[发明专利]用于射频发送器的供电电池

说明书

技术领域

本发明涉及借助于至少一个电池供电的射频(RF)发送器模块。

本发明特别应用的一个应用领域是(但不限于)用于远程读取能源表的无线模块，所述能源表是水表、热能表、气表或电表。

背景技术

在这个应用领域中，平均能耗保持在相当低的水平，其通常使之能够使用小尺寸、小容量电池，例如3.6伏(V)AA电池。然而，当模块发送RF信号时，电池必须能够在很短时间内(例如大约1分钟)递送相当大的瞬时电流(大约几百毫安(mA))。该时刻所需要的功率可能与使用小尺寸小容量电池不相容，并且通常必须找到待递送功率、电池尺寸、工作温度范围以及模块使用寿命之间的折衷，从而在模块的整个工作持续时间内保证电池特性。

此外，电池的内部阻抗将导致随着增加电流峰值而增大的电压降，并且因此通常希望使用具有最低可能的内部阻抗的电池。

第一解决方案在于将电池尺寸设计的较大。当然，该方案是不利的，不但在体积方面而且还在效用方面，因为在这种环境下只使用了电池可用容量的一部分，剩余部分没有被使用。

例如文件EP 0 718 951中所公开的另一种已知解决方案在于将电池关联于包括可充电电池和一个或多个超级电容器的辅助电路，该辅助电路在电池和要被供电的RF发送模块之间永久地并联连接。除了在发送阶段期间之外，辅助电路持续被充电从而能够在发送时递送它累积的功率，同时限制电流峰值时的电池需要递送的功率。

然而，该解决方案存在一些缺陷。

首先，辅助电路中的元件相当昂贵并且难以以所要求的值在市场上找到。

此外，在几年或几十年的工作时间内(其对应于必须为远程读取模块而确保的传统使用寿命)，元件的可靠性不能被保证。此外，它们的性能随着时间迅速降级。特别地，它们的等值串联电阻(ESR)随时间增大，由此限制了它们在需要递送电流峰值时的效用。

此外，这些元件通常具有较高级别的泄漏电流，这意味着电池需要被设计的较大以减小所产生的能耗。

最后，对于所涉及的值，这些解决方案中使用的超级电容器保留了并不是很小型的元件。

特别在文件EP 0 613 257中描述的第三已知解决方案在于将标准电容器充电到比电池电压要高的存储电压，然后在充电结束时以比电容器的存储电压低的电压来递送电流峰值。确切地说，该文件描述了一种用于RF发送器模块的供电设备，该设备包括构成电能存储电路的至少一个电容器和至少一个电池，所述电能存储电路在所述电池和RF发送器模块之间并联地电连接，该供电设备还包括：

-DC-DC升压转换器，用于在初始电容器充电阶段将电容器充电至比由电池递送的电压更高的存储电压；

-受控稳压器，其串联在电容器和RF发送器模块之间以对电容器放电并将存储电压降低到预定电压值，从而在放电阶段期间对模块递送电能；和

-控制模块，适于首先在初始充电阶段期间将模块从电容器断开连接，并且其次在放电阶段期间将DC-DC升压转换器从电池断开连接。

下面的描述具体地涉及用在电池与存储电容器之间的升压装置。

如文件EP 0 613 257中提出的DC-DC升压转换器通常用在图1的布线图中显示的电路配置中。在该图中，负载1跨电池2的各端子而连接，电池2经由DC-DC升压转换器4对电容器3充电。升压转换器4主要包括电感器L和串联连接的二极管，以及用于控制开关40的控制装置(未显示)。图2示出了开关40的闭合/打开状态是如何随时间变化的，以及在电容器充电阶段期间流经电感器L的相应的电流I_L。只要穿过电容器3的端子的电压V_C保持低于期望的存储电压值，开关40就被交替地控制在闭合状态(按照惯例表示成图2中的高状态)和打开状态(按照惯例表示成图2中的低状态)。当开关40处于闭合状态时，流入电感L的电流I_L增加一个与开关闭合持续时间成比例的值。当开关40处于打开状态时，电流I_L通过二极管D对电容器3充电。电流I_L因而减小一个与开关40打开持续时间成比例的值。

在传统的DC-DC转换器中，借助于振荡器来控制开关，该振荡器生成对应于图2所示的周期不变的方波周期性控制信号。当电压V_C达到期望值时，控制信号的生成被中断。只要电压V_C由于负载1被激活而降低，开关控制信号的生成就被重新激活。