(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を受信するように構成されたインピーダンス整合ネットワークと、
前記インピーダンス整合ネットワークと連通しているとともに、負荷と連通可能であるように構成された複数のＡＣ−ＤＣコンバータとを備え、
入力と連通可能であるように構成されており、
前記インピーダンス整合ネットワークが、前記電気信号の電力レベルが電力レベルの第１の範囲内である場合、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの第１のＡＣ−ＤＣコンバータに前記電気信号の大部分を送信するように構成され、
前記インピーダンス整合ネットワークが、前記電気信号の電力レベルが前記電力レベルの第１の範囲と異なる電力レベルの第２の範囲内である場合、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの第２のＡＣ−ＤＣコンバータに前記電気信号の前記大部分を送信するように構成される電力変換装置。
【請求項２】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータと連通している複数のインピーダンス整合ネットワークがある請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記信号を前記複数のインピーダンス整合ネットワークに向けるセレクタを含む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記セレクタがアクティブまたはパッシブである請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ＡＣ−ＤＣコンバータの出力を合成するための、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに接続された合成器を含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記合成器がアクティブまたはパッシブである請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータが複数のＡＣ−ＤＣ経路を規定し、各経路が所与の特性に対して最適化されている請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記インピーダンス整合ネットワークが第１のインピーダンス整合ネットワークであり、前記装置が前記装置のインピーダンスを前記入力のインピーダンスと整合させるように構成された第２のインピーダンス整合ネットワークをさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
各ＡＣ−ＤＣ経路が所定のインピーダンス値と整合されている請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
各ＡＣ−ＤＣ経路が異なる出力抵抗を有する請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに接続されるととともに、前記ＡＣ−ＤＣコンバータの出力を合成するように構成された合成器を含み、前記合成器がアクティブであるとともに合成器制御ユニットを含む請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記セレクタ制御ユニットおよび前記合成器制御ユニットが同じ制御ユニットである請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ＡＣ−ＤＣコンバータのうち１つの出力抵抗が、前記負荷がある時間そこにあるかその近くにある一のディスクリート抵抗にあるかその近くにあるように設計されているとともに、前記ＡＣ−ＤＣコンバータのうちの他の出力抵抗が、前記負荷が別のある時間そこにあるかその近くにある異なるディスクリート抵抗にあるかその近くにあるように設計されている請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ＡＣ−ＤＣコンバータの各々が、関連する最適負荷に対応する異なる出力抵抗を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記ＡＣ−ＤＣコンバータのうちの一の入力インピーダンスが、１つの電力レベルの所定値に整合されているとともに、前記ＡＣ−ＤＣコンバータのうちの他の入力インピーダンスが異なる電力レベルの他の所定値に整合されている請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記負荷が、各ＡＣ−ＤＣコンバータが電気的に連通しているバッテリであるとともに、各ＡＣ−ＤＣ経路が特定の入力電力レベルおよび負荷抵抗に対して最適化されている請求項７に記載の装置。
【請求項１７】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータと前記バッテリとの間に接続されるとともに、電圧レベルが特定の範囲内に留まることを確実にする電圧監視回路を含む請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータおよび前記インピーダンス整合ネットワークが配置されたプリント回路基板を含む請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置が前記電気信号を生成するエネルギー・ハーベスタ内に含まれている請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記エネルギー・ハーベスタがアンテナ、圧電素子、太陽電池、発電機、振動ハーベスタ、音響ハーベスタまたは風ハーベスタを含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータのうちの少なくとも１つが単一ダイオード全波整流器である請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータのうちの少なくとも１つが単一ダイオード半波整流器である請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータのうちの少なくとも１つが電圧ダブラーである請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記負荷が、前記ＡＣ−ＤＣコンバータのうちの少なくとも１つと電気的に連通している少なくとも１つの蓄電素子を含む請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
前記負荷が前記最適抵抗にまたはその近くに固定されているととともに、前記電気信号が、可変である入力電力を供給する請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記負荷が可変であるとともに、前記電気信号が、固定された入力電力を供給する請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記負荷が可変であるとともに、前記電気信号が、可変である入力電力を供給する請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
インピーダンス整合ネットワークにおいて電気信号を受信するステップと、
前記電気信号の電力レベルが電力レベルの第１の範囲内である場合、前記インピーダンス整合ネットワークと連通している複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの第１のＡＣ−ＤＣコンバータにおいて前記電気信号の大部分を変換するステップと、
前記電気信号の電力レベルが電力レベルの第２の範囲内である場合、複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの第２のＡＣ−ＤＣコンバータにおいて前記電気信号の前記大部分を変換するステップと、
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータと連通している負荷に電流を供給するステップとを含む、負荷に電力供給する方法。
【請求項２９】
前記受信ステップが、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータと連通している複数のインピーダンス整合ネットワークにおいて前記電気信号を受信するステップを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
セレクタにより前記信号を向けるステップを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記セレクタがアクティブまたはパッシブである請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの出力を、前記負荷に接続された合成器で合成するステップを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記合成器がアクティブまたはパッシブである請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して少なくとも５０％の前記入力の変換効率を提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項３５】
前記エネルギー・ハーベスタがアンテナを含む請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記エネルギー・ハーベスタが圧電素子を含む請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、所定最小値の少なくとも１００倍に及ぶ抵抗負荷範囲に対して、少なくとも５０％の前記入力の変換効率を提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項３８】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を充電または再充電する場合、少なくとも５０％の前記入力の変換効率を提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項３９】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含む前記入力を収穫するための手段であって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を充電または再充電する場合、少なくとも５０％の前記入力の変換効率を提供する、入力信号を収穫するための手段をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４０】
前記合成器がスイッチである請求項５に記載の装置。
【請求項４１】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタと、
