최근 스마트 기기들의 많은 보급으로 인해 소비자들의 휴대성과 배터리에 관한 요구가 점점 높아져가고 있다. 공정기술과 반도체 기술의 발전으로 인해 기기는 날이 갈수록 소형화 되고 있지만, 더딘 배터리의 소형화에 대한 연구로 인해 소비자의 불만도 늘어가고 있다. 해결방안으로 에너지 수확과 무선충전에 대해 효율을 높이는데 많은 연구가 이루어지고 있다. 무선 충전에는 크게 ...
최근 스마트 기기들의 많은 보급으로 인해 소비자들의 휴대성과 배터리에 관한 요구가 점점 높아져가고 있다. 공정기술과 반도체 기술의 발전으로 인해 기기는 날이 갈수록 소형화 되고 있지만, 더딘 배터리의 소형화에 대한 연구로 인해 소비자의 불만도 늘어가고 있다. 해결방안으로 에너지 수확과 무선충전에 대해 효율을 높이는데 많은 연구가 이루어지고 있다. 무선 충전에는 크게 자기유도방식과 자기공진방식으로 이루어지고 있고, 본 논문에서는 자기공진방식을 사용하는 무선충전에 대해 다루고 있고 그 중 송신기에 해당하는 전력증폭기에 대해서 다루고 있다. 현재 무선전력전송에 가장 큰 이슈는 전송효율에 대한 문제가 가장 큰 이슈이다. 무선전력전송은 크게 송신기, 수신기, 송수신코일로 3가지 파트로 이루어져있고 각 파트별로 효율을 올리기 위해서 많은 연구들이 이루어지고 있다. 각 파트별로 90%의 효율을 가져도 전체 시스템의 효율은 70%정도로 높지 않은 효율을 보이게 된다. 그로 인해 전력증폭기의 더 높은 효율을 요구하고 있고, 선형성이 좋은 선형증폭기가 아닌 이상적일 때 100%의 효율을 보여주는 스위치 모드 전력증폭기가 많이 사용되고 있으며 그중 전압모드 D급 전력증폭기(Voltage Mode Class D Amplifier)와 E급 전력증폭기 (Class E Amplifier)가 주로 사용되어 왔다. 그러나 전압모드 D급 전력증폭기는 기생 커패시터로 인해 주파수가 올라갈수록 효율의 저하가 발생하게 되고, E급 전력증폭기는 동일한 조건에서는 트랜지스터를 2개를 사용하는 D급 전력증폭기에 비해 출력이 낮다는 단점이 있다. 이 문제들을 해결하기 위해 본 논문에서는 무선전력전송용 전류모드 D급 전력증폭기(Current Mode Class D Amplifier)를 제안하고 설계하였다. 기존 연구들과 같이 트랜지스터에 기생 커패시턴스를 효율적으로 사용하는 방법과, 부하 저항대신 코일을 사용하였다. 또한 전력증폭기의 공진기와 코일의 공진부를 결합설계 하여 소자로 인한 손실을 최소화 하였고, 2개의 공진기를 합쳤을 때 생기는 주파수 변화에 대한 문제를 해결 하였다. 하지만 고정되어 있는 기생 커패시턴스와 송신용 코일의 인덕턴스로 인해 발생하는 문제가 발생하게 되었고, 그로 인해 직렬 커패시터, 병렬 인덕터를 추가하는 방법으로 문제를 해결하였다. 회로 시뮬레이션위해 Nationla Instruments 사의 AWR Design Environment version 13을 활용하여 출력 13.8W의 효율 98%를 확인 하였고, 제작한 전력증폭기는 출력 15W의 효율 95%를 측정하였다. 이 전력증폭기를 활용하여 A4WP에서 제공한 송수신 코일을 사용하여 정류기를 제외한 무선전력전송 시스템을 구성하였고, 63%의 효율과 최종 출력 10W를 측정하였다. 코일 간 거리를 다양하게 측정을 하였고 코일의 효율이 좋은 거리에서는 전력증폭기의 효율의 큰 변화가 없었지만, 코일의 효율이 급격하게 떨어지는 구간에서는 전력증폭기의 효율 또한 저하 되었지만 그 폭이 코일의 효율과 비교 하였을 때 크게 나타나지는 않았다.
