Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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A Study on Transmission Efficiency of Wireless Power Induction and Resonant Charging Methodologies

무선 유도 및 공진 충전방식의 전송효율 연구

  • Lho, Young Hwan (Dept. of Railroad Electrical System Engineering, Woosong University)
  • Received : 2019.06.05
  • Accepted : 2019.06.18
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

Wearable devices have become practically indispensable to daily life and helped people track and manage fitness, health, and medical functions etc. As these wearable devices become smaller and more comfortable for the user, the demand for longer run time and charging ways presents new challenges for the power management engineer. Wireless power transfer (WPT) is the technology that forces the power to transmit electromagnetic field to an electrical load through an air gap without interconnecting wires. This technology is widely used for the applications from low power smart phone to high power electric railroad and main electrical grid. There are two kinds of WPT methods: Inductive coupling and magnetic resonant coupling. The model using magnetic resonant coupling method is designed for a resonant frequency of 13.45 MHz. In this study, the hardware implementations of these two coupling methods are carried out, and the efficiencies are compared.

웨어러블 디바이스는 일상생활에서 실질적으로 필수적이며 사용자들에게 편리하게 이용되고 건강관리와 의학 분야 등에 활용되고 있다. 전력분야에서 전원 배터리의 사용시간의 한계를 극복하고 효율적인 충전방법에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 무선전력전송은 전선을 사용하지 않고 무선으로 전기장을 부하에 전력을 전달하는 기술이다. 이 전송기술은 저 전력의 스마트폰에서부터 고 전력을 사용하는 철도 충전시스템까지 응용분야가 다양하다. 충전방식은 유도방법과 자기공진방법의 2 종류로 나누는데 자기공진주파수는 13.45 Mhz를 사용하였다. 본 연구에서는 전송효율을 측정 비교하기 위하여 2 종류의 하드웨어를 구현한 후 비교하는데 있다.

Keywords

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Fig. 1. Wireless Charging Structure. 그림 1. 무선 충전 구조

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Fig. 2. Simulation circuit for resonant method. 그림 2. 자기 공진형 시뮬레이션 회로

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Fig. 3. Transmission efficiency (S21) in dB vs. coupling coefficient (k) and freq. and Smith chart. 그림 3. 결합계수 및 주파수에 따른 전송효율(S21)과 스미트챠트

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Fig. 4. Circuit of induction type evaluation board. 그림 4. 유도형 평가 보드 회로도

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Fig. 5. Cirucit of resonant type evaluation board. 그림 5. 공진형 평가 보드 회로도

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Fig. 6. Efficiency in simulation vs. coupling coefficient (k23) (k12=k34=0.05). 그림 6. 결합계수(k23)에 대한 시뮬레이션 효율 (k12=k34=0.05)

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Fig. 7. Implementation for transmission and receiving part circuit. 그림 7. 송신부 및 수신부 회로 결선

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Fig. 8. Input and output waveform of resonant circuit and that of Schottky diode. 그림 8. 자기 공명회로의 입/출력 파형 및 쇼트키 다이오드의 출력파형

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Fig. 9. Transmission efficiency measured vs. mutual distance for resonant and induction circuit board 그림 9. 자기공명 및 유도방법의 송/수신간 거리에 따른 측정 전송효율

References

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