少なくとも２つの非線形素子とをさらに備え、前記少なくとも２つの非線形素子が異なる特性を有する請求項１に記載の装置。
【請求項４２】
前記少なくとも２つの非線形素子が１つまたは複数のダイオード、ＭＯＳＦＥＴまたはトランジスタである請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記異なる特性が、異なるインピーダンスまたは異なる抵抗を含む請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、効率に少なくとも２つのピークを有する前記入力の変換効率を提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４５】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、効率対負荷抵抗に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４６】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、効率対出力電流に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４７】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、所定の距離から前記距離の１０倍の範囲に対して少なくとも５０％の前記入力の変換効率を提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４８】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記第１のＡＣ−ＤＣコンバータが、第１の効率で第１の距離において第１の入力電力を受信するように構成された、エネルギー・ハーベスタをさらに備え、
前記第２のＡＣ−ＤＣコンバータが第２の効率で第２の距離において第２の入力電力を受信し、
前記第１の距離が前記第２の距離より大きく、
前記第１の効率が前記第２の効率と実質的に同様である請求項１に記載の装置。
【請求項４９】
前記第１の入力電力と前記第２の入力電力とが電力のパルスにより形成されている請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、少なくとも１６ｄＢの入力電力範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項５１】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、所定最小値の少なくとも４０倍に及ぶ抵抗負荷範囲に対して、２．０未満の入力ＳＷＲを提供する、エネルギー・ハーベスタをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項５２】
前記負荷がＬＥＤである請求項１に記載の装置。
【請求項５３】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタをさらに備え、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータの出力抵抗が入力電力または負荷抵抗の変化に応じて変化する請求項１に記載の装置。
【請求項５４】
電圧レベルが特定の範囲内に留まることを確実にする電圧監視回路を含む請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して少なくとも５０％の前記入力の変換効率を提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項５６】
前記少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータがエネルギー・ハーベスタ内で用いられる請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記エネルギー・ハーベスタがアンテナを含む請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記エネルギー・ハーベスタが圧電素子を含む請求項５６に記載の装置。
【請求項５９】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、所定最小値の少なくとも１００倍に及ぶ抵抗負荷範囲に対して、少なくとも５０％の前記入力の変換効率を提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項６０】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を充電または再充電する場合、少なくとも５０％の前記入力の変換効率を提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項６１】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースと、
少なくとも２つの非線形素子とをさらに備え、前記少なくとも２つの非線形素子が異なる特性を有する請求項１に記載の装置。
【請求項６２】
前記少なくとも２つの非線形素子が１つまたは複数のダイオード、ＭＯＳＦＥＴまたはトランジスタである請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記異なる特性が異なるインピーダンスまたは異なる抵抗を含む請求項６１に記載の装置。
【請求項６４】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、効率に少なくとも２つのピークを有する前記入力の変換効率を提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項６５】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、効率対負荷抵抗に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項６６】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、効率対出力電流に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項６７】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、所定の距離から前記距離の１０倍の範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項６８】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記第1のＡＣ−ＤＣコンバータが、第１の効率で第１の距離において第１の入力電力を受信するように構成された、入力インターフェースをさらに備え、
前記第２のＡＣ−ＤＣコンバータが第２の効率で第２の距離において第２の入力電力を受信し、
前記第１の距離が前記第２の距離より大きく、
前記第１の効率が前記第２の効率と実質的に同様である請求項１に記載の装置。
【請求項６９】
前記第１の入力電力と前記第２の入力電力とが電力のパルスにより形成されている請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、少なくとも１６ｄＢの入力電力範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項７１】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースであって、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータが、所定最小値の少なくとも４０倍に及ぶ抵抗負荷範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する、入力インターフェースをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項７２】
前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータに動作可能なように結合している入力インターフェースをさらに備え、前記複数のＡＣ−ＤＣコンバータからの前記少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータの出力抵抗が入力電力または負荷抵抗の変化に応じて変化する、請求項１に記載の装置。
【請求項７３】
電圧レベルが特定の範囲内に留まることを確実にする電圧監視回路を含む請求項７２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２００５年１０月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／７２９，７９２号明細書の利益を主張するものである。
【０００２】
発明の分野
本発明は電力を変換する方法および装置に関する。特に本発明はＡＣ−ＤＣコンバータにより電力を変換する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
従来技術は高周波（ＲＦ）電磁波を用いて電力を遠隔の装置に供給することが可能であることを示している。無線電力伝送は本明細書に引用して援用する、Ｗ．Ｃ．ブラウン（Ｂｒｏｗｎ）により米国特許第３１１４５１７号明細書「マイクロ波動作宇宙船（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｏｐｅｒａｔｅｄ  Ｓｐａｃｅ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）」および、上記の著者による多数の他の論文に詳細に説明されている。また無線電力伝送を用いて電力を無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグに供給する。送信されたＲＦ電力はアンテナによって捕捉されるとともに多数の開示回路を用いて整流されて、直流（ＤＣ）を負荷に供給する。本明細書に引用して援用する、米国特許第３４３４６７８号明細書「マイクロ波−ＤＣコンバータ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｔｏ  ＤＣ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）」は、図１に示すブリッジ整流回路を用いてマイクロ波電力をＤＣに変換する装置を開示している。
【０００４】
共に本明細書に引用して援用する、米国特許第６１４０９２４号明細書「アンテナ回路の整流（Ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）」、および米国特許第６６１５０７４号明細書「遠隔ステーションの電圧印加装置および関連方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ  ａ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）」などの最近の特許は、図２に示す電圧倍増整流構成を用いて実施されるＲＦ−ＤＣコンバータを記載している。
