Aktualne wydanie

2021 07 okladka1

Świat Szkła 07-08/2021

User Menu

 ET-160x600-PL-4

 

 

 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 

 Adv-750x100-px-Builing-Science-23

 

baner klej do luster 7 7 2021

 

 Banner Firma Vitrum fiale

 

 

480x100

 

 

 RZ RT 2022 Banner Tag Motiv Animiert 550x150 PL

 

 

Czy montują Państwo lustra u klienta za pomocą kleju silikonowego?
 
Czy uważają Państwo, że klej do luster LAKMA jest lepszy od innych klejów dostępnych na rynku?
 
Czy stosują Państwo klej do luster firmy LAKMA?
   
Bezprzewodowe zasilanie dla funkcji umieszczonych w laminowanym szkle
Data dodania: 28.02.21

W artykule przedstawiono bezpieczny, wysokowydajny, niewielkich rozmiarów bezprzewodowy system transferu mocy1 (wireless power transfer WPT) z wyjątkowo cienkim odbiornikiem mocy, który może dostarczać do 30 W prądu stałego do oświetlenia, wyświetlania, wykrywania i komunikacji wewnątrz laminatów szklanych.

 

2021 02 46 1

 

Rys. 1. Model (schemat fizyczny) indukcyjnego układu przenoszenia mocy

 

W porównaniu do istniejących systemów WPT, takich jak te oparte na specyfikacji małej mocy Qi opracowanej przez Wireless Power Consortium (www.wirelesspowerconsortium.com), główne różnice w implementacji technicznej wewnątrz laminatu szklanego polegają na wdrożenia nowatorskiego, samoregulującego rozwiązanie strojenia anteny i stosunkowo wysoką (6,78 MHz) częstotliwość pracy.

 

Samoregulujące się rozwiązanie do strojenia anteny utrzymuje napięcie wyjściowe odbiornika prawie stabilne i utrzymuje wysoką wydajność, utrzymując anteny w rezonansie przy zmiennym obciążeniu odbiornika mocy. System WPT oparty jest na falowniku2 RF (radio frequency) o topologii klasy D po stronie przetwornika mocy.

 

Bezpieczeństwo systemu WPT dla znajdujących się w pobliżu ludzi i urządzeń elektrycznych zapewnia ferrytowe ekranowanie złącza antenowego. Wydajność systemu WPT oceniono na podstawie analizy teoretycznej, symulacji obwodów i wstępnego systemu eksperymentalnego. Symulacje pokazują całkowitej sprawności transferu mocy DC-DC3 przy nominalnej mocy wyjściowej odbiornika 30 W na poziomie 57%. Można tę sprawność prawdopodobnie poprawić poprzez udoskonalenie konstrukcji falownika RF.

 


Wprowadzenie
Postęp technologiczny (obejmujący materiały i produkcję) umożliwił wdrożenie elektroniki o zupełnie nowych funkcjach. Oprócz sztywnej elektroniki opartej na krzemie dostępna jest elastyczna, odkształcalna elektronika o dużej powierzchni. Włożona do wewnątrz szkła laminowanego (szkła warstwowego składającego się z tafli szkła połączonych folią laminującą – więc tu elektronikę umieszczono między tafle szkła) stała się zatem interesującym elementem umożliwiającym tworzenie produktów z takich dziedzin, jak architektura i motoryzacja.

 

Integracja drukowanej elektroniki hybrydowej wewnątrz laminatów szklanych wykorzystuje najnowszą wiedzę dotyczącą materiałów i technologii produkcji. W tym podejściu elektronika jest nie tylko pokryta/chroniona szkłem, ale jest osadzona jako trwały system funkcjonalny wewnątrz laminatu szklanego. To skutkuje różnymi implementacjami w porównaniu z konwencjonalnie chronionymi szkłem urządzeniami, takimi jak panele słoneczne lub wyświetlacze.

