CN101783599A - 一种倍压整流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种倍压整流电路，包括：AC-DC级单元，包括若干个级联的将交流电压转换为直流电压的第一充电单元；脉冲电压电路，用于产生同频的两相不交叠的脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2；DC-DC级单元，包括若干级联的第二充电单元，用于在脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2的控制下，将AC-DC级单元输出的直流电压逐级放大，输出放大后的直流电压。本发明在低输入的情况下，通过能量累积，输出间歇性大电流，可满足某些间歇性测量或间断性工作的电子设备中，可以应用到无电池汽车轮胎压力监测***中为其监测模块供电。
Description
技术领域
本发明涉及电路领域，具体涉及一种倍压整流电路，适于应用到无电池汽车轮胎压力监测***及其需要放大整流的电子设备中。
背景技术
汽车轮胎压力监测***(TPMS)用于在汽车行驶时，适时对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气造成的低胎压和高温高胎压进行预警，确保行车安全。TPMS的主要技术难点集中在胎内的监测模块上。目前带电池TPMS模块已经有了比较成熟的技术，但电池带来几个严重的问题：电池寿命有限、体积和重量过大、环境污染等，因此迫切需要研究无电池TPMS的关键技术。
实现无电池轮胎压力监测***的一种可行方案是采用电感耦合方式，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据电磁感应定律，通过交变磁场在轮胎内监测模块的线圈中感应出电压和电流，为轮胎内监测模块提供能量。一般情况下，该方式能连续提供小电流输出，因此适用于低功耗的***(如无线射频识别技术)中，无法保证大电流输出。然而，在无电池TPMS应用场合中，数据测量及发送模块消耗的电流较大(约10mA)，要求有能够提供大电流的间歇供电装置。现有的间歇装置通过电感耦合方式将收集到的交流信号通过整流转变为直流信号为电容充电，即将能量储藏在电容上，当能量达到一定程度后，通过使能信号唤醒TPMS***中的传感器、MCU、射频数据发射电路等完成一次数据采集与发送过程，消耗储存的能量。随后，电路又进入储能的过程。该过程反复循环，从而达到间歇输出大电流的目的。
但是在实际应用中，胎外能量发射装置与胎内TPMS***监测模块的天线相距较远(如70厘米以上)，因此所能接收到的交流能量较为微弱，迫切需要具有高放大倍数的整流电路。目前公开的技术中，将交流信号经过整流为电子设备供电已有报道，但其所能输出电流较小。同时，将能量储存后输出较大电流的技术也有报道，但其要求输入信号较大，限制了能量发射天线与接收天线之间的距离。
除在汽车轮胎压力监测***TPMS中存在上述整流电路的问题，在其它的无法得到较大输入交流信号而又需要较大输出直流信号的应用***中，也存在上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种倍压整流电路，该倍压整流电路在低输入的情况下，在整流后又进一步进行电压逐级放大，通过能量累积，输出间歇性大电流。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种倍压整流电路，该倍压整流电路包括：
AC-DC级单元，包括若干个级联的将交流电压转换为直流电压的第一充电单元；
脉冲电压电路，用于产生同频的两相不交叠的脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2；
DC-DC级单元，包括若干级联的第二充电单元，用于在脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2的控制下，将AC-DC级单元输出的直流电压逐级放大，输出放大后的直流电压。
