專利名稱：吸收電磁波的充電電路及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種充電電路，尤其涉及一種將吸收的電^f茲波轉(zhuǎn)換處理為電能的充電電 路，以及具有該充電電路的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
能源問題是21世紀(jì)人類面臨的重大問題之一。由于能源在分布、開發(fā)、生產(chǎn)和消費(fèi)上 存在不均衡性，加之近半個(gè)世紀(jì)全世界能源的消費(fèi)隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高 也大幅度增長。特別是石油成為世界上的主要能源后，在某些地區(qū)的某個(gè)時(shí)間出現(xiàn)了某種能 源滿足不了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，從而出現(xiàn)所謂的"能源危機(jī)"，即能源問題。
而縱觀我們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N電子設(shè)備，其均直接或間接通過電網(wǎng)獲得電能達(dá)到正常運(yùn) 行，其電能消耗較大。如果能有效P爭低各種電子設(shè)備的功耗，也是減緩能源危機(jī)的有效途徑之一。
同時(shí)，我們生活的空間中充斥著各個(gè)頻段的電磁波，大部分電磁波為無用的電磁波。若 能夠充分利用空間中無用的電磁波，將電磁波有效的轉(zhuǎn)換成直流電壓提供給電子設(shè)備，則將 是利用能源和節(jié)能的巨大進(jìn)步。
因此，如何本著對(duì)電子設(shè)備的低功耗設(shè)計(jì)及有效利用能源的設(shè)計(jì)理念，解決吸收無用電 磁波來為電子設(shè)備提供直流電壓，已成為當(dāng)前急需解決的難題之一。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提出一種將吸收的電磁波轉(zhuǎn)換處理為電能的充電電路，以及具有該 充電電路的電子設(shè)備，以通過吸收電磁波為電子設(shè)備提供直流電壓，達(dá)到有效利用能源和節(jié) 能的目的。
為解決本實(shí)用新型的技術(shù)問題，本實(shí)用新型公開一種吸收電磁波的充電電路，以及一種
具有一個(gè)或多個(gè)吸收電磁波的充電電路的電子設(shè)備。其中，充電電路包括吸收電磁波并產(chǎn) 生諧振，輸出諧振電壓的壓控諧振器；壓控諧振器相連用于將諧振電壓耦合輸出的耦合輸出 電路和與耦合輸出電路相連用于整流濾波處理的整流濾波電路；連接在整流濾波電路的輸出 端和壓控諧振器的輸入端之間的反饋電路，該反饋電路提供自動(dòng)增益控制使壓控諧振器的諧 振頻率跟蹤接收的電磁波頻率變化。
較優(yōu)的，所述壓控諧振器包括吸收電磁波的天線；與天線并接且電容量受反饋電路的 反饋電壓控制變化的變?nèi)荻O管。
較優(yōu)的，所述反饋電路包括直濟(jì)ui文大器；串接在直流放大器的輸出端與變?nèi)荻O管之 間用于為變?nèi)荻O管提供偏直電壓，同時(shí)隔離交流的偏置電阻。
較優(yōu)的，所述反饋電路還包括串接在直^i史大器的輸入端和輸出端之間，用于調(diào)節(jié)直 流放大器放大倍數(shù)的兩個(gè)分壓電阻。
較優(yōu)的，所述耦合輸出電路包括串接在天線和變?nèi)荻O管直接的隔直電容；串接在天 線與整流濾波電路之間的耦合電容。
較優(yōu)的，所述整流濾波電路包括濾波電容；串接在耦合電容和濾波電容之間整流二極管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果本實(shí)用新型吸收空間無用的電磁波并轉(zhuǎn)換成直流電壓提供給電子設(shè)備，達(dá)到有效利用能 源和節(jié)能的目的；且充電電路具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合應(yīng)用在低功耗的電子設(shè)備中。


圖l是本實(shí)用新型的原理框圖2是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例的電路示意圖3是諧振電路的阻抗變化示意圖4是頻率點(diǎn)的頻率-電壓關(guān)系示意圖5是本實(shí)用新型一個(gè)應(yīng)用實(shí)例的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型是提出一種將吸收的電磁波轉(zhuǎn)楝為電能，輸出電壓為其他設(shè)備提供工作電壓 的充電電路，以節(jié)約能源。