최근 스마트 기기들의 많은 보급으로 인해 소비자들의 휴대성과 배터리에 관한 요구가 점점 높아져가고 있다. 공정기술과 반도체 기술의 발전으로 인해 기기는 날이 갈수록 소형화 되고 있지만, 더딘 배터리의 소형화에 대한 연구로 인해 소비자의 불만도 늘어가고 있다. 해결방안으로 에너지 수확과 무선충전에 대해 효율을 높이는데 많은 연구가 이루어지고 있다. 무선 충전에는 크게 자기유도방식과 자기공진방식으로 이루어지고 있고, 본 논문에서는 자기공진방식을 사용하는 무선충전에 대해 다루고 있고 그 중 송신기에 해당하는 전력증폭기에 대해서 다루고 있다. 현재 무선전력전송에 가장 큰 이슈는 전송효율에 대한 문제가 가장 큰 이슈이다. 무선전력전송은 크게 송신기, 수신기, 송수신코일로 3가지 파트로 이루어져있고 각 파트별로 효율을 올리기 위해서 많은 연구들이 이루어지고 있다. 각 파트별로 90%의 효율을 가져도 전체 시스템의 효율은 70%정도로 높지 않은 효율을 보이게 된다. 그로 인해 전력증폭기의 더 높은 효율을 요구하고 있고, 선형성이 좋은 선형증폭기가 아닌 이상적일 때 100%의 효율을 보여주는 스위치 모드 전력증폭기가 많이 사용되고 있으며 그중 전압모드 D급 전력증폭기(Voltage Mode Class D Amplifier)와 E급 전력증폭기 (Class E Amplifier)가 주로 사용되어 왔다. 그러나 전압모드 D급 전력증폭기는 기생 커패시터로 인해 주파수가 올라갈수록 효율의 저하가 발생하게 되고, E급 전력증폭기는 동일한 조건에서는 트랜지스터를 2개를 사용하는 D급 전력증폭기에 비해 출력이 낮다는 단점이 있다. 이 문제들을 해결하기 위해 본 논문에서는 무선전력전송용 전류모드 D급 전력증폭기(Current Mode Class D Amplifier)를 제안하고 설계하였다. 기존 연구들과 같이 트랜지스터에 기생 커패시턴스를 효율적으로 사용하는 방법과, 부하 저항대신 코일을 사용하였다. 또한 전력증폭기의 공진기와 코일의 공진부를 결합설계 하여 소자로 인한 손실을 최소화 하였고, 2개의 공진기를 합쳤을 때 생기는 주파수 변화에 대한 문제를 해결 하였다. 하지만 고정되어 있는 기생 커패시턴스와 송신용 코일의 인덕턴스로 인해 발생하는 문제가 발생하게 되었고, 그로 인해 직렬 커패시터, 병렬 인덕터를 추가하는 방법으로 문제를 해결하였다. 회로 시뮬레이션위해 Nationla Instruments 사의 AWR Design Environment version 13을 활용하여 출력 13.8W의 효율 98%를 확인 하였고, 제작한 전력증폭기는 출력 15W의 효율 95%를 측정하였다. 이 전력증폭기를 활용하여 A4WP에서 제공한 송수신 코일을 사용하여 정류기를 제외한 무선전력전송 시스템을 구성하였고, 63%의 효율과 최종 출력 10W를 측정하였다. 코일 간 거리를 다양하게 측정을 하였고 코일의 효율이 좋은 거리에서는 전력증폭기의 효율의 큰 변화가 없었지만, 코일의 효율이 급격하게 떨어지는 구간에서는 전력증폭기의 효율 또한 저하 되었지만 그 폭이 코일의 효율과 비교 하였을 때 크게 나타나지는 않았다.
With the recent spread of smart devices, consumers are increasingly demanding portability and battery. Due to advances in process technology and semiconductor technology, devices are getting more smaller. However consumer complaints are also growing for slower batteries. A lot of research has been d...
