JP6389114B2

JP6389114B2 - Rectenna controller

Info

Publication number: JP6389114B2
Application number: JP2014253012A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎小澤; 藤原　暉雄; 暉雄藤原
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: JP2016116325A

Description

本発明は、マイクロ波を受信してこのマイクロ波を直流電力に変換（ＲＦ／ＤＣ変換）するレクテナの出力制御用のレクテナ制御器に関するものである。 The present invention relates to a rectenna controller for controlling the output of a rectenna that receives microwaves and converts the microwaves into DC power (RF / DC conversion).

従来より、アンテナで受信したマイクロ波を直流電力に変換するレクテナ装置が知られており、このようなレクテナ装置は、近年検討されている宇宙太陽光発電システム等への利用が期待されている。 Conventionally, a rectenna device that converts microwaves received by an antenna into direct-current power is known, and such a rectenna device is expected to be used in a space solar power generation system and the like that have been studied in recent years.

宇宙太陽光発電システムとは、人工衛星に搭載した太陽電池パネルで太陽光を集光し、そこで発電した電力をマイクロ波に変換して地上へ送信し、地上で受信したマイクロ波を直流電力に変換して商用電力として利用するものである。この宇宙太陽光発電システムで使用するレクテナ装置は、マイクロ波が照射される領域に多数（数億個）のレクテナを配列してレクテナアレーを形成し、このレクテナアレーの多数のレクテナ個々からの直流電力を集電することにより大電力を得ることができる。 The space solar power generation system collects sunlight with a solar panel mounted on an artificial satellite, converts the generated power into microwaves, transmits them to the ground, and converts the received microwaves to DC power. It is converted and used as commercial power. The rectenna device used in this space solar power generation system forms a rectenna array by arranging a large number (hundreds of millions) of rectennas in an area irradiated with microwaves, and direct current from each rectenna array in the rectenna array. Large power can be obtained by collecting power.

従来、上記したようなレクテナは、マイクロ波を受信するアンテナと、高調波を遮断する入力フィルタと、マイクロ波を直流電力に変換する整流回路を備えており、この整流回路と負荷系との間には、レクテナの出力を制御するレクテナ制御器が配置される。このレクテナ制御器は、整流回路によるマイクロ波から直流電力への変換効率（ＲＦ／ＤＣ変換効率）が最大となるように、整流回路の出力電圧を基準電圧に維持する、いわゆる定電圧制御を行うようになっている（例えば、特許文献１参照。）。 Conventionally, the rectenna as described above includes an antenna that receives microwaves, an input filter that cuts off harmonics, and a rectifier circuit that converts microwaves into DC power. Between the rectifier circuit and the load system, The rectenna controller for controlling the output of the rectenna is arranged. This rectenna controller performs so-called constant voltage control that maintains the output voltage of the rectifier circuit at the reference voltage so that the conversion efficiency (RF / DC conversion efficiency) from microwaves to DC power by the rectifier circuit is maximized. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2009-038924号公報JP 2009-038924

ところが、上述したような従来のレクテナの出力を制御するレクテナ制御器では、出力電圧を基準電圧に維持する定電圧制御を行っているので、出力電圧の飽和領域においてマイクロ波を直流電力に変換する最高のＲＦ／ＤＣ変換効率が得られるものの、出力電圧の不飽和領域では、最高のＲＦ／ＤＣ変換効率が得られる負荷抵抗の条件及びこれに対応する出力電圧を維持することができず、その結果、最高のＲＦ／ＤＣ変換効率を得ることができないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。 However, in the rectenna controller that controls the output of the conventional rectenna as described above, constant voltage control is performed to maintain the output voltage at the reference voltage, so that microwaves are converted into DC power in the saturation region of the output voltage. Although the highest RF / DC conversion efficiency can be obtained, in the output voltage unsaturation region, it is not possible to maintain the load resistance condition and the corresponding output voltage at which the highest RF / DC conversion efficiency is obtained. As a result, there is a problem that the highest RF / DC conversion efficiency cannot be obtained, and it has been a conventional problem to solve this problem.

