2.45GHz微波整流电路设计

为了将2.45GHz微波能量转换为直流能量,采用二极管结合微带线结构设计出一个微波整流电路。用微波电路仿真软件ADS 2011对电路进行仿真及优化,其微波-直流转换效率仿真结果可以达到80%以上。对实物加工和测试,其实际转换效率可以达到65%以上。由于该整流电路具有小型化、高转换效率特点,可用于微波输能(MPT:Microwave Power Transmission)系统。     

基于射频能量采集的电子标签设计方法

根据能量采集应用于标签的特点,在能量采集模块与标签模块之间添加监测电路,并在高低2个阈值设置的基础上,提出能量采集与标签协同工作策略,低阈值选取原则是保证储能模块的储能能够保证标签一次广播,最大限度地防止标签进入掉电状态.从标签设计目标要求的广播间隔与功率出发,根据环境中能够采集到的能量大小与标签不同状态下所需能耗的变化,推导出储能电容最优值、环境中应具备的射频(RF)输入功率最小值与最优值.利用P2110B与CC2640R2F芯片设计了一个基于射频采集的标签进行验证,测试结果表明：采取该方法设计的能量采集标签可以实现能量采集模块和标签模块协同工作,当射频输入功率大于最优值时,标签能够进行持续的“休眠-广播”循环工作,有效地防止标签陷入“能量死锁”,并可自适应地在不同工作状态下转换.     

多界面匹配高效微波整流天线设计方法

整流天线效率对远距离微波能量传输的整体效率至关重要.针对传输系统接收整流端效率提升的需求,提出了一种多界面匹配高效微波整流天线的设计方法.首先对整流天线的效率给出了数学描述,并据此在能量波束入射界面、能量转移界面、能量转换界面、直流合成界面提出了匹配原理和方法.多界面匹配联合就形成了高效整流天线设计方法.最后,根据相关匹配原理进行了实验验证,证实了对波阻抗匹配和输入阻抗匹配的分析.     

电能量采集系统功能实现浅析

总体描述电能量采集系统的功能,并分析该系统各个组成部分的特性。     

变电站电能量采集系统的建设与应用

本文介绍了根据“三二一”（三层设备、二级通道和一套应用软件）模型,沧州供电公司进行的变电站电能量采集系统的规划与建设,以及在应用过程中取得的效益成果分析。     

无源超高频RFID低压高效电荷泵的设计与实现

提出了一种适用于无源超高频射频识别(RFID)标签的低压高效电荷泵电路的设计方案,用以最大化标签的识别距离。该方案利用偏置电路为主电荷泵提供偏置电压,通过二极管连接的MOSFET抑制偏置电路的负载电流来提高偏置电压,大大减小了传统电荷泵中的阈值损失,有效抑制了反向漏电流,提高了电荷泵的灵敏度和能量转换效率。该结构使用chartered 0.35 μm CMOS工艺进行流片验证,实测结果表明,在输入275 mV负载电阻200 kΩ情况下,电荷泵输出可达1.47 V,能量转换效率最高可达26.2%;采用该电荷泵的RFID标签识别距离最远可达4.2 m。该设计为RFID芯片的良好性能提供了可靠保证。     

五频段整流天线的研究与设计

针对5G频段以及传统频段的微波能量收集,提出了一款五频段整流天线,其主要由微波能量接收天线和五频段整流电路组成。为了将空间中的5G频段中3.5GHz与4.9GHz的微波能量以及传统频段中的1.75GHz、2.3GHz、2.8GHz的微波能量转为直流功率进行输出,整流电路由两个并联二极管结构的整流电路并联而成,为了收集更多的微波功率,接收天线的辐射方向图在1.75GHz与2.3GHz实现全向性的线极化辐射,在2.8GHz,3.5GHz和4.9GHz实现圆极化辐射。五频带整流天线可在功率为-20～5dBm的环境中工作,且最大RF-DC转换效率可达到58%。因此该整流天线可为低功耗电子设备供电。     

基于AW60的温度采集系统的设计与实现

介绍基于AW 60设计的一个温度采集系统。该系统由基于PT100铂热电阻的温度采集电路、电桥电路、放大电路及AW 60最小系统组成。电桥电路的作用是对采集信号进行校正,而基于TL062芯片的放大电路是对校正信号放大,这样可以消除由于PT100引线电阻差所带来的误差,还可以将采集的信号进行放大以克服信号变化范围小的缺点。本次设计利用AW 60集成的AD转换接口进行硬件设计,同时也给出软件设计、测试结果及设计过程中的体会,对基于Freescale公司生产的8位MCU系列的温度采集系统设计有重要的指导意义。     

