Estrategias para WPT Inductiva
El PTE de los sistemas IPT depende en gran medida de la separación de las
bobinas, el tamaño relativo y la orientación mutua. Si dos bobinas del mismo
tamaño se colocan lo suficientemente cerca en el mismo eje, casi todo el flujo
magnético de la bobina transmisora pasa a través de la bobina receptora y se
puede alcanzar un PTE de ~100%. En sistemas prácticos, como cepillos de
dientes eléctricos y afeitadoras, las bobinas son de diferentes tamaños y no
están acopladas al máximo y la PTE cae al 40-50%. [126 ] a superar la limitación de distancia sin reducir el PTE, es posible
complementar las bobinas de transmisión y recepción con capacitancias para
que ambos circuitos experimenten resonancia en la frecuencia central de una
banda de operación estrecha. Esta técnica se llama MRPT [126]
MRPTun sistema CPT
de 2,4 kW se diseñó con un espacio de aire de 150 mm entre las placas y
demostró una PTE del 90,8 % [126]
Proteger del campo electromagnético
Un aumento en la frecuencia del sistema de resonancia TIP, puede surgir el
problema de grandes pérdidas resultantes de las corrientes parásitas, que son el resultado del flujo magnético que penetra en
el chasis del automóvil. Los parámetros de la bobina también pueden cambiar significativamente. [43] En tales situaciones, vale la
pena utilizar núcleos de ferrita y una placa de aluminio para proteger el campo electromagnético [32]
El uso de blindaje pasivo mediante una placa de ferrita es un método más eficaz
para proteger el campo electromagnético. La mayor eficiencia la demostraron materiales con alta permeabilidad relativa el material de ferrita 3C95 ofrecido por Ferroxcube Compan, este material no reduce la eficiencia de las bobinas debido a su alta resistividad, lo que puede minimizar
las pérdidas por corrientes parásitas y pérdidas en el núcleo. Si este procedimiento no permite limitar la densidad
del flujo magnético a un valor inferior a 27 µT, se deberá utilizar blindaje activo mediante bobinas de deriva en
los bordes del vehículo. Sin embargo, esta solución reduce el rendimiento del sistema.
[44]
Técnicas de modelado
los sistemas TIP pueden
analizarse en el dominio de la frecuencia y en el dominio del tiempo, [8]
Cada una de las etapas de un sistema WPT tiene un punto de operación único que maximiza su eficiencia, en
términos de frecuencia de operación o resistencia de carga. [8]
Dominio del tiempo
más precisos y puede modelar los modos de conducción
discontinua (DCM) del sistema WPT [8]
Análisis las resistencias en serie de las bobinas, la ESR de los
capacitores y las resistencias en estado activo de los semiconductores [8]
Las ecuaciones diferenciales
pueden tener términos exponenciales. [8]
El modelado en el
dominio del tiempo no se puede extender para analizar múltiples receptores, con acoplamiento
cruzado entre ellos [75]
Dominio de la frecuencia
La técnica más utilizada es la primera
aproximación armónica (FHA), puede extenderse fácilmente a múltiples receptores pero puede conducir a un diseño excesivo o insuficiente de los componentes en el caso en que estén presentes armónicos más dominantes en las formas de onda de voltaje y corriente. considerar los armónicos tanto en el lado de la fuente como en el de la carga [8]
se muestra un sistema NF-WPT basado en DGS , que se construyó
con una abertura en forma de H. Se alcanzó una eficiencia ηW PT del 85% a
una distancia de 5 mm y un FoM de 0,17 con los dispositivos funcionando a
una frecuencia de 1 GHz. Antes de este, se han encontrado muchos intentos
de utilizar DGS aplicando este concepto para construir filtros y osciladores en
el rango de microonda [129]
Sistemas Monoresonantes
Las WPT inductivas aplicadas a los vehículos eléctricos suelen ser sistemas resonantes [45], el sistema eléctrico está diseñado para funcionar en resonancia de modo que se incorporen redes reactivas (denominadas redes de compensación) en los lados primario y secundario.