【０００５】
入力電力および負荷インピーダンスが一定である場合、これらの回路の機能は容認可能である。しかし入力電力または負荷インピーダンスの変動は回路の全体変換効率を悪化させる。変換効率は整流出力ＤＣ電力を整流器への交流（ＡＣ）電力入力で割ったものとして規定される。負荷抵抗（または投下抵抗）および入力電力の変化がどのくらい変換効率に影響するのかの例は、それぞれ図３および４に示されている。
【０００６】
変動入力電力および出力負荷に対する整流器変換効率の変化は、本明細書に引用して援用する米国特許第６２１２４３１号明細書「埋め込み装置用電力伝送回路（Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」に記載され、段落１、５５〜６２行に電力を外部コイルから埋め込み装置へ誘導的に伝送する場合、「残念ながら埋め込み装置に関連する負荷も、外部コイルと埋め込みコイルとの間の離間距離も一定ではない。これらのパラメータの各々は実際には可変であり、例えば離間距離の場合３から１５ｍｍに、および負荷の場合２０から３００オームに変化し得る。その結果外部装置と埋め込み装置との間の最適電力伝送はほとんど達成されない。このため最適に及ばない電力伝送条件が存在し…」ということを教示している。この引用文において、離間距離は埋め込み装置への入力電力の変化と類似している。米国特許第６２１２４３１号明細書に提案された解決法は、外部送信コイルに関する整合パラメータを変化させて、外部送信コイルから埋め込み需要受信コイルへの電力伝送を最適化することである。米国特許第６２１２４３１号明細書に開示された発明は、送信機における解決法を実施し、これは送信機がその出力を単一受信機に基づいて変化させなければならないため、システムを１つの受信機に限定する。また米国特許第６２１２４３１号明細書は、整流回路およびこれが提示された方法および装置に対して有する効果について記述がない。加えて米国特許第６２１２４３１号明細書は誘電結合に依存し、それは変圧器の二次側のインピーダンスを一次側へ反射するのと同様に、埋め込み装置のインピーダンスを送信コイルにより見ることができる。本明細書に記載された本明細書は誘電または近接場電力伝送にのみ依存するのではなく、受信負荷を送信側に反射することが不可能な非近接場での動作を含む。
【０００７】
変動負荷インピーダンスも、本明細書に引用して援用する米国特許第６７９４９５１号明細書で実験され、気体をイオン化してプラズマ化する送信回路を記載している。それに提示されている問題は送信機により見られる負荷がチャンバ内のプラズマの状態により変化することである。プラズマがない場合、送信機はあるインピーダンス値になる。しかしチャンバ内にプラズマがある場合、異なるインピーダンス値が送信機により見られる。この課題に対処するために、米国特許第６７９４９５１号明細書は、切替選択システムにより制御されるデュアルインピーダンス整合回路を提案している。スタートモード中、チャンバ内にプラズマがない場合は第１のインピーダンス整合回路を用いて整合する。動作モード中、第２のインピーダンス整合回路を用いてチャンバ内にプラズマがあるシステムを整合する。解決法はＲＦ送信機の個々の負荷値を駆動する方法を提示する。この解決法は送信機側に限定され、インピーダンス整合ネットワークを設計するために複数のモード中に見られる個々のインピーダンス値が分からなければならず、アクティブ切替を有して整合ネットワークを制御しなければならず、ＲＦ出力を提供するように設計されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の簡単な概要
本発明は電力変換装置に関連する。装置は電気信号を受信する少なくとも１つのインピーダンス整合ネットワークを備える。装置はインピーダンス整合ネットワークと連通している複数のＡＣ−ＤＣコンバータを備える。
【０００９】
本発明は負荷に電力供給する方法に関連する。方法はインピーダンス整合ネットワークにおいて電気信号を受信するステップを含む。インピーダンス整合ネットワークと連通している複数のＡＣ−ＤＣコンバータにおいて信号を変換するステップがある。複数のＡＣ−ＤＣコンバータと連通している負荷に電流を供給するステップがある。
【００１０】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は最小値の少なくとも１００倍に及ぶ抵抗負荷範囲に対して、少なくとも５０％の信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含む、信号を収穫するエネルギー・ハーベスタを備える。
【００１１】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を充電または再充電する場合、少なくとも５０％の信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含む、信号を収穫するエネルギー・ハーベスタを備える。
【００１２】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を充電または再充電する場合、少なくとも５０％の信号の変換効率を提供するＡＣをＤＣに変換する手段を含む、信号を収穫する手段を備える。
【００１３】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して、少なくとも５０％の信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含む、信号を収穫するエネルギー・ハーベスタを備える。
【００１４】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は電気信号を受信する少なくとも２つの第１のインピーダンス整合ネットワークを備える。装置は第１のインピーダンス整合ネットワークと連通している少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを備える。装置は第１の整合ネットワークと電気的に連通している合成器を備える。
【００１５】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備える。装置は少なくとも２つの非線形素子を備え、少なくとも２つの非線形素子が異なる特性を有する。
【００１６】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は効率に少なくとも２つのピークを有する入力信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備える。
【００１７】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は所定の距離から距離の１０倍の範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備える。
【００１８】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は第１の効率で第１の距離において第１の入力電力を受信するように構成された少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータが第２の効率で第２の距離において第２の入力電力を受信する。第１の距離が第２の距離より大きく、第１の効率が第２の効率と実質的に同様である。
【００１９】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は少なくとも１６ｄＢの入力電力範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備える。
【００２０】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は所定最小値の少なくとも４０倍に及ぶ抵抗負荷範囲に対して、２．０未満の入力ＳＷＲを提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備える。
【００２１】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力抵抗が入力電力または負荷抵抗の変化に応じて変化する。
【００２２】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備える。
【００２３】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、所定最小値の少なくとも１００倍に及ぶ抵抗負荷範囲に対して、少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。
【００２４】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を充電または再充電する場合、少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。
【００２５】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を再充電する場合、少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供するＡＣをＤＣに変換する手段を含む、入力信号を収穫する手段を備える。
【００２６】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は電気信号を受信する少なくとも２つの第１のインピーダンス整合ネットワークを備える。装置は第１の整合ネットワークと電気的に連通している合成器を備える。装置は合成器を介して第１のインピーダンス整合ネットワークと連通している少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを備える。
【００２７】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。装置は少なくとも２つの非線形素子を備え、少なくとも２つの非線形素子が異なる特性を有する。
【００２８】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、効率に少なくとも２つのピークを有する入力信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。
【００２９】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、所定の距離から距離の１０倍の範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。
