moitvivt Моделирование, оптимизация и информационные технологии Modeling, Optimization and Information Technology 2310-6018 Издательство 10.26102/2310-6018/2019.27.4.018 676 СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ СИНХРОННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ CIRCUIT DESIGNS AND ENGINEERING SOLUTIONS BASED ON SYNCHRONOUS RECTIFIER FOR WIRELESS ENERGY TRANSFER SYSTEM 0000-0001-6303-034 Крестовников Константин Дмитриевич Krestovnikov Konstantin Dmitrievich open56it@gmail.com aff-1 0000-0002-4443-228 Черских Екатерина Олеговна Cherskikh Еkaterina Olegovna katy0419@mail.ru aff-2 0000-0003-0664-6550 Шабанова Александра Романовна Shabanova Аleksandra Romanovna shabanova_ar@mail.ru aff-3 Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, Санкт-Петербург Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the Russian Academy of Sciences St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук Junior Researcher Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук 01 01 2026 1 1 10.26102/2310-6018/2019.27.4.018 Copyright © Авторы, 2026 2026 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

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.

This paper presents circuit designs and engineering solutions for wireless energy transfer system (WETS), aimed to increase transmitted power and battery charger performance efficiency. This problem was solved by integration of the previously developed synchronous rectifier into the receiving part of the system. The distinctive feature of the WETS is its control system, required for adjustment of performance parameters, protection from inadmissible operating conditions and for human-machine interactions, using diagnostic message output onscreen. To maintain the required resonance frequency in the receiving part of the device a resonance self-oscillator. Application of identical components in both circuits allowed to obviate the need in additional subsystems for frequency tuning to achieve the required resonance value in the receiving part. To simplify the WETS fabrication and assembly process, identical materials for cases of receiving and transmitting parts were chosen, as well dimensions for coil socket in each part. Comparative study of WETS performance efficiency of WETS, where the receiving part is equipped with a rectifier on Schottky diodes and a synchronous rectifier. It was revealed, that previously developed circuit design of a synchronous rectifier allows to improve WETS efficiency by 5,38 % under load current of 4,5 A. Additionally, the following dependencies were obtained: synchronous rectifier efficiency depending on load current, energy transfer efficiency depending on transferred power and characteristic curves for different distances between the receiving and the transmitting part. The power transfer efficiency when using the presented WETS prototype was 76,47 % by transmitted power of 125 Wt. Transmitted power increase at least by 30 % compared to similar wireless battery charging devices shows, that the charging period duration is decreased.

 беспроводная передача энергии схемотехническое решение зарядное устройство синхронный выпрямитель резонансный автогенератор диод шоттки wireless energy transfer circuit design battery charging device synchronous rectifier resonance self-oscillator schottky diode Исследование выполнено без спонсорской поддержки. The study was performed without external funding. References 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Pellitteri I.F. et al. Wireless Charging Systems for Electric Vehicle Batteries. U. K. 2016. 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. 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. 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. 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. Крестовников К.Д., Соленый С.В. Система беспроводной зарядки мобильных роботов. ГУАП, Завалишинские чтения: молодежная секция. СПб.: ГУАП. 2017;:71- 76. ATmega328P [DATASHEET], Rev.: 7810D-AVR-01/15. Atmel Corporation, 2015. ACS712 D. Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor. 2006. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. Монография. – Техносфера, 2005. General Technical Information about film capacitors. Режим доступа: https://www.vishay.com/docs/26033/gentechinfofilm.pdf. (Дата обращения 9 июля 2019).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.