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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。

This study focuses on the development and main purpose of large power receiving rectifier circuit for space transmission type power supply and narrow beam type power supply. Large power receiving rectifier circuit has a minimum output of 5.7 GHz and an efficiency of more than 70%. 1) The existing rectifier circuit is used in the power receiving rectifier circuit and the weak current rectifier circuit. 2) The rectifier circuit is used in the parallel rectifier circuit. 3-terminal semiconductor such as HEMT is used in the development of large power rectifier circuit. In the first year, the research and development of rectifier circuit, rectifier circuit and rectifier circuit were carried out. The theoretical calculation and computer simulation of rectifier circuit were carried out in the second year. In the future, the rectification circuit of F class load type shall be added, and the rectification circuit of R class load type shall be compared and discussed. As a result, the ideal load type rectifier circuit has a voltage amplitude of approximately 100% and a voltage resistance of approximately 100% and a rectifier waveform of approximately 100% and a voltage amplitude of approximately 100% and a voltage resistance of approximately 100% and a voltage amplitude of approximately 100% and a voltage amplitude of approximately 100% respectively. The time average of the current is small. The cause of the failure of the Sisket Cabaret is the thermal runaway caused by excessive current in the terminal. The conclusion is that the failure of the F-class load-type rectifier circuit is related to the R-class load-type rectifier circuit, which is more powerful than the R-class load-type rectifier circuit. The test results of RF-DC conversion efficiency of rectifier circuit during production show that the time efficiency of input power of 3.96W for F-class load type is 68.5%, the output voltage is 11.7V, the time efficiency of input power of 4.22W for R-class load type is 74.0%, the output voltage is 14.8V, and the time efficiency of input power of F-class load type is 74.0%.