JP2019221111A - Rectifier circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】広範囲の入力レベルの電力を整流できる整流回路を提供すること。【解決手段】高周波の入力電力が入力される入力部と、基準電位との間で直列に接続される複数の入力側伝送線路と、前記複数の入力側伝送線路の夫々の間にある複数の接続点のうち、対応する一の接続点にアノードが接続される複数のダイオードと、前記複数のダイオードの夫々のカソードに接続される出力ノードと、前記基準電位との間に接続される出力キャパシタとを備え、前駆複数のダイオードは、互いに異なるサイズを有する、整流回路。例えば、前記複数のダイオードの夫々のカソードと前記出力ノードとの間に接続される複数の出力側伝送線路を備え、前記複数の出力側伝送線路は、前記入力電力の半波長の奇数倍の線路長を有する。【選択図】図4PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rectifier circuit capable of rectifying electric power having a wide range of input levels. SOLUTION: A plurality of input-side transmission lines connected in series between an input unit to which a high-frequency input power is input and a reference potential, and a plurality of input-side transmission lines between the plurality of input-side transmission lines. Among the connection points, a plurality of diodes having an anode connected to one corresponding connection point, an output node connected to the cathode of each of the plurality of diodes, and an output capacitor connected between the reference potential. And with precursors multiple diodes have different sizes from each other, a rectifying circuit. For example, a plurality of output-side transmission lines connected between the cathodes of the plurality of diodes and the output node are provided, and the plurality of output-side transmission lines are odd-numbered multiples of the half wavelength of the input power. Has a length. [Selection diagram] FIG. 4
Description
本発明は、整流回路に関する。 The present invention relates to a rectifier circuit.
従来、高周波の入力電力を整流する整流回路が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, a rectifier circuit that rectifies high-frequency input power is known (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、従来の技術では、整流可能な入力電力の入力レベルが特定の電力範囲に限られている。例えば特許文献1の図6に示されるように、特定の入力レベルの電力(0dBm(1mW))に対しては比較的高い出力電力が得られるが、それ以外の入力レベルの電力に対しては十分な整流特性が得られない。
However, in the prior art, the input level of rectifiable input power is limited to a specific power range. For example, as shown in FIG. 6 of
そこで、本開示は、広範囲の入力レベルの電力を整流できる整流回路を提供する。 Thus, the present disclosure provides a rectifier circuit that can rectify power over a wide range of input levels.
本開示は、
高周波の入力電力が入力される入力部と、基準電位との間で直列に接続される複数の入力側伝送線路と、
前記複数の入力側伝送線路の夫々の間にある複数の接続点のうち、対応する一の接続点にアノードが接続される複数のダイオードと、
前記複数のダイオードの夫々のカソードに接続される出力ノードと、前記基準電位との間に接続される出力キャパシタとを備え、
前駆複数のダイオードは、互いに異なるサイズを有する、整流回路を提供する。
The present disclosure
An input unit to which high-frequency input power is input, and a plurality of input-side transmission lines connected in series between a reference potential and
Among a plurality of connection points between each of the plurality of input-side transmission lines, a plurality of diodes whose anodes are connected to a corresponding one of the connection points,
An output node connected to each cathode of the plurality of diodes, and an output capacitor connected between the reference potential,
The precursor diodes provide rectifier circuits having different sizes from each other.
本開示に係る整流回路によれば、広範囲の入力レベルの電力を整流できる。 According to the rectifier circuit according to the present disclosure, power of a wide range of input levels can be rectified.
最初に、本実施形態の整流回路と比較するため、一比較形態の整流回路について説明する。 First, a rectifier circuit according to a comparative example will be described for comparison with the rectifier circuit according to the present embodiment.
