一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法技术

本发明专利技术公开一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法，属于计算、推算或计数的技术领域。该方法包括如下步骤：对单块微波整流电路输出外特性分析建立电压源模型；将多路微波整流电路并联，分析总功率与输出电压的关系；基于多路微波整流电路并联后的电气特性，提出将GMPPT技术加入到微波直流能量管理中，达到优化整体效率的效果。本发明专利技术实现了微波整流端直流能量的优化管理，减小了体积和复杂性，降低了成本，提升了系统效率。提升了系统效率。提升了系统效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法


[0001]本专利技术公开了一种基于GMPPT(Global Maximum Power Point Tracking,全局最大功率点跟踪)技术的微波整流端能量管理方法，属于计算、推算或计数的


技术介绍

[0002]微波能量传输(MPT,Microwave Power Transmission)是一种通过电磁波在自由空间内传输电能的技术，是空间太阳能电站开展研究的关键，同时在给平流层飞艇、无人机等高空飞行器和微小型机器人的供电上也有应用前景。由于微波电能是在自由空间内无线传输，传输损耗较小，对传输效率有所影响的只有大气等自然损耗，因此微波技术目前是国内外的研究热点之一，在军事、航空航天等方面有着广阔的发展前景。
[0003]微波能量传输系统主要由微波发射端、自由空间以及微波接收端三部分组成。微波接收端是MPT系统的重要组成部分，用于实现微波到直流电能的转换和后级能量管理，其效率对整个系统来说至关重要，通用结构如图1所示，主要包括：接收天线、整流电路、直流能量管理电路和直流负载。由于接收天线多为阵列式，每个天线后面接入一块整流电路板将微波转换成直流电，而后需要给直流负载供电。目前研究大多聚焦如何提高整流电路的效率，后级直流能量管理的研究较少，且多为分布式管理，即在每个接收整流电路后添加管理模块，往往结构庞大，算法复杂。因此，亟需一种适用于多路输出的集中式微波整流端能量管理方法来实现后级能量的优化管理，从而进一步提高接收端整体效率。