 

W ramach projektu badawczo-rozwojowego Flex-in Glass (elastyczne elementy umieszczone w szkle laminowanym) zbadaliśmy i opracowaliśmy kilka funkcji elektronicznych i fotonicznych osadzonych w laminatach szklanych. Już zbadane funkcje obejmują oświetlenie, wyświetlacze, czujniki i komunikację bezprzewodową, wszystkie zasilane bezprzewodowo urządzenia włożone do wnętrza laminatu szklanego, aby ułatwić ochronę wbudowanych funkcji przed wpływami środowiska, kurzem, wilgocią i zanieczyszczeniami chemicznymi.

 

Oświetlenie, czujniki i elektronika przeznaczone do zintegrowania w konstrukcjach ze szkła laminowanego zostały również opisane w patentach [1], [2] i [3]. Brakuje jednak publikacji opisujących bezprzewodowy transfer mocy (WPT) zdolny do dostarczania dużej mocy dla wspomnianych funkcji.

 

W tym artykule przedstawiamy bezpieczny, wysokowydajny, niewielkich rozmiarów system WPT z niezwykle cienkim odbiornikiem mocy, który może dostarczać do 30 W prądu stałego dla funkcji oświetlenia (np. lampy led wewnątrz laminatu), wyświetlania (np. filmy na elastycznych ekranach), wykrywania (np. sensory) i komunikacji (np. wyświetlane automatycznie reklamy lub alerty czyli komunikaty reklamowe dostosowujące się, z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, do przechodzących obok klientów lub ostrzeżenia dotyczące sytuacji komunikacyjnej np. wypadku na najbliższym skrzyżowaniu drogowym). Spośród wymagań dotyczących bezprzewodowego zasilania bezpieczeństwo ludzi znajdujących się w pobliżu jest uznawane za priorytetowe.

 

System musi być również bezpieczny dla pobliskich urządzeń, tj. emisje RF nie mogą uszkadzać pobliskich urządzeń elektrycznych. Wysoka sprawność jest wymagana, aby oszczędzać energię i uniknąć nadmiernego nagrzewania systemu, co może zwiększyć jego awaryjność. Mały rozmiar jest ważny, aby uniknąć pogorszenia wyglądu wizualnego, a niezwykle cienka struktura (1 mm lub mniej) jest niezbędna, aby umożliwić integrację z systemami cienkiego szkła laminowanego.

 


Wdrożenie techniczne
Rysunek 1 przedstawia ogólny model (schemat fizyczny) systemu WPT oparty na sprzężeniu indukcyjnym bliskiego pola. Prawa strona diagramu przedstawia bezprzewodowy odbiornik mocy. Lewa strona schematu to bezprzewodowy nadajnik RF, który obejmuje falownik RF do generowania mocy RF z zasilacza DC oraz sieć dostrajania anteny do dopasowywania falownika RF do efektywnej złożonej impedancji obciążenia łącznika antenowego.

 

1 Bezprzewodowe przesyłanie/transfer mocy (wireless power transfer WPT), bezprzewodowe przesyłanie energii (wireless energy transmission WET) lub elektromagnetyczne przesyłanie energii to przesyłanie energii elektrycznej bez przewodów jako fizycznego łącza. W bezprzewodowym systemie przesyłu energii nadajnik, napędzany energią elektryczną ze źródła zasilania, generuje zmienne w czasie pole elektromagnetyczne.
Pole to przesyła moc w przestrzeni do urządzenia odbiorczego, które pobiera energię z pola i dostarcza ją do odbiornika/obciążenia elektrycznego. Technologia bezprzewodowego przesyłu energii może wyeliminować użycie przewodów i baterii, zwiększając tym samym mobilność, wygodę i bezpieczeństwo urządzenia elektronicznego dla wszystkich użytkowników. [2] Bezprzewodowe przesyłanie energii jest przydatne do zasilania urządzeń elektrycznych, w których łączenie przewodów jest niewygodne, niebezpieczne lub niemożliwe.
Techniki zasilania bezprzewodowego dzielą się głównie na dwie kategorie: bliskie i dalekie . W technikach pola bliskiego moc jest przenoszona na krótkie odległości przez pola magnetyczne z wykorzystaniem sprzężenia indukcyjnego między cewkami drutu lub przez pola elektryczne wykorzystujące sprzężenie pojemnościowe między elektrodami metalowymi. Sprzężenie indukcyjne jest najczęściej stosowaną technologią bezprzewodową. Można ją zastosować do ładowania urządzeń przenośnych, takich jak telefony i elektryczne szczoteczki do zębów.