図1は、一比較形態の整流回路の構成を例示する回路図である。図1に示される整流回路10は、入力ノード1から入力される高周波の入力電力を直流電力に変換し、直流電力を出力ノード7から出力するRF(Radio Frequency)−DC(Direct Current)変換器である。整流回路10は、DCカット用の入力キャパシタ2、整合回路3、ダイオード4、RFチョーク5及び電荷蓄積用のキャパシタ6を備える。整合回路3は、インダクタンス成分を有する伝送線路3a(インダクタンス素子でもよい)と、キャパシタ3bとを有する。キャパシタ3bは、一端が入力キャパシタ2と伝送線路3aとの間に接続され、他端がグランド8に接続されている。ダイオード4は、カソードが伝送線路3aとRFチョーク5との間に接続され、アノードがグランド8に接続されている。キャパシタ6は、一端がRFチョーク5と出力ノード7との間に接続され、他端がグランド8に接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a rectifier circuit according to a comparative example. The
図2は、図1に示す整流回路10の検波特性の一例を示す。入力ノード1から入力される高周波の入力電力の入力レベルがある程度大きくなると、出力ノード7から出力される直流の出力電力は、図2のように飽和したり、低下したりする。これは、入力電力の電圧がダイオード4のブレイクダウン電圧を超えると、十分な整流特性が得られなくなるからである。
FIG. 2 shows an example of the detection characteristic of the
図3は、図1に示す整流回路10のシミュレーションにより求められた検波特性の一例を示す図であり、周波数2.45GHzの入力電力に対する検波電圧(出力ノード7から出力される直流の出力電圧)を表す。このシミュレーション結果によれば、−25dBm(3μW)の入力電力に対して最も高い出力電圧が得られているものの、それ以外の入力レベルの入力電力に対しては、得られる出力電圧が大きく低下してしまう。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of detection characteristics obtained by a simulation of the
整流回路は、身の回りにある電波、例えば携帯電話や無線LAN(Local Area Network)のために放射されている電波を利用した発電、いわゆる環境発電に使用されると好適である。無線LANの親機の近くでは1μWから1mWの電波が出力されている。環境電波のような微弱な電波から直流電力を得るためには、電力変換回路(整流回路)には、1μWから1mWの入力電力に対して高い変換効率をもつ特性が期待される。つまり、1μWから1mW程度の広範囲の入力レベルの高周波電力を直流電力に変換するためには、広いダイナミックレンジの入力電力を変換可能な整流回路が望まれる。しかしながら、図1に示す整流回路10では、高い変換効率を確保したまま整流可能な入力電力のレベルは、ある特定の電力範囲に限られている。
The rectifier circuit is preferably used for power generation using radio waves around the user, for example, radio waves radiated for a mobile phone or a wireless LAN (Local Area Network), so-called environmental power generation. Radio waves of 1 μW to 1 mW are output near the wireless LAN base unit. In order to obtain DC power from weak radio waves such as environmental radio waves, power conversion circuits (rectifier circuits) are expected to have high conversion efficiency for input powers of 1 μW to 1 mW. That is, in order to convert high-frequency power having a wide input level of about 1 μW to 1 mW into DC power, a rectifier circuit capable of converting input power having a wide dynamic range is desired. However, in the
これに対し、本実施形態の整流回路は、さまざまな入力レベルの高周波電力を直流電力に変換し、直流電圧を所定の負荷に供給可能な構成を有するものである。本実施形態の整流回路を備える電子機器の具体例として、RFタグやIoT(Internet of Things)機器などが挙げられるが、そのような電子機器は、これらの機器に限られない。次に、本実施形態の整流回路について説明する。 On the other hand, the rectifier circuit of the present embodiment has a configuration capable of converting high-frequency power of various input levels into DC power and supplying a DC voltage to a predetermined load. Specific examples of the electronic device including the rectifier circuit of the present embodiment include an RF tag and an IoT (Internet of Things) device, but such an electronic device is not limited to these devices. Next, the rectifier circuit of the present embodiment will be described.
図4は、第1の実施形態の整流回路の構成を例示する回路図である。図4に示される整流回路101は、入力ノード61から入力される高周波の入力電力Pinを直流電力に変換し、その直流の出力電力Poutを出力ノード62から出力するRF−DC変換器である。整流回路101は、入力キャパシタ11、複数の入力側伝送線路201〜20N+1、チョーク素子30、複数のダイオード401〜40N、複数の出力側伝送線路501〜50N及び出力キャパシタ12を備える。以下、入力側伝送線路を「入力線路」、出力側伝送線路を「出力線路」とも称する。Nは、2以上の整数を表す。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating the configuration of the rectifier circuit according to the first embodiment. The
入力キャパシタ11は、高周波の入力電力Pinが一端に入力される。入力キャパシタ11は、入力ノード61と複数の入力線路201〜20N+1の一端とに間に接続される。入力ノード61には、たとえば、マイクロ波又はミリ波の周波数帯の入力電力Pinが入力される。入力キャパシタ11は、一端が入力ノード61に接続され他端が1段目の入力線路201に接続されている。入力ノード61及び入力キャパシタ11は、高周波の入力電力が入力される入力部の一例である。入力キャパシタ11を設けることで、入力ノード61から入力される直流成分を効果的にカットできる。入力ノード61の外部にアンテナが接続されることで、いわゆるレクテナ回路が形成される。