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、レクテナの出力電力が広い範囲で変化する場合であったとしても、常にその電力レベルでの最高のＲＦ／ＤＣ変換効率を得ることが可能であるレクテナ制御器を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and always obtains the highest RF / DC conversion efficiency at the power level even when the output power of the rectenna changes in a wide range. It is aimed to provide a rectenna controller that is possible.

レクテナは、最適に調整されたものであっても、出力電力及び負荷抵抗によってＲＦ／ＤＣ変換効率は大きく異なる。 Even if the rectenna is optimally adjusted, the RF / DC conversion efficiency varies greatly depending on the output power and the load resistance.

ここで、レクテナの整流特性の実測例として、図３には負荷抵抗と変換効率との関係を示し、図４には出力電圧と変換効率との関係を示す。なお、この場合のレクテナは、出力電力２００ｍＷ、負荷抵抗６００Ωで最高の変換効率が達成されるように調整したものとしている。 Here, as an example of actual measurement of the rectification characteristics of the rectenna, FIG. 3 shows the relationship between the load resistance and the conversion efficiency, and FIG. 4 shows the relationship between the output voltage and the conversion efficiency. In this case, the rectenna is adjusted so that the highest conversion efficiency is achieved with an output power of 200 mW and a load resistance of 600Ω.

図３及び図４の各グラフに示すように、出力電力を一定に保って負荷抵抗を変化させると、この負荷抵抗の増加に伴って出力電圧も単調に増加して、整合する負荷抵抗条件及びこれに対応する出力電圧において最高のＲＦ／ＤＣ変換効率が得られる。 As shown in the graphs of FIGS. 3 and 4, when the load resistance is changed while keeping the output power constant, the output voltage also increases monotonously with the increase in load resistance, and the matching load resistance condition and The highest RF / DC conversion efficiency can be obtained at an output voltage corresponding to this.

一方、負荷抵抗を固定して出力電力を増加させると、この出力電力の増加に伴って出力電圧は増加するが、出力電力や負荷抵抗の各条件に関わらず、出力電圧がある電圧（この場合は約１０Ｖ）を超える領域では、出力電圧が飽和して整流回路のダイオードの漏れ電流の影響を受けてＲＦ／ＤＣ変換効率が著しく低下する。 On the other hand, if the load power is fixed and the output power is increased, the output voltage increases as the output power increases, but the output voltage has a certain voltage (in this case, regardless of the output power and load resistance conditions) In a region exceeding about 10 V), the output voltage is saturated, and the RF / DC conversion efficiency is significantly lowered due to the influence of the leakage current of the diode of the rectifier circuit.

次に、図５にレクテナの出力電圧−出力電流特性を示す。この図５に示すグラフは、図３及び図４に示したデータを用いたうえで、出力電力をパラメータにして出力電流と出力電圧との関係を示している。 Next, FIG. 5 shows the output voltage-output current characteristics of the rectenna. The graph shown in FIG. 5 shows the relationship between the output current and the output voltage using the data shown in FIGS. 3 and 4 and using the output power as a parameter.

図５に示すように、出力電圧が飽和しない領域では、各出力電力に関わらず概ね一定の負荷抵抗（５８０Ω）で最大のＲＦ／ＤＣ変換効率が得られている。また、出力電圧が飽和した領域では、飽和電圧（９．６Ｖ）で最高のＲＦ／ＤＣ変換効率が得られている。 As shown in FIG. 5, in the region where the output voltage is not saturated, the maximum RF / DC conversion efficiency is obtained with a substantially constant load resistance (580Ω) regardless of the output power. In the region where the output voltage is saturated, the highest RF / DC conversion efficiency is obtained at the saturation voltage (9.6 V).

本発明者らは、図５のグラフに示すレクテナの出力電圧−出力電流特性に着目して本発明者をするに至った。 The present inventors came to the present inventors paying attention to the output voltage-output current characteristics of the rectenna shown in the graph of FIG.