【００３０】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、第１の効率で第１の距離において第１の入力電力を受信するように構成された少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータが第２の効率で第２の距離において第２の入力電力を受信する。第１の距離が第２の距離より大きく、第１の効率が第２の効率と実質的に同様である。
【００３１】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、１６ｄＢ超の入力電力範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。
【００３２】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、所定最小値の少なくとも４０倍に及ぶ抵抗負荷範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。
【００３３】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力抵抗が入力電力または負荷抵抗の変化に応じて変化する。
【００３４】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、効率対負荷抵抗に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。
【００３５】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は入力インターフェースと、効率対出力電流に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。
【００３６】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は効率対負荷抵抗に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備える。
【００３７】
本発明は電力変換装置に関連する。装置は効率対出力電流に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
発明の詳細な説明
本発明の完全な理解は、全体通して同様な参照文字が同様な部品を特定する添付の図面と一緒に以下の説明から得られるであろう。
【００３９】
以下説明の目的のため、用語「上方」、「下方」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上部」、「下部」およびそれらの派生語は、図面内に配向されているように本発明に関するものとする。しかし本発明は特に反対の内容を明示する場合を除き、様々な代替変形例およびステップシーケンスを取り得ることは理解されよう。添付の図面に図示するとともに以下の明細書に説明する特定の装置およびプロセスは、単に本発明の例示的実施形態であることも理解されよう。そのため本明細書に開示された実施形態に関する特定の寸法と他の物理的特性とは限定として考えるべきではない。
【００４０】
ここでいくつかの図を通して同様な参照番号が同様または同一の部品を指す図面、特に図９を参照すると、電力を変換する装置１０が示されている。装置１０は電気信号を受信する少なくとも１つの第１のインピーダンス整合ネットワーク１２を備える。装置１０は第１のインピーダンス整合ネットワーク１２と連通している複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４を備えるとともに、負荷１６と連通可能であるように構成されており、装置１０は入力と連通可能であるように構成されている。
【００４１】
好適には複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４と連通している複数の第１のインピーダンス整合ネットワーク１２がある。装置１０は好適に信号を第１のインピーダンス整合ネットワーク１２に向けるセレクタ１８を含む。好適にはセレクタ１８はアクティブまたはパッシブである。
【００４２】
装置１０は好適にＡＣ−ＤＣコンバータ１４の出力を合成する、複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４に接続された合成器２０を含む。好適には合成器２０はアクティブまたはパッシブである。複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４は好適に複数のＡＣ−ＤＣ経路２２を規定し、各経路は所与の特性に対して最適化されている。装置１０は装置１０のインピーダンスを入力のインピーダンスと整合するように構成された第２のインピーダンス整合ネットワーク２４を含むことができる。好適には各ＡＣ−ＤＣ経路２２は所定のインピーダンス値と整合されている。各ＡＣ−ＤＣ経路２２は好適には異なる出力抵抗を有する。各ＡＣ−ＤＣコンバータ１４入力を、少なくとも１つの第１のインピーダンス整合ネットワーク１２を用いて、異なる入力電力レベルの所定のインピーダンス値に整合させることができる。
【００４３】
セレクタ１８がアクティブである場合の実施形態では、入力電力レベルまたは負荷１６抵抗に基づいて適当なＡＣ−ＤＣコンバータ１４を選択するセレクタ制御ユニット２６があってもよい。複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４に接続されるとともに、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の出力を合成するための合成器２０があり、合成器２０がアクティブであるとともに合成器制御ユニット３０を含んでもよい。セレクタ１８制御ユニットおよび合成器２０制御ユニットは同じ制御ユニットでもよい。
【００４４】
他の実施形態において、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４のうちの一方の出力抵抗は、負荷１６がある時間そこにあるかその近くにある１つのディスクリート抵抗にあるかその近くにあるように設計されており、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４のうちの他方の出力抵抗は、負荷１６が別のある時間そこにあるかその近くにある異なるディスクリート抵抗にあるかその近くにあるように設計されている。
【００４５】
各ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は関連する最適負荷１６に対応する異なる出力抵抗を有することができる。ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の一方の入力インピーダンスを、１つの電力レベルの所定値に整合させることができるとともに、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の他方の入力インピーダンスを、異なる電力レベルの他の所定値に整合させることができる。
【００４６】
負荷は図１５に示すように、各ＡＣ−ＤＣコンバータ１４が電気的に連通しているバッテリ３２でもよく、各ＡＣ−ＤＣ経路２２は特定の入力電力レベルおよび負荷１６抵抗に対して最適化されている。図１６に示すように、複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４とバッテリ３２との間に接続されるとともに、電圧レベルが特定範囲に留まることを確実にする電圧監視回路３４があってもよい。複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４および少なくとも１つの第１の整合ネットワークが配置されたプリント回路基板３６があってもよい。
【００４７】
さらに他の実施形態において装置１０は電気信号を生成するエネルギー・ハーベスタ３８に含まれる。エネルギー・ハーベスタ３８は図２５に示すように、アンテナ４８、圧電素子５０、太陽電池、発電機、振動ハーベスタ、音響ハーベスタまたは風ハーベスタを含んでもよい。複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４のうちの少なくとも一方は、それぞれ図１９または２０に示すように単一ダイオード全波整流器４０または単一ダイオード半波整流器４２のいずれかであってもよい。複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４のうちの少なくとも一方は電圧ダブラーであってもよい。
【００４８】
負荷１６はＡＣ−ＤＣコンバータ１４のうちの少なくとも一方と電気的に連通している少なくとも１つの蓄電素子４４を含んでもよい。図１０に示すように負荷１６を負荷１６の最適抵抗にまたはその近くに固定することができるとともに、電気信号は可変の入力電力を供給する。図１１に示すように負荷１６は可変であってもよく、電気信号は固定された入力電力を供給する。代替的には図１３に示すように負荷１６は可変であってもよく、電気信号は可変である入力電力を供給する。負荷１６はＬＥＤであってもよい。
【００４９】
本発明は負荷１６に電力供給する方法に関連する。方法はインピーダンス整合ネットワークで電気信号を受信するステップを備える。インピーダンス整合ネットワークと連通している複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４における信号を変換するステップがある。複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４と連通している負荷１６に電流を供給するステップがある。
【００５０】
好適には受信ステップは、複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４と連通している複数のインピーダンス整合ネットワークで電気信号を受信するステップを含む。好適にはセレクタ１８で信号を向けるステップがある。好適にはセレクタ１８はアクティブまたはパッシブである。
【００５１】
複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力を負荷１６に接続された合成器２０で合成するステップがあり得る。好適には合成器２０はアクティブまたはパッシブである。
【００５２】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。
【００５３】
好適にはＡＣ−ＤＣコンバータ１４はエネルギー・ハーベスタ３８で用いられる。エネルギー・ハーベスタ３８はアンテナ４８を含んでもよい。代替的にはエネルギー・ハーベスタ３８は圧電素子５０を含んでもよい。
【００５４】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は所定の最小値の少なくとも１００倍に及ぶ抵抗負荷１６範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。
【００５５】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を再充電する際に少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。