优选地，该倍压整流电路还包括连接在AC-DC级单元输出端的限压电路，用于将AC-DC级单元输出的电压限定在倍压整流电路制造工艺的电压值以下。
优选地，所述限压电路为若干个串联的二极管。
优选地，每级第一充电单元包括电容C2k、电容C2k+1、二极管D2k、二极管D2k+1，其中：
电容C2k的一端输入交流电压；
二极管D2k的正极与上一级第一充电单元的输出端连接；
电容C2k的另一端与二极管D2k的正极连接后一同接入二极管D2k+1的正极；
二极管D2k+1的负极与电容C2k+1的一端连接，电容C2k+1的另一端接地；所述二极管D2k+1的负极端为该级第一充电单元的输出端；
第一级第一充电单元的二极管D2k的正极接地。
优选地，该倍压整流电路包括四级相级联的第一充电单元。
优选地，每一级第二充电单元包括电容C′2k、电容C′2k+1、二极管D′2k、二极管D′2k+1，其中：
二极管D′2k的正极与上一级第二充电单元的输出端连接；
电容C′2k一端接入脉冲电压信号Ph1；
电容C′2k+1的一端接入脉冲电压信号Ph2；
二极管D′2k的负极与电容C′2k的另一端连接后一同接入二极管D′2k+1的正极；
二极管D′2k+1的负极与电容C′2k+1的另一端连接，所述二极管D′2k+1的负极端为该级第二充电单元的输出端；
第一级第二充电单元的二极管D′2k的正极与AC-DC级单元的输出端连接。
优选地，该倍压整流电路包括五级相级联的第二充电单元。
优选地，所述脉冲电压电路包括分频器和延时运算器，其中：
分频器的一端接所述交流电压，对输入的交流电压进行四分频；
延时器运算器将四分频后的交流电压进行运算延时产生同频的两相不交叠的脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2。
优选地，该倍压整流电路被应用到无电池汽车轮胎压力监测***，将通过天线接收的交流信号整流倍压后为无电池汽车轮胎压力监测***中的储能元件充电。
利用本发明提供的倍压整流电路，具有以下有益效果：
第一级AC-DC级单元将交流输入转变为直流信号，第二级DC-DC级单元进行进一步的电压提升，使得输出电压满足为储能元件充电的要求，在低输入的情况下，通过能量累积，输出间歇性大电流，可满足某些间歇性测量或间断性工作的电子设备中。
附图说明
图1为本发明倍压整流电路的结构框图；
图2为本发明实施例中倍压整流电路中AC-DC级单元的第一充电单元电路图；
图3为本发明倍压整流电路中AC-DC级单元的结构图；
图4为本发明实施例中倍压整流电路中DC-DC级单元的第二充电单元电路图；
图5为本发明倍压整流电路中DC-DC级单元的结构图；
图6为本发明实施例中的脉冲电压电路的结构图。
具体实施方式
本发明提出的倍压整流电路，结合附图和实施例说明如下。
本发明提出的倍压整流电路，是能够实现低交流输入，高直流输出的倍压整流电路。本发明是以集成电路的方式实现的，如果输入增大后，倍压后电压超过集成电路制造工艺所限定的电压范围，芯片将被烧掉，所以发明电路主要着眼于输入较小(相对于后续电路需求)情况下，倍压输出能为后续的储能电路充电。
实施例
如图1所示，一种倍压整流电路，该倍压整流电路包括：
AC-DC级单元，包括若干个级联的第一充电单元，第一充电单元用于接收交流输入信号，并将其转变为直流信号，逐级级联可以实现输出整流信号的放大；脉冲电压电路，用于产生同频的两相不交叠的脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2；DC-DC级单元，包括若干级联的第二充电单元，用于将AC-DC级单元输出的直流电压逐级放大，输出放大后的直流电压。在AC-DC级单元的电路中，所输入的交流信号AC的瞬时幅度是变化的，因此可以利用在电路设置多个二极管，利用各个二极管时而导通，时而关断，不同的组合就使得每一个充电单元处于充电-电荷转移的循环过程；而DC-DC级单元就不一样，其输入信号相对是稳定的，因此需要脉冲电压来控制不同时刻二极管的导通与关断的组合。其实这里的脉冲电压信号的意义应该是控制信号，只是因为其具有周期性，发生电路引用了其它电路设计中的时钟电路，因此本实施例也称其为“时钟产生电路”。