すなわち、本発明の第１の態様は、マイクロ波を受信して該マイクロ波を直流電力に整流変換するレクテナと、該レクテナから出力された直流電力が供給される負荷系との間に配置されるレクテナ制御器であって、前記レクテナの出力電圧を計測して、前記出力電圧が飽和しない不飽和領域では、負荷抵抗を一定に保つ制御を行うインピーダンス制御部と、前記レクテナの出力電圧を計測して、前記出力電圧が飽和する飽和領域では、該出力電圧を飽和領域で一定電圧に保つ制御を行う定電圧制御部を備え、前記レクテナの出力電圧レベルに応じて前記インピーダンス制御部によるインピーダンス制御及び前記定電圧制御部による定電圧制御が自動的に切り替わる構成としている。 That is, the first aspect of the present invention is arranged between a rectenna that receives microwaves and rectifies and converts the microwaves into DC power, and a load system that is supplied with DC power output from the rectenna. A rectenna controller that measures an output voltage of the rectenna and measures an output voltage of the rectenna in an unsaturated region in which the output voltage is not saturated, and an impedance control unit that performs control to keep a load resistance constant. In the saturation region where the output voltage is saturated, a constant voltage control unit that performs control to maintain the output voltage at a constant voltage in the saturation region is provided, and impedance control by the impedance control unit is performed according to the output voltage level of the rectenna The constant voltage control by the constant voltage control unit is automatically switched.

また、本発明の第２の態様において、パルス幅を変調することで前記レクテナの出力を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータを備え、前記ＰＷＭコンバータは、前記出力電圧が飽和しない不飽和領域において、前記インピーダンス制御部からのＰＷＭ駆動信号を受けて負荷抵抗を一定に保ち、前記出力電圧が飽和する飽和領域において、前記定電圧制御部からのＰＷＭ駆動信号を受けて前記出力電圧を飽和領域で一定電圧に保つべく作動する構成としている。 Further, in the second aspect of the present invention, a PWM (Pulse Width Modulation) converter that controls the output of the rectenna by modulating a pulse width is provided, and the PWM converter is in an unsaturated region where the output voltage is not saturated. Receiving the PWM drive signal from the impedance control unit to keep the load resistance constant, and in the saturation region where the output voltage is saturated, receiving the PWM drive signal from the constant voltage control unit, the output voltage in the saturation region It is configured to operate to maintain a constant voltage.

さらに、本発明の第３の態様において、前記インピーダンス制御部は、前記レクテナの出力電流を検出する電流検出器と、前記レクテナの出力電圧を検出する電圧検出器と、前記電流検出器で検出された出力電流及び前記電圧検出器で検出された出力電圧の比に基づいて負荷抵抗値を求める除算器と、前記除算器で得た負荷抵抗値の目標負荷抵抗値に対する差信号を求める抵抗値差信号検出手段を具備し、前記定電圧制御部は、前記電圧検出器で検出された出力電圧と目標電圧との差信号を求める電圧差信号検出手段を具備し、前記インピーダンス制御部における前記抵抗値差信号検出手段で求められた負荷抵抗の差信号、及び、前記定電圧制御部における前記電圧差信号検出手段で求められた出力電圧の差信号のうちの何れかの差信号が前記出力電圧の飽和状態に応じて選択され、前記ＰＷＭコンバータは、選択された前記差信号をＰＷＭ駆動信号として該差信号を無くすべく作動する構成としている。 Furthermore, in the third aspect of the present invention, the impedance control unit is detected by a current detector that detects an output current of the rectenna, a voltage detector that detects an output voltage of the rectenna, and the current detector. A divider for obtaining a load resistance value based on a ratio between the output current detected and the output voltage detected by the voltage detector, and a resistance value difference for obtaining a difference signal with respect to a target load resistance value of the load resistance value obtained by the divider Signal detection means, and the constant voltage control section includes voltage difference signal detection means for obtaining a difference signal between the output voltage detected by the voltage detector and a target voltage, and the resistance value in the impedance control section. The difference signal between the load resistance difference signal obtained by the difference signal detection means and the output voltage difference signal obtained by the voltage difference signal detection means in the constant voltage control unit Selected according to the saturation of the output voltage, the PWM converter has a structure which operates to the difference signal selected eliminate difference signal as a PWM driving signal.

