최근 무선 전력 전송기술에 관한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 자기공진방식무선전력전송은 자기 유도방식에 비해 넓은 범위에서 사용됨에 따라 활용도가 높아지고 있다. 또한 인체 이식/삽입형 ...
최근 무선 전력 전송기술에 관한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 자기공진방식무선전력전송은 자기 유도방식에 비해 넓은 범위에서 사용됨에 따라 활용도가 높아지고 있다. 또한 인체 이식/삽입형 웨어러블 디바이스에 관한 관심도 증가되고 있다. 따라서 인체 이식/삽입형 웨어러블 디바이스에 무선으로 전력을 보내고자 하였다. 자기공진 무선전력전송 방식은 송신부, 공진부, 수신부 각각의 효율이 전체 시스템 효율을 결정하기 때문에 각 부분의 효율향상이 중요한 연구과제이다. 이에 따라 본 논문에서는 무선전력전송 중 수신부 설계에 대해 초점을 맞추었다. 인체 삽입형 무선전력 전송 수신부에 Class E Rectifier을 소개하고 웨어러블 디바이스에서 중요한 설계 변수인 수신 전력, 부하, 주파수에 따른 최적 설계 방법을 제안한다. Class E Rectifier은 L과 C 소자를 통해 공진을 구성하고 다이오드를 통해 정류가 되는 Rectifier을 말한다. Class E Rectifier의 기본적인 원리에 대한 분석 및 각 소자 값을 설계하기 위해 수식 분석을 하여 이론적 수치를 도출하였고, AWR 시뮬레이션을 통해 이론에 따른 성능을 예측하고 실험을 통해 검증하였다. 기존 Full-bridge 방법 대비 제안된 Class E Rectifier은 적은 소자가 사용되며, 측정 결과 저전력 영역(150mW)에서 보다 높은 효율(10~20%)을 지닌다. 웨어러블 특성에 따라 SAR(인체흡수율)에 대한 주파수를 변경하여 무선전력전송이 될 수 있기 때문에 400kHz, 1MHz, 6.78MHz의 주파수를 고려하였으며 부하저항, 전력변화(100~500mW)에 따라 무선전력전송 수신부를 각각 실험 및 검증 하였다. 최종적으로 150mW에서 88%(코일 간 효율) 81%(정류효율) = 71%효율을 도출 하였으며 향후 Class E Rectifier의 웨어러블 무선전력전송 시스템 수신부 사용 가능성을 확인 하였다.
최근 무선 전력 전송기술에 관한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 자기공진방식 무선전력전송은 자기 유도방식에 비해 넓은 범위에서 사용됨에 따라 활용도가 높아지고 있다. 또한 인체 이식/삽입형 웨어러블 디바이스에 관한 관심도 증가되고 있다. 따라서 인체 이식/삽입형 웨어러블 디바이스에 무선으로 전력을 보내고자 하였다. 자기공진 무선전력전송 방식은 송신부, 공진부, 수신부 각각의 효율이 전체 시스템 효율을 결정하기 때문에 각 부분의 효율향상이 중요한 연구과제이다. 이에 따라 본 논문에서는 무선전력전송 중 수신부 설계에 대해 초점을 맞추었다. 인체 삽입형 무선전력 전송 수신부에 Class E Rectifier을 소개하고 웨어러블 디바이스에서 중요한 설계 변수인 수신 전력, 부하, 주파수에 따른 최적 설계 방법을 제안한다. Class E Rectifier은 L과 C 소자를 통해 공진을 구성하고 다이오드를 통해 정류가 되는 Rectifier을 말한다. Class E Rectifier의 기본적인 원리에 대한 분석 및 각 소자 값을 설계하기 위해 수식 분석을 하여 이론적 수치를 도출하였고, AWR 시뮬레이션을 통해 이론에 따른 성능을 예측하고 실험을 통해 검증하였다. 기존 Full-bridge 방법 대비 제안된 Class E Rectifier은 적은 소자가 사용되며, 측정 결과 저전력 영역(150mW)에서 보다 높은 효율(10~20%)을 지닌다. 웨어러블 특성에 따라 SAR(인체흡수율)에 대한 주파수를 변경하여 무선전력전송이 될 수 있기 때문에 400kHz, 1MHz, 6.78MHz의 주파수를 고려하였으며 부하저항, 전력변화(100~500mW)에 따라 무선전력전송 수신부를 각각 실험 및 검증 하였다. 최종적으로 150mW에서 88%(코일 간 효율) 81%(정류효율) = 71%효율을 도출 하였으며 향후 Class E Rectifier의 웨어러블 무선전력전송 시스템 수신부 사용 가능성을 확인 하였다.
