技术领域
[0001] 本
发明为提供一种低谐度高效率的高频半波整流系统，尤指一种结构简单、
电子组件用量较少、不易发热、可调整输出功率及可降低
电磁干扰的低谐度高效率的高频半波整流系统。
背景技术
[0002] 现在对各种低功率电子设备，特别是穿戴装置的充电方面，存在显著的需求，这种需要造成使用感应谐振耦合的无线功率传递(Wireless power transfer,WPT)在近年来越来越流行，目前WPT工作在千赫兹功率
水平的系统设计和应用方面取得重大进展，同时，对于低功率应用，进一步增加诸如几兆赫的
电压频率，带来更大的空间
自由度，即更长的传输距离和更高的对耦合线圈未对准的容限，并且期望用于构建更紧凑和更轻的WPT系统。
[0003] 目前常见的
电路配置，如图1所示，为习用交流整流电路的电路分布图，是一种全波
电流驱动
整流器在兆赫级WPT系统中的应用。由于正弦输入电压和电流，这种整流器希望有低谐波含量和高效率整流的效益。然而，在此电路配置中，在正半周及负半周的路径上分别具有两个
二极管，故在电流经过这四个二极管时便会产生热量，若因EMI影响附近其它邻件，则发热问题更显著，且此模式的讯号接收效率不甚理想。
[0004] 然而上述交流整流电路的电路配置，确实存在下列问题与缺失尚待改进：
[0005] 一、必须使用较多的二极管，而容易产生较多的热量。
[0006] 二、使用元件较多，使整体体积无法缩小。
[0007] 三、AC转换DC的效率不佳。
[0008] 四、容易因EMI问题影响，导致发热问题更严重。
[0009] 五、应用于低功率装置时，干扰问题更明显，甚至因体积问题难以结合于微型化设备。
[0010] 所以，要如何解决上述习用的问题与缺失，即为本发明的
发明人与从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在。
[0011] 故，本发明的发明人有鉴于上述缺失，乃搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试作及
修改，终设计出本发明。
发明内容
[0012] 本发明的主要目的在于提供一种低谐度高效率的高频半波整流系统，简化电路组成复杂度、减少变压整流动作所需的电子元件。
[0013] 本发明的另一主要目的在于提供一种低谐度高效率的高频半波整流系统，通过
算法计算设计出适当的谐振电容(调谐电容)，使电路特性降低谐度、减少发热源、提高转换效率、改善EMI问题。
[0014] 基于此，本发明主要采用下列技术手段，来实现上述目的。
[0015] 一种低谐度高效率的高频半波整流系统，主要包括：一供输出交流电的电流输出装置，并于两端分别具有一输出端及一第一回流端；一与该输出端
串联且供调整输出功率的整流模组；一与该整流模组并联的调谐单元，所述调谐单元控制该整流模组的工作周期于一预定值；一设于该第一回流端背离该电流输出装置一侧的第一
节点；一稳压模组，该稳压模组一端与该整流模组串联，且该稳压模组另一端连接该第一节点；至少一与该稳压模组并联的负载元件；一设于该负载元件一侧的接地部；及至少一设于该第一节点与该第一回流端间的回流路径，所述回流路径将流出该稳压模组的电流导引至该电流输出装置。
[0016] 进一步，该电流输出装置包含一无线接收单元，该无线接收单元为电感元件，以使电流来源可为利用
电磁感应产生的感应电流。
[0017] 进一步，该输出端与该整流模组间具有一第二回流端，且该回流路径上具有一两端分别连接该第一节点与该第二回流端的回流单元，所述回流单元将流出该稳压模组的电流部分导引至该整流模组，以于兆赫级的高频情况下，让部分电流经由回流单元再次流向整流模组与调谐单元，而达到提高转换效率的目的。。
[0018] 进一步，所述的低谐度高效率的高频半波整流系统还包含一设于该输出端与该第二回流端之间的谐振模组，所述谐振模组降低该高频半波整流系统的电磁干扰(Electro Magnetic Interference，EMI)。
[0019] 进一步，所述的低谐度高效率的高频半波整流系统还包含一设于该第一节点与该第一回流端之间的
电阻元件，降低该高频半波整流系统的电磁干扰。