The high-frequency input power Pin is input to one end of the input capacitor 11. The input capacitor 11 is connected between the input node 61 and one ends of the plurality of input lines 201 to 20N + 1 . For example, input power Pin in a microwave or millimeter wave frequency band is input to input node 61. Input capacitor 11 has one end the other end is connected to the input node 61 is connected to the
複数の入力線路201〜20N+1は、入力キャパシタ11の他端に直列に接続されている。入力線路201〜20N+1の一部又は全部は、インダクタンス成分を有する伝送線路であるが、インダクタンス素子が直列に挿入される伝送線路でもよい。
A plurality of
チョーク素子30は、RFチョークの一例であり、複数の入力線路20N+1の終端と基準電位63との間に接続されている。より詳細には、チョーク素子30は、一端が入力線路20N+1に接続され、他端が基準電位63に接続されている。基準電位63は、例えば、グランドである。チョーク素子30のインダクタンスは、複数の入力線路201〜20N+1の各インダクタンスよりも十分に大きい。チョーク素子30は、複数の入力線路201〜20N+1の電位を直流的に基準電位63に固定するために挿入されている。
The
複数の入力線路201〜20N+1の夫々の間には、複数の接続点211〜21Nがある。複数のダイオード401〜40Nの夫々のアノードは、複数の接続点211〜21Nのうち、対応する一の接続点に接続されている。入力キャパシタ11側から数えて1段目のダイオード401のアノードは、入力キャパシタ11側から数えて1段目の入力線路201と入力キャパシタ11側から数えて2段目の入力線路202との間の接続点211に接続されている。つまり、全てのkについて、入力キャパシタ11側からk段目のダイオード40kのアノードは、入力キャパシタ11側からk段目の入力線路20kと入力キャパシタ11側から(k+1)段目の入力線路20k+1との間の接続点21kに接続されている。kは、1以上(N−1)以下の整数を表す。
The plurality of
複数の出力線路501〜50Nの夫々の一端は、複数のダイオード401〜40Nの夫々のカソードのうち、対応する一のカソードに接続されている。入力キャパシタ11側から数えて1段目の出力線路501は、入力キャパシタ11側から数えて1段目のダイオード401のカソードに接続されている。つまり、全てのiについて、入力キャパシタ11側からi段目の出力線路50iは、入力キャパシタ11側からi段目のダイオード40iのカソードに接続されている。iは、1以上N以下の整数を表す。
One end of each of a plurality of
出力キャパシタ12は、複数のダイオード401〜40Nの夫々のカソードに接続される出力ノード62と、基準電位63との間に接続される出力容量である。本実施形態では、出力キャパシタ12は、複数の出力線路501〜50Nの夫々の他端に接続される出力ノード62と、基準電位63との間に接続されている。出力キャパシタ12は、一端が出力ノード62に接続されており、他端が基準電位63に接続されている。出力キャパシタ12には、複数のダイオード401〜40Nのうちの少なくとも一つのダイオードから流れ出る電荷が蓄積される。
The
ここで、整流回路は、ダイオードの非線形性を利用して整流する。そのため、ダイオードのサイズが小さければ、小さな電圧レベルの入力電力を高変換効率で直流電力に変換できる。しかしながら、サイズの小さなダイオードでは、入力電力の電圧レベルが高くなると、ダイオードに順方向に印加されるピーク電圧が順方向電圧Vfに対して大きくなりすぎるため、変換効率が低下してしまう。なお、順方向電圧Vfは、ダイオードのI‐V特性(電流‐電圧特性)において、順方向電流の立ち上がりが始まる立ち上がり電圧を表す。 Here, the rectifier circuit rectifies using the nonlinearity of the diode. Therefore, if the size of the diode is small, input power at a small voltage level can be converted into DC power with high conversion efficiency. However, in a diode having a small size, when the voltage level of the input power increases, the peak voltage applied to the diode in the forward direction becomes too large with respect to the forward voltage Vf, so that the conversion efficiency decreases. The forward voltage Vf indicates a rising voltage at which a forward current starts rising in the IV characteristics (current-voltage characteristics) of the diode.
そこで、本実施形態における複数のダイオード401〜40Nは、互いに異なるサイズを有する。ダイオードのサイズが変われば、順方向電圧Vfも変わる。したがって、入力電力の電圧レベルが高くなっても、複数のダイオード401〜40Nのうちサイズの大きい方のダイオードの整流特性を利用して整流できるので、変換効率の低下を抑制することができる。したがって、本実施形態の整流回路101によれば、様々なサイズのダイオードを用いることで、入力電力の電圧レベルに対して広いダイナミックレンジを実現することができ、広範囲の電圧レベルの入力電力Pinを整流することができる。
Therefore, a plurality of
例えば、全てのkについて、複数のダイオード401〜40Nのうち入力キャパシタ11側からk段目のダイオードは、複数のダイオード401〜40Nのうち入力キャパシタ11側から(k+1)段目のダイオードに比べて小さなサイズを有する。kは、1以上(N−1)以下の整数を表す。これにより、例えば、電圧レベルが比較的小さな入力電力Pinは、1段目のダイオード401により高い変換効率で整流でき、入力電力Pinの電圧レベルが大きくなると、入力電力Pinは2段目のダイオード402により高い変換効率を維持したまま整流できる。入力電力Pinの電圧レベルが更に高くなると、3段目以降のダイオードによる整流が行われる。よって、高い変換効率を維持したまま整流可能な入力電力Pinの電圧範囲を拡大できる。
For example, for all k, from the input capacitor 11 side of the plurality of
出力線路501〜50Nは、夫々、高周波の入力電力Pinの半波長の奇数倍の線路長を有することが好ましい。つまり、出力線路501〜50Nは、高周波の入力電力Pinの波長をλとすると、波長λの2分の1の長さ(=λ/2)の奇数倍の線路長を有することが好ましい。例えば、出力線路501〜50Nは、損失を抑える点で、いずれもλ/2の線路長を有することが好ましい。