Recently, various researches on wireless power transfer technology have been actively conducted. Among them, the magnetic resonance type wireless power transfer is used in a wider range than the magnetic induction type, so that utilization thereof is increasing. There is also a growing interest in h...
Recently, various researches on wireless power transfer technology have been actively conducted. Among them, the magnetic resonance type wireless power transfer is used in a wider range than the magnetic induction type, so that utilization thereof is increasing. There is also a growing interest in human attach / implantable wearable devices. Therefore, we wanted to send electric power wirelessly to human attach / implantable wearable devices.
In the self-resonant wireless power transfer system, efficiency of each part is an important research task because the efficiency of each of the transmitter part, the resonance part and the receiver part determines the overall system efficiency. Therefore, this paper focuses on the design of receiver during wireless power transfer This paper introduces Class-E rectifier technique for human body insertion type wireless power transfer receiver and proposes an optimal design method according to receiving power, load and frequency which are important design variables in wearable devices. The Class E rectifier technique refers to a rectifier technique that forms a resonance through L and C devices and rectifier through a diode.
The basic principles of Class E rectifier are analyzed and numerical analysis is performed to design each element value. The theoretical numerical values are derived, and the performance according to theory is predicted by AWR simulation and verified through experiments. The proposed Class-E rectifier method compared to the existing Full-bridge method uses fewer elements and has higher efficiency (10-20%) in the low power region (150mW). The frequency of 400 kHz, 1 MHz, and 6.78 MHz is considered because the frequency for SAR (human body absorption rate) can be changed according to the wearable characteristic and the wireless power transfer can be performed. According to the load resistance and the power change (100 to 500 mW) Respectively. Finally, efficiency of 88% (resonance coil efficiency) 81% (rectifier efficiency) = 71% was obtained at 150mW, and the possibility of using the Class E rectifier method wearable wireless power transfer system receiver was confirmed.
Recently, various researches on wireless power transfer technology have been actively conducted. Among them, the magnetic resonance type wireless power transfer is used in a wider range than the magnetic induction type, so that utilization thereof is increasing. There is also a growing interest in human attach / implantable wearable devices. Therefore, we wanted to send electric power wirelessly to human attach / implantable wearable devices.
In the self-resonant wireless power transfer system, efficiency of each part is an important research task because the efficiency of each of the transmitter part, the resonance part and the receiver part determines the overall system efficiency. Therefore, this paper focuses on the design of receiver during wireless power transfer This paper introduces Class-E rectifier technique for human body insertion type wireless power transfer receiver and proposes an optimal design method according to receiving power, load and frequency which are important design variables in wearable devices. The Class E rectifier technique refers to a rectifier technique that forms a resonance through L and C devices and rectifier through a diode.
The basic principles of Class E rectifier are analyzed and numerical analysis is performed to design each element value. The theoretical numerical values are derived, and the performance according to theory is predicted by AWR simulation and verified through experiments. The proposed Class-E rectifier method compared to the existing Full-bridge method uses fewer elements and has higher efficiency (10-20%) in the low power region (150mW). The frequency of 400 kHz, 1 MHz, and 6.78 MHz is considered because the frequency for SAR (human body absorption rate) can be changed according to the wearable characteristic and the wireless power transfer can be performed. According to the load resistance and the power change (100 to 500 mW) Respectively. Finally, efficiency of 88% (resonance coil efficiency) 81% (rectifier efficiency) = 71% was obtained at 150mW, and the possibility of using the Class E rectifier method wearable wireless power transfer system receiver was confirmed.
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