[0020] 进一步，该谐振模组包含一设于该输出端一侧的第一谐振单元、一设于该第二回流端一侧的第二谐振单元、一设于该回流路径上且位于该第一节点与该电阻元件之间的第二节点、及一设于该第一谐振单元与该第二谐振单元间的第三谐振单元，其中该第一谐振单元与该第二谐振单元相互串联，而该第三谐振单元背离该第一谐振单元的一端连接该第二节点，借此，利用多组谐振单元共同控制整流模组的工作周期，以大幅提升本发明的功效。
[0021] 进一步，所述的低谐度高效率的高频半波整流系统还包含一设于该第一节点与该第一回流端之间的电阻元件。
[0022] 进一步，该预定值为48纳秒(ns)～81纳秒(ns)。
[0023] 采用上述技术手段后，本发明通过电流输出装置、整流模组、调谐单元、第一节点、稳压模组、负载元件、接地部、回流路径的结构设计，当使用者利用本发明进行高频的半波整流时，将电流输出装置输出的交流电，经由输出端流至整流模组及调谐单元，以通过算法设定调谐单元的电容值，控制整流模组的工作周期趋近于74纳秒，借此达到降低谐度、减少电磁干扰的进步性，并于电流流出整流模组及调谐单元，而流过稳压模组及负载元件后，使电流再经由第一节点流向回流路径，而流回电流输出装置，以实现高频、低功率的半波交流整流。
[0024] 因此，本发明可针对习用交流整流电路所存在的二极管用量较多、电路配置较复杂、整体体积较大、发热面积也大、却未能提供相应的整流效益等问题点加以突破，达到上述优点。
附图说明
[0025] 图1为习用交流整流电路的电路分布图。
[0026] 图2为本发明第一
实施例的实施示意图。
[0027] 图3为本发明第二实施例的实施示意图。
[0028] 图4为本发明第三实施例的实施示意图。
[0029] 【符号说明】
[0030] 高频半波整流系统 1
[0031] 电流输出装置 2
[0032] 输出端 21、21b
[0033] 第一回流端 22
[0034] 无线接收单元 23、23a
[0035] 整流模组 3、3a
[0036] 调谐单元 4、4a、4b
[0037] 稳压模组 5
[0038] 负载元件 6、6a、6b
[0039] 接地部 61
[0040] 回流路径 7、7b
[0041] 回流单元 71
[0042] 第二回流端 711、711b
[0043] 谐振模组 8、8b
[0044] 第一谐振单元 81b
[0045] 第二谐振单元 82b
[0046] 第三谐振单元 83b
[0047] 电阻元件 9、9b
[0048] 第一节点 P1
[0049] 第二节点 P2。
具体实施方式
[0050] 为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，兹绘图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以利完全了解。
[0051] 请参阅图2所示，为本发明第一实施例的实施示意方
块图，由图中可清楚看出本发明的高频半波整流系统1主要包括：
[0052] 一电流输出装置2，供输出交流电，并于两端分别具有一输出端21及一第一回流端22，且该电流输出装置2包含一无线接收单元23，该无线接收单元23为电感元件；
[0053] 一与该输出端21串联的整流模组3(本实施例是以二极管为代表)，供调整输出功率，该输出端21与该整流模组3间具有一第二回流端711；
[0054] 一与该整流模组3并联的调谐单元4，供控制该整流模组3的工作周期于一预定值，其中该工作周期的预定值为48纳秒(ns)～81纳秒(ns)；
[0055] 一设于该第一回流端22背离该电流输出装置2一侧的第一节点P1；
[0056] 一稳压模组5，该稳压模组5一端与该整流模组3串联，且另一端连接该第一节点P1；
[0057] 至少一与该稳压模组5并联的负载元件6；
[0058] 一设于该负载元件6一侧的接地部61；
[0059] 至少一设于该第一节点P1与该第一回流端22间的回流路径7，是将流出该稳压模组5的电流导引至该电流输出装置2，并于该回流路径7上具有一两端分别连接该第一节点P1与该第二回流端711的回流单元71，所述回流单元71将流出该稳压模组5的电流部分导引至该整流模组3；及
[0060] 一设于该输出端21与该第二回流端711之间的谐振模组8，供降低该高频半波整流系统1的电磁干扰(Electro Magnetic Interference，EMI)、及一设于该第一节点P1与该第一回流端22之间的电阻元件9。