出力線路501〜50Nの夫々の他端は、出力キャパシタ12を介して基準電位63に接続されているので、高周波的には、基準電位63に短絡されることになる。出力線路501〜50Nが入力電力Pinの半波長の奇数倍の線路長を有することにより、出力線路501〜50Nの夫々に定在波が発生する。よって、出力線路501〜50Nの夫々の一端(つまり、ダイオード401〜40Nの夫々のカソード)も、高周波的には基準電位63に短絡されることになる。したがって、入力側の伝送線路には、インダクタンスLiと容量CdiとによるN個のLC伝送線路が直列に接続されるラダー回路が形成される。Liは、i段目の入力線路20iが有するインダクタンスを表し、Cdiは、i段目の接続点21iからi段目のダイオード40iのアノード側を見た容量を表す。これらの比の平方根(=√(Cdi/Li))が、各入力線路の特性インピーダンスとなる。複数のLC伝送線路によるラダー回路が形成されるので、広帯域な伝送特性が得られる。
The other end of each of the
また、複数の入力線路201〜20N+1のうち入力キャパシタ11側からk段目の入力線路が有するインダクタンスと、複数のダイオード401〜40Nのうち入力キャパシタ11側からk段目のダイオードの容量との比を、Akとする。また、複数の入力線路201〜20N+1のうち入力キャパシタ11側から(k+1)段目の入力線路が有するインダクタンスと、複数のダイオード401〜40Nのうち入力キャパシタ11側から(k+1)段目のダイオードの容量との比を、Ak+1とする。kは、1以上(N−1)以下の整数である。このとき、全てのkについて、Ak−1とAkとが一定であると、LC伝送線路の特性インピーダンスが揃うので、損失が低減し、入力電力Pinから直流電力への変換効率が向上すする。
Also, from a plurality of
ダイオードの大きさが変わると容量Cdiも変わるので、インダクタンスLiは互いに同じ値でなくてもよく、Ak−1とAkとが一定になるように、インダクタンスLiを互いに異なる値に変えてもよい。例えば、段数が大きくなるほどダイオードのサイズが大きくなるように設定されているが、Ak−1とAkとが一定であれば、段数が大きくなるほどダイオードのサイズが大きくなるように設定されなくてもよい。 Since the size of the diode varies the capacitance Cd i also changes, the inductance L i may not be equal to each other, so that the the A k-1 and A k becomes constant to different values inductance L i You may change it. For example, the diode size is set to increase as the number of stages increases, but if A k−1 and A k are constant, the diode size is not set to increase as the number of stages increases. Is also good.
図5は、第2の実施形態の整流回路102の構成を例示する回路図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果の説明は、上述の説明を援用することで省略する。ダイオードに過大な電力が加わると、図3のシミュレーション結果を示すように、出力ノード62から出力される出力電圧Voutは、低下することがある。これは、高周波の入力電力Pinの入力によってダイオードに逆方向に印加される電圧が、ダイオードのブレイクダウン電圧を超えるため、十分な整流特性が得られなくなるためである。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating the configuration of the
そこで、図5に示される整流回路102は、出力ノード62の出力電圧Voutに応じて、複数のダイオード401〜40Nのうち少なくとも一つのダイオードを出力ノード62から切り離す切り離し機構90を備える。切り離し機構90は、出力ノード62の電圧低下に応じて、複数のダイオード401〜40Nをサイズの小さな方から順番に出力ノード62から切り離す。
Therefore, the
図5の整流回路102は、そのような切り離し機構90として、複数のスイッチ701〜70Nと制御回路80とを備える。
The rectifier circuit of FIG. 5 102, as such disconnection mechanism 90 includes a plurality of
複数のスイッチ701〜70Nは、複数のダイオード401〜40Nの夫々のカソードの間にある素子である。本実施形態では、複数のスイッチ701〜70Nは、複数の出力側伝送線路501〜50Nの夫々の他端の間にある。例えば、スイッチ701は、出力線路501の他端と出力線路502の他端との間にある。つまり、全てのkについて、スイッチ70kは、k段目の出力線路50kの他端と(k+1)段目の出力線路50k+1の他端との間にある。kは、1以上(N−1)以下の整数を表す。スイッチ701〜70Nの具体例として、FET(Field Effect Transistor)等のトランジスタが挙げられる。
A plurality of
制御回路80は、出力ノード62の電圧低下に応じて、複数のダイオード401〜40Nをサイズの小さな方から順番に出力ノード62から切り離すように、複数のスイッチ701〜70Nを制御する。より詳細には、制御回路80は、出力ノード62の電圧低下を検知すると、複数のダイオード401〜40Nをサイズの小さな方から順番に出力ノード62から切り離すように、複数のスイッチ701〜70Nをオンからオフに順番に制御する。
Control circuit 80, in response to the voltage drop of the output node 62, to disconnect the output node 62 a plurality of
制御回路80の機能は、例えば、メモリから読み出された制御プログラムに従ってプロセッサが動作することにより実現される。制御プログラムは、制御回路80が行う処理をプロセッサに実行させる手順を規定する。プロセッサを備える制御回路80の具体例として、マイクロコンピュータ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などが挙げられる。 The function of the control circuit 80 is realized, for example, by the processor operating according to the control program read from the memory. The control program defines a procedure for causing the processor to execute the processing performed by the control circuit 80. Specific examples of the control circuit 80 including the processor include a microcomputer, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and the like.