【００５６】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０はＡＣをＤＣに変換する手段を含む入力信号を収穫する手段を備え、ＡＣをＤＣに変換する手段は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を再充電する際に少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。ＡＣをＤＣに変換する手段はＡＣ−ＤＣコンバータ１４であってもよい。信号を収穫する手段はエネルギー・ハーベスタ３８であってもよい。
【００５７】
本発明は図１２に示すような電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は電気信号を受信する少なくとも２つの第１のインピーダンス整合ネットワーク１２を備える。装置１０は第１のインピーダンス整合ネットワークと電気的に連通している合成器２０を備える。装置１０は合成器２０を介して第１のインピーダンス整合ネットワーク１２と連通している少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を備える。好適には合成器２０はスイッチである。
【００５８】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備える。装置１０は少なくとも２つの非線形素子を備え、少なくとも２つの非線形素子は異なる特性を有する。
【００５９】
好適には少なくとも２つの非線形素子は１つまたは複数のダイオード、ＭＯＳＦＥＴまたはトランジスタである。異なる特性は好適には異なるインピーダンスまたは異なる抵抗である。
【００６０】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は効率に少なくとも２つのピークを有する入力信号の変換効率を提供する。
【００６１】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は所定の距離からその距離の１０倍の範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。
【００６２】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は第１の効率で第１の距離において第１の入力電力を受信するように構成された少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は第２の効率で第２の距離において第２の入力電力を受信する。第１の距離は第２の距離より大きいとともに、第１の効率は第２の効率と実質的に同様である。
【００６３】
好適には第１の入力電力および第２の入力電力は電力パルスにより形成されている。
【００６４】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は少なくとも１６ｄＢの入力電力範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する。
【００６５】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は所定の最小値の少なくとも４０倍に及ぶ抵抗負荷１６範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する。
【００６６】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の出力抵抗が入力電力または負荷１６抵抗の変化に応じて変化する。
【００６７】
装置１０は好適には電圧レベルが特定範囲内に留まることを確実にする電圧監視回路３４を含む。
【００６８】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を含むエネルギー・ハーベスタ３８を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。
【００６９】
好適にはＡＣ−ＤＣコンバータ１４はエネルギー・ハーベスタ３８で用いられる。エネルギー・ハーベスタ３８はアンテナ４８を含んでもよい。代替的にはエネルギー・ハーベスタ３８は圧電素子５０を含んでもよい。
【００７０】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４とを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は所定の最小値の少なくとも１００倍に及ぶ抵抗負荷１６範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。入力インターフェースはコネクタ、ワイヤ、ピン、リード、または入力信号を受け付けることができる任意の他の適当な素子であり得る。
【００７１】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４とを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を再充電する際に少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。
【００７２】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０はＡＣをＤＣに変換する手段を含む入力信号を収穫する手段を備え、ＡＣをＤＣに変換する手段は少なくとも２０ｄＢに及ぶ入力電力範囲に対して電荷蓄積装置を再充電する際に少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。
【００７３】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は電気信号を受信する少なくとも２つの第１のインピーダンス整合ネットワーク１２を備える。装置１０は第１のインピーダンス整合ネットワーク１２と連通している少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を備える。装置１０は第１の整合ネットワークと電気的に連通している合成器２０を備える。好適には合成器２０はスイッチである。
【００７４】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４とを備える。装置１０は少なくとも２つの非線形素子を備え、少なくとも２つの非線形素子は異なる特性を有する。好適には少なくとも２つの非線形素子は１つまたは複数のダイオード、ＭＯＳＦＥＴまたはトランジスタである。異なる特性は好適には異なるインピーダンスまたは異なる抵抗である。
【００７５】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４とを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は効率に少なくとも２つのピークを有する入力信号の変換効率を提供する。
【００７６】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４とを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は所定の距離からその距離の１０倍の範囲に対して少なくとも５０％の入力信号の変換効率を提供する。
【００７７】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと第１の効率で第１の距離において第１の入力電力を受信するように構成された少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４を備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は第２の効率で第２の距離において第２の入力電力を受信する。第１の距離は第２の距離より大きいとともに、第１の効率は第２の効率と実質的に同様である。好適には第１の入力電力および第２の入力電力は電力パルスにより形成されている。
【００７８】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４とを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は少なくとも１６ｄＢの入力電力範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する。
【００７９】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４とを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は所定の最小値の少なくとも４０倍に及ぶ抵抗負荷１６範囲に対して２．０未満の入力ＳＷＲを提供する。
【００８０】
本発明は電力を変換する装置１０に関連する。装置１０は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４とを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の出力抵抗が入力電力または負荷１６抵抗の変化に応じて変化する。装置１０は好適には電圧レベルが特定範囲内に留まることを確実にする電圧監視回路３４を含む。
【００８１】
本発明は電力を変換する装置に関連する。装置は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータは効率対負荷抵抗に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する。
【００８２】
本発明は電力を変換する装置に関連する。装置は入力インターフェースと少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータとを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータは効率対出力電流に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する。
【００８３】
本発明は電力を変換する装置に関連する。装置は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータは効率対負荷抵抗に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する。
【００８４】
本発明は電力を変換する装置に関連する。装置は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣコンバータを含むエネルギー・ハーベスタを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータは効率対出力電流に少なくとも２つのピークを有する変換効率を提供する。
【００８５】
本発明は負荷および入力電力レベルを変化させる効率的なＡＣ−ＤＣ変換のための、従来技術よりはるかに優れた解決法を提供する方法および装置１０を開示する。この場合のＡＣからＤＣへの効率的な変換は５０％より大きいものと規定されるが、異なる用途は異なる定義を有し得る。本発明は誘導（近接）だけでなく非近接領域にも適用可能である。非近接領域は一般に