ここで、目標負荷抵抗値とは、インピーダンス制御部によるインピーダンス制御において一定に保持しようとする負荷抵抗の値であり、目標電圧とは、定電圧制御部による定電圧制御において一定に保持しようとするレクテナの出力電圧である。この際、負荷抵抗とは、レクテナ出力からレクテナ制御器を見たときの抵抗である。 Here, the target load resistance value is a value of the load resistance to be kept constant in the impedance control by the impedance control unit, and the target voltage is to be kept constant in the constant voltage control by the constant voltage control unit. Rectenna output voltage. In this case, the load resistance is a resistance when the rectenna controller is viewed from the rectenna output.

本発明に係るレクテナ制御器では、レクテナの出力電圧が飽和状態にあるか否かに応じて、インピーダンス制御及び定電圧制御が自動的に切り替わるので、レクテナの出力電力が広い範囲で変化する場合であったとしても、常にその電力レベルでの最高のＲＦ／ＤＣ変換効率を得ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 In the rectenna controller according to the present invention, impedance control and constant voltage control are automatically switched depending on whether or not the output voltage of the rectenna is in a saturated state, so that the output power of the rectenna changes in a wide range. Even if there is, the excellent effect that it is always possible to obtain the highest RF / DC conversion efficiency at the power level is brought about.

また、本発明に係るレクテナ制御器では、インピーダンス制御部及び定電圧制御部の回路構成を簡素化することで消費電力の低減が図られ、その結果、レクテナ制御器自身の消費電力を少なく抑えることができるという非常に優れた効果がもたらされる。 Further, in the rectenna controller according to the present invention, the power consumption can be reduced by simplifying the circuit configuration of the impedance control unit and the constant voltage control unit, and as a result, the power consumption of the rectenna controller itself can be reduced. This is a very good effect.

本発明の一実施形態に係るレクテナ制御器を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the rectenna controller which concerns on one Embodiment of this invention. 図１のレクテナ制御器の負荷抵抗演算回路を示す図である。It is a figure which shows the load resistance calculating circuit of the rectenna controller of FIG. レクテナの整流特性の実測例としての負荷抵抗と変換効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the load resistance and conversion efficiency as a measurement example of the rectifier rectification characteristic. レクテナの整流特性の実測例としての出力電圧と変換効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the output voltage and conversion efficiency as a measurement example of the rectification characteristic of a rectenna. レクテナの出力電圧−出力電流特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output voltage-output current characteristic of a rectenna.

以下、本発明に係るレクテナ制御器を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係るレクテナ制御器の一実施形態を示している。 Hereinafter, a rectenna controller according to the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show an embodiment of a rectenna controller according to the present invention.

図１に示すように、このレクテナ制御器１は、宇宙太陽光発電システムで使用されるレクテナ装置におけるレクテナアレーのレクテナ、すなわち、宇宙から送信されたマイクロ波を受信して直流電力に整流変換するレクテナ２と、このレクテナ２から出力された直流電力が供給される既存の商用電力網（負荷系）３との間に配置される。 As shown in FIG. 1, the rectenna controller 1 receives a rectenna array rectenna in a rectenna device used in a space solar power generation system, that is, receives a microwave transmitted from space and rectifies and converts it into DC power. It is arranged between the rectenna 2 and an existing commercial power network (load system) 3 to which the DC power output from the rectenna 2 is supplied.

このレクテナ制御器１は、レクテナ２の出力電圧が飽和しない不飽和領域において、負荷抵抗を一定に保つ（負荷抵抗を図５の５８０Ω制御線上に保つ）制御を行うインピーダンス制御部１０と、レクテナ２から出力された出力電圧が飽和する飽和領域では、負荷系への出力電圧を飽和領域で一定電圧に保つ（出力電圧を図５の９．６Ｖ制御線上に保つ）制御を行う定電圧制御部２０を備えており、このレクテナ制御器１では、レクテナ２からの出力電圧レベルに応じてインピーダンス制御部１０によるインピーダンス制御及び定電圧制御部２０による定電圧制御が自動的に切り替わるようになっている。 This rectenna controller 1 includes an impedance control unit 10 that performs control to keep the load resistance constant (keep the load resistance on the 580Ω control line in FIG. 5) in the unsaturated region where the output voltage of the rectenna 2 is not saturated, and the rectenna 2 In the saturation region where the output voltage output from the output voltage is saturated, the constant voltage control unit 20 that performs control to maintain the output voltage to the load system at a constant voltage in the saturation region (maintain the output voltage on the 9.6 V control line in FIG. 5). In this rectenna controller 1, the impedance control by the impedance control unit 10 and the constant voltage control by the constant voltage control unit 20 are automatically switched according to the output voltage level from the rectenna 2.