図6は、第3の実施形態の整流回路103の構成を例示する回路図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果の説明は、上述の説明を援用することで省略する。図6に示される整流回路103は、出力線路501〜50Nの夫々の他端のうち、対応する一の他端に一端が接続される複数のキャパシタ121〜12Nを備える。これにより、ダイオード401〜40Nの夫々のカソードから出力される電圧が安定化する。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the configuration of the
図7は、第4の実施形態の整流回路104の構成を例示する回路図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果の説明は、上述の説明を援用することで省略する。図7に示される整流回路104は、出力ノード62の出力電圧Voutに応じて、複数のダイオード401〜40Nのうち少なくとも一つのダイオードを出力ノード62から切り離す切り離し機構90を備える。切り離し機構90は、出力ノード62の電圧低下に応じて、複数のダイオード401〜40Nをサイズの小さな方から順番に出力ノード62から切り離す。
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating the configuration of the
図7の整流回路104は、そのような切り離し機構90として、複数のスイッチ701〜70Nと制御回路80とを備える。
Rectifier circuit of FIG. 7 104, as such disconnection mechanism 90 includes a plurality of
複数のスイッチ701〜70Nは、複数のダイオード401〜40Nの夫々のカソードと、出力ノード62との間にある素子である。本実施形態では、複数のスイッチ701〜70Nは、複数の出力線路501〜50Nの夫々の他端と、出力ノード62との間にある。例えば、スイッチ701は、出力線路501の他端と出力ノード62との間にある。つまり、全てのiについて、スイッチ70iは、i段目の出力線路50iの他端と出力ノード62との間にある。iは、1以上N以下の整数を表す。
A plurality of
制御回路80は、出力ノード62の電圧低下に応じて、複数のダイオード401〜40Nをサイズの小さな方から順番に出力ノード62から切り離すように、複数のスイッチ701〜70Nを制御する。より詳細には、制御回路80は、出力ノード62の電圧低下を検知すると、複数のダイオード401〜40Nをサイズの小さな方から順番に出力ノード62から切り離すように、複数のスイッチ701〜70Nをオンからオフに順番に制御する。
Control circuit 80, in response to the voltage drop of the output node 62, to disconnect the output node 62 a plurality of
図8は、本実施形態の整流回路の動作を例示するフローチャートである。図8に示される処理は、制御回路80により実行される。初期状態では、スイッチ701〜70Nは、全てオンとなっている。
FIG. 8 is a flowchart illustrating the operation of the rectifier circuit of the present embodiment. The processing shown in FIG. 8 is executed by the control circuit 80. In the initial state, the
ステップS1−1にて、制御回路80は、出力電圧Voutが閾値電圧Vthよりも低下した状態が検知されているか否かを判定する。制御回路80は、出力電圧Voutが閾値電圧Vthよりも低下した状態が検知されていないと判定した場合、本処理を終了する。一方、制御回路80は、出力電圧Voutが閾値電圧Vthよりも低下した状態が検知されていると判定した場合、1段目のスイッチ701をオフにする(ステップS2−1)。これにより、出力電圧Voutの低下の原因と推定されるダイオード401が出力ノード62から切り離される。
In step S1-1, the control circuit 80 determines whether or not a state where the output voltage Vout has dropped below the threshold voltage Vth is detected. When the control circuit 80 determines that the state where the output voltage Vout has dropped below the threshold voltage Vth is not detected, the control circuit 80 ends this processing. On the other hand, the control circuit 80, the output voltage Vout when the state of being lower than the threshold voltage Vth is determined to have been detected, to turn off the
制御回路80は、1段目のスイッチ701をオフにした後、出力電圧Voutが閾値電圧Vthよりも低下した状態が検知されているか否かを判定する(ステップS1−2)。制御回路80は、出力電圧Voutが閾値電圧Vthよりも低下した状態が検知されていないと判定した場合、本処理を終了する。一方、制御回路80は、出力電圧Voutが閾値電圧Vthよりも低下した状態が検知されていると判定した場合、2段目のスイッチ702もオフにする(ステップS2−2)。これにより、出力電圧Voutの低下の原因と推定されるダイオード402も出力ノード62から切り離される。
The control circuit 80 determines whether or not after the first stage of the
このように、出力電圧Voutが閾値電圧Vthよりも低下した状態が検知されなくなるまで、スイッチを順番にオフにする(ステップS1−N,S2−N)。このように、切り離し機構90は、出力ノード62の電圧低下が電圧上昇に転じるまで、複数のダイオード401〜40Nをサイズの小さな順に出力ノード62から切り離す。
The switches are sequentially turned off until the state in which the output voltage Vout has dropped below the threshold voltage Vth is no longer detected (steps S1-N, S2-N). Thus, disconnecting mechanism 90, until the voltage drop of the output node 62 turns to voltage rise, disconnected from the output node 62 a plurality of
図9は、第2の実施形態の整流回路102(図5参照)のシミュレーションにより求められた検波特性の一例を示す図であり、周波数2.45GHzの入力電力Pinに対する検波電圧(出力ノード62から出力される直流の出力電圧Vout)を表す。このシミュレーション結果の場合、ダイオード401の出力は、−21dBmで飽和しているが、ダイオード402は、−19dBmで飽和している。このように、ダイオードのサイズの違いによって、電圧が飽和する入力電力の大きさが異なる。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of detection characteristics obtained by a simulation of the rectifier circuit 102 (see FIG. 5) according to the second embodiment, and illustrates a detection voltage (from the output node 62) with respect to an input power Pin having a frequency of 2.45 GHz. DC output voltage Vout). In this simulation result, the output of the
そこで、制御回路80は、出力ノード62から出力される出力電圧Vout又は出力電力Poutが最大になるようにスイッチ701〜70Nのオンオフを制御する。これにより、図9の一点鎖線で示されるように、入力電力Pinが大きくなっても、出力電圧Voutを高い状態に維持できる。
Therefore, the control circuit 80, the output voltage Vout or the output power Pout is output from the output node 62 to control the on-
以上、整流回路を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 As described above, the rectifier circuit has been described with the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and replacements with some or all of the other embodiments, are possible within the scope of the present invention.
