利用微波無線電力傳送受電電路,實現世界最高電力轉換效率與最短回應時間

 

刊登日期:2024/3/13
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日本金澤工業大學與信州大學共同合作,成功開發了利用微波進行無線電力傳輸之受電電路,實現了世界最高的電力轉換效率與世界最短的反應時間。利用微波進行無線電力傳送可實現遠距離的電力傳輸,目前各機構正持續進行研究與開發。隨著微波無線傳輸進一步標準化的發展,將可望實現更高機能且高性能之感測、運算處理感測節點(Sensor Node)。為了實現此目標,需要具有更高電力轉換效率的受電電路,也意味著受電電路中的微波整流器與DC-DC轉換器都必須達到更高的電力轉換效率。此外,由於微波束進入受電電路的時間被分段,因此從接收微波到實現高效率電力轉換的反應時間(MPPT時間)須縮短至極短的100微秒以下。

本研究中提出之DC-DC轉換器採用了Single Inductor Dual Input Triple Output (SIDITO)轉換器的架構,將微波整流器的輸出做為主要輸入,並將鋰離子電池做為主要輸出。此外,使用透過連接GaAs E-pHEMT閘極與汲極配置的Gated Anode Diode (GAD)整流器來做為微波整流器,此為金澤工業大學所開發,可高效率地整流瓦特級微波。

本次實驗中,DC-DC轉換器採用了0.25 μm高耐壓BCD製程,而微波整流器則使用了0.5 μm的GaAs製程進行了試作與實測,MPPT時間達到了45.2微秒,創下了世界無線電力傳輸受電電路中最快的紀錄,同時也意味著今後可望有效率地追蹤快速變化的微波功率。此外,單一DC-DC轉換器與單一微波整流器的最高電力轉換效率分別為86.4%、78.5%,整體受電電路的最大值則達到了64.4%,此紀錄亦成為全球IC晶片受電電路中最高的功率轉換效率。

本次研究設定的使用場域為室內用途,具體而言,例如工廠自動化或是做為充電站的感測器電源等工業與物流方面應用。研究成果將有助於實現更高效率、低成本的受電電路實用化,並加速微波無線電力傳輸技術於社會之實際應用。


資料來源: https://www.kanazawa-it.ac.jp/kitnews/2024/0219_isscc.html
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