Arquitectura de un WPT

 g

Fig. 1. Ilustración genérica de transferencia de energía inalámbrica.file:///E:/UTA/UTA%20Septimo%20Semestre%202/Practicas/Papers/2019/Review%20TIP/%23Espa%C3%B1ol%20Wireless%20Power%20Transfer%20Solutions%20for%20%E2%80%98Things%E2%80%99%20a6c139072698066eeacf6d245483d844.pdf

Campo cercano

Fig. 5. Componentes y fundamentos del sistema EC-TIP. file:///E:/UTA/UTA%20Septimo%20Semestre%202/Practicas/Papers/2019/Review%20TIP/%23Espa%C3%B1ol%20The%20state-of-the-arts%20of%20underwater%20wireless%20power%20transfer%20A%20comprehensive%20review%20and%20new%20perspectives%201-s2.0-S1364032123007682-main.pdf

Fig. 6. Componentes y fundamentos del sistema MC-TIP file:///E:/UTA/UTA%20Septimo%20Semestre%202/Practicas/Papers/2019/Review%20TIP/%23Espa%C3%B1ol%20The%20state-of-the-arts%20of%20underwater%20wireless%20power%20transfer%20A%20comprehensive%20review%20and%20new%20perspectives%201-s2.0-S1364032123007682-main.pdf

Fig. 7. Composición del sistema MC-TIP y su acoplador magnétic file:///E:/UTA/UTA%20Septimo%20Semestre%202/Practicas/Papers/2019/Review%20TIP/%23Espa%C3%B1ol%20The%20state-of-the-arts%20of%20underwater%20wireless%20power%20transfer%20A%20comprehensive%20review%20and%20new%20perspectives%201-s2.0-S1364032123007682-main.pdf

La arquitectura típica de un sistema WPT incluye, del lado del transmisor: suministro de energía, rectificador, inversor, amplificadores y red de compensación de transmisión;  [1]

Desde la línea de suministro de CA, el voltaje de CA de baja frecuencia se convierte primero en CC utilizando un rectificador de corrección del factor de potencia (PFC) [62, 63]

El voltaje de CC se convierte en CA utilizando un inversor de alta frecuencia o una topología de amplificador de potencia , que luego impulsa la bobina del transmisor a través de una red de compensación [1].

La energía enviada por la bobina mediante campos magnéticos es captada por las bobinas receptoras [1].  

Del lado del receptor: bobina o antena receptora, red de compensación, rectificador y convertidor de corriente. O combinación de las mismas. [1]

Luego de pasar por la red de compensación, la corriente del receptor es rectificada y acondicionada mediante un convertidor DC-DC en función del requerimiento de carga [1].

Arquitectura de un sistema TIP con múltiples receptores [1] .

El rectificador PFC y las etapas del inversor de alta frecuencia se pueden combinar en una etapa de conversión de CA a CA  [64] .

El rectificador también se puede combinar con la unidad de acondicionamiento de energía en el receptor para formar un rectificador activo integrado [65] Con voltaje constante o control de corriente [1]

con múltiples bobinas

pueden consistir en múltiples transmisores o receptores o bobinas intermedias (resonadores de dominio) 

Bobinas múltiples intermedias

Se aplica en la transmisión de potencia a distancias mayores o a lo largo de una trayectoria curva.  Múltiples bobinas transmisoras están conectadas a una fuente de energía  [1]

1. Las bobinas intermedias múltiples introducen más grados de libertad que pueden utilizarse para

mejorar la eficiencia o hacer que el enlace inalámbrico sea menos sensible a las variaciones de acoplamiento. [1]

2. Las bobinas intermedias también pueden actuar como elementos de adaptación de impedancia eficaces  tanto en el lado de la fuente como en el de la carga [90]

Bobinas transmisoras múltiples

Se usan en sistemas WPT dinámicos (receptor está en movimiento) y  sistemas que requieren tolerancia a la desalineación,  La corriente fluye por las bobinas transmisoras a las que está alineado el receptor cuando no estan cargadas, el campo magnetico generado da tolerancia a la desalineación del receptor[85]

Bobinas receptoras múltiples

Para alimentar varios receptores simultáneamente desde un único sistema transmisor. más receptores puede mejorar la eficiencia del enlace, mas  reduce sus coeficientes de acoplamiento, por ello aumentar los factores de calidad de las bobinas (En MHz)  [1]  

Variaciones a tomar en cuenta : variaciones en el acoplamiento y la carga y la adición o eliminación de receptores [1]  

El acoplamiento cruzado complica el diseño de control, interfiere con la distribución de energía entre los receptores y puede reducir la eficiencia del sistema [1]

campo lejano

Un sistema de recolección de energía de RF. [file:///E:/UTA/UTA%20Septimo%20Semestre%202/Practicas/Papers/2019/Review%20TIP/%23Espa%C3%B1ol%20ijemaru-et-al-2022-wireless-power-transfer-and-energy-harvesting-in-distributed-sensor-networks-survey-opportunities%20(1).pdf]

Diagrama de bloques de un receptor de energía basado en RF y Diagrama de bloques de un receptor de energía basado en RF

MPT: Requiere un generador de microondas y una rectena para la recepción [14] , compuesta por un filtro de paso bajo de entrada, un diodo Schottky o transistor GaN, un filtro de paso de CC de salida y una carga resistiva [13], su eficiencia depende del patrón del campo radiante de la antena móvil. [22]

Diagrama esquemático del sistema de transmisión de energía por microondas. [2]

La energía eléctrica procedente del campo fotovoltaico se gestiona correctamente y se rectifica con un sistema de gestión de energía y una sección de hardware. Conversión exitosa de CC a RF [16]

La densidad de potencia recibida en el centro de la reccena se puede definir mediante la ecuación de Brown y Eve   [16]

Pd es la densidad de potencia en el centro de la reccena; P es la potencia radiada total del transmisor (toda la potencia en kW).