このレクテナ制御器１は、パルス幅を変調することでレクテナ２の出力を制御するＰＷＭコンバータ４を備えており、このＰＷＭコンバータ４は、出力電圧が飽和しない不飽和領域において、インピーダンス制御部１０からのＰＷＭ駆動信号を受けて負荷抵抗を一定に保ち、出力電圧が飽和する飽和領域において、定電圧制御部２０からのＰＷＭ駆動信号を受けて出力電圧を飽和領域で一定電圧に保つべく作動するようになっている。 The rectenna controller 1 includes a PWM converter 4 that controls the output of the rectenna 2 by modulating the pulse width. The PWM converter 4 is connected to the impedance controller 10 in an unsaturated region where the output voltage is not saturated. In response to the PWM drive signal, the load resistance is kept constant, and in the saturation region where the output voltage is saturated, the PWM drive signal is received from the constant voltage control unit 20 so as to keep the output voltage constant in the saturation region. It has become.

この場合、インピーダンス制御部１０は、レクテナ２の出力電流Ｉｏを検出する電流検出器１１と、レクテナ２の出力電圧Ｖｏを検出する電圧検出器１２と、電流検出器１１で検出された出力電流Ｉｏ及び電圧検出器１２で検出された出力電圧Ｖｏの比に基づいて負荷抵抗値Ｚｎを求める除算器１３と、この除算器１３で得た負荷抵抗値Ｚｎの目標負荷抵抗値Ｚｒに対する差信号ΔＺｎを求めて逆流防止ダイオード１４に送る抵抗値差信号検出手段１５を備えている。 In this case, the impedance control unit 10 includes a current detector 11 that detects the output current Io of the rectenna 2, a voltage detector 12 that detects the output voltage Vo of the rectenna 2, and the output current Io detected by the current detector 11. And a divider 13 for obtaining a load resistance value Zn based on the ratio of the output voltage Vo detected by the voltage detector 12, and a difference signal ΔZn of the load resistance value Zn obtained by the divider 13 with respect to the target load resistance value Zr. A resistance value difference signal detecting means 15 for obtaining and sending to the backflow prevention diode 14 is provided.

一方、定電圧制御部２０は、電圧検出器１２で検出された出力電圧Ｖｏと目標電圧Ｖｒｅｆとの差信号ΔＶｏを求めて逆流防止ダイオード２１に送る電圧差信号検出手段２２を備えている。 On the other hand, the constant voltage control unit 20 includes voltage difference signal detection means 22 that obtains a difference signal ΔVo between the output voltage Vo detected by the voltage detector 12 and the target voltage Vref and sends it to the backflow prevention diode 21.

このレクテナ制御器１では、インピーダンス制御部１０における抵抗値差信号検出手段１５で求められた負荷抵抗の差信号ΔＺｎ、及び、定電圧制御部２０における電圧差信号検出手段２２で求められた出力電圧の差信号ΔＶｏのうちの何れかの差信号を出力電圧の飽和状態に応じて選択し、この選択された差信号をＰＷＭ駆動信号としてＰＷＭコンバータ４が差信号を無くすべく作動するようになっている。 In this rectenna controller 1, the load resistance difference signal ΔZn obtained by the resistance value difference signal detection means 15 in the impedance control unit 10 and the output voltage obtained by the voltage difference signal detection means 22 in the constant voltage control unit 20. The difference signal ΔVo is selected in accordance with the saturation state of the output voltage, and the PWM converter 4 is operated to eliminate the difference signal by using the selected difference signal as a PWM drive signal. Yes.