2 Falownik (ang. power inverter, przetwornik mocy DC/AC) – urządzenie elektryczne zamieniające prąd stały (ang. direct current, DC), którym jest zasilane, na prąd przemienny (ang. alternating current, AC) o regulowanej częstotliwości wyjściowej. Jeśli w falowniku zastosuje się modulację szerokości impulsów (PWM), to równocześnie ze zmianą częstotliwości można regulować wartość skuteczną napięcia wyjściowego.


3 Przetwornica napięcia, nazywana także konwerterem mocy – urządzenie elektryczne lub elektromechaniczne pozwalające na zasilanie odbiorników energii elektrycznej z układów zasilających, których parametry prądowo-napięciowe nie pozwalają na bezpośrednie połączenie z odbiornikiem. Zadaniem konwertera mocy jest zmiana wartości natężenia i napięcia w sposób odpowiadający wymaganiom zasilanego odbiornika, z możliwie najmniejszymi stratami mocy. Niskie straty mocy są równoznaczne z wysoką sprawnością konwertera.
Zadaniem konwertera mocy może być również zmiana częstotliwości prądu przemiennego bądź zmiana prądu stałego na prąd przemienny lub odwrotnie.
Konwersja napięcia AC (zmiennego) wykorzystuje transformator. Konwersja z jednego napięcia DC (stałego) na drugie wymaga obwodów elektronicznych, takich jak przetwornica DC-DC. Konwersja napięcia stałego DC na zmienne AC wymaga falownika takiego, jak opisano powyżej.

 

Po prawej stronie schematu znajduje się bezprzewodowy odbiornik mocy RF, który obejmuje obciążenie DC do modelowania ekstrakcji mocy do docelowej aplikacji, która ma być zasilana, prostownik RF do generowania mocy DC z odebranej mocy RF oraz sieć strojenia anteny w celu dopasowania sprzężenia antenowego z efektywną złożoną impedancją obciążenia odbiornika.

 

Anteny są modelowane przez parametry ich skupionego/uproszczonego obwodu:
- LTX – indukcyjność anteny nadajnika mocy (power transmitter antenna inductance),
- LRX – indukcyjność anteny odbiornika mocy (power receiver antenna inductance),
- RTX – równoważna rezystancja szeregowa modelująca utratę mocy w antenie nadajnika (equivalent serial resistance modelling the powerloss in the transmitter antenna),
- RRX – równoważna rezystancja szeregowa modelująca utratę mocy w antenach odbiornika (equivalent serial resistance modelling the powerloss in the receiver antenna),
- k – indukcyjny współczynnik sprzężenia między antenami (inductive coupling coefficient between the antennas).

 

W ramach projektu Flex-in Glass opracowano i wstępnie zademonstrowano nowatorski układ bezprzewodowego przesyłania mocy (WPT). W porównaniu z istniejącymi systemami WPT, takimi jak te oparte na specyfikacji niskiego poboru mocy Qi opracowanej przez Wireless Power Consortium (WPC) [4], główne różnice i inne podstawowe cechy implementacji technicznej dla lepszej przydatności do zastosowań w laminatach szklanych są następujące:


- strojenie anteny – wdrożenie techniczne opiera się na nowatorskim samoregulującym się rozwiązaniu do strojenia anten. Jedną z podstawowych funkcji tego rozwiązania służącego do dostrajania anteny jest utrzymywanie rezonansu nadajnika i odbiornika mocy nawet przy zmiennym obciążeniu odbiornika i sprzężeniu anteny, dzięki czemu zachowuje wysoką sprawność w każdych warunkach.

