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1.7MHz, 25W급 자기공명 무선전력 전송 시스템 구현
Implementation of 1.7MHz, 25W Wireless Power Transmission(WPT) System using Coupled Magnetic Resonance 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.17 no.3, 2013년, pp.317 - 323  

김성민 (Radio Technology Research Dept., Electronics and Telecommunications Research Institute) ,  조인귀 (Radio Technology Research Dept., Electronics and Telecommunications Research Institute) ,  문정익 (Radio Technology Research Dept., Electronics and Telecommunications Research Institute)

초록
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본 논문에서는 자기공명 방식을 이용한 25W급 무선전력 전송 시스템을 설계 및 구현하는 것을 제안하고 있다. 본 논문에서 제안하는 자기공명 방식 무선전력 전송 시스템은 100W급 Class-F 송신기, 1.7MHz대역의 송수신 공진기, 40W급 Full-bridge 다이오드 수신기로 구성되어 있다. 특히 제안된 시스템은 수신기에 전달되는 전력이 부하를 구동할 수 있는 적정레벨로 유지될 수 있도록 송신기와 수신기 사이의 통신을 이용한 송신전력제어 기능을 구현하여 송신기가 최적의 전력을 송신하여 불필요한 전력 낭비를 줄일 수 있도록 구현되었다. 본 논문에서 제안된 시스템 및 송신전력 제어기능을 기반으로 다양한 기기에 동일한 기능의 적용이 가능하며 상용화에 보다 근접할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, 25W wireless power transmission(WPT) system using the coupled magnetic resonance is presented. The WPT system consists of a 100W class-F power transmitter, 1.7MHz magnetic resonators and a 40W full-bridge receiver using diodes. Especially, the transmit power control function using the...

주제어

#Wireless power   #Magnetic resonance   #Power control   #Planar resonator   #Power transmission system  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 25W급 자기공명 방식 무선전력 전송 시스템을 구현하기 위해 본 논문에서는 100W급 Class-F 송신기를 설계 및 제작하였다. 제작된 100W급 Class-F 송신기는 1.
  • 예를들어 동일한 공진주파수를 갖는 경우에도 코일의 저항과 인덕턴스 그리고 커패시턴의의 균형에 따라 Q(quality factor)값이 달라지므로 높은 전송효율을 유지하면서 공진기를 소형화하는 기술이 요구된다. 본 논문에서는 높은 Q를 갖는 공진기를 제작하기 위하여 이중 스파이럴 구조의 공진기를 구성하였다. 높은 Q를 확보하기 위해 최대의 인덕턴스와 최소의 저항을 갖는 공진기 구조를 확보하기 위해 최적의 전류방향, 도선두께, 코일의 피치, 공진코일의 내외경을 고려하여 공진기를 제작하였다.
  • 그림 4는 자기공명 방식 무선전력 전송용 송수신 공진기의 구조와 트랜스포머를 이용하여 송수신 공진기를 등가화한 등가회로를 나타낸다. 본 논문에서는 송신루프, 송신공진기, 수신공진기, 수신루프의 네 가지 코일을 이용하여 무선전력 전송을 위한 송수신 공진기를 구성하였다. 또한 트랜스포머를 이용한 등가회로에 나타난 것과 같이 각각의 코일은 직렬공진회로로 모델화 되었으면 각공진기는 결합계수로 표현된 상호 인덕턴스에 의해 연결되는 구조로 등가화 할 수 있다.
  • 본 논문에서는 자기공명 방식을 이용한 25W급 무선전력 전송시스템을 LED 전광판을 이용하여 설계,제작하였다. 제작된 시스템은 100W급 Class-F 송신기, 자기공명 송수신 공진기, 40W급 full-bridge 수신기와 최종부하인 25W급 LED 전광판으로 구성되어있다.
  • 본 논문에서는 자기공명 방식을 적용한 1.7MHz 대역의 25W급 무선전력 전송 시스템을 구현하였다. 본논문에서 제안된 시스템은 100W급 Class-F 송신기와1.