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
高周波の入力電力が入力される入力部と、基準電位との間で直列に接続される複数の入力側伝送線路と、
前記複数の入力側伝送線路の夫々の間にある複数の接続点のうち、対応する一の接続点にアノードが接続される複数のダイオードと、
前記複数のダイオードの夫々のカソードに接続される出力ノードと、前記基準電位との間に接続される出力キャパシタとを備え、
前駆複数のダイオードは、互いに異なるサイズを有する、整流回路。
(付記2)
前記複数のダイオードの夫々のカソードと前記出力ノードとの間に接続される複数の出力側伝送線路を備え、
前記複数の出力側伝送線路は、前記入力電力の半波長の奇数倍の線路長を有する、付記1に記載の整流回路。
(付記3)
前記複数の入力側伝送線路のうち前記入力部の側からk段目の入力側伝送線路が有するインダクタンスと、前記複数のダイオードのうち前記入力部の側からk段目のダイオードの容量との比は、前記複数の入力側伝送線路のうち前記入力部の側から(k+1)段目の入力側伝送線路が有するインダクタンスと、前記複数のダイオードのうち前記入力部の側から(k+1)段目のダイオードの容量との比は、一定である、付記2に記載の整流回路。
(付記4)
前記複数のダイオードのうち前記入力部の側からk段目のダイオードは、前記複数のダイオードのうち前記入力部の側から(k+1)段目のダイオードに比べて小さなサイズを有する、付記1から3のいずれか一項に記載の整流回路。
(付記5)
前記複数のダイオードの夫々のカソードの間にある複数のスイッチと、
前記出力ノードの電圧低下に応じて、前記複数のダイオードをサイズの小さな方から順番に前記出力ノードから切り離すように、前記複数のスイッチを制御する制御回路とを備える、付記4に記載の整流回路。
(付記6)
前記複数のダイオードの夫々のカソードと、前記出力ノードとの間にある複数のスイッチと、
前記出力ノードの電圧低下に応じて、前記複数のダイオードをサイズの小さな方から順番に前記出力ノードから切り離すように、前記複数のスイッチを制御する制御回路とを備える、付記4に記載の整流回路。
(付記7)
前記出力ノードの電圧に応じて、前記複数のダイオードのうち少なくとも一つのダイオードを前記出力ノードから切り離す切り離し機構を備える、付記1から4のいずれか一項に記載の整流回路。
(付記8)
前記切り離し機構は、前記出力ノードの電圧低下に応じて、前記複数のダイオードをサイズの小さな方から順番に前記出力ノードから切り離す、付記7に記載の整流回路。
(付記9)
前記入力部は、前記入力電力が一端に入力される入力キャパシタを含み、
前記複数の入力側伝送線路は、前記入力キャパシタの他端に直列に接続される、付記1から8のいずれか一項に記載の整流回路。
(付記10)
前記複数の入力側伝送線路の終端は、チョーク素子を介して前記基準電位に接続される、付記1から9のいずれか一項に記載の整流回路。
(付記11)
高周波の入力電力が入力される入力部に直列に接続される複数の入力側伝送線路と、
前記複数の入力側伝送線路の終端と基準電位との間に接続されるチョーク素子と、
前記複数の入力側伝送線路の夫々の間にある複数の接続点のうち、対応する一の接続点にアノードが接続される複数のダイオードと、
前記複数のダイオードの夫々のカソードのうち、対応する一のカソードに一端が接続される複数の出力側伝送線路と、
前記複数の出力側伝送線路の夫々の他端に接続される出力ノードと、前記基準電位との間に接続される出力キャパシタとを備え、
前駆複数のダイオードは、互いに異なるサイズを有する、整流回路。
(付記12)
前記複数の出力側伝送線路は、前記入力電力の半波長の奇数倍の線路長を有する、付記11に記載の整流回路。
(付記13)
前記複数の入力側伝送線路のうち前記入力部の側からk段目の入力側伝送線路が有するインダクタンスと、前記複数のダイオードのうち前記入力部の側からk段目のダイオードの容量との比は、前記複数の入力側伝送線路のうち前記入力部の側から(k+1)段目の入力側伝送線路が有するインダクタンスと、前記複数のダイオードのうち前記入力部の側から(k+1)段目のダイオードの容量との比は、一定である、付記12に記載の整流回路。
(付記14)
前記複数のダイオードのうち前記入力部の側からk段目のダイオードは、前記複数のダイオードのうち前記入力部の側から(k+1)段目のダイオードに比べて小さなサイズを有する、付記11から13のいずれか一項に記載の整流回路。
(付記15)
前記複数の出力側伝送線路の夫々の他端の間にある複数のスイッチと、
前記出力ノードの電圧低下に応じて、前記複数のダイオードをサイズの小さな方から順番に前記出力ノードから切り離すように、前記複数のスイッチを制御する制御回路とを備える、付記14に記載の整流回路。
(付記16)
前記複数の出力側伝送線路の夫々の他端と、前記出力ノードとの間にある複数のスイッチと、
前記出力ノードの電圧低下に応じて、前記複数のダイオードをサイズの小さな方から順番に前記出力ノードから切り離すように、前記複数のスイッチを制御する制御回路とを備える、付記14に記載の整流回路。
(付記17)
前記出力ノードの電圧に応じて、前記複数のダイオードのうち少なくとも一つのダイオードを前記出力ノードから切り離す切り離し機構を備える、付記11から14のいずれか一項に記載の整流回路。
(付記18)
前記切り離し機構は、前記出力ノードの電圧低下に応じて、前記複数のダイオードをサイズの小さな方から順番に前記出力ノードから切り離す、付記17に記載の整流回路。
(付記19)
前記入力部は、前記入力電力が一端に入力される入力キャパシタを含み、
前記複数の入力側伝送線路は、前記入力キャパシタの他端に直列に接続される、付記11から18のいずれか一項に記載の整流回路。
(付記20)
前記切り離し機構は、前記出力ノードの電圧低下が電圧上昇に転じるまで、前記複数のダイオードを前記出力ノードから切り離す、付記7,8,17,18のいずれか一項に記載の整流回路。
(付記21)
前記複数のダイオードのうち前記入力部の側からk段目のダイオードは、前記複数のダイオードのうち前記入力部の側から(k+1)段目以降の後段のダイオードに比べて小さなサイズを有する、付記1から3、11から13のいずれか一項に記載の整流回路。
Regarding the above embodiments, the following supplementary notes are further disclosed.
(Appendix 1)
An input unit to which high-frequency input power is input, and a plurality of input-side transmission lines connected in series between a reference potential and
Among a plurality of connection points between each of the plurality of input-side transmission lines, a plurality of diodes whose anodes are connected to a corresponding one of the connection points,
