최근 모바일 기기의 전력문제가 ICT이슈로 떠오르면서 무선전력전송의 효율적인 전력사용에 대한 여러 방안들이 등장하고 있다. 무선전력전송(Wireless Power Transfer) 시스템 개발이 상용화 되기 위한 중요한 쟁점 중 하나는 유선전력전송과 비교하여 사용 가능한 전송 효율을 높이고 송수신코일간의 위치 자유도에 의한 부하 임피던스 변화에 대한 안정적인 특성을 확보하는 것이다. 무선전력전송 시스템은 DC-to-RF 변환기, 유도성 커플링 결합 그리고 RF-to-DC 변환기로 이루어지며 전송효율을 높이기 위해서는 DC-to-RF 변환기에서 높은 효율 및 부하 임피던스 변화에도 높은 효율을 유지하는 특성을 필요로 한다. 따라서 이상적으로 100%의 효율을 가지는 스위칭 모드 전력증폭기가 주로 사용되고 있으며 특히 전압모드 D급 전력증폭기(Voltage-Mode-Class-D Power Amplifier)와 E급 전력증폭기(Class-E Power Amplifier)가 주로 사용되고 있다. 하지만 D급 전력증폭기의 경우 스위칭 소자의 기생 ...
최근 모바일 기기의 전력문제가 ICT이슈로 떠오르면서 무선전력전송의 효율적인 전력사용에 대한 여러 방안들이 등장하고 있다. 무선전력전송(Wireless Power Transfer) 시스템 개발이 상용화 되기 위한 중요한 쟁점 중 하나는 유선전력전송과 비교하여 사용 가능한 전송 효율을 높이고 송수신코일간의 위치 자유도에 의한 부하 임피던스 변화에 대한 안정적인 특성을 확보하는 것이다. 무선전력전송 시스템은 DC-to-RF 변환기, 유도성 커플링 결합 그리고 RF-to-DC 변환기로 이루어지며 전송효율을 높이기 위해서는 DC-to-RF 변환기에서 높은 효율 및 부하 임피던스 변화에도 높은 효율을 유지하는 특성을 필요로 한다. 따라서 이상적으로 100%의 효율을 가지는 스위칭 모드 전력증폭기가 주로 사용되고 있으며 특히 전압모드 D급 전력증폭기(Voltage-Mode-Class-D Power Amplifier)와 E급 전력증폭기(Class-E Power Amplifier)가 주로 사용되고 있다. 하지만 D급 전력증폭기의 경우 스위칭 소자의 기생 캐패시터로 인해 고주파로 갈수록 효율이 낮아지게 된고 E급 전력증폭기의 경우 높은 피크전압을 필요로 하며 전압모드 D급 전력증폭기와 비교하여 부하 임피던스 변화에 대하여 높은 효율변화를 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 무선전력전송 시스템을 위한 전류모드 D급 전력증폭기(Current-Mode-Class-D Power Amplifier)를 제안하고 설계하였다. 상용 CAE(Computer Aided Engineering)인 ADS(Advanced Design System)을 이용하여 부하 임피던스 변화에 따른 효율변화를 검증하였다. 검증결과 부하 임피던스를 ±20% 변화시켰을 때 전류모드 D급 전력증폭기는 약 0.12%의 효율 저하를 보였으며 E급 전력증폭기가 2.5%, 전압모드 D급 전력증폭기는 0.65%의 효율이 감소하는 것에 비해 낮은 효율 변화를 가지는 것을 확인해 볼 수 있었다. 시뮬레이션결과를 기초로 실제 전류모드 D급 전력증폭기를 제작하였다. 제작된 E급 전력증폭기는 앞 단에 입력신호를 위한 디지털 회로 및 드라이브 증폭기를 연결하여 제작하였다. 측정결과 DC바이어스 전압이 28V일 때 45.14dBm(=32.7W)의 출력이 나왔으며 이때의 효율은 89.17%로 측정되었다.