가설 설정

  • C. 송신기는 수신기로부터 OFF Message를 수신하면 1단계인 접속 대기 단계로 전환한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선전력 전송 방식은 어떻게 분류되는가? 일반적으로 무선전력 전송은 크게 자기유도 방식, 자기공명 방식, 안테나 방식의 세 가지 방식으로 분류할 수 있다. 자기유도 방식은 1차 코일인 송신 코일에서 발생한 자기장 플럭스를 2차코일인 수신 코일에서 검출하여 무선으로 전력을 전달하는 방법으로 근거리 무선전력 전송에 활용되어 왔다[2].
자기유도 방식이란? 일반적으로 무선전력 전송은 크게 자기유도 방식, 자기공명 방식, 안테나 방식의 세 가지 방식으로 분류할 수 있다. 자기유도 방식은 1차 코일인 송신 코일에서 발생한 자기장 플럭스를 2차코일인 수신 코일에서 검출하여 무선으로 전력을 전달하는 방법으로 근거리 무선전력 전송에 활용되어 왔다[2]. 두 번째 방식인 안테나 방식은 송신 안테나에서 발생하는 높은 전력을 먼 거리의 수신 안테나로 전달하여 무선으로 전력을 전달하는 방식으로 앞의 두 가지 방식에 비해 먼 거리 전송이 가능하나 송신 안테나의 빔 폭에 대한 제한에 따라 전송 효율이 낮은 단점이 있다[3].
자기공명 방식을 적용한 1.7MHz 대역의 25W급 무선전력 전송 시스템의 장점은 무엇인가? 7MHz 대역의 직경 30cm의 평면형 송수신 공진기, 다이오드를 이용한 40W급 Full-bridge 수신기로 구성되어 있다. 제안된 시스템은 공진기간 거리에 따라 변화할 수 있는 전송 주파수 및 전송 효율의 변화에 효과적으로 대응할 수 있고, 외부 환경변화에도 적절한 전력이 부하로 전달될 수 있도록 송수신기간 통신을 이용한 송신기의 송신전력 제어기능을 갖추고 있어, 불필요한 전력 낭비를 최소화 할 수 있는 장점이있다.
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참고문헌 (9)

  1. Andre Kurs, Arsteidis Karalis, Robert Moffatt, John Joannpoulos, Peter Fisher, Marin Soljacic, "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances," Science Magazine, vol. 317, no.5834, pp. 83-86, 2007. 

  2. S.W. Choi and M.H. Lee, "Coil-Capacitor Circuit Design of a Transcutaneous Energy Transmission System to Deliver Stable Electric Power," ETRI Journal, vol. 30, no. 6, December 2008 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. J. Heikkinen, and M. Kivikoski, "Low-profile circularly polarized retifying antenna for wireless power transmission at 5.8 GHz," IEEE Microwave and wireless components letters vol. 14, no.4, pp. 162-164, 2004. 

    상세보기 crossref

  4. J. Murakami, F. Sato, T. Watanabe, H. Matsuki, S. Kikuchi, K. Harakaiwa, and T. Satoh, "Consideration on cordless power station-Contactless power transmission system," IEEE Trans. Magn., vol. 32, pp.5017-5019, September 1996. 

  5. Tianliang Yang, Chunyu Zhao, and Dayue Chen / Shanghai Jiao Tong University, China, "Feedback Analysis of Transcutaneous Energy Transmission with a Variable Load Parameter," ETRI Journal, vol. 32, no. 4, August 2010 

    원문보기 상세보기 crossref

  6. Alanson P. S., "Analysis, experimental results, and range adaptation of magnetically coupled resonators for wireless power transfer," IEEE Trans. On Industrial Electronics, vol. 58, no.2, pp. 544-554, 2011. 

    상세보기 crossref

  7. ICNIRP, "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields," ICNIRP, vol.74, no.4, pp. 511-512, 1998. 

  8. Advanced Techniques in RF Power Amplifier Design, Steve C. Cripps, Artech House, 2002. 

  9. W. J. Byun, B. S. Kim, K. S. Kim, et al., "40 GHz Vertical Transition with a Dual-Mode Cavity for a Low-Temperature Co-fired Ceramic Transceiver Module," ETRI Journal, vol. 32, no. 2, pp. 195-203, April 2010. 

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