如圖1所示，本實(shí)用新型的充電電路包括壓控諧振器10、耦合輸出電路ll、整流濾 波電路12和反饋電路13。由壓控諧振器10吸收電磁波并轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)隔直流的耦合輸出 電路11耦合輸出 > 并由整流濾波電路12作整流和濾波處理，輸出電壓為其他設(shè)備提供電壓； 而反饋電路13連接在整流濾波電路12與壓控諧振器IO之間，提供自動(dòng)增益控制(AGC, Automatic Gain Control)使充電電路中等效諧振電路的諧振點(diǎn)頻率跟蹤電磁波頻率變化。
結(jié)合圖2所示，壓控諧振器10包括接收電磁波的天線Ll和一個(gè)電容量受反饋電路13 控制的變?nèi)荻O管Cd;耦合輸出電路ll包括隔直電容C1和耦合電容C2;整流濾波電路12 包括整流二極管Dl和濾波電容C3;反饋電路13包括直流放大器101,以及調(diào)整直流放大 器101放大倍數(shù)的電阻R3和R4;由偏置電阻R1為變?nèi)荻O管Cd提供偏置電壓，且偏置電 阻R1還有隔離直流放大器101輸出的交流電壓的作用，使直流放大器101對(duì)不會(huì)影響諧振 回路；而經(jīng)過整流二極管Dl的電壓經(jīng)電阻R2耦合輸入充電元件102的輸入端。
變?nèi)荻O管Cd是一種利用半導(dǎo)體PN結(jié)電容隨外加反向偏壓變化而變化的原理制成的 半導(dǎo)體二極管。二極管的PN結(jié)都具有結(jié)電容，當(dāng)加反向電壓時(shí)，阻擋層加厚，結(jié)電容減小， 所以改變反向電壓的大小可以改變PN結(jié)的結(jié)電容大小，變?nèi)荻L管Cd等同可變電容。結(jié) 電容一般只有幾個(gè)皮法，至多一、二百皮法，所以變?nèi)荻O管都用于高頻電路，變?nèi)荻O管 Cd屬于反偏壓二才及管，改變其PN結(jié)上的反向偏壓，即可改變PN結(jié)電容量反向偏壓越高， 結(jié)電容則越少，且反向偏壓與結(jié)電容之間的關(guān)系是非線性的。
其中，由天線L1、隔直電容C1和變?nèi)荻O管Cd組成串聯(lián)諧振回路，隔直電容C1與變 容二極管Cd串聯(lián)總電容為
Cl*Cd/ (Cl+Cd) = Cd/ (1+ Cd/Cl);
由于隔直電容C1的電容量遠(yuǎn)大于變?nèi)荻O管Cd，因此，Cd/Cl 0;即隔直電容C1 與變?nèi)荻O管Cd串聯(lián)總電容為變?nèi)荻O管Cd。也就是說，串聯(lián)諧振回路中等效電容為變?nèi)?二極管Cd，等效電感為天線L1。
結(jié)合圖3所示，其橫坐標(biāo)表示諧振角頻率co,縱坐標(biāo)X表示諧振電路的電抗值。對(duì)于諧 振電路都有一個(gè)特點(diǎn)，容抗等于感抗，電路呈阻性即諧振角頻率co-coo時(shí)，就有W()L=l/ca0C, 而諧振頻率fo為
其中等效電感L為天線Ll,等效電容C為變?nèi)荻O管Cd,因此LC是已知的。 另外，諧振電路的品質(zhì)因素Q:coL/R(其中R為串聯(lián)諧振回路的等效電阻)。對(duì)于串聯(lián)諧 振電路具有如下特性1、 諧振時(shí)諧振電路的阻抗為最小，且為純阻性，在諧振處的阻抗達(dá)最小且為回路中的 直流電阻R;當(dāng)接收的電磁波信號(hào)頻率大于或小于ft時(shí)，諧振電路的阻抗均大于fo時(shí)的阻抗， 電磁波信號(hào)頻率愈是偏離諧振頻率f0,諧振電路的阻抗愈大。
2、 根據(jù)LC串聯(lián)諧振理論 一定的諧振頻率對(duì)應(yīng)一定的諧振電壓，因此，諧振時(shí)天線 LI上的電壓等于變?nèi)荻O管Cd上的電壓，并且等于信號(hào)電壓的Q倍(Q為品質(zhì)因素)，所 以，發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)天線LI上的電壓最大。
因此，為了保證該諧振電路的固有諧振頻率fo與外界所收到的電磁波頻率相等，故反饋 電路13提供自動(dòng)增益控制使充電電路中等效諧振電路的諧振頻率f0跟蹤接收的電磁波頻率 變化。