Las topologías monorresonantes se componen de un solo condensador. Un condensador está conectado a la bobina primaria y otro a la bobina secundaria. La conexión puede ser en serie o en paralelo. Al referirse a ellas se especifica primero la conexión con la bobina primaria y luego la conexión a la bobina secundaria de manera que las configuraciones sean: Redes de compensación Serie-Serie, Serie-Paralelo, Paralelo-Serie o Paralelo-Paralelo. [45]
Topologías de compensación mono-resonante. [45]
Topología de compensación de MC-WPT
Los circuitos resonantes se usan para compensar que el valor del coeficiente de acoplamiento entre Emisor y receptor disminuye con un aumento en la distancia entre el transmisor y el receptor, causa un aumento en las caídas de voltaje debido a la inductancia de fugas y una reducción en la transferencia de energía. [32]
Normalmente consiste en condensadores de diferentes configuraciones que reduscan la imepdancia del sistema por una inductancia de fuga mayor a la inductancia mutua. [32]
Ejemplos [33][34][35][36]
La red de compensación
resonante elimina el componente de potencia reactiva del circuito y determina las
características de salida eléctrica del sistema MC-TIP, La red de compensación
permite la adaptación de impedancias del sistema MC-TIP. La realización del estado inductivo
débil para conmutación de voltaje cero (ZVS) o del estado capacitivo débil para conmutación
de corriente cero (ZCS) se puede lograr diseñando el tanque resonante y ajustando la
relación de fase del voltaje y la corriente del inversor Por lo tanto, la impedancia de
entrada total del sistema es idealmente resistencia pura (ángulo de fase cero, ZPA) a la
frecuencia de operación Por lo tanto, la impedancia de
entrada total del sistema es idealmente resistencia pura (ángulo de fase cero, ZPA) a la
frecuencia de operación [16]
Generalmente, no es fácil lograr una ZPA estable en condiciones prácticas de trabajo puede preferir el estado operativo ZCS para sistemas que usan IGBT, y se puede
seleccionar el estado operativo ZVS para sistemas que usan MOSFET para facilitar la
realización de una operación óptima del tubo de conmutación y la eficiencia del sistema[16]
Las topologías comúnmente utilizadas en el sistema IPT son SS, SP, PS, PP o
topología de compensación LCC de doble cara [54]
Redes dinámicas
Características de la topología compuesta común. [16]
Características de cuatro topologías básicas [16]utilizar circuitos pasivos para igualar la impencia [124]
n. El segundo método consiste en utilizar métodos de frecuencia resonante variable, que incluyen el cambio de frecuencia operativa y el uso de circuitos y bobinas resonantes reconfigurable [124]
n. El segundo método consiste en utilizar métodos de frecuencia resonante variable, que incluyen el cambio de frecuencia operativa y el uso de circuitos y bobinas resonantes reconfigurable [124]
Variar las impedancias [125]
la capacitancia equivalente del TCVC se controlaba simplemente con un voltaje de CC similar a los varactores
para que la frecuencia de conmutación de voltaje cero del sistema pudiera ajustarse sin problemas. Además, para
superar el problema de la precisión de ajuste limitada y el conflicto entre un rango ajustable grande y un período
de conducción de diodo largo de un solo TC
la
precisión de la adaptación de impedancia el ajuste se puede mejorar efectivamente conectando un TCVC grande
y un TCVC pequeño en serie, obteniendo así la máxima eficiencia de transmisión en diferentes condiciones de
distancia; [124]
ajuste de frecuencia, se utilizan juntos una compensación de frecuencia
ajustable de forma conjunta y continua y dos TCVC para ajustar el circuito a un nuevo estado de resonanc [124]
Cuando el
voltaje de control cambia, los estados de encendido y apagado del capacitor son controlados por el diodo que
se enciende o apaga, respectivamente, y la capacitancia equivalente se puede calcular usando la tonelada de
tiempo de encendido [124]
El diagrama estructural de la CFIMHA [124]
Diagrama de estructura de dos TCVC. [124]La diferencia de fase entre el voltaje y la corriente era igual a cero Cuando la distancia de transmisión entre las dos bobinas era superior a 10 mm, se produce una gran diferencia de fase entre el voltaje y la corriente, lo que significa que el sistema estaba en estado desafinado [124]
Modelos de compensación inductancia
En el artículo [40], se señaló que desde un punto de vista económico, la topología más adecuada del sistema de compensación para sistemas de alta potencia es la topología de SS (serie-serie) y SP (serie-paralelo) [42].
