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。

这项研究重点是开发一个大型接收整流器电路，以在空间传输类型无线电源之间用于窄光束无线电源。高功率接收整流器电路的开发旨在以5.7GHz的频率和70％或更高的效率以10W的速度输出。 There are two methods: 1) To increase efficiency by optimizing circuits using existing Schottky barrier diodes, a technique used in weak power rectifier circuits, such as optimizing circuits for circuit impedance, and 2) Together, we are developing high power rectifier circuits using 3-terminal semiconductors such as HEMT, which are not often used in rigid rectifier circuits.遵循理论计算和计算机模拟，以了解单分流整流器电路的功率增加，电荷泵整流器电路以及第一年，即第二年，第二年进行的完整桥梁整流器电路，我们专注于单根分流式电路，并进行了研究和开发。除了过去使用过的F-LOAD载荷单分流整流器电路外，设计并进行了比较并进行了比较。结果，尽管使用理想二极管的整流器电路达到了RF-DC转换效率接近100％，但是当确认整流波形时，F级负载型整流型整流电路电路具有较小的电压振幅，从而允许更大的载荷电阻。换句话说，已经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Schottky屏障二极管故障的原因是热失控，因此得出的结论是，F型F型负载整流器电路比类R型载荷整流器电路更适合于更高的功率。当使用实际制造的整流电路测量RF-DC转换效率时，发现F级负载类型的效率为68.5％，输入功率为3.96W时的输出电压为11.7V，R级负载类型的效率为74.0％，输出电压为14.22，而IS 4.2-2-2-2-2-2-2-2-2-2 2.在F级负载类型中较低。