). La antena transmisora tiene una alta eficiencia de haz, como se muestra en la geometría de ambas antenas  obtenida de la ecuación BCE. . La antena puede generar varios tipos de errores debido a vibraciones, cambios de alta temperatura y radiación.

Geometría de la antena transmisora y rectenna.

PΨ es la potencia que irradia sobre la región angular y PΩ es la potencia total transmitida sobre la región visible

[25][26]

owpt

Componentes y fundamentos del sistema OWPT.file:///E:/UTA/UTA%20Septimo%20Semestre%202/Practicas/Papers/2019/Review%20TIP/%23Espa%C3%B1ol%20The%20state-of-the-arts%20of%20underwater%20wireless%20power%20transfer%20A%20comprehensive%20review%20and%20new%20perspectives%201-s2.0-S1364032123007682-main.pdf

US-WPT: Consiste en un transmisor con red eléctrica, fuente de alimentación, convertidor ultrasónico y transductor piezoeléctrico (PZT). El receptor incluye un PZT, filtro pasa bajo, red coincidente, rectificador y carga. Tiene aplicaciones en UWPT [6] y en transductores médicos ultrasónicos paramétricos capacitivos [23]

Bibliografia

[1]  A. Laha, A. Kalathy, M. Pahlevani, and P. Jain, “A Comprehensive Review on Wireless Power Transfer Systems for Charging Portable Electronics,” Eng, vol. 4, no. 2. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), pp. 1023–1057, Jun. 01, 2023. doi: 10.3390/eng4020061.

[2] A. Baraskar, H. Chen, Y. Yoshimura, S. Nagasaki, and T. Hanada, “Verify the Wireless Power Transmission in Space using Satellite to Satellite System,” International Journal on Emerging Technologies, vol. 12, no. 2, pp. 110–118, 2021, [Online]. Available: https://hal.science/hal-03525749

[13] F. Zhao, D. Inserra, G. Wen, J. Li, and Y. Huang, “A High-Efficiency Inverse Class-F Microwave Rectifier for Wireless Power Transmission,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 29, no. 11, pp. 725–728, 2019, doi: 10.1109/LMWC.2019.2944525.

[14] B. T. Malik, V. Doychinov, A. M. Hayajneh, S. A. R. Zaidi, I. D. Robertson, and N. Somjit, “Wireless power transfer system for battery-less sensor nodes,” IEEE Access, vol. 8, pp. 95878–95887, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2995783.

[25]. Li, X., Zhou, J., Duan, B., Yang, Y., Zhang, Y., & Fan, J. (2015). Performance of planar arrays for microwave power transmission with position errors. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 14, 1794-1797.

 [26]. Gdoutos, E., Leclerc, C., Royer, F., Kelzenberg, M. D., Warmann, E. C., Espinet-Gonzalez, P., & Pellegrino, S. (2018). A lightweight tile structure integrating photovoltaic conversion and RF power transfer for space solar power applications. In 2018 AIAA Spacecraft Structures Conference (p. 2202). 

[62] Liu, J.; Xu, F.; Sun, C.; Loo, K.H. A Compact Single-Phase AC–DC Wireless Power Transfer Converter with Active Power Factor Correction. IEEE Trans. Ind. Electron. 2023, 70, 3685–3696 https://ieeexplore.ieee.org/document/9782088

[63] Liu, J.; Xu, F.; Sun, C.; Loo, K.H. A Soft-Switched Power-Factor-Corrected Single-Phase Bidirectional AC–DC Wireless Power Transfer Converter with an Integrated Power Stage. IEEE Trans. Power Electron. 2022, 37, 10029–10044. https://ieeexplore.ieee.org/document/9729414

[64] Jiang, L.; Costinett, D. A High-Efficiency GaN-Based Single-Stage 6.78 MHz Transmitter for Wireless Power Transfer Applications. IEEE Trans. Power Electron. 2019, 34, 7677–7692 https://ieeexplore.ieee.org/document/8526334/

[65] Cochran, S.; Costinett, D. Wide-Range Stability of Concurrent Load Regulation and Frequency Synchronization for a 7-Level Switched Capacitor WPT Rectifier. In Proceedings of the IEEE PELS Workshop on Emerging Technologies: Wireless Power Transfer (WoW), San Diego, CA, USA, 1–4 June 2021; pp. 1–6. https://ieeexplore.ieee.org/document/9462892

[85] Hui, S.Y. Planar Wireless Charging Technology for Portable Electronic Products and Qi. Proc. IEEE 2013, 101, 1290–1301 https://ieeexplore.ieee.org/document/6481427

[90] Zhong, W.; Lee, C.K.; Hui, S.Y.R. General Analysis on the Use of Tesla’s Resonators in Domino Forms for Wireless Power Transfer. IEEE Trans. Ind. Electron. 2013, 60, 261–270. https://ieeexplore.ieee.org/document/6041026/ 

[91] Li, H.; Li, J.; Wang, K.; Chen, W.; Yang, X. A Maximum Efficiency Point Tracking Control Scheme for Wireless Power Transfer Systems Using Magnetic Resonant Coupling. IEEE Trans. Power Electron. 2015, 30, 3998–4008 https://ieeexplore.ieee.org/document/6880373/

[92] Fu, M.; Yin, H.; Liu, M.; Wang, Y.; Ma, C. A 6.78 MHz Multiple-Receiver Wireless Power Transfer System with Constant Output Voltage and Optimum Efficiency. IEEE Trans. Power Electron. 2018, 33, 5330–5340 https://ieeexplore.ieee.org/document/7976358