优选地，该倍压整流电路还包括连接在AC-DC级单元输出端的限压电路，用于将AC-DC级单元输出的电压限定在倍压整流电路制造工艺的电压值以下，防止倍压过程中某些节点的电压超过集成电路制造工艺的限制而导致管子的烧毁。
本发明与现有技术相比，改进点主要是两级的级联，因为采用AC-DC级单元很难将电压倍得很高。下面详述本实施例各部分的电路结构和功能。
(1)AC-DC级单元
AC-DC级单元中的基本原理是利用半导体二极管和储能部件进行充放电，从而逐级增大幅度。如图2所示为本发明倍压整流电路中AC-DC级单元的第一充电单元电路图，该第一充电单元包括：包括电容C2k、电容C2k+1、二极管D2k、二极管D2k+1，其中：电容C2k的一端输入交流电压；二极管D2k的正极与上一级第一充电单元的输出端连接；电容C2k的另一端与二极管D2k的正极连接后一同接入二极管D2k+1的正极；二极管D2k+1的负极与电容C2k+1的一端连接，电容C2k+1的另一端接地；所述二极管D2k+1的负极端为该级第一充电单元的输出端；第一级第一充电单元的二极管D2k的正极接地。其中k表示第一充电单元的序号，可取0，1，2...。如图3所示的本发明倍压整流电路中AC-DC级单元的结构图，不同的第一充电单元已用不同线框标出，本实施例中AC-DC级单元采用四级级联的第一充电单元，本发明具体实施时级联的级数不限于四级，可以根据实际情况酌情加减。
在此第一充电单元中，对于第1级，即取k＝0，V0即是输入信号的负极，接地。一般地，对于任意k，V2k、V2k+2具有与输入的交流电压具有相反的相位。因此，当V2k的幅度与V2k+1的幅度之差超过二极管D2k的导通电压时，二极管D2k导通时，二极管D2k+1截止，V2k通过二极管D2k给电容C2k充电，直到V2k的幅度与V2k+1的幅度之差小于二极管D2k阈值时，D2k关断，而D2k+1导通；此时所输入交流电压Vinp通过电容C2k、二极管D2k+1对电容C2k+1充电，使得V2k+2的电压上升。从标示后的图3可以看到，各级间是顺次连接的，就是说在输入交流信号Vinp的一个周期中，每一级第一充电单元都经历一次电荷传递的过程，将V2k的电荷传送到V2k+2，以此形式逐步迭代，最终得到大电压直流输出。
本实施中AC-DC级单元的限压电路为图3所示的最右一列没有被框的四个串联的二极管。
(2)DC-DC级单元
为了使得小信号的直流输入可以有较大的整流输出电压，并且维持一定的转换效率，第二级转换采用直流转直流DC-DC的形式。
如图4所示本发明倍压整流电路中DC-DC级单元的第二充电单元电路图，每一级第二充电单元包括电容C′2k、电容C′2k+1、二极管D′2k、二极管D′2k+1，二极管D′2k的正极与上一级第二充电单元的输出端连接；电容C′2k一端接入脉冲电压信号Ph1；电容C′2k+1的一端接入脉冲电压信号Ph2；二极管D′2k的负极与电容C′2k的另一端连接后一同接入二极管D′2k+1的正极；二极管D′2k+1的负极与电容C′2k+1的另一端连接，所述二极管D′2k+1的负极端为该级第二充电单元的输出端；第一级第二充电单元的二极管D′2k的正极与AC-DC级单元的输出端连接。
其中，Ph1与Ph2信号是同频率的两相不交叠的脉冲电压信号。即初始状态下，DC-DC级单元的的电路输出给C′0充电，使得C′0上有一定的电荷积累。假设电容C′2k带电量Q2k，电容C′2k+1带电量Q2k+1，当Ph1为正并且
VPh1+V′2k+1＞VthD2k+1+V′2k+2
式中的VthD2k+1表示二极管D′2k+1的阈值，也就是说只有电压差超过这个值二极管才能正向导通，就会发生Q2k到Q2k+1的电荷转移，从而使得V′2k+2升高。图5所示，不同的第二充电单元已用线框标出，本实施例中DC-DC级单元采用五级级联的第一充电单元，本发明具体实施时级联的级数不限于五级，可以根据实际情况酌情加减。
