 주의해야 한다.
도 20은 본 발명을 가지고 테스트한 결과 작동하는 단일 다이오드 반파 정류기(42)를 보여준다. 본 발명은 임의의 다른 AC 정류 회로들과 작동할 것이다.
도 22는 905.8MHz에서 여러 가지 입력 전력 레벨에 대해서 도 21에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서 측정된 입력 SWR 데이터의 그래프이다.
도 23은 905.8MHz에서 여러 가지 입력 전력 레벨에 대해서 도 21에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서 측정된 입력 임피던스의 그래프이다.
도 24는 905.8MHz에서 여러 가지 입력 전력 레벨에 대해서 도 21에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서 측정된 입력 임피던스의 그래프로서, 스미스 차트 서클 내의 임피던스가 2.0 미만의 SWR 값에 대응하는 그래프이다.
지금까지 본 발명을 여러 가지 구체적인 바람직한 실시예들을 통해 상세히 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 본질과 범위에서 벗어남이 없이 본 발명에 대한 여러 가지 변경, 추가, 수정 등이 가능함을 잘 알 것이다.

Claims (76)

  1. 전력 변환 장치로서,
    전기 신호를 수신하는 적어도 하나의 제1 임피던스 정합 회로망; 및
    상기 제1 임피던스 정합 회로망과 통신하며, 부하와 통신가능하도록 구성된 복수의 AC-DC 변환기
    를 포함하며,
    상기 장치는 소정의 입력과 통신가능하도록 구성된 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기와 통신하는 복수의 제1 임피던스 정합 회로망을 포함하는 전력 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호를 상기 제1 임피던스 정합 회로망으로 보내는 선택기를 포함하는 전력 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선택기는 능동형 또는 수동형인 전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기에 연결되어 상기 AC-DC 변환기들의 출력들을 결합하는 결합기를 포함하는 전력 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결합기는 능동형 또는 수동형인 전력 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기는 복수의 AC-DC 경로를 정의하고, 각각의 경로는 소정의 특성에 대해 최적화되는 전력 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 장치의 임피던스를 상기 입력의 임피던스와 정합시키도록 구성된 제2 임피던스 정합 회로망을 포함하는 전력 변환 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    각 AC-DC 경로는 소정의 임피던스 값에 정합되는 전력 변환 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    각 AC-DC 경로는 상이한 출력 저항을 갖는 전력 변환 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    각 AC-DC 입력은 상기 적어도 하나의 제1 임피던스 정합 회로망을 이용하여 서로 다른 입력 전력 레벨들에서 소정의 임피던스 값에 정합되는 전력 변환 장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 선택기는 능동형이고, 입력 전력 레벨 또는 부하 저항에 기초하여 적절한 AC-DC 변환기를 선택하는 선택기 제어 유닛을 포함하는 전력 변환 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기에 연결되어 상기 AC-DC 변환기들의 출력들을 결합하는 결합기를 포함하며, 상기 결합기는 능동형이고, 결합기 제어 유닛을 포함하는 전력 변환 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선택기 제어 유닛과 상기 결합기 제어 유닛은 동일한 제어 유닛인 전력 변환 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 AC-DC 변환기 출력 저항들 중 하나는 일정 시간 동안 상기 부하의 일 이산 저항 수준이 되도록 설계되고, 상기 AC-DC 변환기 출력 저항들 중 다른 하나는 일정 시간 동안 부하의 다른 이산적 저항 수준이 되도록 설계된 전력 변환 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 AC-DC 변환기 각각은 관련 최적 부하에 대응하는 상이한 출력 저항을 갖는 전력 변환 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 AC-DC 변환기 입력 임피던스들 중 하나는 일 전력 레벨에서 소정값에 정합되고, 상기 AC-DC 변환기 입력 임피던스들 중 다른 하나는 다른 전력 레벨에서 다른 소정값에 정합된 전력 변환 장치.
