• Journal of Power Electronics
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• v.19 no.3
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• pp.637-644
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• 2019

Wireless power transfer (WPT) technology with various transfer mechanisms such as inductive coupling, magnetic resonance and capacitive coupling is being widely researched. Until now, power transfer efficiency (PTE) and power transfer capability (PTC) have been the primary concerns for designing and developing WPT systems. Therefore, a lot of studies have been documented to improve PTE and PTC. However, power consumption in the standby mode, also defined as the no-load mode, has been rarely studied. Recently, since the number of WPT products has been gradually increasing, it is necessary to develop techniques for reducing the standby power consumption of WPT systems. This paper investigates the standby power consumption of commercial WPT products. Moreover, a standby power reduction technique for WPT systems via magnetic resonance coupling (MRC) with a parallel resonance type resonator is proposed. To achieve a further standby power reduction, the voltage control of an AC/DC travel adapter is also adopted. The operational principles and characteristics are described and verified with simulation and experimental results. The proposed method greatly reduces the standby power consumption of a WPT system via MRC from 2.03 W to 0.19 W.

• Journal of Power Electronics
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• v.16 no.2
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• pp.805-814
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• 2016

Electric-field coupled power transfer (ECPT) systems have been proposed as an alternative wireless power transfer (WPT) technology in recent years. With the use of capacitive plates as a coupling structure, ECPT systems have many advantages such as design flexibility, reduced volume of the coupling structure and metal penetration ability. In addition, wireless communications are effective solutions to improve the safety and controllability of ECPT systems. This paper proposes a power and signal shared channel for electric-field coupled power transfer systems. The shared channel includes two similar electrical circuits with a band pass filter and a signal detection resistor in each. This is designed based on the traditional current-fed push-pull topology. An analysis of the mutual interference between the power and signal transmission, the channel power and signal attenuations, and the dynamic characteristic of the signal channel are conducted to determine the values for the electrical components of the proposed shared channel. Experimental results show that the designed channel can transfer over 100W of output power and data with a data rate from 300bps to 120 kbps.

• Journal of Power Electronics
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• v.17 no.1
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• pp.305-313
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• 2017

A novel interference isolation method is proposed by using several designed coils in capacitive power transfer systems as isolation impedances. For each designed coil, its stray parameters such as the inter-turn capacitance, coil resistance and capacitance between the coil and the core, etc. are taken into account. An equivalent circuit model of the designed coil is established. According to this equivalent circuit, the impedance characteristic of the coil is calculated. In addition, the maximum impedance point and the corresponding excitation frequency of the coil are obtained. Based on this analysis, six designed coils are adopted to isolate the interference from power delivery. The proposed method is verified through experiments with a power carrier frequency of 1MHz and a data carrier frequency of 8.7MHz. The power and data are transferred parrallelly with a data carrier attenuation lower than -5dB and a power attenuation on the sensing resistor higher than -45dB.

• Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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• v.20 no.2
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• pp.143-148
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• 2014

Conventional wireless power transfer methods based on coupled magnetic fields need a complex winding structure on the surface of the energy transfer and shows poor efficiency near metal objects due to the eddy current effect. In this study, to mitigate these problems, we investigate an electric field-coupled power transmission system, which is less prone to metal object problems and EMI. Because of the fundamental physical limit in the size of link capacitances, a half-bridge converter with an impedance matching transformer is proposed and the design procedure is derived to provide a soft-switching scheme. Hardware implementation shows that the proposed scheme with a pair of 10cm by 10cm copper plate can power a 1.4W USB FAN in a separation of 0.2mm by using insulating paper when driven by 227 kHz gate pulse.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.141-142
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• 2016

전계결합을 이용한 무선전력전송 시스템은 송 수신부 사이에 형성된 링크 캐패시턴스를 사용해서 에너지를 전송한다. 이러한 용량 리액턴스를 상쇄하기 위한 방안으로 인덕터나 변압기를 응용한 여러 종류의 임피던스 정합구조가 연구되고 있다. 본 논문에서는 다양한 리액턴스 보상 방법에 대한 장 단점을 비교하고 이 중에서 전계결합 시스템에 가장 적합한 임피던스 정합구조를 선정한다.