即故濾波電容C3上的直流電壓經(jīng)過直流放大器101作直流電壓放大處理后，加在偏 置電阻R1上，使變?nèi)荻O管Cd上的電壓變化而使電容量變化，使固有諧振頻率fo跟蹤外界 所收到的電磁波頻率變化。
當(dāng)濾波電容C3上電壓增大，直流放大器101放大后的輸出電壓變大，使變?nèi)荻O管Cd 上的電壓增大，從而變?nèi)荻O管Cd的電容量減小，從上面公式(1)可知fo變大；當(dāng)濾波電 容C3上的電壓減小，直流放大器101放大后輸出電壓變小，使變?nèi)荻O管Cd上的電壓減小 而使其電容量變大，從上面公式(1)可知fo變小。因此，反饋電路13提供自動(dòng)增益控制使 充電電路中等效諧振電路的諧振頻率fO跟蹤接收的電磁波頻率變化，使諧振電路在ft和f2處 于fo時(shí)為一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，如圖4所示。
另夕卜，要達(dá)到變?nèi)荻O管Cd的較高工作電壓，加在直流放大器101上的驅(qū)動(dòng)電壓VCC 盡量使用電子裝置內(nèi)部較高的電壓提供。比如，本實(shí)施例應(yīng)用在手機(jī)中時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓VCC 可以使用手機(jī)中的背光升壓電壓。
因此，變?nèi)荻O管Cd上的電壓經(jīng)過隔直電容CI和耦合電容C2，以及整流二極管Dl 和濾波電容C3，得到直流電壓；由電阻R2將直流電壓耦合輸入充電元件102。其中，充電 元件102為電子設(shè)備中的耗電元器件或充電元器件，比如充電電池。
在具體的實(shí)際應(yīng)用中，考慮到空間電磁波的功率有限，因此可以分頻段采用多個(gè)天線同 時(shí)吸收多個(gè)頻率點(diǎn)的電磁波。如圖5所示，應(yīng)用在手機(jī)電池充電電路中時(shí)，充電電路1、 2 和3中，天線Lll、 L12和L13分別工作在不同頻段，以吸收不同頻段的電磁波，達(dá)到綜合 利用各個(gè)頻段電磁波能量來為手機(jī)中的充電電池103進(jìn)行充電的目的。其中，天線Lll、 L12 和L13可連接設(shè)計(jì)在手機(jī)的機(jī)殼，后蓋等地方。
本實(shí)用新型提供的充電電路雖然吸收的電磁波功率較小，目前只能作為對(duì)電子設(shè)備的充 電的一種補(bǔ)充，但隨著天線技術(shù)的發(fā)展及電子設(shè)備功耗的降低，而電磁波的吸收是不間斷的， 有朝一日許多電子設(shè)備(比如手機(jī))將會(huì)和我們經(jīng)常用的IC卡一樣，無須外界供電可以維 持其工作。
綜上，本實(shí)用新型是采用變通二極管和吸收特定波長的天線構(gòu)成的諧振電路，并采用反 饋電路提供自動(dòng)增益控制使充電電路中等效諧振電路的諧振頻率fD跟蹤接收的電磁波頻率 變化，使諧振電路在&和f"2處于fb時(shí)為一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，保證該諧振電路的固有諧振頻率fo與 外界所收到的電磁波頻率相等，使諧振電路可以穩(wěn)定的屬于最大的諧振電壓來為電子設(shè)備中 的充電元件提供充電。因此，本實(shí)用新型達(dá)到有效利用能源和節(jié)能的目的；且充電電路具有 結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合應(yīng)用在低功耗的電子設(shè)備中。
以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新 型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種吸收電磁波的充電電路，其特征在于，包括吸收電磁波并產(chǎn)生諧振，輸出諧振電壓的壓控諧振器(10)；與壓控諧振器(10)相連用于將諧振電壓耦合輸出的耦合輸出電路(11)和與耦合輸出電路(11)相連用于整流濾波處理的整流濾波電路(12)；連接在整流濾波電路(12)的輸出端和壓控諧振器(10)的輸入端之間的反饋電路(13)，該反饋電路(13)提供自動(dòng)增益控制使壓控諧振器(10)的諧振頻率跟蹤接收的電磁波頻率變化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸收電磁波的充電電路，其特征在于，所述壓控諧振器(IO) 