Un bloque importante en el sistema de suministro de energía inalámbrico para vehículos eléctricos es también el bloque responsable de la comunicación entre los circuitos para gestionar la demanda de energía [40].
Modelo WPT compensación serie-serie
un sistema WPT
que utiliza FHA. El transmisor consta de una fuente de voltaje CA (un inversor de alta frecuencia o un
amplificador de potencia que acciona la bobina del transmisor) , un condensador de compensación
y la bobina transmisora, red de acoplamiento (configuración serie-serie)
Modelados como inductores
acoplados [8]. La resistencia en serie es la suma de la resistencia de la bobina, ESR de los
condensadores de compensación y cualquier resistencia de la fuente [8]
El receptor consta de una bobina,
un condensador de compensación y una carga (puede ser CA o CC) [8]
está asociada con topologías desajustadas, [128]
La compensación SS (condensador de doble cara) es el circuito
compensado más común en el sistema IPT debido a su estructura simple.
La inductancia mutua del sistema IPT basada en la compensación SS
disminuirá cuando ocurra la desalineación del acoplador. Sin embargo, las
corrientes de la bobina de transferencia aumentarán exponencialmente
por el contrario debido a la disminución de la impedancia del lado del
receptor, lo que conducirá a un aumento de la potencia de salida de forma
sincrónica [54]
Carga CC
En el caso de las aplicaciones de carga de batería, normalmente la carga es CC, la carga está
precedida por un rectificador y una unidad de acondicionamiento de energía convertidor CC-CC). [8]
La inductancia acoplada también se puede modelar como dos fuentes de voltaje
dependientes en el transmisor y el receptor[8]
Efecto del acoplamiento mutuo modelados como fuentes de voltaje dependientes[8]Vin: Valor de pico de la fuente de tensión sinusoidal.
ws: Frecuencia de conmutación en rad/s.
M12: Inductancia mutua entre las bobinas del transmisor y del receptor.
k12: Coeficiente de acoplamiento entre las bobinas del transmisor y del receptor.
R1 Resistencia de la serie de la bobina del transmisor (incluye resistencia en estado encendido de los interruptores y resistencias (ESR) de la bobina del transmisor y condensadores de compensación).
R2 Resistencia en serie de la bobina receptora (incluye resistencia en serie de diodos y resistencias (ESSR) de la bobina receptora y condensadores de compensación).
C1 Capacitancia de compensación en serie equivalente a del transmisor.
C2 Capacitancia de compensación en serie equivalente a del receptor.
L₁ Inductancia de la bobina del transmisor.
L2 Inductancia de la bobina del receptor.
RL. Resistencia de carga
11-Valor pico de la corriente sinusoidal que fluye en la bobina del transmisor.
12- Valor pico de la corriente sinusoidal que fluye en la bobina receptora.
X2 Reactancia serie del lado del receptor.
11rms-valor rms de la corriente sinusoidal que fluye en la bobina del transmisor.
12rms-valor rms de la corriente sinusoidal que fluye en la bobina receptora.
w-frecuencia de resonancia relativa del receptor.
wr-frecuencia de resonancia del receptor.
QL. Factor de calidad del receptor cargado con .
Qp. Factor de calidad -descargado del transmisor.
Qs. Factor de calidad -descargado del receptor.