(3)脉冲电压电路
本实施例中脉冲电压电路包括分频器和延时运算器，分频器的一端接交流电压，对输入的交流电压进行四分频；延时器运算器，件四分频后的交流电压进行运算延时产生同频的两相不交叠的脉冲电压Ph1与脉冲电压信号Ph2。
如图6所示，具体先采用接成反馈形式的D触发器对交流电压信号进行四分频处理，然后利用与非门及反相器形成的延时运算器进行运算延时产生两相不交叠的脉冲电压信号。该过程为现有技术，这里不再详述。
本发明所提供的倍压整流电路被应用到无电池汽车轮胎压力监测***，将通过天线接收的交流信号整流倍压后为无电池汽车轮胎压力监测***中的监测模块供电。输入幅值约1.2V、频率为13.56MHz交流信号，该倍压整流电路能输出高直流输出(8V以上)。当然，也可以应用到某些间歇性测量或间断性工作的电子设备中。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种倍压整流电路，其特征在于，该倍压整流电路包括：
AC-DC级单元，包括若干个级联的将交流电压转换为直流电压的第一充电单元；
脉冲电压电路，用于产生同频的两相不交叠的脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2；
DC-DC级单元，包括若干级联的第二充电单元，用于在脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2的控制下，将AC-DC级单元输出的直流电压逐级放大，输出放大后的直流电压。
2.根据权利要求1所述的倍压整流电路，其特征在于，该倍压整流电路还包括连接在AC-DC级单元输出端的限压电路，用于将AC-DC级单元输出的电压限定在倍压整流电路的制造工艺的电压值以下。
3.根据权利要求2所述的倍压整流电路，其特征在于，所述限压电路为若干个串联的二极管。
4.根据权利要求1所述的倍压整流电路，其特征在于，每级第一充电单元包括电容C2k、电容C2k+1、二极管D2k、二极管D2k+1，其中：
电容C2k的一端输入交流电压；
二极管D2k的正极与上一级第一充电单元的输出端连接；
电容C2k的另一端与二极管D2k的正极连接后一同接入二极管D2k+1的正极；
二极管D2k+1的负极与电容C2k+1的一端连接，电容C2k+1的另一端接地；所述二极管D2k+1的负极端为该级第一充电单元的输出端；
第一级第一充电单元的二极管D2k的正极接地。
5.根据权利要求4所述的倍压整流电路，其特征在于，该倍压整流电路包括四级相级联的第一充电单元。
6.根据权利要求1所述的倍压整流电路，其特征在于，每一级第二充电单元包括电容C′2k、电容C′2k+1、二极管D′2k、二极管D′2k+1，其中：
二极管D′2k的正极与上一级第二充电单元的输出端连接；
电容C′2k一端接入脉冲电压信号Ph1；
电容C′2k+1的一端接入脉冲电压信号Ph2；
二极管D′2k的负极与电容C′2k的另一端连接后一同接入二极管D′2k+1的正极；
二极管D′2k+1的负极与电容C′2k+1的另一端连接，所述二极管D′2k+1的负极端为该级第二充电单元的输出端；
第一级第二充电单元的二极管D′2k的正极与AC-DC级单元的输出端连接。
7.根据权利要求6所述的倍压整流电路，其特征在于，该倍压整流电路包括五级相级联的第二充电单元。
8.根据权利要求6所述的倍压整流电路，其特征在于，所述脉冲电压电路包括分频器和延时运算器，其中：
分频器的一端接所述交流电压，对输入的交流电压进行四分频；
延时器运算器将四分频后的交流电压进行运算延时产生同频的两相不交叠的脉冲电压Ph1和脉冲电压Ph2。
9.根据权利要求1所述的倍压整流电路，其特征在于，该倍压整流电路被应用到无电池汽车轮胎压力监测***，将通过天线接收的交流信号整流倍压后为无电池汽车轮胎压力监测***中的储能元件充电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100721 |