[0061] 借由上述构件组构时，由图中可清楚看出，本实施例主要应用于兆赫级的高频整流系统，且因现行穿戴式电子装置的体积较小，故于E类交流电路的高频半波整流系统1中，在稳压模组5与负载元件6的回流路径7上，增设一回流单元71，以提高电流输出装置2的转换效率。
[0062] 具体而言，电流输出装置2由输出端21输出电流后，电流流向与其串联的整流模组3，途中虽在第二回流端711处与回流单元71连接，但在兆赫级的高频电路中，回流单元71(电感)为高阻抗元件，而电流流向相互并联的整流模组3及调谐单元4时，即可利用调谐单元4控制整流模组3的工作周期，使其趋近于74纳秒(ns)(一般而言工作周期D理想值为48～
81纳秒(ns))，借此有效调整整流模组3的输出功率，并配合谐振模组8辅助调谐单元4工作，同时降低电磁干扰问题，而在电流经由稳压模组5及负载元件6并流向回流路径7时，则可经由第一节点P1、回流单元71将部分电流导引回第二回流端711，而再次由整流模组3及调谐单元4作用，以提升整体功率转换效益，其余电流则经由第一回流端22回流至电流输出装置
2。其中该谐振模组8的电容值算法则如下所述：「Zrec＝Rrec+jXrec」、及「Crx＝1/ω(ωLrx+Xrec)」，其中负载元件6的电阻值Zrec＝Rrec+jXrec(Rrec为实数负载值、jXrec为虚数负载值)、Crx为谐振模组8的电容值、Lrx为无线接收单元23的电感值。
[0063] 又请同时配合参阅图3所示，为本发明第二实施例的实施示意图，由图中可清楚看出，本实施例与上述实施例为大同小异，仅为针对低功率电子设备(功率在1瓦以下、负载条件为RL＞100)，在E类交流半波整流电路中，借由本发明的技术将电路简化，即将回流单元合并至无线接收单元23a中、及将谐振模组合并至调谐单元4a中。至于，调谐单元4a可控制整流模组3a的技术是利用「ωLrx+Xrec＝0」、及
[0064] 的演算法，设定调谐单元4a的电容值。其中ω为谐振频率、Lrx为无线接收单元23a的电感值、负载元件6a的电阻值RL＝Zrec＝Rrec+jXrec(Rrec为实数负载值、jXrec为虚数负载值)、Cr为调谐单元4a的电容值、D为整流模组3a的工作周期、rDr为整流模组3a的内阻抗、且Фrec为输入正弦电流的初始
相位。
[0065] 另请同时配合参阅图4所示，为本发明第三实施例的实施示意图，由图中可清楚看出，本实施例与上述实施例为大同小异，仅令谐振模组8b进一步包含有一设于该输出端21b一侧的第一谐振单元81b、一设于该第二回流端711b一侧的第二谐振单元82b、一设于该回流路径7b上且位于该第一节点P1与该电阻元件9b之间的第二节点P2、及一设于该第一谐振单元81b与该第二谐振单元82b间的第三谐振单元83b，其中该第一谐振单元81b与该第二谐振单元82b相互串联，而该第三谐振单元83b背离该第一谐振单元81b的一端连接该第二节点P2。借此，利用第一谐振单元81b、第二谐振单元82b及第三谐振单元83b，更精确的演算出谐振模组8b的有效电容值，进一步提升辅助调谐单元4b工作，同时降低电磁干扰问题，同时解决互感偏低(K<0.07，其中K代表两个线圈的实际互感量与最大互感量的比值)的情况下，成功率不足的问题。而该谐振模组8b的电容值则需以图中标示Zm处的输入负载为基准进行演算，其算法如下所述：
[0066] Zm＝Rm+jXm
[0067]
[0068]
[0069] 其中，ω为谐振频率、负载元件6b的电阻值Zrec＝Rrec+jXrec(Rrec为实数负载值、jXrec为虚数负载值)、Cmns为第二谐振单元82b的电容值、Cmnp为第三谐振单元83b的电容值。
[0070] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的
专利范围，故凡运用本发明
说明书及图式内容所为的简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利范围内。
[0071] 综上所述，本发明的低谐度高效率的高频半波整流系统于使用时，确实能达到其功效及目的。