一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路

本文提出一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路.通过在三条整流支路中采用不同阈值电压的二极管,使每条支路对不同输入功率进行高效整流,三条整流支路协同作用,使所提出的整流电路能够在超宽输入功率范围内保持高效率工作;设计并实现了一个工作在2.4 GHz的三支路整流电路,三条整流支路分别实现在-10～11、11～24和24～35 dBm的功率范围内,效率保持在30%以上.测试结果表明：在-6～25 dBm的输入功率范围内,电路的转换效率均可保持在40%以上,最高效率可以达到71.2%.所提出的整流电路对输入功率的灵敏度较低,能够在超宽输入功率范围内实现高效率能量转换,可用于能量收集或动态无线能量传输系统中.     

Ka波段整流天线的谐波平衡法分析

采用谐波平衡法(HBM)分析了Ka波段整流天线,计算了整流天线的转换效率,以转换效为目标函数,分别对整流电路的低通滤波器和直通滤波器进行了优化设计,得到了一种新的整流天线结构,此整流天线在150 mW净输入功率和100 Ω的负载电阻下有60%的转换效率。用时域法(TDM)对该整流天线进行了模拟,两者吻合得很好,表明了理论计算的可靠性。     

Highly efficient interface circuit for vibrational energy harvesting applications

An input-powered vibrational energy harvesting interface circuit is presented. By using a bulk-driven comparator, the lowest input voltage amplitude can be reduced to 02 V. When the input voltage amplitude is low enough, the circuit can automatically shut down by adopting the input-powered, thereby avoiding unnecessary energy loss. Based on standard SMIC 018μm 33V CMOS technology, simulation results show that the voltage conversion efficiency can reach up to 89％ when the input voltage equals 02V@100Hz with a load resistance of 40kΩ. The energy conversion efficiency can reach up to 80％ when the input voltage equals 025V@100Hz with a load resistance of 40kΩ, and the maximum efficiency can be up to 90％. Input voltages with frequencies in the range of 10～500Hz can be rectified.     

多阶阻抗匹配与宽频带天线的设计分析

为了实现天线的宽频带,从阻抗匹配的基本理论出发,将天线等效为单端口的微波谐振电路,通过多阶阻抗匹配网络来实现天线阻抗带宽的展宽．在具体的天线设计中,可以在天线的馈电网络上或者辐射体上进行多阶阻抗匹配．给出的两个实例验证了多阶阻抗匹配的可行性和有效性．研究结果表明,通过在弯折单极子天线引入阻抗匹配环,实现了二阶的阻抗匹配,其相对带宽从9.70%增加到46.80%;通过在套筒单极子天线引入4根匹配金属柱,实现三阶的阻抗匹配,其相对阻抗带宽从55.14%展宽到82.11%．     

针对宽带功率放大器设计的人工神经网络算法

为了实现准确快速设计宽带匹配网络的目的, 提出了基于人工神经网络设计宽带高效功率放大器的新方法。通过对匹配网络及晶体管阻抗特性的分析,借助人工神经网络对功率放大器的匹配网络进行建模。结合训练模型与优化方法设计宽带匹配网络初值,在指定的频带内满足晶体管最优阻抗随频率变化的曲线。选择商用的氮化镓高电子迁移率晶体管,分别设计了六阶低通网络为输入和输出匹配网络,实现了一款工作在0.2~1.6 GHz的宽带高效率功率放大器。仿真结果表明,在0.2~1.6 GHz(轴比带比约为156%)的带宽范围内,功率放大器达到64.5%~80.5%的漏极效率,输出功率为40.0~41.6 dBm,频带内增益为11.1~12.6 dB。该方法提升了宽带功率放大器匹配网络的设计速度与准确性。     

车载传感器压电和电磁混合式自供电技术

研究了一种用于车载传感器自供电的压电和电磁复合式能量收集技术,给出了系统的数学模型,分析了系统共振频率与系统结构参数的关系,设计了一套压电和电磁复合式能量收集装置.实验结果表明,数学模型基本反映了系统的输出特性,在共振频率为18 Hz,加速度为0.5 g时,复合式能量收集装置的最大负载功率为3.75 mW,相比于采用单一电磁技术时的最大负载功率3.2 mW增加了17%.     