【数１】
0005637659.tif 000002
として規定され、ここでｒは送受信アンテナ４８間の距離であり、Ｄは送信または受信アンテナ４８の最大寸法であり、ラムダは波長である。本発明はＡＣ−ＤＣ回路で実施され、参照した従来技術とは異なり複数の装置を単一電力伝送装置により動作させ、伝送側の解決を実施する。
【００８６】
従来技術を検討すると、図２に示す回路が適正に設計されている場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４および負荷１６の等価インピーダンスへの影響が最小の状態で、固定抵抗負荷１６を限定入力電力範囲にわたり駆動することができる。しかし負荷１６が変わると、変換効率が低下する。大きな低下は２パーセント以上効率を低下させ、および／またはＡＣ−ＤＣ変換効率を５０％変換効率などの用途特定閾値未満に低下させるとものである考えられる。一例として、図２の回路を負荷１６として電位差計で構成した。入力を５０オームに一致させるとともに、ＲＦネットワーク分析器に接続させた。そして１０ｋオーム、５ｋオーム、２．５ｋオーム、および１．２５ｋオームの電位差計設定の場合の、ＡＣ−ＤＣ変換効率を様々入力電力レベルに対して測定した。図５に見られる結果は、１０ｋオームという最適負荷１６から５ｋオームへの変化は、０ｄＢｍ（ｄＢｍは１ミリワットを基準としたデシベルである）におけるＡＣ−ＤＣ変換効率を、それぞれ６６．２５パーセントから５９．５８パーセントへ低下させることを示している。低下は１０ｋオームから２．５ｋオームへの変化に関してより大きく、０ｄＢｍにおけるＡＣ−ＤＣ変換効率をそれぞれ６６．２５パーセントから４３．１８パーセントへ低下させる。低下は１０ｋオームから１．２５ｋオームへの変化に関してさらに劇的であり、０ｄＢｍにおけるＡＣ−ＤＣ変換効率をそれぞれ６６．２５パーセントから２６．９１パーセントへ低下させる。
【００８７】
しかし本明細書に記載された本発明は、図５に示した従来技術のような負荷１６抵抗により大きく影響を受けるＡＣ−ＤＣ変換効率を有さない。これを説明するために本発明を１０ｋオーム、５ｋオーム、２．５ｋオームおよび１．２５ｋオームの設定で負荷１６としての電位差計によっても測定した。これらの結果が図６に示されており、１０ｋオームという最適負荷１６から５ｋオームへの変化は、０ｄＢｍにおけるそれぞれ６１．７５パーセントから５４．１９パーセントへＡＣ−ＤＣ変換効率させるに過ぎないことを説明している。１０ｋオームから２．５ｋオームへの変化は、０ｄＢｍにおけるＡＣ−ＤＣ変換効率をそれぞれ６１．７５パーセントから５４．９４パーセントへ低下させる。１０ｋオームから１．２５ｋオームへの変化は、０ｄＢｍにおけるＡＣ−ＤＣ変換効率をそれぞれ６１．７５パーセントから４８．４２パーセントへ低下させる。図示のように本発明は０ｄＢｍにおける最適負荷１６抵抗で若干低いＡＣ−ＤＣ変換効率を有するが、他の負荷１６におけるＡＣ−ＤＣ変換効率は特に負荷１６抵抗の最低値、１．２５ｋオームで従来技術より高い状態を維持する。本発明は０ｄＢｍを超える電力レベルにおいて従来技術より大幅に優れている。
【００８８】
図５に示した変換効率の低下は、バッテリ３２または大型キャパシタまたはＬＥＤなどの他の蓄電素子４４が、再充電または電力供給の目的のためＡＣ−ＤＣコンバータ１４に接続されている場合に増大する。バッテリ３２、蓄電素子４４またはＬＥＤはきわめて一定の電圧を保つため、入力電力の変化は出力電流の変化を生じ、それがＡＣ−ＤＣコンバータ１４の出力に見られる等価抵抗を変化させる。等価抵抗は出力電流で割られる出力電圧として規定される。一例として１ミリワット（１ｍＷ）が、３ボルトバッテリ３２に接続されたＡＣ−ＤＣコンバータ１４に入力されるとともにＡＣ−ＤＣ変換効率が５０パーセントである場合には、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４により見られる等価負荷１６は、
【数２】
0005637659.tif 000003
により与えられ、ここでＶＢはバッテリ３２電圧、ＩＢはバッテリ３２を流れる電流、ｅはＡＣ−ＤＣ変換効率、ＰＩＮはＡＣ−ＤＣコンバータ１４への入力電力、およびＰＯＵＴはＡＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力電力である。この例の場合等価抵抗は１８ｋオームである。しかし入力電力が２ミリワット（２ｍＷ）に変化するとともに、変換効率が５０パーセントのままである場合には、等価抵抗が９ｋオームに低下する。この例を用いると等価負荷１６抵抗はＡＣ−ＤＣコンバータ１４への入力電力に反比例することが分かる。
【００８９】
ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の変換効率の変化を２種類に分けることができる。第１にＡＣ−ＤＣコンバータ１４および負荷１６の等価インピーダンスＺＥＱが電源インピーダンスの複素共役でない場合、電力が失われ（反射され）得る。一例が図７に示されている。この損失は当業者には周知の最大電力伝達定理を検討することにより分かる。最大電力伝達定理は電源および負荷１６インピーダンスが複素共役である場合、最大電力が電源から負荷１６に伝達されるということを記述している。
【００９０】
第２の型の効率損失は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４のＤＣ出力抵抗と負荷１６抵抗との間の不整合により発生する。本発明の目的のため１０パーセントを超える電力が反射または失われる場合には、インピーダンス不整合は大きいと考えられる。ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の場合、出力はＤＣであるため抵抗は同等でなければならない。ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の出力の簡略化等価回路が図８に見られ、ここでＲＯはＡＣ−ＤＣコンバータ１４のＤＣ出力抵抗であり、ＲＬは負荷１６抵抗である。図８および最大電力伝達定理から、ＲＯ＝ＲＬの場合、最大電力がＡＣ−ＤＣコンバータ１４から負荷１６に供給される。この条件はそのため最適負荷１６抵抗と称される。なお２つの効率損失はつながっている。一例として、負荷１６抵抗を変化させることはＤＣ出力不整合による損失を発生させるだけでなく、負荷１６抵抗の変化は電源により見られる等価インピーダンスも変化させ、それにより入力整合が発生する。
【００９１】
本発明は複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４を用いて複数のＡＣ−ＤＣ経路２２を作製することにより、前述の２つの効率損失に対処する。複数の経路により、各経路を所与の特性に対して最適化して広範囲の入力パラメータにわたりほぼ最適な性能を提供することができる。
【００９２】
本発明を多数の異なる組み合わせに対して実施することができる。第１の実施形態では、負荷１６を上述した最適負荷１６抵抗にまたはその近くに固定するとともに入力電力は可変である。前述したように適正な設計により、図２のＡＣ−ＤＣコンバータ１４は限定入力電力範囲にわたり固定負荷１６を効率的に駆動することができる。これは図５で分かる。しかし従来技術により提供できるものより広い入力電力範囲にわたり負荷１６を効率的に駆動することが望ましい場合には、またはそれが負荷１６が固定されている他の用途において有利であると分かる場合には、本発明を用いることができる。本発明の実施形態のブロック図は図９に見られ、ＡＣ−ＤＣコンバータはセレクタと、２つの第１のインピーダンス整合ネットワーク１２と、２つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４と、入力および負荷１６と連通している合成器２０とを含む。
【００９３】
図９に示すように、入力は第２のインピーダンス整合ネットワーク２４を用いて、セレクタ１８、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４およびそれらの関連第１のインピーダンス整合ネットワーク１２、合成器２０、ならびに負荷１６の等価回路に初期整合された、電源インピーダンスＲＳを有するＡＣ電源である。第１および第２のインピーダンス整合ネットワーク１２、２４は、限定はされないがＰｉ、Ｔ、Ｌ単一直列素子、またはインダクタとキャパシタとの組み合わせを含み得る単一シャント素子ネットワークであり、当業者に周知であるとともに、著者ウィルフレッド  Ｎ．キャロン（Ｗｉｌｆｒｅｄ  Ｎ．Ｃａｒｏｎ）「アンテナインピーダンス整合（Ａｎｔｅｎｎａ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ）」、および著者ピーター  Ｌ．Ｄ．エイブリー（Ｐｉｅｔｅｒ  Ｌ．Ｄ．Ａｂｒｉｅ）「高周波およびマイクロ波増幅器に対するインピーダンス整合ネットワークの設計（Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｆｏｒ  Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ）」の書籍に詳細に記載されており、共に本明細書に引用して援用する。なお第１および第２のインピーダンス整合ネットワーク１２、２４で用いられるキャパシタおよびインダクタは固有素子、プリント回路基板３６（ＰＣＢ）またはチップなどの基板上に形成された素子、基本素子、または無給電素子であり得る。第２のインピーダンス整合ネットワーク２４からの出力はセレクタ１８に接続されており、セレクタ１８は信号を適当なＡＣ−ＤＣ経路２２に向ける。セレクタ１８は限定はされないが、マイクロストリップ線路などの単純有線接続、平衡不平衡（バラン）変成器、またはトランジスタなどのアクティブ切り替え回路、ｐｉｎダイオード、または継電器であり得る。各ＡＣ−ＤＣ経路２２は、それぞれの第１のインピーダンス整合ネットワーク１２および当業者に周知のインピーダンス整合技術を用いて、異なる電力レベルにおいて標準的なアンテナタイプの５０オームなどの所定のインピーダンス値と整合されている。そして各ＡＣ−ＤＣコンバータ１４からの出力は合成器２０を用いて合成されるとともに、合成ＤＣが負荷１６に送られる。合成器２０は限定されないが、マイクロストリップ線路などの単純な有線接続、ダイオードなどの個々の構成要素、もしくはトランジスタ、ｐｉｎダイオードまたは継電器などのアクティブ切り替え回路であり得る。入力に隣接する第２のインピーダンス整合ネットワーク２４は、２つの経路が互いに干渉している場合には必要であり、それは直接有線接続で実施できるパッシブセレクタ１８および／または合成器２０を用いる場合にあり得る。本発明とともに用いることができるＡＣ−ＤＣコンバータ１４は、限定されないが電圧ダブラー（１つまたは複数段）、電荷ポンプ、ピーク検出器（直列またはシャント）、ブリッジ整流器、または他のＡＣ整流回路であり得る。
【００９４】