具体的には、図２の負荷抵抗の演算回路に示すように、レクテナ制御器１にレクテナ２からの出力電圧が入力される場合、インピーダンス制御部１０のオペアンプＵ１手前の加算点Ｐにおける出力電流（単位：電圧Ｖ）ＲｃＩｏＫ１Ｒ２に比べて出力電圧Ｋ２ＶｏＲ１が大きいので、オペアンプＵ１の出力に正電圧が発生し、これが逆流防止ダイオード１４を通過してＰＷＭ駆動信号となる。
ここで、Ｒｃは電流検出抵抗、Ｋ１は増幅器抵抗、Ｋ２は電圧検出抵抗、Ｒ１，Ｒ２は抵抗である。 Specifically, as shown in the load resistance arithmetic circuit of FIG. 2, when the output voltage from the rectenna 2 is input to the rectenna controller 1, the output current at the addition point P before the operational amplifier U1 of the impedance control unit 10 (Unit: Voltage V) Since the output voltage K2VoR1 is larger than RcIoK1R2, a positive voltage is generated at the output of the operational amplifier U1, which passes through the backflow prevention diode 14 and becomes a PWM drive signal.
Here, Rc is a current detection resistor, K1 is an amplifier resistor, K2 is a voltage detection resistor, and R1 and R2 are resistors.

ＰＷＭコンバータ４は、ＰＷＭ駆動信号を入力としてＰＷＭの変調率を制御する機能を有しているので、上記ＰＷＭ駆動信号によりＰＷＭコンバータ４が作動して変調率を増加させ、レクテナ制御器１の入力インピーダンスを下げる。そして、オペアンプＵ１手前の加算点Ｐにおける出力電流ＲｃＩｏＫ１Ｒ２と出力電圧Ｋ２ＶｏＲ１とが等しくなるとき、定常状態に移り、レクテナ制御器１の入力インピーダンスが所定の値に維持される。すなわち、インピーダンス制御部１０によるインピーダンス制御がなされることとなる。 Since the PWM converter 4 has a function of controlling the PWM modulation rate with the PWM drive signal as an input, the PWM converter 4 is operated by the PWM drive signal to increase the modulation rate, and the input of the rectenna controller 1 Reduce impedance. When the output current RcIoK1R2 and the output voltage K2VoR1 at the addition point P before the operational amplifier U1 become equal, the steady state is entered and the input impedance of the rectenna controller 1 is maintained at a predetermined value. That is, impedance control by the impedance control unit 10 is performed.

この定常状態において、以下の式が成立する。
−ＲｃＫ１Ｒ２Ｉｏ＋Ｋ２Ｒ１Ｖｏ＝０
そして、目標負荷抵抗値Ｚｒは次式となり、各抵抗Ｒｃ，Ｋ１，Ｋ２，Ｒ１，Ｒ２を目標負荷抵抗値Ｚｒになるように設定する。
Ｖｏ／Ｉｏ＝（ＲｃＫ１Ｒ２）／Ｋ２Ｒ１＝Ｚｒ In this steady state, the following equation is established.
-RcK1R2Io + K2R1Vo = 0
The target load resistance value Zr is expressed by the following equation, and the resistances Rc, K1, K2, R1, and R2 are set to become the target load resistance value Zr.
Vo / Io = (RcK1R2) / K2R1 = Zr

一方、レクテナ２の出力電圧が増加するとき、レクテナ制御器１において、所定の入力インピーダンスに維持された状態で出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとが増加する。
そして、レクテナ制御器１への入力電力がさらに増加して出力電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｒｅｆを超えると、これらの差電圧としての定電圧制御部２０におけるオペアンプＵ２の出力電圧が正となって、逆流防止ダイオード２１を通過してＰＷＭ駆動信号としてＰＷＭコンバータ４に加えられる。これによって出力電圧Ｖｏが抑えられ、出力電流Ｉｏが増加する。 On the other hand, when the output voltage of the rectenna 2 increases, the output voltage Vo and the output current Io increase in the rectenna controller 1 while maintaining a predetermined input impedance.
When the input power to the rectenna controller 1 further increases and the output voltage Vo exceeds the target voltage Vref, the output voltage of the operational amplifier U2 in the constant voltage control unit 20 as the difference voltage becomes positive, and the reverse flow It passes through the prevention diode 21 and is applied to the PWM converter 4 as a PWM drive signal. As a result, the output voltage Vo is suppressed and the output current Io increases.