Las ecuaciones KVL para el modelo
La eficiencia del sistema se puede maximizar aumentando el término 
Topologías de compensación multiresonante
Las topologías de
compensación multirresonante , que contienen más de un componente reactivo, son más adecuadas para alto rendimiento cuando las bobinas están desalineadas. Además de mejorar la eficiencia del sistema contra la desalineación, las topologías
multirresonantes ofrecen otros beneficios adicionales, como la reducción del fenómeno de bifurcación [46], la
mejora de la estabilidad y la eficiencia con carga dinámica [47] o el uso de una única bobina primaria para
cargar varios vehículos [48]. y viabilidad de sistemas bidireccionales[49]
Topologías de compensación multirresonte [45]
El circuito compensado LC de doble cara también se adopta comúnmente en el sistema CPT. Cuando la autocapacitancia es lo suficientemente grande, no se puede utilizar el condensador externo conectado en paralelo al acoplador. Por lo tanto, la topología de compensación LC de doble cara se puede simplificar a una topología L (inductor) de doble cara [54]
Cuando se utiliza compensación SS en el sistema IPT o compensación LC de doble cara en el sistema CPT, se debe requerir un control adicional u otro sistema de ajuste de potencia para garantizar una salida de potencia constante cuando ocurre una desalineación, lo que se verá afectado por la complejidad y el costo del sistema. [54]
Compensación LCL
[77]Compensación LCC
Para aplicaciones de transferencia de mayor potencia [8]. más flexibilidad en el diseño de parámetros para una mejor tolerancia a la
desalineación [78].
La topología LCC también puede mitigar en gran medida el campo magnético producido por las
bobinas y reducir las emisiones conducida [84] para cumplir con las pautas de seguridad EMI y EMF [8]
Esta topologia necesita mayor numero de componentes pasivos
[78] [79] [82] [83]
la red de compensación LCC de doble cara es menos sensible al desajustamiento y es más adecuada para aplicaciones EV-WPT [128]
Compensación LC/S
[80]
Por lo tanto, al utilizar bobinas de alto factor de calidad, se puede obtener una mayor distancia de
transferencia o una mayor tolerancia a la desalineación entre las bobinas para la misma cantidad de eficiencia de enlace. [8] Para la mayoría de las estructuras de bobinas WPT, el factor de calidad óptimo
se obtiene cuando funcionan en la región de frecuencia de conmutación de MHz
A medida que aumenta
la frecuencia, al principio aumenta el factor de calidad de la bobina, Mas a frecuencias muy altas, cuando la longitud de onda del
campo producido es comparable a la longitud de las bobinas, las bobinas empiezan a actuar como
antenas e irradian energía. se puede lograr un factor Q superior a 1000 si los sistemas funcionan en la región de MHz, las pérdidas en los circuitos electrónicos de potencia se
vuelven muy prominentes en tales frecuencias [8]
En aplicaciones de múltiples receptores, el acoplamiento entre el transmisor y los receptores es
generalmente bastante bajo, un factor de calidad más alto de las bobinas puede
compensar la reducción de la eficiencia
ejemplos
para una bobina de 10 cm de radio y tres vueltas, el
efecto de radiación comienza a ocurrir a una frecuencia de casi 10 MHz. si el sistema
funciona a unos pocos MHz por debajo del punto de efectos de radiación dominante, se puede lograr una buena [8]
Otros modelos de bobinas
la red de transformador en T y el modelo cantilever
La eficiencia de los sistemas WPT puede aumentarse haciendo
funcionar las bobinas del transmisor y del receptor en resonancia y optimizando las resistencias de
carga que experimentan los receptores
Redes de compensación
En el receptor La inductancia de la bobina debe compensarse para la eficiencia del sistema
En el transmisor, la inductancia debe compensarse para reducir la clasficiacion de potencia de entrada.
. Hay cuatro topologías de
compensación básicas, a saber, serie-serie (SS), serie- paralelo (SP), paralelo-paralelo (PP) y serieparalelo (PS)
SS
SP
PS
PP
Topología de compensación LCC-Scompensación se puede aplicar al lado del transmisor. LCC-S [82]
LCC-S parece ser unimodal en función de la frecuencia y el factor de calidad. [78]
pueden tener dos picos en función de la frecuencia y el factor de calidad del sistema. [8]
En LCC-S la capacidad de transferencia de potencia cae con una disminución en el factor de acoplamiento [8]
Topología de compensación LCC-LCCal lado del transmisor y al receptor (LCC-LCC [83])
En la topología LCC-LCC, la potencia transferida a la carga aumenta monótonamente con los aumentos en la frecuencia de conmutación, el factor de calidad y el coeficiente de acoplamiento [8]
En LCC-LCC la capacidad de transferencia de potencia cae con una disminución en el factor de acoplamiento [8]
Maximizar la transferencia de energía entre el transmisor y el receptor
Tiene lugar en un sistema WPT cuando la impedancia de la fuente
coincide con la impedancia de la carga. no necesariamente como eficiencia energetica. esto limita que la eficiencia no puede ser superior al 50%. a sólo para aplicaciones
de muy baja potencia (<1 W), suficiente en una distancia mayo [8]
Maximizar la eficiencia energetica entre el transmisor y el receptor
La eficiencia de los cargadores inalámbricos resonantes se debe a la eficiencia de los convertidores de potencia,
las redes de compensación y las bobinas. Se verán muy afectados por la desalineación de la bobina [8]
La máxima eficiencia energética se produce cuando se minimiza
la impedancia de la fuente y se optimiza la impedancia de la carga [8] .