図２に示した回路は、０ｄＢｍで整合されるとともに適正に設計されている場合、−７〜＋１０ｄＢｍ（１７ｄＢ範囲、図５参照）の範囲にわたり固定最適負荷１６抵抗を効率的に駆動することができる。しかし−２０〜＋１０ｄＢｍの範囲が必要である場合には、図２の回路は図４に示した影響を蒙るとともに、低電力レベル（−７ｄＢｍ未満）では変換効率は５０パーセント未満に低下する。この場合の変換効率の低下は、インピーダンス不整合による図２のＡＣ−ＤＣコンバータ１４への入力で反射される電力により生じる。インピーダンス不整合は入力電力の変化により生じる。ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は非線形素子を含む。素子の非線形性は電力レベルに伴うそれらのインピーダンス値変化を意味し、電源とＡＣ−ＤＣコンバータ１４との間のインピーダンス不整合を生じる。
【００９５】
この問題に対する解決法は図９に示したＡＣ−ＤＣコンバータ１４を用いることであり、ここで上部ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は−１３ｄＢｍにおいて整合されているとともに、下部ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は＋０ｄＢｍで整合されている。そしてセレクタ１８は入力電力レベルに応じて入力信号に対して適当な経路を選択することができる。上部ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は、前述したように１７ｄＢｍ範囲にわたり固定最適負荷１６抵抗を駆動することが可能であり、それは−２０ｄＢｍ〜−３ｄＢｍ範囲にわたり入力ＡＣ信号を効率的に変換できることを意味する。下部ＡＣ−ＤＣコンバータ１４も１７ｄＢｍ範囲にわたり入力ＡＣ信号を効率的に変換することが可能であり、それは−７ｄＢｍ〜＋１０ｄＢｍの電力レベルを有する入力信号を変換できることを意味する。２つのＡＣ−ＤＣコンバータ１４の組み合わせにより、ＡＣ−ＤＣ変換システム全体は−２０ｄＢｍ〜＋１０ｄＢｍ、すなわち単一のＡＣ−ＤＣコンバータ１４の範囲の２０倍である３０ｄＢｍ電力範囲の入力電力レベルを受け付けることができる。
【００９６】
なおセレクタ１８はアクティブでもパッシブでもよい。アクティブの場合、制御ユニットを用いて電力レベルまたは負荷１６抵抗に基づいて、入ってくる信号に対して適当な経路を選択する。セレクタ１８がパッシブユニットである場合には、限定はされないが単純な有線接続により実施することができる。この場合信号は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の第１のインピーダンス整合ネットワーク１２の両方の入力に供給される。信号はほとんどの電力が入力信号の電力レベルにおいて最も不整合が小さい経路を選択する状態で分かれる。
【００９７】
合成器２０はシステムの残りの部分の構成に応じて多様な型を取り得る。一例として合成器２０はアクティブの場合には、セレクタ１８がアクティブの場合に用いられるものと同様なスイッチと共に実施され得るとともに、両方とも同一コントローラまたは異なるコントローラにより制御することもできる。アクティブの場合、制御ユニットを用いて電力レベルまたは負荷１６抵抗に基づいて、入ってくる信号に対して適当な経路を選択する。パッシブシステムが有利である場合、未使用のＡＣ−ＤＣ経路２２の出力が性能に影響しない限り合成器２０を単純な有線接続で、または１つまたは複数の遮断ダイオードで実施することができる。セレクタ１８および合成器２０の両方に対してパッシブの場合の例示的コンバータが図１０に示されており、整合は前述例と整合するように構成されている。
【００９８】
本発明を実施できる方法に対する第２の実施形態は、固定入力電力と可変負荷１６抵抗を有することであり、これは図１１に示されている。
【００９９】
図２の従来技術の回路において、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４出力抵抗と負荷１６抵抗との不整合による最大電力伝達定理により説明される損失がある。対応する変換効率は図３に示すものと同様である。図２のＡＣ−ＤＣコンバータ１４を最適負荷１６抵抗以外の負荷１６に整合させることにより、その負荷１６抵抗値における入力不整合により生じる変換効率の損失を最小限に抑えることができる。しかしなおＡＣ−ＤＣコンバータ１４出力ＤＣ抵抗と負荷１６抵抗との間の不整合による変換効率の損失があり、変換効率は図３に示したものと同様な形を取る。また負荷１６抵抗の変化により生じる、入力のインピーダンスとＡＣ−ＤＣコンバータ１４の入力との間のインピーダンス不整合による損失がある。
【０１００】
本発明を用いて、図１１の上部ＡＣ−ＤＣコンバータ１４を、可変負荷１６がある時間そこにあるかその近くにある１つのディスクリート抵抗に整合することにより、低下変換効率の課題に対処することができる。図１１の下部ＡＣ−ＤＣコンバータ１４を、可変負荷１６がある時間そこにあるかその近くにある異なるディスクリート抵抗に整合させる。この技術は図５に示したような負荷１６抵抗の変化により生じる、入力のインピーダンスとＡＣ−ＤＣコンバータ１４の入力との間のインピーダンス不整合により生じる損失を低減する。しかしこの場合ＡＣ−ＤＣコンバータ１４出力ＤＣ抵抗と負荷１６抵抗との間の不整合により生じる損失はなお存在する。
【０１０１】
２つの前述の実施形態、固定入力電力／可変負荷１６抵抗および固定負荷１６抵抗／可変入力電力において、図１２に示すように合成器２０がＡＣ−ＤＣコンバータ１４の前に配置されている場合には、複数のＡＣ−ＤＣコンバータ１４経路は必要ない場合があることが観察できる。これは基本的には同一ＡＣ−ＤＣコンバータ１４と連動する２つの第１のインピーダンス整合ネットワーク１２の切り替えになる。この実現はセレクタ１８および合成器２０による選択が、コントローラにより制御されるトランジスタ、ｐｉｎダイオード、または継電器などのアクティブ素子で行われる場合に有効である。パッシブ選択が単純有線接続により用いられる場合には、平行整合ネットワークが従来技術に存在する同じ問題を生じる単一整合ネットワークに低下するという事実のため、単一のＡＣ−ＤＣコンバータ１４を用いる実現は有効でなくなる。
【０１０２】
パッシブ選択の場合、各経路上のＡＣ−ＤＣコンバータ１４はＡＣ信号が出力に存在しないようにする。出力におけるＡＣの欠如は２つの経路出力が破壊的に干渉しなくなるということを意味する。出力におけるＡＣの欠如は位相の破壊と称されることがある。なおアクティブ選択の場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４を両方含むことがなお有利であることが分かる場合がある。しかし多くの用途の場合ＡＣ−ＤＣコンバータ１４を単一のＡＣ−ＤＣコンバータ１４に低減できる。
【０１０３】
本発明を実施できる方法の第３以上の実施形態は、可変入力電力および可変負荷１６抵抗に対するものであり、図１３に示されている。
【０１０４】
ＲＦ−ＤＣ変換などのＡＣ−ＤＣ変換用途における現実的な状況は、可変入力電力と可変負荷１６抵抗とを有することである。この状況は前述の２つの実施形態に付随する問題（固定入力電力／可変負荷１６抵抗および固定負荷１６抵抗／可変入力電力）を結合する。これらの問題はＡＣ−ＤＣコンバータ１４の入力および出力インピーダンス不整合により生じる損失である。入力インピーダンス不整合に対する解決法は第１の実施形態に提示され、各経路を最適負荷１６抵抗に対して異なる電力レベルで整合させた。この実施形態に伴う問題は、最適負荷１６抵抗に限定されたということである。第１の実施形態に残る問題は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４の出力抵抗と抵抗負荷１６との間の抵抗不整合により非最適負荷１６に対して生じる損失であった。この問題は各経路を異なる抵抗と整合させることにより第２の実施形態において対処された。第２の実施形態に伴う課題は固定電力に対するものであるとともに、電力レベル変化がＡＣ−ＤＣコンバータ１４への入力における不整合を生じさせ、そのため変換効率が低減するということであった。
【０１０５】
出力不整合損失および入力不整合損失に対する解決法は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４のパラメータを異なる出力抵抗を有するように調整して、コンバータが２つ以上の最適負荷１６を有することである。換言すれば出力抵抗は入力電力および／または負荷１６抵抗と共に変動する。パラメータは異なるダイオード、トランジスタ、または他の非線形素子を用いることにより、または異なるＡＣ−ＤＣトポロジーを用いることにより調整され得る。好適には少なくとも１つのダイオードが異なる抵抗、インピーダンス、ターンオン電圧、接合容量、または他の特性を有する、異なるダイオードが用いられる。そしてこの技術を各経路を異なる電力レベルで整合させた第１の実施形態に記載した方法と一緒に実施することができる。この結果は図３に示した単一のピークとは異なり、２つのピークを有するＡＣ−ＤＣ変換効率グラフを提供する。その結果得られたグラフは図１４に示すような負荷１６抵抗のより広い範囲にわたりほぼ一定の変換効率を有する。
【０１０６】
複数のＡＣ−ＤＣ経路２２を異なる出力抵抗を有する異なる入力電力レベルで整合させた技術は、コンバータを再充電する目的でバッテリ３２にまたは直接電力供給のためにＬＥＤに接続する場合特に良好に作用する。バッテリ３２またはＬＥＤ等価抵抗は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４への入力電力に反比例し、これは低電力レベルではバッテリ３２またはＬＥＤが大きな抵抗にように見える一方、高電力レベルではバッテリ３２またはＬＥＤは小さい抵抗のように見えることを意味する。この実現により特定の電力レベルおよび負荷１６抵抗に対して各経路を最適化することができる。一例として図１３の上部ＡＣ−ＤＣ経路２２を高電力レベルでインピーダンス整合させることもできるとともに、その経路のＡＣ−ＤＣコンバータ１４を低い最適負荷１６抵抗を有するように設計することもできる。他方でより低い経路を低電力レベルでインピーダンス整合させることもできるとともに、その経路内のＡＣ−ＤＣコンバータ１４を高い最適負荷１６抵抗を有するように設計することもできる。その結果得られたパッシブセレクタ１８と合成器２０（直接配線された）とを用いたコンバータは図１５に見られる。
【０１０７】
なお充電するバッテリ３２（または他の記憶装置の場合）および回路または抵抗負荷が直接駆動される用途の場合、電圧監視回路３４を合成器２０の出力上に配置して、電圧レベルが特定の範囲内に留まることを確実にする必要があり得る。電圧監視回路３４は限定されないが、オーバー電圧保護、アンダー電圧保護、またはその２つのある組み合わせ、調整回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、または電圧レベルが特定の範囲に留まることを確実にする任意の他の回路を含むことができる。これは図１６に見られる。
【０１０８】