出力電流Ｉｏが増加すると、オペアンプＵ１の加算点Ｐにおける出力電流ＲｃＩｏＫ１Ｒ２は出力電圧Ｋ２ＶｏＲ１よりも大きくなって、オペアンプＵ１の出力は小さくなり、さらには負の値になって、逆流防止ダイオード１４を通過することができなくなる。
このように、出力電圧が大きい領域（出力電圧Ｖｏが飽和する領域）では、定電圧制御部２０による定電圧制御が支配的になる。 When the output current Io increases, the output current RcIoK1R2 at the addition point P of the operational amplifier U1 becomes larger than the output voltage K2VoR1, the output of the operational amplifier U1 becomes smaller, and becomes a negative value, and passes through the backflow prevention diode 14. Can not do.
Thus, the constant voltage control by the constant voltage control unit 20 is dominant in the region where the output voltage is large (the region where the output voltage Vo is saturated).

したがって、このレクテナ制御器１によれば、レクテナ２の出力電圧Ｖｏが飽和状態にあるか否かに応じて、インピーダンス制御部１０によるインピーダンス制御及び定電圧制御部２０による定電圧制御が自動的に切り替わるので、レクテナ２の出力電力が広い範囲で変化する場合であったとしても、常にその電力レベルでの最高のＲＦ／ＤＣ変換効率が得られることとなる。 Therefore, according to the rectenna controller 1, the impedance control by the impedance control unit 10 and the constant voltage control by the constant voltage control unit 20 are automatically performed according to whether or not the output voltage Vo of the rectenna 2 is in a saturated state. Therefore, even if the output power of the rectenna 2 changes in a wide range, the highest RF / DC conversion efficiency at that power level is always obtained.

また、このレクテナ制御器１では、インピーダンス制御部１０及び定電圧制御部２０の回路構成が簡単なものとなっているので、消費電力の低減が図られることとなり、その結果、レクテナ制御器１自身の消費電力が少なく抑えられることとなる。 Further, in this rectenna controller 1, since the circuit configurations of the impedance control unit 10 and the constant voltage control unit 20 are simple, power consumption can be reduced. As a result, the rectenna controller 1 itself Therefore, the power consumption is reduced.

上記した実施形態では、レクテナ制御器１が宇宙太陽光発電システムに使用される場合について説明したが、これに限られるものではない。 In the above-described embodiment, the case where the rectenna controller 1 is used in the space solar power generation system has been described. However, the present invention is not limited to this.

また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、電流検出器１１で検出されたレクテナ２の出力電流Ｉｏ及び電圧検出器１２で検出されたレクテナ２の出力電圧Ｖｏの差に基づいて負荷抵抗値Ｚｎを求めるのに、例えば、ＣＰＵを用いてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and is based on the difference between the output current Io of the rectenna 2 detected by the current detector 11 and the output voltage Vo of the rectenna 2 detected by the voltage detector 12. For example, a CPU may be used to obtain the load resistance value Zn.

１レクテナ制御器
２レクテナ
３商用電力網（負荷系）
４ＰＷＭコンバータ
１０インピーダンス制御部
１１電流検出器
１２電圧検出器
１３除算器
１５抵抗値差信号検出手段
２０定電圧制御部
２２電圧差信号検出手段 1 Rectenna controller 2 Rectenna 3 Commercial power grid (load system)
4 PWM Converter 10 Impedance Control Unit 11 Current Detector 12 Voltage Detector 13 Divider 15 Resistance Value Difference Signal Detection Unit 20 Constant Voltage Control Unit 22 Voltage Difference Signal Detection Unit