包括吸收電磁波的天線(Ll);與天線(Ll)并接且電容量受反饋電路(13)的反饋電壓 控制變化的變?nèi)荻O管(Cd)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的吸收電磁波的充電電路，其特征在于，所述反饋電路(13 ) 包括直流放大器(101);串接在直流放大器(101)的輸出端與變?nèi)荻O管(Cd)之間的 用于為變?nèi)荻O管(Cd)提供偏直電壓，同時(shí)隔離交流的偏置電阻(Rl)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的吸收電磁波的充電電路，其特征在于，所述反饋電路(13) 還包括串接在直流放大器(101 )的輸入端和輸出端之間，用于調(diào)節(jié)直流放大器(101 )放 大倍數(shù)的兩個(gè)分壓電阻(R3和R4 )。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸收電磁波的充電電路，其特征在于，所述耦合輸出電路(11 ) 包括串接在天線(Ll)和變?nèi)荻O管(Cd)直接的隔直電容(Cl);串接在天線(Ll)與 整流濾波電路(12 )之間的耦合電容(C2 )。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的吸收電磁波的充電電路，其特征在于，所述整流濾波電 路(12)包括濾波電容(C3 );串接在耦合電容(C2)和濾波電容(C3 )之間整流二極管(Dl)。
7、 一種電子設(shè)備，其特征在于，包括一個(gè)或多個(gè)吸收電磁波的充電電路，該充電電路 包括吸收電磁波并產(chǎn)生諧振，輸出諧振電壓的壓控諧振器(10);與壓控諧振器(10)相連用于將諧振電壓耦合輸出的耦合輸出電路(11)和與耦合輸出 電路(11)相連用于整流濾波處理的整流濾波電路(12);連接在整流濾波電路(12)的輸出端和壓控諧振器(10)的輸入端之間的反饋電路(13 )， 該反饋電路(13 )提供自動(dòng)增益控制使壓控諧振器(10)的諧振頻率跟蹤接收的電磁波頻率 變化。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述壓控諧振器(10)包括吸收 電磁波的天線(Ll );與天線(Ll )并接且電容量受反饋電路(13)的反饋電壓控制變化的 變?nèi)荻O管(Cd)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述反饋電路(13 )包括直 流放大器(101 );串接在直流放大器(101)的輸出端與變?nèi)荻O管(Cd)之間的用于為變 容二極管(Cd)提供偏直電壓，同時(shí)隔離交流的偏置電阻(Rl)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述耦合輸出電路(ll)包括串 接在天線(Ll)和變?nèi)荻O管(Cd)直接的隔直電容(Cl);串接在天線(Ll)與整流濾波 電路(12)之間的耦合電容(C2);所述整流濾波電路(12)包括濾波電容(C3 );串接在耦合電容(C2)和濾波電容(C3 ) 之間整流二極管(Dl )。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種吸收電磁波的充電電路，其包括吸收電磁波并產(chǎn)生諧振，輸出諧振電壓的壓控諧振器；與壓控諧振器相連用于將諧振電壓耦合輸出的耦合輸出電路和與耦合輸出電路相連用于整流濾波處理的整流濾波電路；連接在整流濾波電路的輸出端和壓控諧振器的輸入端之間的反饋電路，該反饋電路提供自動(dòng)增益控制使壓控諧振器的諧振頻率跟蹤接收的電磁波頻率變化。本實(shí)用新型還公開一種具有吸收電磁波的充電電路的電子設(shè)備。本實(shí)用新型吸收空間無用的電磁波并轉(zhuǎn)換成直流電壓提供給電子設(shè)備，達(dá)到有效利用能源和節(jié)能的目的；且充電電路具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合應(yīng)用在低功耗的電子設(shè)備中。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201319514SQ200820213180
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者張鵬程, 李景林 申請(qǐng)人:深圳市同洲電子股份有限公司