技术实现思路
<br/>[0004]本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提出一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法，该方法通过对单块整流电路外特性分析建立模型，分析多路并联时功率特性整体规律，最后加入GMPPT技术以寻求在多峰情况下的最优输出功率点，从而形成直流能量管理电路，提升整流端效率，解决现有微波接收端的分布式能量管理方法电路结构庞大且算法复杂的技术问题。
[0005]本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：
[0006]一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法，包括如下3个步骤。
[0007](1)对单块微波整流电路输出外特性分析建立电压源模型：
[0008]利用测试得出的整流电路实验数据作电路外特性曲线，分析其电气特性后将微波整流电路等效成一个电压源，即等效成一个理想电压源与电压源内阻串联的结构。
[0009](2)将多路微波整流电路并联，分析总功率与输出电压的关系：
[0010]采用在不同支路上串联二极管再并联支路的结构自动适应负载变化，结合MATLAB仿真可将输出电压范围分为若干区间，每个区间内有且仅有一个峰值点。
[0011](3)基于多路微波整流电路并联后的电气特性，提出将GMPPT技术加入到微波直流能量管理中，先跟踪输出电压每个区间内的局部最大功率点，后跟踪全局最大功率点，达到优化整体效率的效果。
[0012]根据多路整流电路并联后的特性分析，采用集中式的管理方式，在电路后加入有源控制的Buck变换器，用芯片实现先区间后整体的全局最大功率点跟踪技术。
[0013]本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0014](1)成本优势：相对于分布式直流能量管理，本专利技术采用集中式的并联整流电路结构，减少了变换器个数，节省了多余电气元器件，结构的尺寸和复杂性都大大降低，从而降低了成本开销。
[0015](2)性能优势：相对于传统微波整流方法并没有对多路直流能量进行管理从而导致的能量浪费和设计困难，本专利技术将多路整流电路并联起来优化管理，本专利技术用加入有源变换器的方法控制输出功率，比传统的单一功率点设计更具有普适性，将GMPPT的思想加入微波整流端，具有创新性和发展性。
[0016](3)模块化、易集成：本专利技术给出的方案利于模块化实现，具体实现的硬件电路、芯片等在通信领域发展较为成熟，后续芯片化设计易于实现。
附图说明
[0017]图1是微波无线传能接收端系统的通用结构图。
[0018]图2是本专利技术提出的基于GMPPT的微波整流端能量管理方法的整体框图。
[0019]图3是测试得出的微波整流电路板外特性曲线图。
[0020]图4是理想电压源外特性曲线图。
[0021]图5是单块微波整流电路板的等效电路模型。
[0022]图6是并联整流电路的拓扑示意图。
[0023]图7是单块整流板P
‑
V关系曲线和并联后总体P
‑
V关系曲线图。
[0024]图8是集中式能量管理结构图。
[0025]图9是扰动观察法寻找最大功率点的示意图。
[0026]图10是局部最大功率点跟踪技术的算法流程图。
[0027]图11是全局最大功率点跟踪技术的算法流程图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提出的一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚明确，以及参照附图对本专利技术进一步详细说明。1.接收端单块整流电路建模
[0029]要想将微波整流电路各自的能量结合起来形成集中式管理，需要研究单块微波整流电路的直流外特性。在相同功率等级下通过调整整流电路的负载测试整流电路的外特性，所得结果如图3所示。由该外特性曲线可知，输出电压U
o
与输出电流I
o
可近似拟合成一条斜率固定的直线，因此可以将微波整流电路对外部的特性等效为一个直流电压源。理想的电压源模型的外特性曲线如图4所示，曲线与纵坐标的交点为空载电压U
S
。随着负载电流的增大，在内阻上损耗的电压增大，负载电压会不断减小直至为0，此时电路为短路状态，因此曲线与横坐标的交点即为短路电流I
S
，曲线的斜率为电压源内阻R
S
，R
s
＝U
s
/I
s
。由此规律可将单块微波整流电路等效为一个如图5所示的理想电压源和内阻串联的电压源模型，其中电压源电压为U
S
，内阻为R
S
，U
S
与R
S
和微波整流电路本身的参数有关，不同电路的这些参数
可以通过实验测得。整流电路与负载R
L
串联连接，因此电路的电流都为I
S
。通过所建立的单块整流电路板模型，为下文分析并联后的总功率特性提供了理论基础。
[0030]2.整流电路板并联后的功率特性分析
[0031](1)并联电路连接方式分析：由于各个天线接收到的能量不同，不可能达到完全均衡的效果，接在天线后的每块整流电路板后所得电压也有所不同，因而不能直接进行并联操作，否则会引起电源间短路。本专利技术中采用在不同支路上添加二极管的结构，如图6所示。这种结构能够自动适应负载变化，即在负载电流较低时仅接收功率最大支路导通供电，随着负载电流增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法，其特征在于，分析微波整流电路电气特性，将多路微波整流电路分别等效为一个电压源模型支路，对并联后的电压源模型支路进行分析以获取并联支路总输出功率与各支路输出电压的关系，将每个电压源模型支路并联在Buck变换器的输入端，依据并联支路总输出功率与各支路输出电压的关系并采用最大功率点跟踪技术调节接入Buck变换器输入端的电压源模型支路的数目。2.根据权利要求1所述一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法，其特征在于，依据并联支路总输出功率与各支路输出电压的关系并采用最大功率点跟踪技术调节接入Buck变换器输入端的电压源模型支路的数目的具体方法为：依据并联支路总输出功率与各支路输出电压的关系获取各支路开路电压对Buck变换器输出电压范围的划分情况，根据接入支路的开路电压将电压Buck变换器输出电压范围划分为对应支路数目的区间，搜索每个区间最大功率点对应的Buck变换器输入电压给定值，在各区间最大功率点对应的Buck变换器输入电压给定值中选取最大值作为Buck变换器输入电压给定值。3.根据权利要求2所述一种基于GMPPT技术的微波整流端能量管理方法，其特征在于，搜索每个区间最大功率点对应的Buck变换器输入电压给定值的具体方法为：从Buck变换器输入电压最小值开始，逐渐增加并接在Buck变换器输入端的电压源模型支路的数目，每增加一个电压源模型支路，比较Buck变换器的当前输出电压与前一次调节电压源模...

【专利技术属性】
技术研发人员：金科，肖怡文，王雪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：