本明細書に記載された概念はＲＦ電力収穫用途で確認された。図２１に示したコンバータをプリント回路基板３６（ＰＣＢ）上に作製したが、コンバータを半導体または等価チップ上に形成することが可能である。作製したコンバータにおいて図のＡＣ電源および電源抵抗をエネルギー収穫アンテナ４８で実施するとともに、出力抵抗を３ボルトバッテリ３２を駆動するように設計した。試験の結果は設計が−１ｄＢｍ〜＋２０ｄＢｍの範囲にわたり５０パーセントを超える変換効率を有することを示したが、これは図１７に見られるとともに従来技術と比べる一方で、９０５．８メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数および３ボルトバッテリ３２に対するほぼ全体範囲にわたり、２．０未満の定在波比（ＳＷＲ）を維持している。ＳＷＲはＡＣ−ＤＣコンバータ１４および負荷１６抵抗の等価回路がどのくらい良好に入力のインピーダンスに整合するかを記述する測定値であり、この場合５０オームアンテナ４８であった。図２２〜２４はネットワーク分析器を用いて測定したＳＷＲデータを示す。図に示すようにＡＣ−ＤＣコンバータは−１．８２ｄＢｍ〜１４．３ｄＢｍ、すなわち１６ｄＢにわたる範囲の入力電力に対し２．０未満のＳＷＲを有した。１６ｄＢにわたる負荷１６範囲（最小値の４０倍におよぶ範囲）に対して同じことが言え、すなわちＳＷＲは２．０未満である。２．０のＳＷＲ値はおよそ１０パーセントの反射損失である。
【０１０９】
ＲＦ電力収穫用途においてコンバータの電力範囲、この例では−１ｄＢｍ〜＋２０ｄＢｍを電力伝送装置からの距離に変えることが重要である。非近接場の受信アンテナ４８で利用可能な電力が送信機と受信機との間の距離の二乗に反比例することは当業者には周知である。この事実および−１ｄＢｍ〜＋２０ｄＢｍ電力範囲（最低電力から最高電力までの差がおよそ２０ｄＢｍすなわち最低電力の１００倍である場合）を考慮すると、この例で変換効率が５０％を超える距離は、距離Ｘから電力範囲の平方根、この場合１００の平方根に比例する距離になる。この例を用いて作製されたコンバータは、距離Ｘから１０Ｘというより大きい距離まで利用可能な電力の５０％を超えて変換できることが分かる。ここでＸは電力伝送装置の電力設定、利得およびアルゴリズムにより決定される。換言すれば本発明の変換効率は距離の変化に対して実質的に変化しない。なお所与の時刻における本発明のＡＣ−ＤＣ変換効率は、瞬間的電力レベル（その所与の時刻の電力レベル）に基づくため、本明細書に引用して援用する、米国仮特許出願第６０／６５６，１６５号明細書、および関連する米国特許出願第１１／３５６，８９２号明細書に開示されたパルス化アルゴリズムなどの送信機アルゴリズムを用いて、本発明は図１７に示すようなものよりかなり低い平均入力電力レベルで効率的にＡＣ−ＤＣ変換することができる。一例として０ｄＢｍ連続波（ＣＷ）ＡＣ入力が本発明に供給される場合には、ピーク瞬間電力が０ｄＢｍであるため、図１７から変換効率はおよそ５７パーセントになる。しかし０ｄＢｍが２５パーセントデューティーサイクルでパルス化される場合には、平均電力は０ｄＢｍの４分の１または−６ｄＢｍである。図１７によれば−６ｄＢｍにおける変換効率はゼロパーセントである。しかしパルスの使用は、入力電力がパルス中に０ｄＢｍのピーク瞬間電力を有するためＡＣ−ＤＣ変換効率がなおおよそ５７パーセントであることを意味する。この例が示すように、図１７の場合−１〜２０ｄＢｍである高い変換効率領域に入るようにパルスのピーク電力レベルを調整することより、パルスの使用によって図１７のＡＣ−ＤＣ変換効率グラフをより低い電力レベルにシフトさせることができる。しかし平均電力は高い変換領域の外でもよい。ＲＦ電力収穫用途において、本発明と共にパルス方法を用いることにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４は送信機からより大きい距離におけるＣＷ信号と同じ平均電力に対して、アンテナ４８により捕捉されたＲＦエネルギーを効率的に変換することができる。
【０１１０】
光はＡＣの形状であるため、本明細書に記載した技術を太陽電池パネルにまたは他の光−ＤＣ変換回路に適用することもできる。説明した概念はなお適用可能であるが、ブロックは電気回路ではなく、限定はされないがレンズ、光フィルタ、光ファイバ等などの随意のデバイスにより表わされる。太陽電池パネルが本発明に記載された概念をどのように用いることができるかの一例は、太陽電池が図３に説明したものと同じ変換効率を受ける認識により展開できる。最大出力電力を生成する太陽電池負荷１６抵抗の最適値がある。太陽要電池パネルが２つ以上の最適抵抗負荷１６を有することができるように異なる出力抵抗を有する隣接太陽電池を作製し、太陽電池パネルが負荷１６抵抗の広い範囲にわたりほぼ最適変換効率を有することを可能にすることにより、本明細書に記載した技術を適用することもできる。
【０１１１】
太陽電池例で示すように、本発明を、限定はされないがＲＦ電力収穫においてＡＣ−ＤＣ変換する回路、圧電電力収穫、太陽電池、発電機、振動収穫、音響収穫、またはＡＣ−ＤＣの変換を必要とする任意の他の用途の整流などの様々な分野に適用することができる。上記の用途一覧が示すように、本発明はエネルギー収穫または電力収穫分野での多数の実施を有する。エネルギー収穫は周囲からのエネルギーの捕捉、および捕捉エネルギーの他のエネルギー形状への変換として規定される。捕捉エネルギーは収穫の目的のために特別に生成してもよく、またはエネルギーが周囲からのものであることを意味する外部のものでもよく、または限定されないがそれぞれ太陽光または無線通信などの他の目的のために生成してもよい。エネルギーを収穫する装置１０は、エネルギー・ハーベスタ３８と称されるとともに、限定されないがアンテナ４８、圧電素子５０、太陽電池、発電機、振動ハーベスタ、音響ハーベスタ、風ハーベスタ、エネルギーを収穫する任意の他の素子、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４、電圧ダブラー（１つまたは複数段）、電荷ポンプ、ピーク検出器（直列またはシャント）、ブリッジ整流器、他のＡＣ整流回路、または本発明を含み得る。
【０１１２】
なお上記に概説した実施形態を、限定されないがキャパシタなどの他の蓄積装置に適用することもできる。またコンバータを、限定されないがスリープモードおよびアクティブノードで動作するマイクロコントローラなどの、２つ以上の動作モードで動作する任意の回路を直接駆動するように設計することもできる。マイクロコントローラの等価抵抗はスリープモードで高くアクティブモードで低く、２つ以上の抵抗負荷１６に対するＡＣ−ＤＣの効率的変換の必要性を生じる。
【０１１３】
コンバータがさらに広い範囲の入力電力レベルおよび／または負荷１６抵抗を有する必要があり得る。この状況の場合３つ以上のＡＣ−ＤＣ経路２２を、本明細書に詳述したものと同じ手順を用いて実施することもできる。この一例は図１８に示されており、複数のＡＣ−ＤＣ経路２２が図示されている。
【０１１４】
本発明は使用できるＡＣ−ＤＣコンバータ１４のタイプに関係なく設計される。数個のＡＣ−ＤＣコンバータ１４がテストされ、本発明と共に動作することが知られている。図２は本発明でテストされた従来技術による電圧ダブラーを示す。図１９はテストされて本発明と共に動作することが知られている単一ダイオード全波整流器４０を示す。なお図２、１９、および２０に示すような異なるＡＣ−ＤＣコンバータ１４トポロジーを本発明内で用いることにより所望の効果を生じ得る。
【０１１５】
図２０はテストされて本発明と共に動作することが知られている単一ダイオード半波整流器４２を示す。本発明は任意の他のＡＣ整流回路でも動作する。
【０１１６】
図２２は９０５．８ＭＨｚにおける異なる入力電力レベルに対する、図２１に示した本発明の実施形態に対する測定入力ＳＷＲデータのグラフである。
【０１１７】
図２３は９０５．８ＭＨｚにおける異なる入力電力レベルに対する、図２１に示した本発明の実施形態に対する測定入力インピーダンスのグラフである。
【０１１８】
図２４は９０５．８ＭＨｚにおける異なる入力電力レベルに対する、図２１に示した本発明の実施形態に対する測定入力インピーダンスのグラフであり、スミスチャート円内のインピーダンスは２．０未満のＳＷＲ値に対応する。
【０１１９】
以上の説明が詳細な本発明の好適な実施形態を説明しているが、本発明の要旨と範囲とから逸脱することなく変形、追加および変更をなし得ることは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
図面の簡単な説明
【図１】従来技術のブリッジ整流回路の概略図である。
【図２】従来技術の倍電圧整流器の概略図である。
【図３】最適値が１に正規化される場合の従来技術の整流器効率対正規化負荷抵抗のグラフである。
【図４】最適値が１に正規化される場合の従来技術の整流器効率対正規化入力電力のグラフである。
【図５】様々な抵抗負荷による従来技術のＡＣ−ＤＣコンバータのグラフである。
【図６】様々な抵抗負荷による本発明のＡＣ−ＤＣ変換のグラフである。
【図７】ＡＣ−ＤＣコンバータの入力に対する簡略化等価回路の概略図である。
【図８】ＡＣ−ＤＣコンバータの出力に対する簡略化等価回路の概略図である。
【図９】固定負荷と可変入力電力とを有する本発明のブロック図である。
【図１０】パッシブセレクタおよび合成器ブロックを用いる場合の、可変入力電力を有する最適値における固定負荷のブロック図である。
【図１１】可変負荷と固定入力電力とを有する本発明のブロック図である。
【図１２】セレクタブロックによるアクティブ選択に用いられる、２つの整合ネットワークを有する１つのＡＣ−ＤＣコンバータのブロック図である。
【図１３】可変負荷と可変入力電力とを有する本発明のブロック図である。
【図１４】最低最適値が１に正規化される場合の、本発明のＡＣ−ＤＣ効率対正規化負荷抵抗、負荷電流、または入力電力のグラフである。
【図１５】広範囲の入力電力レベルにわたりほぼ最適変換効率でバッテリを充電または再充電するために用いられる本発明のブロック図である。
【図１６】合成器の後に電圧監視回路を有する本発明のブロック図である。
【図１７】従来技術と比べた本発明のＲＦ−ＤＣ変換効率のグラフである。
【図１８】変換用複数経路のブロック図である。
【図１９】本発明と共に用いられる単一ダイオード全波整流器のブロック図である。
【図２０】本発明と共に用いられる単一ダイオード半波整流器のブロック図である。
【図２１】プリント回路基板上に作製された本発明の装置の実施形態のブロック図である。
【図２２】９０５．８ＭＨｚにおける異なる入力電力レベルに対する、図２１に示した本発明の実施形態に対する測定入力ＳＷＲのグラフである。
【図２３】９０５．８ＭＨｚにおける異なる入力電力レベルに対する、図２１に示した本発明の実施形態に対する測定入力インピーダンスのグラフである。
【図２４】スミスチャート円内のインピーダンスが２．０未満のＳＷＲ値に対応する、９０５．８ＭＨｚにおける異なる入力電力レベルに対する、図２１に示した本発明の実施形態に対する測定入力インピーダンスのグラフである。
【図２５】本発明の他の実施形態である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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