  18. 제7항에 있어서,
    상기 부하는 각 AC-DC 변환기와 전기적으로 통신하는 배터리이고, 각 AC-DC 경로는 특정 입력 전력 레벨과 부하 저항에 대해 최적화된 전력 변환 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기와 상기 배터리 사이에 연결되어 전압 레벨을 특정 범위 내에 유지시키는 전압 모니터링 회로를 포함하는 전력 변환 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기와 상기 적어도 하나의 제1 정합 회로망이 배치된 인쇄 회로 기판을 포함하는 전력 변환 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 상기 전기 신호를 발생하는 에너지 획득 장치(harvester)에 포함된 전력 변환 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 에너지 획득 장치는 안테나, 압전소자, 태양전지, 발전기, 진동 획득 장치, 음향 획득 장치 또는 풍력 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기 중 적어도 하나는 단일 다이오드 전파 정류기인 전력 변환 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기 중 적어도 하나는 단일 다이오드 반파 정류기인 전력 변환 장치.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 AC-DC 변환기 중 적어도 하나는 배전압 회로(voltage doubler)인 전력 변환 장치.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 상기 AC-DC 변환기들 중 적어도 하나와 전기적으로 통신하는 적어도 하나의 전력 저장 소자를 포함하는 전력 변환 장치.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 최적 저항 수준에 고정되고, 상기 전기 신호는 가변적인 입력 전력을 제공하는 전력 변환 장치.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 가변적이며, 상기 전기 신호는 고정 입력 전력을 제공하는 전력 변환 장치.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 가변적이며, 상기 전기 신호는 가변 입력 전력을 제공하는 전력 변환 장치.
  30. 부하에 전력을 공급하는 방법으로서,
    임피던스 정합 회로망에서 전기 신호를 수신하는 단계;
    상기 임피던스 정합 회로망과 통신하는 복수의 AC-DC 변환기에서 상기 신호를 변환하는 단계; 및
    상기 복수의 AC-DC 변환기와 통신하는 상기 부하에 전류를 공급하는 단계
    를 포함하는 부하 전력 공급 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 수신 단계는 상기 복수의 AC-DC 변환기와 통신하는 복수의 임피던스 정합 회로망에서 상기 전기 신호를 수신하는 단계를 포함하는 부하 전력 공급 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 신호를 선택기로 전송하는 단계를 포함하는 부하 전력 공급 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 선택기는 능동형 또는 수동형인 부하 전력 공급 방법.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 부하에 연결된 결합기를 이용하여 상기 복수의 AC-DC 변환기로부터의 출력들을 결합시키는 단계를 포함하는 부하 전력 공급 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 결합기는 능동형 또는 수동형인 부하 전력 공급 방법.
  36. 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 에너지 획득 장치는 안테나를 포함하는 전력 변환 장치.
  38. 제36항에 있어서,
    상기 에너지 획득 장치는 압전 소자를 포함하는 전력 변환 장치.
  39. 소정의 최소값의 적어도 100 배인 저항성 부하 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  40. 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 충전하거나 재충전 할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  41. 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 충전하거나 재충전할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 AC-DC 변환 수단을 포함하는 입력 신호 획득 수단을 포함하는 전력 변환 장치.
  42. 전기 신호를 수신하는 적어도 두 개의 제1 임피던스 정합 회로망;
    상기 제1 임피던스 정합 회로망들과 통신하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기; 및
    상기 제1 임피던스 정합 회로망들과 전기적으로 통신하는 결합기
    를 포함하는 전력 변환 장치.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 결합기는 스위치인 전력 변환 장치.
  44. 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치; 및
    특성이 서로 다른 적어도 두 개의 비선형 소자들
    을 포함하는 전력 변환 장치.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 비선형 소자들은 하나 이상의 다이오드들, MOSFET들 또는 트랜지스터들인 전력 변환 장치.
  46. 제44항에 있어서,
    상기 서로 다른 특성들은 바람직하게는 서로 다른 임피던스들 또는 서로 다른 저항을 포함하는 전력 변환 장치.