Innym podstawowym ułatwieniem jest utrzymanie prawie stabilnego napięcia wyjściowego odbiornika przy zmiennym obciążeniu odbiornika, pod warunkiem, że falownik RF zapewnia stałe napięcie wyjściowe przy zmiennej mocy wyjściowej, a sprzężenie między antenami jest stałe, co jest oczywiste w przypadku aplikacji docelowej, która charakteryzuje się stałym wzajemnym wyrównaniem anten.

Ta nieodłączna funkcja samoregulacji opiera się wyłącznie na sprzężeniu indukcyjnym między antenami i nie wymaga żadnego aktywnego sterowania falownikiem RF, które opiera się na sygnalizacji z odbiornika mocy do nadajnika mocy – jak w systemach Qi.

Zaletą tej nieodłącznej funkcji samoregulacji jest szybkie dostosowanie mocy wyjściowej falownika RF do mocy wyjściowej odbiornika, co w połączeniu ze stosunkowo wysoką częstotliwością pracy zapewnia stabilne napięcie wyjściowe odbiornika z prostownikiem kondensatorowym. Urządzenie to może być na tyle małe, że można je umieścić wewnątrz laminatu szklanego.

 


- falownik RF – musi zapewnić wystarczającą moc, która pokrywa moc pobieraną z odbiornika oraz straty mocy na poszczególnych elementach: prostowniku, antenach i obwodach strojenia. Jak stwierdzono powyżej, funkcja samoregulacji systemu przenoszenia mocy wymaga utrzymywania stałego napięcia wyjściowego falownika RF przy zmiennej mocy wyjściowej. Z tych powodów do podstawowego rozwiązania falownika RF wybrano topologię wzmacniacza klasy D4 ze stałym napięciem zasilania, wytwarzającą prostokątny przebieg wyjściowy.

 


- częstotliwość robocza – wybrana częstotliwość robocza to 6,78 MHz, czyli znacznie wyższa niż w obecnych komercyjnych systemach WPT opartych na specyfikacji Qi. Wyższa częstotliwość umożliwia stosowanie anten o mniejszej średnicy i mniejszej liczbie zwojów. Wyższa częstotliwość umożliwia również zastosowanie cienkich (np. 35 μm) anten ścieżkowych PCB (printed circuit board – obwody drukowane) zamiast grubszych anten z drutu/przewodu litz5, które są zwykle stosowane w systemach Qi WPT.

 

Ponadto częstotliwość 6,78 MHz jest zgodna z rozporządzeniem ITU-R SM.2110-0 (wrzesień 2017 r.), w którym Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (International Telecommunication Union ITU) zaleca, aby administracje poszczególnych państw rozważyły zalecanie używania zakresu częstotliwości 6,765–6,795 MHz do obsługi nie-wiązkowych bezprzewodowych systemów przenoszenia mocy [5].

 

Wadą wyższej częstotliwości roboczej jest obniżona wydajność falownika RF, którą można częściowo skompensować poprawą wydajności anteny z powodu wyższych współczynników Q anteny.

 


- ekranowanie ferrytowe – łącznik antenowy jest pokryty dwoma ekranami ferrytowymi na zewnętrznych powierzchniach nadajnika i anteny odbiornika. Stosunkowo wysoka częstotliwość pracy zmniejsza całkowity strumień magnetyczny przez anteny, a tym samym umożliwia cieńsze ekrany ferrytowe, co jest ważne zwłaszcza w przypadku odbiornika, który musi pasować do cienkich laminatów szklanych.

 

Osłony ferrytowe nie są konieczne ze względu na stosunkowo małą średnicę anteny, która powoduje gwałtowne tłumienie emisji pola wraz ze wzrostem odległości od łącznika antenowego. Bez ekranów ferrytowych konieczne byłyby jednak dodatkowe środki gwarantujące bezpieczeństwo ludzi w każdych warunkach.

 

4 Wzmacniacz klasy D lub wzmacniacz przełączający jest to wzmacniacz elektroniczny , w którym elementy wzmacniające (tranzystory) działają jako przełączniki elektroniczne, a nie jako urządzenia o liniowym wzmocnieniu, jak w innych wzmacniaczach.