El funcionamiento de alta frecuencia de los sistemas WP T conduce a la miniaturización de los componentes
y a una mayor eficiencia como Clase D,
E, EF para operar en MHz.[8]
Los dispositivos WBG y ultra-WBG se pueden utilizar para operaciones de muy alta frecuencia. [8]
Los inversores de fuente de corriente constante son particularmente
útiles cuando se utilizan múltiples receptores ya que aseguran una transferencia de energía desacoplada a los
receptores [8]
Optimizar eficiencia energética
Sistema de Control: maximizar la eficiencia del sistema manteniendo la regulación de voltaje en la salida [1]
Asegurar regulación de voltaje con convertidores Dc Dc. un voltaje de entrada elevado conduce a un funcionamiento ineficiente del sistema. [91] [92]
Mejorar la eficiencia manteniendo la regulación de voltaje
regulación del voltaje de entrada [92]
optimización de la resistencia de carga [76]
Sintonización
de frecuencia del transmisor y la impedancia dinámica [8]
adaptación de impedancia dinámica (IM) [8] las basadas en conmutadores requieren circuitos y control complicados [8]
Regulación del voltaje de entrada
Con técnicas de modulación como el desplazamiento de fase o la modulación de ancho
de pulso, se puede variar el voltaje de entrada RMS al sistema. [8]
utilizar un
convertidor CC-CC delante del inversor o amplificador de potencia en el lado del transmisor para
proporcionar el voltaje de entrada requerido [8].
Aumentar los componentes aumentara la perdida en el sistema. [8]
Optimización de la resistencia de carga vista por los receptores
la eficiencia de un sistema con múltiples
receptores se puede maximizar optimizando las resistencias de carga vistas por cada uno de los receptores. [8]
El valor óptimo de las resistencias de carga (RL,opt) [76]
donde Ri es la resistencia en serie del i-ésimo receptor y M₁i es la inductancia mutua entre el transmisor y el i-ésimo receptor. La optimización constante de todas las resistencias de carga con variaciones en la carga y los acoplamientos requiere un esfuerzo de control considerable y circuitos de detección y, por lo tanto, no es muy práctica. [1]
Mejorar el acoplamiento cruzado
Estudio comparativo de técnicas de optimización de sistemas WPT en presencia de
acoplamiento cruzado. [1]Compensacion pasiva: antes del diseño se requiere
información sobre el acoplamiento y el rango de variación de carga entre todos los receptores. con lo que formular una función objetivo, Resolver usando optimización no lineal como la teoría de juegos o algoritmos genéticos. [103]
compensación activa el voltaje inducido debido al
acoplamiento cruzado entre bobinas se puede cancelar inyectando una cierta cantidad de reactancia. [94], [95], [96], [97], [98], [99], [100], [101], [102], [103], [104] a depende del acoplamiento y las condiciones de carga de todas las
bobinas y su cambio en tiempo real [94], circuiteria complicada [105]
ajustando la reactancia en el lado del receptor [94], [95], [96], [97], [98], [99], [100], [101], [102], [103], [104], [105], [106], [107]
El acoplamiento cruzado cambia la frecuencia de resonancia del enlace inductivo. Este punto resonante se puede variar cambiando la reactancia neta de los receptores con un un circuito de condensador conmutado [75].
algoritmo de seguimiento dinámico, a utiliza un tamaño de paso variable basado en el método de descenso de gradiente
y alcanza el punto de máxima eficiencia más rápido [109]
utilizar sistemas WPt multirresonantes, cada receptor resuena en una de las frecuencias portadoras del transmisor, Pero el uso de múltiples frecuencias provoca mayores pérdidas de CA en
los devanados, Para ello aumentar las distancias entre las
bandas de frecuencia, Pero disminuye número de receptores [95], [96], [97]
Utilizando el desacoplamiento de bobinas para cancelar el flujo cruzado entre las bobinas del receptor [98], [99]
bobina oscilante, alternando la dieccion del bobinado para cancelar el flujo entre bobinas. [99].
