СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ СИНХРОННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

В работе представлены схемотехнические и конструктивные решения беспроводной системы передачи энергии (БСПЭ), направленные на повышение передаваемой мощности и эффективности работы зарядного устройства. Данная задача была решена путем применения в приемной части ранее разработанного синхронного выпрямителя. Отличительной особенностью БСПЭ является наличие системы управления, предназначенной для контроля рабочих параметров, защиты от недопустимых режимов работы и взаимодействия с пользователем посредством вывода диагностических сообщений на дисплей. Для поддержания резонансной частоты в передающей части устройства использовался резонансный автогенератор. Применение идентичных компонентов в обоих контурах позволило не использовать дополнительные подсистемы для настройки частоты на резонансное значение в приемной части. Для упрощения процесса изготовления и сборки БСПЭ были выбраны аналогичные материалы корпусов приемной и передающей частей и размеры места под укладку катушки индуктивности в передающей и принимающей частях. Проведено сравнительное исследование эффективности работы БСПЭ с использованием в приемной части выпрямителя на диодах Шоттки и синхронного выпрямителя. Выявлено, что использование разработанного ранее схемотехнического решения синхронного выпрямителя позволяет повысить эффективность работы БСПЭ на 5,38 % при токе нагрузки 4,5 A. Кроме того, получены зависимости эффективности синхронного выпрямителя от тока нагрузки, эффективности передачи энергии от передаваемой мощности и внешняя характеристика для различных расстояний между передающей и принимающей частями. Эффективность передачи энергии при использовании представленного прототипа БСПЭ составила 76,47 % при значении передаваемой мощности 125 Вт. Повышение передаваемой мощности минимум на 30 % по сравнению с аналогичными беспроводными зарядными устройствами свидетельствует о сокращении времени заряда.

1. Dubal P. Rezence: wireless charging standard based on magnetic resonance. International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering. 2015;4(12): 198-200.

2. Skaik T.F., AlWadiya B.O. Design of wireless power transfer system with tri-plet coil configuration based on magnetic resonance. Istanbul University-Journal of Electrical & Electronics Engineering. 2017;17(1):3193-3199.

3. Yu C., Lu R., Cui S., Su C. Research on resonance based wireless energy transfer device for small mobile equipments. 2011 International Conference on Electrical Machines and Systems. IEEE. 2011;:1-3.

4. Kim J. et al. Coil design and shielding methods for a magnetic resonant wireless power transfer system. Proceedings of the IEEE. 2013;101(6):1332-1342.

5. Sun Y., Ye Z.H. Power transfer efficiency analysis of U-WPT system. 2016 Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility (APEMC). IEEE. 2016;1: 858- 861.

6. Beh T.C. et al. Basic study of improving efficiency of wireless power transfer via magnetic resonance coupling based on impedance matching. 2010 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. IEEE. 2010;:2011-2016.

7. Pellitteri F. et al. Experimental test on a Contactless Power Transfer system. 2014 Ninth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). IEEE, 2014:1-6.

8. Pellitteri I.F. et al. Wireless Charging Systems for Electric Vehicle Batteries. U. K. 2016.

9. Itoh J., Noguchi K., Orikawa K. System design of electric assisted bicycle using EDLCs and wireless charger / J. Itoh. 2014 International Power Electronics Conference (IPECHiroshima 2014-ECCE ASIA). IEEE, 2014;:2277-2284.

10. Low Z.N. et al. Design and test of a high-power high-efficiency loosely coupled planar wireless power transfer system. IEEE transactions on industrial electronics. 2008;56(5):1801-1812.

11. Krestovnikov K., Cherskikh E., Pavliuk N. Concept of a synchronous rectifier for wireless power transfer system. IEEE EUROCON 2019-18th International Conference on Smart Technologies. IEEE. 2019;:1-5.

12. Савельев А.И., Крестовников К.Д., Соленый С.В. Разработка беспроводного зарядного устройства для мобильной робототехнической платформы. Интеллектуальные Энергосистемы. Материалы V Международного молодежного форума. 2017;:197-201.

13. Крестовников К.Д., Соленый С.В. Система беспроводной зарядки мобильных роботов. ГУАП, Завалишинские чтения: молодежная секция. СПб.: ГУАП. 2017;:71- 76.

14. ATmega328P [DATASHEET], Rev.: 7810D-AVR-01/15. Atmel Corporation, 2015.

15. ACS712 D. Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor. 2006.

16. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. Монография. – Техносфера, 2005.

17. General Technical Information about film capacitors. Режим доступа: https://www.vishay.com/docs/26033/gentechinfofilm.pdf. (Дата обращения 9 июля 2019).