With the recent spread of smart devices, consumers are increasingly demanding portability and battery. Due to advances in process technology and semiconductor technology, devices are getting more smaller. However consumer complaints are also growing for slower batteries. A lot of research has been done to improve energy harvesting and wireless charging to improve efficiency. In this paper, we deal with wireless charging using self-resonance method, and we are dealing with a power amplifier corresponding to a transmitter. Currently, the biggest issue in wireless power transmission is transmission efficiency. The wireless power transmission is composed of three parts as transmitter, receiver, and transmitting and receiving coil. Many studies have been made to increase the efficiency of each part. Even with 90% efficiency for each part, the efficiency of the overall system is not higher than 70%. Therefore, a switch mode power amplifier that shows 100% efficiency when it is ideal, rather than a linear amplifier which requires a higher efficiency of a power amplifier, is widely used. Among these voltage mode of Class D power amplifier And class E power amplifiers have been mainly used. However, the efficiency of the voltage-mode D-class power amplifier decreases due to parasitic capacitors of decreasing frequency. The disadvantage of the E-class power amplifier is that the output is lower than that of the D-class power amplifier using two transistors under the same conditions. In order to solve these problems, a current mode Class D amplifier for wireless power transmission is proposed and designed. like in previous studies, we have used coil parasitic capacitance instead of load resistance. Also, the design of the resonator of the power amplifier and the resonator of the coil minimizes the loss due to the element, and solves the problem of frequency variation caused by combining two resonators. However, problems arise due to the fixed parasitic capacitance and the inductance of the transmission coil, but it solved by adding a series capacitor and a parallel inductor. For the circuit simulation, 98% efficiency of output 13.8W was confirmed by using National Instruments' AWR Design Environment version 13, and the power amplifier measured 95% efficiency of output 15W. Using this power amplifier, we constructed a wireless power transmission system excluding the rectifier and used the transmission and reception coil provided by A4WP, and measured the efficiency and the final output power of 10W of 63%. Although the efficiency of the power amplifier was not significantly changed at the effective distance of the coil, the efficiency of the power amplifier was also decreased in the region where the efficiency of the coil was drastically decreased. However, the width was compared with the efficiency of the coil Did not appear much.
With the recent spread of smart devices, consumers are increasingly demanding portability and battery. Due to advances in process technology and semiconductor technology, devices are getting more smaller. However consumer complaints are also growing for slower batteries. A lot of research has been done to improve energy harvesting and wireless charging to improve efficiency. In this paper, we deal with wireless charging using self-resonance method, and we are dealing with a power amplifier corresponding to a transmitter. Currently, the biggest issue in wireless power transmission is transmission efficiency. The wireless power transmission is composed of three parts as transmitter, receiver, and transmitting and receiving coil. Many studies have been made to increase the efficiency of each part. Even with 90% efficiency for each part, the efficiency of the overall system is not higher than 70%. Therefore, a switch mode power amplifier that shows 100% efficiency when it is ideal, rather than a linear amplifier which requires a higher efficiency of a power amplifier, is widely used. Among these voltage mode of Class D power amplifier And class E power amplifiers have been mainly used. However, the efficiency of the voltage-mode D-class power amplifier decreases due to parasitic capacitors of decreasing frequency. The disadvantage of the E-class power amplifier is that the output is lower than that of the D-class power amplifier using two transistors under the same conditions. In order to solve these problems, a current mode Class D amplifier for wireless power transmission is proposed and designed. like in previous studies, we have used coil parasitic capacitance instead of load resistance. Also, the design of the resonator of the power amplifier and the resonator of the coil minimizes the loss due to the element, and solves the problem of frequency variation caused by combining two resonators. However, problems arise due to the fixed parasitic capacitance and the inductance of the transmission coil, but it solved by adding a series capacitor and a parallel inductor. For the circuit simulation, 98% efficiency of output 13.8W was confirmed by using National Instruments' AWR Design Environment version 13, and the power amplifier measured 95% efficiency of output 15W. Using this power amplifier, we constructed a wireless power transmission system excluding the rectifier and used the transmission and reception coil provided by A4WP, and measured the efficiency and the final output power of 10W of 63%. Although the efficiency of the power amplifier was not significantly changed at the effective distance of the coil, the efficiency of the power amplifier was also decreased in the region where the efficiency of the coil was drastically decreased. However, the width was compared with the efficiency of the coil Did not appear much.
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