Alimentar un receptor a la vez, Utilizando la multiplexación por
división de tiempo , la influencia del acoplamiento cruzado se puede evitar, pero limitaría la cantidad total de energia transferida [101], [102]
controlar la diferencia de fase entre las corrientes del transmisor y del
receptor y hacerlas ortogonales. [106], [107] Mantiene la suposición del fenómeno de cuadratura actual, se valida solo se ignora si armónicos de orden superior, no sera una buena suposicion con factor Q
bajo o está funcionando con una carga ligera [106]
Acopladores magneticos
acopladores magnéticos tipo cable
en anillo también se ha aplicado a técnicas de adquisición de energía sin contacto
para cables de alta tensión [19]
Circuiteria para armonicos
El modelo primera aproximación armónica FHA de un sistema sin acoplamiento cruzado entre los receptores se muestra en la
Figura [8]. ayuda a mejorar la eficiencia [108][109]
Modelo de primer armónico de un circuito WPT con dos receptores con acoplamiento cruzado entre ellos [8]M₁k-inductancia mutua entre el transmisor y la késima bobina del receptor.
Mik Inductancia mutua entre la bobina receptora i-ésima y la k-ésima.
R5 Resistencia de la serie de la bobina del transmisor (incluye resistencia en estado encendido de los interruptores y resistencias (ESR) de la bobina del transmisor y condensadores de compensación).
R¡—resistencia en serie de la i-ésima bobina receptora (incluye la resistencia en serie de los diodos y las resistencias (ESsR) de la bobina receptora y los condensadores de compensación).
C₁ Capacitancia de compensación en serie equivalente a del transmisor.
C¡—capacidad de compensación en serie equivalente del i-ésimo receptor.
L₁ Inductancia de la bobina del transmisor.
Li Inductancia de la bobina del i-ésimo receptor.
R₁₁ Resistencia de carga del i-ésimo receptor.
i₁-valor pico de la corriente sinusoidal que fluye en la bobina del transmisor.
i¡—valor pico de la corriente sinusoidal que fluye en la i-ésima bobina receptora.
X2 Reactancia serie del primer receptor.
Xi Reactancia en serie del receptor i-ésimo
Modelo de primer armónico de un circuito WPT con dos receptores sin acoplamiento cruzado entre ellosTécnicas de optimización de la eficiencia
Las baterías como cargas no tienen una resistencia constante, varia junto a la a corriente de carga
La eficiencia del sistema se optimiza con una resistencia de carga específica [8]
Uso de adaptación de impedancia con circuitos resonantes reconfigurables
utilizar componentes resonantes
reconfigurables para cambiar la frecuencia de resonancia de un sistema WPT como una matriz de condensadores conmutados o estructuras de bobinas conmutables.[8]
Usando frecuencia de operación variable
cuando el factor Q cargado es bajo,
la frecuencia de operación se puede aumentar, eso aumentara la eficiencia.[8]desarrollar un inversor WPT modulado por desplazamiento de fase basado en frecuencia variable para un seguimiento de la máxima eficiencia energética, si el valor nominal de resistencia es mucho mayor que el valor óptimo de resistencia la mejora de la eficiencia es prominente. [87]
Redes de compresión de impedancia
una red de compresión de impedancia (ICN) red pasiva adicional hecha de nductores y condensadores sin circuitos de control. Lo compone red de compresión
de resistencia (RCN) < minimiza las variaciones de magnitud en la
impedancia reflejada vista por el inversor>, diseñable con carta de smith. y una red de compresión de fase (PCN) <minimiza las variaciones de cambio de fase por la reflexión de la carga.>[88]
Convertidores CC-CC
para modular la impedancia de carga, Partiendo del uso de convertidores CC-CC para alterar la resistencia de carga
Se uso un convertidor reductor-elevador después del rectificador en el lado del receptor para un seguimiento de
máxima eficiencia energética. Para la potencia minitma Utiliza un algoritmo de perturbación y observación . La salida de potencia constante y una regulación de voltaje del sistema [89]
Electronica de potencia
Para concatenar una mayor variación del flujo magnético, la transferencia de energía inductiva
generalmente se basa en señales de alta frecuencia. La generación y el procesamiento de estas señales
