Research on High Power Rectifier for Narrow Beam Wireless Power Transfer

窄波束无线电力传输大功率整流器的研究

基本信息

批准号：
21K04042
负责人：
篠原真毅
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04042/
关键词：
ワイヤレス給電マイクロ波送電レクテナ整流回路

项目摘要

本研究では空間伝送型ワイヤレス給電のうち、narrow beam型ワイヤレス給電のための大電力受電整流回路の開発、が主目的となる。大電力受電整流回路では開発例が少ない周波数5.7GHzで10W出力、効率70%以上を目標とする。手法は2つ、1) 既存ショットキーバリアダイオードを用いた受電整流回路を、弱電用整流回路で用いられる手法論である回路インピーダンスの最適化等で高効率化を図る、2) 並行しリジットの整流回路ではあまり例のないHEMT等3端子半導体を用いた大電力整流回路の開発、である。初年度に研究実施したシングルシャント整流回路、チャージポンプ整流回路、フルブリッジ整流回路の大電力化に関する理論計算及び計算機シミュレーションに引き続き、2年目である今年度はシングルシャント整流回路に注目し、研究開発を行った。従来用いられてきたF級負荷型シングルシャント整流回路に加え、新たにR級負荷型シングルシャント整流回路を考案し比較検討を行った。その結果、理想ダイオードを用いた整流回路ではそれぞれほぼ100%近いRF-DC変換効率を実現したものの、整流波形を確認したところ、F級負荷型整流回路の方が電圧振幅が小さいため負荷抵抗を大きくすることができる。言い換えると、ダイオード電流の時間平均を小さくすることができることが分かった。ショットキーバリアダイオードの故障原因はダイオード電流の過大による熱暴走であることから、F級負荷型整流回路のほうがR級負荷型整流回路に比べて大電力に向くという結論となった。実際に製作した整流回路でRF-DC変換効率を測定した結果、F級負荷型では入力電力3.96Wの時に効率68.5%、出力電圧11.7Vであったのに対し、R級負荷型では入力電力4.22Wの時に効率74.0%、出力電圧14.8Vと、F級負荷型のほうが電圧が低く出るために大電力に向くことが分かった。

在这项研究中，主要目的是在空间变速器类型无线电源中开发用于窄光束无线电源的大电源接收电流。在大功率受体流动电路中，目标是5.7GHz的10W输出，其发育案例很少，效率为70％或更高。有两种方法，1）1）使用现有的Shot Key屏障二极管接收电流，可以优化电路阻抗，这是弱电流整流器电路中使用的方法理论，2）平行和刚性。使用3个末端半导体（例如HEMT）的大功率整流器电路，该电路很少在整流器电路中前所未有。在单次纠正电路上的理论计算和计算机仿真之后，电荷泵整流器，全桥梁的整流电路，该电路在第一年进行了研究，重点是今年开发的单根整流器电路的第二年。除了先前使用的F-类载荷类型单分流整流器电路外，还设计了新的R -Class Load -Type单分流整流器电路和可比性。结果，在使用理想二极管的整流电路中，RF-DC转换效率几乎为100％，但是当确认整流器波形时，V级负载型整流型整流电路较低，因此载荷电阻较低，因此可以更大。换句话说，发现可以减少二极管电流的时间平均值。由于由于过度的二极管电流而导致射击钥匙屏障二极管故障的原因是热失控，因此得出的结论是，与R-类载荷整流器电路相比，F-类载荷 - 型整流整流器电路更适合于更大的功率。由于测量了实际生产的整流器电路中的RF-DC转换效率，F级负载类型的效率为68.5％，输出电压为11.7V，但在R级负载类型中，IN，IN IN IN输入功率为4.22W，效率为74.0％，输出电压为14.8V，发现F -Class负载类型更适合大功率，因为电压较低。