マイクロ波工学とパワエレ工学の融合による無線電力伝送用適応受電回路の開発

结合微波工程和电力电子工程开发用于无线电力传输的自适应电力接收电路

• 批准号: 21H01309
• 负责人: 平山 裕
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H01309/
• 关键词: 無線電力伝送; マイクロ波; パワーエレクトロニクス; 整合回路; 整流回路; ＲＦ－ＤＣ変換回路; 複素共役整合; MPPT

結合型マイクロ波無線電力伝送の受電側回路では、伝送距離の変化により受電アンテナの出力インピーダンスが変化するため、アンテナから整流回路側を見たインピーダンスを追従させて複素共役整合条件を満たすことにより受電電力の最大化を行う必要がある。本研究では、パワーエレクトロニクス（パワエレ）で広く用いられている最大電力点追従（MPPT）制御されたDC-DCコンバーターと、マイクロ波デバイスであるハイブリッドカップラ、および整流用ダイオードを用いて複素共役整合条件の追従を実現する方法を開発する。追従のための機構が、可変キャパシタなどのマイクロ波回路側でなく、パワエレ技術であるDC回路側にあるため、受電回路を小型・軽量・低消費電力・低価格化できることが工学的な意義である。申請者がこれまでに研究してきた「マイクロ波工学とパワエレ工学の融合による『無線電力伝送工学』の確立」を具体的な回路開発に応用することが、学術的な意義である。パワエレの分野では、太陽光発電の受電電力を最大化するＭＰＰＴ回路が広く使われている。DCでの制御のため、制御の自由度は１（実インピーダンス）のみである。高周波での複素共役整合を実現するためにはインピーダンスの実部と虚部の制御を行うため、制御の自由度は２が必要である。ＭＰＰＴ回路と整流回路、力率補償回路を組み合わせることにより、制御の自由度を２とした受電電力最大化が可能である。しかし、力率補償回路はインバーター技術を基盤としているため、数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚの周波数で実現することは困難である。２０２１年度の研究では、９０度ハイブリッドを用いた電力分配回路と２系統の整流回路、２系統のDCDCコンバータを用いた複素ＭＰＰＴ回路を提案した。さらに実験により、各系統のDCDCコンバータの制御により、結果としてRFでの複素共役整合が実現可能なことを確認した。

在耦合微波无线电功率传输的电源接收侧电路中，由于传输距离的变化而导致的电源变化的输出阻抗，因此有必要通过遵循从整流器电路侧看到的天线的阻抗来最大化功率接收功率，并满足复杂的偶发匹配的匹配条件。在这项研究中，我们开发了一种使用最大功率点跟踪（MPPT）受控的DC-DC转换器来实现复杂的共轭匹配条件的方法，该转换器广泛用于电力电子设备，混合耦合器，微波炉设备和整流二极管。由于跟踪的机制不在微波电路侧，例如可变电容器，而是在DC电路侧（这是一种电力电子技术），因此工程意义在于，可以使功率接收电路可以使小型，轻​​量级，低功耗和低成本。通过将微波工程和电力电子工程结合使用，应用申请人迄今为止研究的“无线电力传输工程建立”在学术上很重要。在电力电子领域，广泛使用了太阳能发电所收到的功率的MPPT电路。因为它是由DC控制的，所以控制自由度仅为1（实际阻抗）。为了在高频下实现复杂的共轭匹配，控制了阻抗的实际和虚构部分，因此控制自由度必须为两个。通过将MPPT电路，整流器电路和功率因数补偿电路相结合，可以最大化接收的功率以2的控制自由度为2。但是，由于功率因数补偿电路基于逆变器技术，因此很难在数百MHz的频率上意识到它的频率。在2021年的研究中，我们使用90度混合动力车，两个整流器电路和一个复杂的MPPT电路，使用两个DCDC转换器提出了一个功率分布电路。此外，实验证实，可以通过控制每个DCDC转换器系统来实现RF中的复杂共轭匹配。

项目成果

90°ハイブリッドを用いた複素 MPPT による RF-DC 変換回路の提案

使用90°混合的复杂MPPT的RF-DC转换电路的提案

• 发表时间: 2021
• 作者: 棚橋功三郎;平山裕
• 通讯作者: 平山裕

A Basic Consideration of RF-DC Conversion Circuit Using Quadrature Hybrid for Complex Maximum Power Point Tracking

采用正交混合实现复杂最大功率点跟踪的 RF-DC 转换电路的基本考虑

• 发表时间: 2021
• 作者: Kouzaburo Tanahashi;Hiroshi Hirayama
• 通讯作者: Hiroshi Hirayama

伝送線路による複素MPPTを用いたRF-DC変換回路の提案

使用传输线的复杂MPPT的RF-DC转换电路的提案

• 发表时间: 2021
• 作者: 菅円香;棚橋功三郎;平山裕
• 通讯作者: 平山裕

複素MPPT整合回路及びそれを用いた回路方式

复杂的MPPT匹配电路及使用其的电路系统

• 发表时间: 2022