se realizan mediante los convertidores de potencia. Los dispositivos de estos convertidores deben
seleccionarse según la potencia que deben soportar y la frecuencia de conmutación. [45] Las normas
internacionales regulan la frecuencia nominal de operación en 85KHz [50]
Los IGBT de silicio tradicionales no son adecuados para manejar esta frecuencia y alta potencia, por lo que se recomiendan en su lugar los MOSFET de carburo de silicio (SiC). A pesar de su mayor costo, presentan una resistencia en estado encendido menor en comparación con los IGBT de silicio.[45]
Lograr ZVS
Agregar un tanque
ZVS a través del interruptor [110]
En los inversores clase E la corriente de la bobina del transmisor debe fluir a través del transistor, se puede reducir mediante el uso de una resonancia paralela
[112].
Un inversor resonante Clase E con un tanque semi-resonante para minimizar la clasificación VA del interruptor.Capacitiva
la estructura de Cuatro Placas Apiladas, es
más compacta y reduce las capacitancias externas, y la de Seis Placas Apiladas [52] Incluye dos placas externas de mayor tamaño que actúan como
blindaje y reducen las emisiones de campo eléctrico. La corriente inducida es proporcional a la variación del campo
eléctrico, por lo que en este tipo de cargadores también se utilizan convertidores de potencia para aumentar esta
variabilidad [45]
Topologías de compensación
Monoresonante
Las topologías de compensación monorresonante son bobinas que pueden estar conectadas en serie
o en paralelo. También podemos hablar de las estructuras Serie-Serie, Serie-Paralelo, Paralelo-Serie o
Paralelo-Paralelo, como en los cargadores de base magnética. [45]
Topologías de compensación para TIP capacitiva[45]Multiresonante
En cuanto a las topologías de compensación multirresonante , LCL de doble cara [52] LCLC de doble cara y LC de doble cara son las más populares en
cargadores capacitivos [53]
Electronica de potencia
La frecuencia de operación del sistema está directamente relacionada con los requisitos de capacitancia. La mayoría de los prototipos desarrollados en la literatura utilizan una frecuencia de operación de 1 MHz [54] [52] [53]prototipos que trabajan en otras frecuencias como 530 kHz [55], 4 MHz [56] y 13,56 MHz [ 57]
los
MOSFET de SiC suelen ser la tecnología seleccionada gracias a sus ventajas mencionadas anteriormente,
pero la tecnología de nitruro de galio (GaN) se utiliza para las frecuencias más altas debido a sus menores
pérdidas de conmutación [45]
La corriente CC se convierte en corriente alterna de alta frecuencia
utilizando un inversor de puente completo (el más habitual) , un convertidor reductor, un
convertidor Clase E, un convertidor Clase φ o incluso con un inversor trifásico , aunque este
último requiere una topología especial de seis placas [45]
Causas de reduccion de la eficiencia
Tanto la brecha como la desalineación también afectan la eficiencia [45]
El estudio no muestra caídas de eficiencia significativas con desalineaciones horizontales
inferiores al 50% de la longitud de la placa, aunque los incrementos en el espacio sí producen caídas de
eficiencia más pronunciadas a partir de una determinada distancia [58]
la estructura apilada de cuatro placas es más
robusta ante una desalineación angular que la estructura paralela simple [45]
SWPDT basado en portador de energía (PC-SWPDT)
Métodos de diseño de optimización de la topología de modulación y
compensaciónCVO o CCO en comunicación directa, permite que el sistema SWPDT logre comunicación semidúplex, solo
pueden lograr comunicación semidúplex [24]
Metodo: diseño de optimización de la modulación y la topología de compensación[24]
Método: control de bucle cerrado
para lograr COC durante la modulación de potencia [24]
Diagrama de bloques de sistemas PC-SWPDT utilizando diferentes métodos de modulación [24]Estrcutura: la
fuente de voltaje de entrada, la topología de compensación primaria, el
transformador débilmente acoplado, la topología de compensación secundaria,
el rectificador no controlado y la carga, se representan en negro. línea y palabras,
mientras que las diferentes partes, circuitos de modulación primarios y
secundarios, están resaltados con línea roja y palabras.