Pedestrian walking characteristics at stairs according to width change for application of piezoelectric energy harvesting

This work aims at finding pedestrian walking characteristics at U-type stairs according to the width change of stairs and appropriate spot for installing piezoelectric energy harvesting. The number of pedestrian at two kinds of stairs (one is stairs with 1.5 m in width and the other is stairs with 3 m in width) was estimated by calculating the number of steps on the stairs by a zone which is divided into 30 cm×30 cm. The result shows high density in the middle in the case of narrow stairs but traffic is concentrated on stair inside (pillar side) in stairs with large width. In conclusion, the location for installation of piezoelectric energy harvesting system should be considered differently on stairs width and the number of installation depends on total expected traffic and the expected traffic for a device.     

基于两层优化的主动配电网储能优化配置

针对主动配电网储能系统优化配置问题,考虑运行控制策略对规划方案的影响,提出一种基于两层优化的配置方法。在短时间尺度的内层优化中,利用低通滤波算法提取上网功率高频分量,以高频分量变异系数和可再生能源浪费率最小为目标,基于标量化方法和粒子群算法优化主动配电网控制策略。在长时间尺度的外层优化中,构建多目标优化模型,最小化投资成本和可再生能源浪费率,采用NSGA-Ⅱ算法求取储能系统配置的Pareto最优解。由于运行控制和规划配置间存在相互影响,将不同时间尺度的内外层优化置于统一的框架内,以可再生能源浪费率、储能系统配置位置和容量为耦合变量交替迭代求解。结合算例,对所提模型及其求解方法进行了验证。算例分析表明:主动配电网中储能系统优化配置能够有效提高电网对可再生能源的消纳能力。     

基于两层优化的主动配电网储能优化配置

针对主动配电网储能系统优化配置问题,考虑运行控制策略对规划方案的影响,提出一种基于两层优化的配置方法。在短时间尺度的内层优化中,利用低通滤波算法提取上网功率高频分量,以高频分量变异系数和可再生能源浪费率最小为目标,基于标量化方法和粒子群算法优化主动配电网控制策略。在长时间尺度的外层优化中,构建多目标优化模型,最小化投资成本和可再生能源浪费率,采用NSGA-Ⅱ算法求取储能系统配置的Pareto最优解。由于运行控制和规划配置间存在相互影响,将不同时间尺度的内外层优化置于统一的框架内,以可再生能源浪费率、储能系统配置位置和容量为耦合变量交替迭代求解。结合算例,对所提模型及其求解方法进行了验证。算例分析表明:主动配电网中储能系统优化配置能够有效提高电网对可再生能源的消纳能力。     

混合动力车制动工况分析与储能装置参数匹配

为提高混合动力系统整体性能,实现高效能量回收,分析某重型越野车辆驾驶循环工况中制动过程的功率与能量分布,从制动能量回收率与电机参数出发讨论对储能装置的性能要求. 提出电池组-超级电容复合储能装置的参数匹配方法,针对21 t级试验样车混合动力系统进行实例计算,论证锂离子电池组与超级电容组成的复合储能装置的性能. 实例计算与道路试验结果表明:匹配的复合储能装置符合车辆整体性能与制动能量回收的要求,体积、重量满足总体设计约束;匹配超级电容后,储能装置的瞬时功率能力大幅提升,可显著提高车辆的制动能力和制动能量回收率.     

人工神经元网络在能源利用效率预测中的应用

针对广西能源利用效率的发展趋势呈现较强的非线性这一特点,采用人工神经元网络的BP算法对其进行拟合和预测,并把拟合的结果和全国的能源利用效率进行对比,并论述了拟合和预测结果的现实意义。     

计及能源网络特性的综合能源系统最优协调规划

对综合能源系统进行协调规划,可以提升整个系统运行的安全性与经济性,实现多种能流互补共济,并改善总的能源利用效率。在此背景下,对含天然气与热力管网的IES的规划问题进行研究。首先,在计及气网管存效应、热网延时效应与热网热量损失的情况下,构建含多个能源中心(energy hub,EH)的IES模型;然后,提出以规划期内投资和运行总成本最小为目标的IES协调优化规划的混合整数非线性优化模型,以确定EH设备和能源网络的优化配置方案;接着,采用增量法将所构建的最优协调规划模型转化为混合整数线性优化问题,并采用商业求解器Yalmip/Gurobi求解;最后,以包含6个EH的IES为例对所提协调规划方法进行验证。算例结果表明,在IES规划中考虑天然气与热力管网特性是必要的,所提方法是可行的。