 

5 Drut/przewód Litz to szczególny rodzaj wielożyłowego przewodu/drutu lub kabla używanego w elektronice do przenoszenia prądu przemiennego (AC) na częstotliwościach radiowych. Drutu ma za zadanie zmniejszenie efektów naskórkowego i efektu zbliżeniowego, powodujących straty w przewodach w zakresie częstotliwości stosowanych do około 1 MHz. Składa się on z wielu cienkich pasm drutu, indywidualnie izolowanych i skręcanych lub tkanych razem.


Efekt naskórkowy to tendencja przemiennego prądu elektrycznego (AC) do rozprowadzania się w przewodniku tak, że gęstość prądu jest największa w pobliżu powierzchni przewodnika i maleje wykładniczo wraz z większą głębokością w przewodniku. Prąd elektryczny płynie głównie przez „naskórek” przewodnika, pomiędzy zewnętrzną powierzchnią a poziomem, zwanym głębokością naskórka. Głębokość naskórka zależy od częstotliwości prądu przemiennego; wraz ze wzrostem częstotliwości przepływ prądu przemieszcza się na powierzchnię, powodując mniejszą głębokość skóry. Efekt naskórkowania zmniejsza efektywny przekrój poprzeczny przewodnika, a tym samym zwiększa jego efektywną rezystancję.


Efekt zbliżeniowy w przewodniku przewodzącym prąd przemienny polega na tym, że jeśli prądy płyną przez jeden lub więcej innych pobliskich przewodników, na przykład w ściśle nawiniętej cewce z drutu, rozkład prądu w pierwszym przewodniku będzie ograniczony do mniejszych obszarów. Wynikające z tego natężenie prądu nazywa się efektem bliskości. To stłoczenie powoduje wzrost efektywnej rezystancji obwodu, która rośnie wraz z częstotliwością.

 

 2021 02 46 2

Rys. 2. Obliczone napięcie wyjściowe DC odbiornika mocy i sprawność RF-DC ze współczynnikami sprzężenia anteny 0,3, 0,4 i 0,5 oraz przy zmiennej mocy wyjściowej DC z mocy odbiornika

 

 2021 02 46 3

Rys. 3. Wykresy symulowanego napięcia (niebieski, prostokątny) i natężenia prądu (zielony, sinusoidalny) na wyjściu falownika RF w przetworniku mocy. Rezystor obciążenia DC na wyjściu odbiornika miał 10 Ω

 


Teoretyczna analiza wydajności
Analiza wydajności systemu Flex-in Glass WPT jest oparta na analizie obwodu liniowego za pomocą modelu obwodu z parametrami skupionymi z liniowym przybliżeniem nieliniowych komponentów. Współczynniki Q anteny ustawiono na 75, na podstawie wcześniejszych doświadczeń z podobnymi antenami. Nominalny współczynnik sprzężenia między antenami - służący do obliczania optymalnych indukcyjności anten oraz optymalnych pojemności i indukcyjności strojenia – został ustawiony na 0,3. Napięcie wyjściowe falownika RF było prostokątne o wartości 48 VPP.

 

Obliczone napięcie wyjściowe DC odbiornika mocy i sprawność RF-DC (PL_DC/PINV na rys. 1) przy współczynnikach sprzężenia anteny 0,3, 0,4 i 0,5 oraz przy zmiennym obciążeniu odbiornika pokazano na rys. 2. Wykres napięcia wyjściowego DC implikuje samoregulację systemu, czyli napięcie wyjściowe odbiornika jest raczej niezależne od jego obciążenia.

 

Napięcie wyjściowe odbiornika zależy od współczynnika sprzężenia, ale nie ma to decydującego znaczenia w docelowym zastosowaniu, w którym można ustalić współczynnik sprzężenia anteny. Wykres sprawności RF-DC zakłada sprawność 82-90% przy mocy wyjściowej 10-40 WDC i współczynnikach sprzężenia anteny 0,3-0,5. Straty falownika RF, które są trudne do teoretycznego oszacowania nie są jednak uwzględnione w tych wartościach.