An output node connected to each cathode of the plurality of diodes, and an output capacitor connected between the reference potential,
A rectifier circuit, wherein the plurality of precursor diodes have different sizes from each other.
(Appendix 2)
A plurality of output-side transmission lines connected between respective cathodes of the plurality of diodes and the output node,
The rectifier circuit according to
(Appendix 3)
The ratio of the inductance of the k-th input transmission line from the input unit side of the plurality of input transmission lines to the capacitance of the k-th diode from the input unit side of the plurality of diodes. Is the inductance of the (k + 1) -th input-side transmission line from the input unit side of the plurality of input-side transmission lines, and the (k + 1) -th stage of the plurality of diodes from the input unit side. The rectifier circuit according to
(Appendix 4)
(Appendix 5)
A plurality of switches between respective cathodes of the plurality of diodes;
The rectifier circuit according to claim 4, further comprising: a control circuit that controls the plurality of switches so as to disconnect the plurality of diodes from the output node in order from a smaller size in response to a voltage drop of the output node. .
(Appendix 6)
A plurality of switches between the respective cathodes of the plurality of diodes and the output node;
The rectifier circuit according to claim 4, further comprising: a control circuit that controls the plurality of switches so as to disconnect the plurality of diodes from the output node in order from a smaller size in response to a voltage drop of the output node. .
(Appendix 7)
5. The rectifier circuit according to
(Appendix 8)
The rectifier circuit according to claim 7, wherein the disconnection mechanism disconnects the plurality of diodes from the output node in order from a smaller size in accordance with a voltage drop of the output node.
(Appendix 9)
The input unit includes an input capacitor to which the input power is input at one end,
The rectifier circuit according to any one of
(Appendix 10)
The rectifier circuit according to any one of
(Appendix 11)
A plurality of input-side transmission lines connected in series to an input unit to which high-frequency input power is input;
A choke element connected between a terminus of the plurality of input-side transmission lines and a reference potential;
Among a plurality of connection points between each of the plurality of input-side transmission lines, a plurality of diodes whose anodes are connected to a corresponding one of the connection points,
A plurality of output-side transmission lines each having one end connected to a corresponding one of the cathodes of the plurality of diodes;
An output node connected to the other end of each of the plurality of output-side transmission lines, and an output capacitor connected between the reference potential,
A rectifier circuit, wherein the plurality of precursor diodes have different sizes from each other.
(Appendix 12)
The rectifier circuit according to claim 11, wherein the plurality of output-side transmission lines have a line length that is an odd multiple of a half wavelength of the input power.
