자동 임피던스 정합을 통한 자기공명형 무선전력전송의 거리 적응 기술에 대한 연구
A Study on The Range-Adaptive Technique of Magnetic Resonance Wireless Power Transfer Using Automatic Impedance Matching
- 주제(키워드) 무선전력전송 , 자기공명 , 거리적응형 , 자동 임피던스 정합
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정진호
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000064219
- UCI I804:11029-000000064219
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
일반적인 자기공명형 무선전력전송은 송신단과 수신단간의 거리가 변하면 임피던스 부정합이 발생하여 급격한 효율 감소가 발생한다. 본 연구는 송신단과 수신단 간의 거리가 변하여도 자동 임피던스 정합을 통해 높은 효율을 유지하는 무선전력전송 기술을 제시한다. 큰 거리 변화에도 적응할 수 있도록 다중 루프 기법을 도입하며, 정밀한 임피던스 정합을 위하여 추가적인 가변 정합회로가 설계된다. 본 시스템은 자동화를 위하여 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit, MCU)이 사용되고, 블루투스 통신을 통하여 송신단과 수신단 간의 동기화가 이루어진다. 또한 이 연구는 낮은 DC 전력 소모와 고속 동작을 고려하여 설계되었고, 이를 위하여 가변 정합회로에는 디지털 커패시터가 사용되었으며, MEMS(Microelectromechanical System) 스위치가 이용된다. 세부적으로는 벡터 네트워크 분석기(Vector Network Analyzer, VNA)를 사용하여 손쉽게 코일의 파라미터를 추출하는 방법을 제시한다. 다중 루프 기법에 사용되는 스위치가 무선전력전송 효율에 미치는 영향을 분석하고, 이를 토대로 스위치의 삽입손실에 따른 가변 정합회로 구조를 제시한다. 제작된 시스템은 최대 80.5 %(거리 30 cm)부터 최소 29.7 %(거리 100 cm)의 높은 효율을 보이며 고속 동작 및 낮은 DC 전력을 소비한다. 모든 시스템의 총 DC 소비 전력은 46.2 mW이며, 거리 변화에 의해 떨어진 효율을 다시 올리는 시간은 총 0.34 초가 소요된다.
more초록/요약
This study represents a technique of magnetic resonance wireless power transfer (WPT) using automatic impedance matching to maintain high efficiency although a distance (d) between transmitter (Tx) coil and receiver coil (Rx) is changed. Multi-loop technique and tunable matching circuit are used for adaptability to a wide range variation. For automatic system, the microcontroller unit (MCU) and bluetooth low energy (BLE) module are employed. Also, this study focuses attention on low DC power consumption and high speed operation. That is why digital capacitors for tunable matching circuits and microelectromechanical system (MEMS) switches for selecting a loop are employed. In addition, for wireless power transfer system design this paper shows the convenient method of extraction of coil parameters using vector network analyzer (VNA) and criterion of matching circuit configurations to be selected according to relation of switch performance such as insertion loss. The fabricated WPT system has high efficiency of maximum 80.5 % at d = 30 cm and minimum 29.7 % at d = 100 cm with high speed operation and low DC power consumption (Total DC power consumption of Tx and RX is 46.2 mW). Time required to have high efficiency is 0.34 seconds when coupling between Tx and Rx is changed.
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