 


Symulacje wydajności
Działanie systemu Flex-in Glass WPT zostało zobrazowane przez symulator obwodu APLAC 8.70 przy użyciu zasilania 50 VDC, falownika RF o topologii klasy D oraz prostownika mostkowego z diodami Schottky’ego PMEG3050EP. W przeciwieństwie do analizy teoretycznej, symulacje dotyczyły również strat falownika RF. Współczynnik sprzężenia między cewkami anteny wynosił 0,3, a współczynnik Q anteny 75. Symulowane napięcie wyjściowe DC odbiornika, moc wyjściową DC odbiornika i całkowitą sprawność przy różnych obciążeniach DC przedstawiono w tabeli 1.

 

 

Tabela 1. Symulowane napięcie wyjściowe DC odbiornika mocy i całkowita sprawność DC-DC przy zmiennym obciążeniu odbiornika mocy. Współczynnik sprzężenia między antenami wynosił 0,3, a współczynniki Q anteny 75

 2021 02 46 4

 

Wyniki ponownie wskazują na wewnętrzną samoregulację systemu WPT, utrzymującą prawie stałą moc wyjściową DC w szerokim zakresie obciążeń DC, podczas gdy maksymalna wydajność jest osiągana przy mocy nominalnej 30 W. Symulowane wykresy napięcia i prądu na wyjściu falownika RF w nadajniku mocy z rezystorem (opornikiem elektrycznym) obciążającym 10 ΩDC na wyjściu odbiornika pokazano na rys. 3. Przesunięcie fazowe między napięciem a prądem jest bliskie zeru, co wskazuje na rezonans nadajnika mocy.

 

(...)


Wstępny model eksperymentalny

Analiza teoretyczna została zweryfikowana przez model/system doświadczalny z podobnymi antenami (50 mm) w nadajniku mocy i odbiorniku mocy na przeciwległych powierzchniach 4 mm szklanej płytki (rys. 4).

 

 2021 02 46 6

Rys. 4. Antena wstępnego układu doświadczalnego

 

Zewnętrzna powierzchnia obu anten została pokryta blachą ferrytową o wymiarach 60 x 60 x 0,43 mm. Obie anteny wykorzystywały dwie pętle z przewodu/kabla litz o grubości 1,1 mm, które w przyszłych wdrożeniach można zastąpić pętlowymi antenami PCB nałożonymi na cienkiej płytce drukowanej, aby uzyskać całkowitą grubość 1 mm odbiornika mocy z ekranem ferrytowym.

 

Odbiornik mocy obejmował prostownik z pełnym mostkiem zaimplementowany przez cztery diody Schottky’ego (PMEG3050EP) i kondensator ceramiczny 1 μF. Pobór prądu stałego z odbiornika realizowany był przez jeden rezystor, a następnie dwa lub trzy rezystory mocy 47 Ω – zainstalowane równolegle. Po stronie nadajnika mocy falownik RF klasy D był emulowany przez komercyjny radioaparat nadawczo- odbiorczy HFIcom IC-720A, który został dostosowany do dostarczania fali sinusoidalnej 60 VPP (odpowiadającej fali prostokątnej 47 VPP z falownika klasy D) do strojenia anteny nadajnika.

 

Otrzymane napięcie wyjściowe DC (mierzone za pomocą multimetru) i moc wyjściową DC (obliczoną z poprzedniego) z trzema różnymi rezystorami obciążenia odbiornika przedstawiono w tabeli 2. Wyniki są zgodne z analizą teoretyczną, a potrzeba samoregulacji napięcia wyjściowego jest niepodważalna.

 

Tabela 2. Zmierzone napięcie wyjściowe odbiornika z różnymi rezystorami obciążenia DC podłączonymi do wyjścia odbiornika

2021 02 46 5


Dyskusja i wnioski
Zaprojektowano nowatorski bezprzewodowy system przenoszenia mocy (WPT), który może dostarczać do 30 W prądu stałego do oświetlenia, wyświetlania, wykrywania i komunikacji i co ważne może być montowany wewnątrz laminatów szklanych. Główne wymagania wynikające z docelowego zastosowania to niewielki, niezwykle cienki (1 mm lub mniej) odbiornik mocy mieszczący się w laminatach szklanych, wysoka wydajność i bezpieczeństwo.