Claims

マイクロ波を受信して該マイクロ波を直流電力に整流変換するレクテナと、該レクテナから出力された直流電力が供給される負荷系との間に配置されるレクテナ制御器であって、
前記レクテナの出力電圧を計測して、前記出力電圧が飽和しない不飽和領域では、負荷抵抗を一定に保つ制御を行うインピーダンス制御部と、
前記レクテナの出力電圧を計測して、前記出力電圧が飽和する飽和領域では、該出力電圧を飽和領域で一定電圧に保つ制御を行う定電圧制御部を備え、
前記レクテナの出力電圧レベルに応じて前記インピーダンス制御部によるインピーダンス制御及び前記定電圧制御部による定電圧制御が自動的に切り替わるレクテナ制御器。 A rectenna controller disposed between a rectenna that receives microwaves and rectifies and converts the microwaves into DC power, and a load system that is supplied with DC power output from the rectenna,
In the unsaturated region where the output voltage of the rectenna is measured and the output voltage is not saturated, an impedance control unit that performs control to keep the load resistance constant;
In the saturation region where the output voltage of the rectenna is measured and the output voltage is saturated, a constant voltage control unit that performs control to maintain the output voltage at a constant voltage in the saturation region,
A rectenna controller in which impedance control by the impedance control unit and constant voltage control by the constant voltage control unit are automatically switched according to an output voltage level of the rectenna.

パルス幅を変調することで前記レクテナの出力を制御するＰＷＭコンバータを備え、前記ＰＷＭコンバータは、前記出力電圧が飽和しない不飽和領域において、前記インピーダンス制御部からのＰＷＭ駆動信号を受けて負荷抵抗を一定に保ち、前記出力電圧が飽和する飽和領域において、前記定電圧制御部からのＰＷＭ駆動信号を受けて前記出力電圧を飽和領域で一定電圧に保つべく作動する請求項１に記載のレクテナ制御器。 A PWM converter that controls the output of the rectenna by modulating a pulse width, and the PWM converter receives a PWM drive signal from the impedance control unit in an unsaturated region where the output voltage is not saturated, and reduces a load resistance. 2. The rectenna controller according to claim 1, wherein the rectenna controller is operated to maintain the output voltage at a constant voltage in a saturation region in response to a PWM drive signal from the constant voltage controller in a saturation region where the output voltage is saturated while being kept constant. .

前記インピーダンス制御部は、前記レクテナの出力電流を検出する電流検出器と、前記レクテナの出力電圧を検出する電圧検出器と、前記電流検出器で検出された出力電流及び前記電圧検出器で検出された出力電圧の比に基づいて負荷抵抗値を求める除算器と、前記除算器で得た負荷抵抗値の目標負荷抵抗値に対する差信号を求める抵抗値差信号検出手段を具備し、前記定電圧制御部は、前記電圧検出器で検出された出力電圧と目標電圧との差信号を求める電圧差信号検出手段を具備し、前記インピーダンス制御部における前記抵抗値差信号検出手段で求められた負荷抵抗の差信号、及び、前記定電圧制御部における前記電圧差信号検出手段で求められた出力電圧の差信号のうちの何れかの差信号が前記出力電圧の飽和状態に応じて選択され、前記ＰＷＭコンバータは、選択された前記差信号をＰＷＭ駆動信号として該差信号を無くすべく作動する請求項２に記載のレクテナ制御器。 The impedance controller includes a current detector that detects an output current of the rectenna, a voltage detector that detects an output voltage of the rectenna, an output current detected by the current detector, and a voltage detector that is detected by the voltage detector. A divider for obtaining a load resistance value based on a ratio of the output voltages, and a resistance value difference signal detecting means for obtaining a difference signal of the load resistance value obtained by the divider with respect to a target load resistance value, the constant voltage control And a voltage difference signal detecting means for obtaining a difference signal between the output voltage detected by the voltage detector and a target voltage, and a load resistance obtained by the resistance value difference signal detecting means in the impedance control section. Any one of the difference signal and the output voltage difference signal obtained by the voltage difference signal detection means in the constant voltage control unit is selected according to the saturation state of the output voltage. The PWM converter rectenna controller of claim 2 which operates to the difference signal selected eliminate difference signal as a PWM driving signal.