본 논문은 E급 증폭기를 이용하여 LF-대역 유도식 무선전력전송 시스템과 HF-대역 공진형 무선전력전송 시스템을 각각 설계하고, HF-대역의 경우 순방향 in-band 통신기능을, LF-대역의 경우는 MATLAB/Simulink를 이용하여 실시간으로 제어하는 기능을 새롭게 제안하였다. 기존의 상용화된 무선전력전송 시스템에서는 in-band 통신을 사용할 경우 순방향 통신기능 없이 역방향 통신기능만을 사용하는 것이 일반적이며, MATLAB/SImulink를 이용하여 제어기능을 수행한 사례는 저자가 아는 한 현재까지는 발표된 바 없다. 먼저, HF-대역 무선전력전송 시스템은 ISM (Industrial, Scientific, and Medical) 대역인 6.78 MHz에서 동작하도록 설계하였다. HF-대역에서 아날로그 순방향 통신을 구현하기 위해 ASK (...
본 논문은 E급 증폭기를 이용하여 LF-대역 유도식 무선전력전송 시스템과 HF-대역 공진형 무선전력전송 시스템을 각각 설계하고, HF-대역의 경우 순방향 in-band 통신기능을, LF-대역의 경우는 MATLAB/Simulink를 이용하여 실시간으로 제어하는 기능을 새롭게 제안하였다. 기존의 상용화된 무선전력전송 시스템에서는 in-band 통신을 사용할 경우 순방향 통신기능 없이 역방향 통신기능만을 사용하는 것이 일반적이며, MATLAB/SImulink를 이용하여 제어기능을 수행한 사례는 저자가 아는 한 현재까지는 발표된 바 없다. 먼저, HF-대역 무선전력전송 시스템은 ISM (Industrial, Scientific, and Medical) 대역인 6.78 MHz에서 동작하도록 설계하였다. HF-대역에서 아날로그 순방향 통신을 구현하기 위해 ASK (Amplitude Shift Keying) 송신기, 한 쌍의 루프 안테나 및 ASK 수신기로 구성되는 시스템을 구현하였다. 특히, E급 증폭기를 사용하는 ASK 송신기의 데이터 변조 방법으로 Drain 바이어스 전압을 입력 데이터에 따라 두 가지 레벨로 가변하여 공급하는 바이어스 스위칭 회로를 새롭게 제안하였다. E급 증폭기는 저가의 IRF510 power MOSFET를 이용하여 6.78 MHz에서 최대 5 W 출력에 75% 이상의 효율이 측정되었다. ASK 수신기는 Log 증폭기, 필터 및 비교기로 구현하여, -78 dBm의 수신감도를 구현하였다. 설계된 ASK 송신부와 ASK 수신부를 각각 30 x 30 cm2 크기의 사각형 루프 안테나에 연결하여 실내에서 전송실험을 수행하였고, 링크버젯 추정 결과 1 W 출력과 –70 dBm 수신감도를 가질 경우 최대 35 m의 수신거리가 계산됨을 확인하였다. 다음으로 LF-대역 자기유도 무선전력전송 시스템은 E급 증폭기와 부하 변화에 둔감하게 보이는 직-병렬 구조를 결합하여 설계하고 MATLAB/Simulink와 NI-DAQ 보드를 이용하여 실시간으로 제어할 수 있도록 하였다. 설계된 무선전력전송 시스템의 회로 구성은 저가의 IRF510 power MOSFET을 이용한 E급 증폭기, 16 cm x 18 cm 와 6 cm x 8 cm의 직사각형 구조를 갖는 송신 및 수신패드, 그리고 Schottky 다이오드를 이용한 풀 브릿지 정류기로 구성된다. 제어부는 코일 전압 센싱 회로, Drain 전류 센싱 회로, 부하 전압 센싱 회로, NI DAC-6008 보드 및 MATLAB/Simulink, Buck converter 구조의 가변 전압 조정 회로로 구성된다. 제작된 시스템의 성능은 최대 4 W 출력과 67%의 시스템 효율을 가진다. 또한, 수신패드의 위치에 상관없이 일정한 전력을 부하에 공급하거나, 부하의 존재 유무 및 금속과 같은 이물질을 감지하는 등 다양한 폐루프 제어 기능을 PC 상에서 구현할 수 있다.
본 논문은 E급 증폭기를 이용하여 LF-대역 유도식 무선전력전송 시스템과 HF-대역 공진형 무선전력전송 시스템을 각각 설계하고, HF-대역의 경우 순방향 in-band 통신기능을, LF-대역의 경우는 MATLAB/Simulink를 이용하여 실시간으로 제어하는 기능을 새롭게 제안하였다. 기존의 상용화된 무선전력전송 시스템에서는 in-band 통신을 사용할 경우 순방향 통신기능 없이 역방향 통신기능만을 사용하는 것이 일반적이며, MATLAB/SImulink를 이용하여 제어기능을 수행한 사례는 저자가 아는 한 현재까지는 발표된 바 없다. 먼저, HF-대역 무선전력전송 시스템은 ISM (Industrial, Scientific, and Medical) 대역인 6.78 MHz에서 동작하도록 설계하였다. HF-대역에서 아날로그 순방향 통신을 구현하기 위해 ASK (Amplitude Shift Keying) 송신기, 한 쌍의 루프 안테나 및 ASK 수신기로 구성되는 시스템을 구현하였다. 특히, E급 증폭기를 사용하는 ASK 송신기의 데이터 변조 방법으로 Drain 바이어스 전압을 입력 데이터에 따라 두 가지 레벨로 가변하여 공급하는 바이어스 스위칭 회로를 새롭게 제안하였다. E급 증폭기는 저가의 IRF510 power MOSFET를 이용하여 6.78 MHz에서 최대 5 W 출력에 75% 이상의 효율이 측정되었다. ASK 수신기는 Log 증폭기, 필터 및 비교기로 구현하여, -78 dBm의 수신감도를 구현하였다. 설계된 ASK 송신부와 ASK 수신부를 각각 30 x 30 cm2 크기의 사각형 루프 안테나에 연결하여 실내에서 전송실험을 수행하였고, 링크버젯 추정 결과 1 W 출력과 –70 dBm 수신감도를 가질 경우 최대 35 m의 수신거리가 계산됨을 확인하였다. 다음으로 LF-대역 자기유도 무선전력전송 시스템은 E급 증폭기와 부하 변화에 둔감하게 보이는 직-병렬 구조를 결합하여 설계하고 MATLAB/Simulink와 NI-DAQ 보드를 이용하여 실시간으로 제어할 수 있도록 하였다. 설계된 무선전력전송 시스템의 회로 구성은 저가의 IRF510 power MOSFET을 이용한 E급 증폭기, 16 cm x 18 cm 와 6 cm x 8 cm의 직사각형 구조를 갖는 송신 및 수신패드, 그리고 Schottky 다이오드를 이용한 풀 브릿지 정류기로 구성된다. 제어부는 코일 전압 센싱 회로, Drain 전류 센싱 회로, 부하 전압 센싱 회로, NI DAC-6008 보드 및 MATLAB/Simulink, Buck converter 구조의 가변 전압 조정 회로로 구성된다. 제작된 시스템의 성능은 최대 4 W 출력과 67%의 시스템 효율을 가진다. 또한, 수신패드의 위치에 상관없이 일정한 전력을 부하에 공급하거나, 부하의 존재 유무 및 금속과 같은 이물질을 감지하는 등 다양한 폐루프 제어 기능을 PC 상에서 구현할 수 있다.
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