(Appendix 13)
The ratio of the inductance of the k-th input transmission line from the input unit side of the plurality of input transmission lines to the capacitance of the k-th diode from the input unit side of the plurality of diodes. Is the inductance of the (k + 1) -th input-side transmission line from the input unit side of the plurality of input-side transmission lines, and the (k + 1) -th stage of the plurality of diodes from the input unit side. 13. The rectifier circuit according to
(Appendix 14)
Supplementary notes 11 to 13 wherein the k-th diode from the input unit side of the plurality of diodes has a smaller size than the (k + 1) -th diode from the input unit side of the plurality of diodes. The rectifier circuit according to any one of the preceding claims.
(Appendix 15)
A plurality of switches between the other ends of the plurality of output-side transmission lines,
The rectifier circuit according to claim 14, further comprising: a control circuit configured to control the plurality of switches so as to disconnect the plurality of diodes from the output node in ascending order of size according to a voltage drop of the output node. .
(Appendix 16)
The other end of each of the plurality of output-side transmission lines, a plurality of switches between the output node,
The rectifier circuit according to claim 14, further comprising: a control circuit configured to control the plurality of switches so as to disconnect the plurality of diodes from the output node in ascending order of size according to a voltage drop of the output node. .
(Appendix 17)
The rectifier circuit according to any one of supplementary notes 11 to 14, further comprising a disconnection mechanism that disconnects at least one of the plurality of diodes from the output node according to a voltage of the output node.
(Appendix 18)
The rectifier circuit according to claim 17, wherein the disconnection mechanism disconnects the plurality of diodes from the output node in order from a smaller size in accordance with a voltage drop of the output node.
(Appendix 19)
The input unit includes an input capacitor to which the input power is input at one end,
The rectifier circuit according to any one of supplementary notes 11 to 18, wherein the plurality of input-side transmission lines are connected in series to the other end of the input capacitor.
(Appendix 20)
19. The rectifier circuit according to claim 7, wherein the disconnection mechanism disconnects the plurality of diodes from the output node until a voltage drop at the output node turns into a voltage increase.
(Appendix 21)
The diode of the k-th stage from the input unit side of the plurality of diodes has a smaller size than the diodes of the (k + 1) -th and subsequent stages from the input unit side of the plurality of diodes. The rectifier circuit according to any one of 1 to 3, and 11 to 13.
10 整流回路
11 入力キャパシタ
12 出力キャパシタ
201〜20N+1 入力側伝送線路
211〜21N+1 接続点
30 チョーク素子
401〜40N ダイオード
501〜50N 出力側伝送線路
61 入力ノード
62 出力ノード
63 基準電位
701〜70N スイッチ
80 制御回路
90 切り離し機構
101〜104 整流回路
10 rectifying circuit 11
Claims (10)
前記複数の入力側伝送線路の夫々の間にある複数の接続点のうち、対応する一の接続点にアノードが接続される複数のダイオードと、
前記複数のダイオードの夫々のカソードに接続される出力ノードと、前記基準電位との間に接続される出力キャパシタとを備え、
前駆複数のダイオードは、互いに異なるサイズを有する、整流回路。 An input unit to which high-frequency input power is input, and a plurality of input-side transmission lines connected in series between a reference potential and
Among a plurality of connection points between each of the plurality of input-side transmission lines, a plurality of diodes whose anodes are connected to a corresponding one of the connection points,
An output node connected to each cathode of the plurality of diodes, and an output capacitor connected between the reference potential,
A rectifier circuit, wherein the plurality of precursor diodes have different sizes from each other.
前記複数の出力側伝送線路は、前記入力電力の半波長の奇数倍の線路長を有する、請求項1に記載の整流回路。 A plurality of output-side transmission lines connected between respective cathodes of the plurality of diodes and the output node,
The rectifier circuit according to claim 1, wherein the plurality of output-side transmission lines have a line length that is an odd multiple of a half wavelength of the input power.
前記出力ノードの電圧低下に応じて、前記複数のダイオードをサイズの小さな方から順番に前記出力ノードから切り離すように、前記複数のスイッチを制御する制御回路とを備える、請求項4に記載の整流回路。 A plurality of switches between respective cathodes of the plurality of diodes;
5. The rectifier according to claim 4, further comprising: a control circuit configured to control the plurality of switches so as to disconnect the plurality of diodes from the output node in order from a smaller size in response to a voltage drop of the output node. 6. circuit.
前記出力ノードの電圧低下に応じて、前記複数のダイオードをサイズの小さな方から順番に前記出力ノードから切り離すように、前記複数のスイッチを制御する制御回路とを備える、請求項4に記載の整流回路。 A plurality of switches between the respective cathodes of the plurality of diodes and the output node;
5. The rectifier according to claim 4, further comprising: a control circuit configured to control the plurality of switches so as to disconnect the plurality of diodes from the output node in order from a smaller size in response to a voltage drop of the output node. 6. circuit.
前記複数の入力側伝送線路は、前記入力キャパシタの他端に直列に接続される、請求項1から8のいずれか一項に記載の整流回路。 The input unit includes an input capacitor to which the input power is input at one end,
The rectifier circuit according to any one of claims 1 to 8, wherein the plurality of input-side transmission lines are connected in series to the other end of the input capacitor.
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