최근 모바일 기기의 전력문제가 ICT이슈로 떠오르면서 무선전력전송의 효율적인 전력사용에 대한 여러 방안들이 등장하고 있다. 무선전력전송(Wireless Power Transfer) 시스템 개발이 상용화 되기 위한 중요한 쟁점 중 하나는 유선전력전송과 비교하여 사용 가능한 전송 효율을 높이고 송수신코일간의 위치 자유도에 의한 부하 임피던스 변화에 대한 안정적인 특성을 확보하는 것이다. 무선전력전송 시스템은 DC-to-RF 변환기, 유도성 커플링 결합 그리고 RF-to-DC 변환기로 이루어지며 전송효율을 높이기 위해서는 DC-to-RF 변환기에서 높은 효율 및 부하 임피던스 변화에도 높은 효율을 유지하는 특성을 필요로 한다. 따라서 이상적으로 100%의 효율을 가지는 스위칭 모드 전력증폭기가 주로 사용되고 있으며 특히 전압모드 D급 전력증폭기(Voltage-Mode-Class-D Power Amplifier)와 E급 전력증폭기(Class-E Power Amplifier)가 주로 사용되고 있다. 하지만 D급 전력증폭기의 경우 스위칭 소자의 기생 캐패시터로 인해 고주파로 갈수록 효율이 낮아지게 된고 E급 전력증폭기의 경우 높은 피크전압을 필요로 하며 전압모드 D급 전력증폭기와 비교하여 부하 임피던스 변화에 대하여 높은 효율변화를 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 무선전력전송 시스템을 위한 전류모드 D급 전력증폭기(Current-Mode-Class-D Power Amplifier)를 제안하고 설계하였다. 상용 CAE(Computer Aided Engineering)인 ADS(Advanced Design System)을 이용하여 부하 임피던스 변화에 따른 효율변화를 검증하였다. 검증결과 부하 임피던스를 ±20% 변화시켰을 때 전류모드 D급 전력증폭기는 약 0.12%의 효율 저하를 보였으며 E급 전력증폭기가 2.5%, 전압모드 D급 전력증폭기는 0.65%의 효율이 감소하는 것에 비해 낮은 효율 변화를 가지는 것을 확인해 볼 수 있었다. 시뮬레이션결과를 기초로 실제 전류모드 D급 전력증폭기를 제작하였다. 제작된 E급 전력증폭기는 앞 단에 입력신호를 위한 디지털 회로 및 드라이브 증폭기를 연결하여 제작하였다. 측정결과 DC바이어스 전압이 28V일 때 45.14dBm(=32.7W)의 출력이 나왔으며 이때의 효율은 89.17%로 측정되었다.
Recently, the wireless powering of the mobile device becomes one of ICT issue. Wireless power transfer (WPT) is the transmission of electrical power from a power source to devices without wired lines. One of the issues for WPT is the conversion efficiency; enhancing the conversion efficiency and mai...
Recently, the wireless powering of the mobile device becomes one of ICT issue. Wireless power transfer (WPT) is the transmission of electrical power from a power source to devices without wired lines. One of the issues for WPT is the conversion efficiency; enhancing the conversion efficiency and maintaining a high efficiency over the load variation compared with wired system. The WPT system is composed DC-to-RF converter, inductively coupling link, and RF-to-DC converter. Because of the requirement of high overall efficiency in the WPT, the switching mode power amplifiers, particularly voltage-mode class-D and class-E, are widely used. Ideal switching-mode power amplifiers can provide 100% efficiency and high reliability characteristic by operating transistors as switches. However, due to parasitic shunt capacitance, voltage-mode class-D power amplifier has a low efficiency at radio frequency. Also, the class-E power amplifier needs higher peak voltage and efficiency degradation under the load variation compared with that of voltage-mode class-D power amplifier. In order to solve this problem, we have designed a current-mode class-D power amplifier as a DC-to-RF converter in the application of WPT system. With a commercial CAE software the ADS (Advanced Design System), we have investigated the efficiency degradation of power amplifiers under the load variation. Simulation shows that the efficiency of the current mode class-D power amplifier is decreased by 0.12% under the load resistance variation of ± 20%, while class-E and voltage-mode class-D power amplifiers have 2.5% and 0.65%, respectively. We manufactured current-mode class-D power amplifier on a simulation data. The designed and manufactured current-mode class-D power amplifier requires DC bias of 28V and shows the efficiency of 89.17% and output power of 45.14 dBm (=32.7W).
Recently, the wireless powering of the mobile device becomes one of ICT issue. Wireless power transfer (WPT) is the transmission of electrical power from a power source to devices without wired lines. One of the issues for WPT is the conversion efficiency; enhancing the conversion efficiency and maintaining a high efficiency over the load variation compared with wired system. The WPT system is composed DC-to-RF converter, inductively coupling link, and RF-to-DC converter. Because of the requirement of high overall efficiency in the WPT, the switching mode power amplifiers, particularly voltage-mode class-D and class-E, are widely used. Ideal switching-mode power amplifiers can provide 100% efficiency and high reliability characteristic by operating transistors as switches. However, due to parasitic shunt capacitance, voltage-mode class-D power amplifier has a low efficiency at radio frequency. Also, the class-E power amplifier needs higher peak voltage and efficiency degradation under the load variation compared with that of voltage-mode class-D power amplifier. In order to solve this problem, we have designed a current-mode class-D power amplifier as a DC-to-RF converter in the application of WPT system. With a commercial CAE software the ADS (Advanced Design System), we have investigated the efficiency degradation of power amplifiers under the load variation. Simulation shows that the efficiency of the current mode class-D power amplifier is decreased by 0.12% under the load resistance variation of ± 20%, while class-E and voltage-mode class-D power amplifiers have 2.5% and 0.65%, respectively. We manufactured current-mode class-D power amplifier on a simulation data. The designed and manufactured current-mode class-D power amplifier requires DC bias of 28V and shows the efficiency of 89.17% and output power of 45.14 dBm (=32.7W).
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