• Journal of IKEEE
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• v.21 no.3
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• pp.195-201
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• 2017

High-power wireless transmission system becomes a key technology for the advance of battery-powered devices. The wireless power transfer devices are currently dominated by the inductive and capacitive wireless power transfer systems, which have relatively low power transmission capacity and low efficiency rather than the wired power transmission. The work presented in this paper proposes an alternative method of high-power transmission system, based on a variable speed motor system with a magnetic coupling. It enables high-capacity power transmission, high efficiency, and low possibility of failures, and the performance of the proposed scheme is verified by simulation and experiments.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.193-194
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• 2016

일반적으로 자기장을 이용하는 무선전력 전송 방식은 노이즈, 금속 영향성, 발열, 위치에 따른 에너지 효율이 달라지는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 전기장을 이용하여 자동차 전, 후면에 있는 유리를 통해 전기자동차를 무선으로 충전하는 컨버터를 제안한다. 송, 수신부 회로는 유리를 유전체로 만들어진 작은 커패시터와 Quality-factor (Q-factor)를 보상하기 위해 두 개의 변압기를 이용한 임피던스 변환과 스위칭 손실을 최소화하기 위한 LLC직렬공진 동작을 사용하였다. 그 결과 제안하는 컨버터는 대용량 전력전송과 소프트 스위칭을 통한 높은 효율을 얻을 수 있었다. 제안하는 회로의 동작과 특성을 검증하기 위하여 유리를 이용한 커패시터를 구성하고 1.2KW 송, 수신 회로를 설계 및 제작하여 검증 하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2017.07a
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• pp.106-107
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• 2017

무선전력전송에서 시스템 역률을 높이기 위한 방법으로 인덕터나 변압기를 이용한 임피던스 정합을 많이 사용하였다. 본 논문에서는 기존과는 달리 누설집중형 변압기만을 이용하여 전계결합 시스템의 링크 캐패시터와 임피던스 정합을 한다. 이는 높은 입출력 역률 값을 얻을 수 있고 시스템 공진 양호도 Q값을 턴 비를 이용해 줄일 수 있어서 기존 대비 링크 캐패시터 전압 스트레스가 적다는 장점이 있다. 누설집중형 변압기는 코어와 권선 손실을 고려해서 최적으로 설계를 진행하였고 이를 50W급 하드웨어 및 시뮬레이션으로 검증한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2015.07a
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• pp.27-28
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• 2015

무선 전력 전송 방법은 자기장을 이용하는 인덕티브 커플링 방식과 자기 공진 방식, 그리고 전기장을 이용하는 커패시티브 커플링 방식으로 나눌 수 있다. 커패시티브 커플링 무선 전력 전송 방식은 인체에 대한 영향성이 없고, 전자기파 방해가 없다는 큰 장점을 갖고 있다. 본 연구에서는 커패시티브 커플링 무선 전력 전송에서 물리적으로 만들어진 커패시턴스를 크게 얻기 위하여 유리 유전체를 사용하고 동작 주파수를 매우 높게 하여 커패시턴스의 임피던스를 작게 보이도록 하게 하였다. 또한 좀 더 높은 입출력 전압비를 얻고, MOSFET의 스위칭 손실을 최소화 하기 위하여 커패시티브 커플링 무선 전력 전송에 적합한 MHz LLC 공진형 컨버터를 제안하였다. 제안한 컨버터는 모바일 기기 충전을 위한 4.2W 시스템을 구성하여 검증하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.11a
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• pp.167-168
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• 2016

본 논문은 투명전극을 이용한 커패시티브 커플링 무선전력 전송에 관한 연구이다. 기존의 연구에서 유리를 유전체로 하여 큰 커플링 커패시터를 얻을 수 있었으며 이를 통해 전기자동차 무선전력 전송이 가능했었다. 하지만 동판을 이용하여 커패시터를 생성하는 경우 유리를 사용하는 응용분야에서는 시야확보의 문제점을 가진다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방식으로 전기전도성이 높은 투명전극 사용방식을 제안한다. 제안하는 방식의 타당성 검증을 위해 모의실험을 통한 손실과 효율을 분석했다. 또한 실험의 타당성 검증을 위해 동판만으로 구성한 커패시터, 투명전극과 동판으로 구성한 커패시터를 이용해 실제 200W급 송 수신 회로를 설계 및 제작하여 비교 분석 하였다.