  47. 효율에 있어 적어도 두 개의 피크들을 가진 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  48. 효율 대 부하 저항에 있어 적어도 두 개의 피크들을 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  49. 효율 대 출력 전류에 있어 적어도 두 개의 피크들을 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  50. 소정 거리에서 이 거리의 10배에 이르는 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  51. 전력 변화 장치로서,
    제1 효율을 가지고 제1 거리에서 제1 입력 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하고,
    상기 AC-DC 변환기는 제2 효율을 가지고 제2 거리에서 제2 입력 신호를 수신하고,
    상기 제1 거리는 제2 거리보다 크며,
    상기 제1 효율은 상기 제2 효율과 실질적으로 유사한 전력 변환 장치.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 제1 입력 전력과 상기 제2 입력 전력은 전력 펄스들로 구성된 전력 변환 장치.
  53. 적어도 16dB의 입력 전력 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR(Standing Wave Ratio)을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  54. 소정의 최소값의 적어도 40배인 저항성 부하 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  55. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 LED인 전력 변환 장치.
  56. 입력 전력이나 부하 저항의 변동에 응답하여 출력 저항이 변하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 에너지 획득 장치를 포함하는 전력 변환 장치.
  57. 제56항에 있어서,
    전압 레벨을 특정 범위 내로 유지시키는 전압 모니터링 회로를 포함하는 전력 변환 장치.
  58. 입력 인터페이스와, 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 AC-DC 변환기는 에너지 획득 장치에서 사용되는 전력 변환 장치.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 에너지 획득 장치는 안테나를 포함하는 전력 변환 장치.
  61. 제59항에 있어서,
    상기 에너지 획득 장치는 압전 소자를 포함하는 전력 변환 장치.
  62. 입력 인터페이스와, 소정의 최소값의 적어도 100배인 저항성 부하 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  63. 입력 인터페이스와, 적어도 20dB의 입력 전력 범위에 대해 전하 저장 장치를 충전하거나 재충전할 때에 적어도 50%의 입력 신호 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  64. 입력 인터페이스 및 적어도 하나의 AC-DC 변환기; 및
    특성들이 서로 다른 적어도 두 개의 비선형 소자들
    을 포함하는 전력 변환 장치.
  65. 제64항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 비선형 소자들은 하나 이상의 다이오드들, MOSFET들 또는 트랜지스터들인 전력 변환 장치.
  66. 제64항에 있어서,
    상기 서로 다른 특성들은 서로 다른 임피던스들 또는 저항들을 포함하는 전력 변환 장치.
  67. 입력 인터페이스와, 효율에 있어 적어도 두 개의 피크들을 가진 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  68. 입력 인터페이스와, 효율 대 부하 저항에 있어 적어도 두 개의 피크들을 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  69. 입력 인터페이스와, 효율 대 출력 전류에 있어 적어도 두 개의 피크들을 가진 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  70. 입력 인터페이스와, 소정 거리에서 이 거리의 10배에 이르는 범위에 대해 적어도 50%의 입력 신호의 변환 효율을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  71. 입력 인터페이스와, 제1 효율을 가지고 제1 거리에서는 제1 입력 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하고,
    상기 AC-DC 변환기는 제2 효율을 가지고 제2 거리에서 제2 입력 신호를 수신하고,
    상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 크며,
    상기 제1 효율은 상기 제2 효율과 실질적으로 유사한 전력 변환 장치.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 제1 입력 전력과 상기 제2 입력 전력은 전력 펄스들로 구성된 전력 변환 장치.
  73. 입력 인터페이스와, 적어도 16dB의 입력 전력 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  74. 입력 인터페이스와, 소정의 최소값의 적어도 40배인 저항성 부하 범위에 대해 2.0 미만의 입력 SWR을 제공하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  75. 입력 인터페이스와, 입력 전력 또는 부하 저항의 변동에 응답하여 출력 저항이 변하는 적어도 하나의 AC-DC 변환기를 포함하는 전력 변환 장치.
  76. 제75항에 있어서,
    전압 레벨을 특정 범위 내로 유지시키는 전압 모니터링 회로를 포함하는 전력 변환 장치.
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