The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.21
no.6
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pp.542-545
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2016
This work proposes a capacitive coupling-based wireless battery charging circuit that is built with vehicle glasses for electric vehicles. A capacitive coupling wireless power transfer offers many advantages, such as low metal impact and low energy transfer efficiency changes in accordance with changes in position. However, a large coupling capacitor is needed for high power transfer. Therefore, a new capacitive coupling-based wireless power transfer LLC resonant converter built with the glasses of an electric vehicle is proposed. The proposed converter is composed of coupling capacitors with glasses of an electric vehicle and two transformers for impedance transformation. The proposed LLC converter can transfer large power and obtain high efficiency with zero voltage switching. The validity and features of the proposed circuit is verified by experimental results with a 1.2 kW prototype.
Wireless power transfer technologies typically include inductive coupling, magnetic resonance, and capacitive coupling methods. Among these methods, capacitive coupling wireless power transfer (CCWPT) has been studied to overcome the drawbacks of other approaches. CCWPT has many advantages such as having a simple structure, low standing power loss, reduced electromagnetic interference (EMI) and the ability to transfer power through metal barriers. In this paper, the CCWPT system with 6.78MHz class D inverter is proposed and analyzed. The proposed system consists of a 6.78MHz class D inverter with a LC low pass filter, capacitor between a transmitter and a receiver, and impedance transformers. The system is verified with a prototype for charging mobile devices.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.4
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pp.286-289
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2018
This paper tests the feasibility of using the transparent electrode as the electrode of the capacitor in order to use the vehicle glass of the electric vehicle for a capacitive coupling wireless transfer (CCWPT). Large coupling capacitance can be obtained due to large area and high permittivity using the glasses of an electric vehicle. However, if an electrode is formed on a metal such as copper, then a view cannot be guaranteed and a transparent electrode can pose a solution. Therefore, the coupling capacitor is implemented by forming a glass dielectric with an ITO transparent electrode on one side through a semiconductor deposition process. The loss of the coupling capacitor is investigated, and a 200 W CCWPT prototype is fabricated and tested for its characteristics and power transfer.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.1
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pp.62-65
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2019
Wireless power transfer systems require an algorithm to determine the presence of the target object for mitigating standby power and safety issues. Although many schemes that sense various external objects have been actively proposed for inductive power transfer systems, not many studies on capacitive power transfer systems have been conducted compared with those on inductive power transfer systems. This study proposes a target object detection algorithm by monitoring the capacitance in transmitter-side electrodes without additional pressure sensors or distance sensors. The proposed algorithm determines the presence of a target object by monitoring the change in capacitance in transmitter-side electrodes using the step pulse of the microcontroller unit. The algorithm is verified by two step processes. First, the performance in capacitance measurement is compared with that of an LCR meter. Then, the verification is conducted in a 5-W capacitive power transfer hardware. Experimental result shows that the interelectrode capacitance increases by 6 times when the target object is fully aligned. Thus, the proposed scheme can successfully detect the presence of the target object.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.22
no.6
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pp.469-475
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2017
Using impedance matching techniques as a way to increase system power transferability in capacitive wireless power transmission has been widely investigated in conventional studies. However, these techniques tend to increase the circuit volume and thus counterbalance the advantage of the simplicity in the energy link structure. In this paper, a compact circuit topology with one leakage-enhanced transformer is proposed in order to minimize the circuit volume for the capacitive power transfer system. This topology achieves a reactive compensation, and the system quality factor value can be reduced by the turn ratio. As a result, this topology not only reduces the overall system volume but also minimizes the voltage stress of the link capacitor. An optimal design guideline for the leakage-enhanced transformer is also presented. The advantages of the proposed scheme over the conventional method in terms of power efficiency and circuit volume are revealed through an analytic comparison. The feasibility of applying the new topology is also verified by conducting 50 W hardware tests.
Capacitive power transfer has an advantage in the simplicity of the energy link structure. So, the conventional phase -shift full bridge sometime is not always the best choice because of its complexity and high cost. On the other hand, the link capacitance is usually very low and requires high-frequency operation, but, the series resonant converter loses zero-voltage switching feature in the light load condition, which makes the switching loss high especially in CPT system. The paper proposes a new low-cost topology based on asymmetric half-bridge to achieve simplicity as well as wide zero voltage switching range. The design procedure is presented, and circuit operations are analyzed and verified by simulation.
A capacitive wireless power transfer (C-WPT) system uses an electric field to transmit power through a physical isolation barrier which forms a pair of ac link capacitors between the metal plates. However, the physical dimension and low dielectric constant of the interface medium severely limit the effective link capacitance to a level comparable to the main switch output capacitance of the transmitting circuit, which thus narrows the soft-switching range in the light load condition. Moreover, by fundamental limit analysis, it can be proved that such a low link capacitance increases operating frequency and capacitor voltage stress in the full load condition. In order to handle these problems, this paper investigates optimal design of double matching transformer networks for C-WPT. Using mathematical analysis with fundamental harmonic approximation, a design guideline is presented to avoid unnecessarily high frequency operation, to suppress the voltage stress on the link capacitors, and to achieve wide ZVS range even with low link capacitance. Simulation and hardware implementation are performed on a 5-W prototype system equipped with a 256-pF link capacitance and a 200-pF switch output capacitance. Results show that the proposed scheme ensures zero-voltage-switching from full load to 10% load, and the switching frequency and the link capacitor voltage stress are kept below 250 kHz and 452 V, respectively, in the full load condition.
Yusop, Yusmarnita;Saat, Shakir;Nguang, Sing Kiong;Husin, Huzaimah;Ghani, Zamre
Journal of Power Electronics
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v.16
no.5
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pp.1678-1688
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2016
This paper presents a capacitive power transfer (CPT) system using a Class-E resonant inverter. A Class-E resonant inverter is chosen because of its ability to perform DC-to-AC inversion efficiently while significantly reducing switching losses. The proposed CPT system consists of an efficient Class-E resonant inverter and capacitive coupling formed by two flat rectangular transmitter and receiver plates. To understand CPT behavior, we study the effects of various coupling distances on output power performance. The proposed design is verified through lab experiments with a nominal operating frequency of 1 MHz and 0.25 mm coupling gap. An efficiency of 96.3% is achieved. A simple frequency tracking unit is also proposed to tune the operating frequency in response to changes in the coupling gap. With this resonant frequency tracking unit, the efficiency of the proposed CPT system can be maintained within 96.3%-91% for the coupling gap range of 0.25-2 mm.
In this work, a capacitive wireless power transfer (C-WPT) system is presented for wireless sensor system (WSS) applications in marine propulsion shafts. For a single Q factor on both sides of the coupling capacitor and reactive power removal from the circuit, a double-sided LCLC converter and transformers topology are designed to drive the rotary C-WPT system for WSS on the shaft. Parallel-connected parallel plate rotating capacitors with a capacitance of 170 pF are designed and implemented for the C-WPT system on a snow rotating shaft. In the experimental results, the C-WPT system achieved a transmission efficiency of 66.67% with 7.8 W output power at 3 mm distance and 1 MHz operating frequency. Therefore, it was proved that the fabricated C-WPT system can supply power to the WSS of the rotating shaft.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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