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

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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。