 

Wymagania te zostały rozwiązane dzięki nowatorskiemu podejściu do strojenia anteny, które w połączeniu z falownikiem RF o topologii klasy D zapewnia samoregulację napięcia wyjściowego odbiornika mocy, znacznie wyższą częstotliwość roboczą niż w istniejących komercyjnych rozwiązaniach do ładowania bezprzewodowego oraz ferrytowe ekranowanie anteny.

 

Działanie systemu WPT oceniono za pomocą analizy teoretycznej, symulacji obwodów i wstępnego systemu eksperymentalnego. Analiza teoretyczna opierała się na liniowej analizie obwodów z liniowym przybliżeniem składowych nieliniowych i wykluczono falownik RF. Model symulacji obwodu obejmował cały system WPT z falownikiem RF klasy D.

 

We wstępnym systemie eksperymentalnym falownik RF został zastąpiony komercyjnym radioaparatem nadawczo-odbiorczym HF, który został dostosowany do dostarczania fali sinusoidalnej 60 VPP do sieci strojenia anteny nadajnika. Symulacja obwodu określiła całkowitą sprawność transferu mocy 57% przy poziomach mocy wyjściowej DC odbiornika 20,8 W i 29,9 W.

 

Odpowiednia sprawność z modelem teoretycznym, po wyłączeniu falownika, wyniosła około 85%. Oprócz wykluczenia strat falownika RF, wyższą sprawność w modelu teoretycznym można wyjaśnić niedokładnością strat prostownika, które obejmują tylko straty spowodowane napięciem progowym diody do przodu.

 

Mimo to, można oczekiwać, że większość strat w końcowej implementacji będzie spowodowana przez falownik RF. Zatem dopracowanie konstrukcji inwertera jest najważniejszą kwestią w dalszej poprawie wydajności. Może to również sprzyjać niższej częstotliwości roboczej systemu WPT, aby zmniejszyć straty przełączania falownika, pod warunkiem, że częstotliwość robocza jest utrzymywana na tyle wysoka, aby sprzężenie antenowe było wystarczająco zwarte/kompaktowe.

 

Model teoretyczny i model symulacyjny wyraźnie wskazywały na rezonans przetwornika mocy przy zmiennym obciążeniu. Cechę samoregulacji napięcia wyjściowego odbiornika można wyraźnie zobaczyć w każdej metodzie oceny wydajności. W symulacjach zaobserwowano znaczny wzrost napięcia wyjściowego bez żadnego rezystora obciążającego (nieskończone RL_DC), co prawdopodobnie jest związane z nieliniowym zachowaniem prostownika RF, a być może także falownika RF. Można to skompensować utrzymując stale niewielkie obciążenie na wyjściu odbiornika. 

 

(...)

 

Strommer Esko, Tanskanen Antti, Keranen Kimmok

 


Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. Tampere w Finlandii

 


Bibliografia
[1] Szkło laminowane i konstrukcje szklane z oświetleniem, czujnikami i elektroniką (Laminated glass and glass structures with lighting, sensors and electronics), US 2005/0233125 A1.


[2] Pojemnościowy czujnik deszczu do szyby przedniej (Capacitiverain sensor for windscreen),US 2000/006094981 A.


[3] Szkło laminowane z elektrycznie sterowanym współczynnikiem odbicia i sposób wytwarzania tego szkła (Laminated glass pane assembly with electrically controll able reflectance and method of makings aid assemblies), US 2001/6259549 B1.


[4] Wireless Power Consortium, www.wirelesspowerconsortium.com.


[5] Zakresy częstotliwości dla pracy bez-wiązkowych systemów bezprzewodowej transmisji mocy WPT (Frequencyranges for operation of non-beam Wireless Power Transmission WPT systems). Recommendation SM.2110-0 (09/2017), International Telecommunication Union (ITU), 2017.

 

2020 10 48 11 

 

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  Świat Szkła 2/2021   

 

 

 

01 chik
01 chik