El circuito de modulación primario es para comunicación directa, mientras que el
circuito de modulación secundario es para comunicación hacia atrás.[24]
Partes resaltadas del sistema PC-SWPDT que se muestra
. (a) Inversor
de alta frecuencia con frecuencia variable para el sistema PC-SWPDT que utiliza modulación
FSK [24].
(b) Interruptor extra activo en serie con inversor de alta frecuencia para sistema PCSWPDT usando modulación OOK. [24].
(c) Condensador de conmutación en paralelo con rectificador para sistema PC-SWPDT usando modulación LSK. [24].
(d) Convertidor boost con ganancia de voltaje variable e inversor de alta frecuencia para sistema PC-SWPDT usando modulación ASK [24]
FSK binario se adopta para lograr comunicación directa simplemente cambiando
la frecuencia de conmutación del inversor de acuerdo con el flujo de bits, el estado resonante del sistema WPT original cambiará y la PTE del
sistema SWPDT se reducirá significativamente.
[24]
Para mantener sin cambios el estado resonante, CVO, CCO y PTE del sistema
WPT original, se introduce un sistema 2FSK-PC-SWPDT
basado en el fenómeno de división de frecuencia, sistema 2FSK-PC-SWPDT basado en el fenómeno de división de frecuencia. Cuando se acorta la distancia de transferencia del sistema WPT, funciona con par suelto región a región de pareja fuerte, región a región de pareja fuerte, la rápida disminución del PTE a medida que aumenta el factor de
acoplamiento k , el PTE del sistema SWPDT no es superior al 50 %, división de
frecuencia sólo ocurre en regiones de fuerte acoplamiento, lo que también
limita la distancia de transferencia del sistema SWPDT.
[24]
Para lograr una PTE alta en 2FSK-PC-SWPDT, el sistema TIP de doble banda, redes resonantes en serie combinadas (Cp, Lp y Cs, Ls) y redes resonantes en paralelo (Cp1, Lp1 y Cs1, Ls1) . ), logrando un punto de frecuencia extra resonante. el PTE se puede mantener constante en los dos puntos resonantes y el CCO se logra con una velocidad de datos de 20 kb/s [24]
establecer la desviación de frecuencia Δf lo más pequeña posible. debido a la precisión limitada
del circuito de demodulación, Δf no puede ser muy pequeño; de lo contrario,
la BER aumentará drásticamente [24]
Sistema SWPDT basado en formas de onda de corriente triangular 
Sistema SWPDT basado en forma de onda de corriente triangular
El armónico fundamental de la corriente triangular i_p se utiliza para la transferencia de potencia, mientras que el armónico de tercer orden de i_p se utiliza para la transferencia de datos. Se adopta 2FSK para la modulación de datos. Cuando se transfiere el bit 0, la frecuencia fundamental es f0 y la frecuencia del armónico de tercer orden es 3f0. La frecuencia fundamental cambia a f1 cuando se transfiere el bit 1 y la frecuencia del armónico de tercer orden se convierte en 3f1. or lo tanto, los datos
transferidos pueden identificarse a partir de la envolvente de voltaje en
el devado de la señal [24]
Un Δf pequeño podría estropear el PTE, la modulación de
ancho de pulso de eliminación de armónicos seleccionada (SHEPWM) , uso no lineales y 15 ángulos [24]
ecuación (4) indica que el késimo armónico de voltaje se puede diseñar
para que sea cero o un valor VHF [24]La modulación por desplazamiento de fase PSM-PC-SWPDT , se diferencia en el principio de funcionamiento del inversor de puente completo, La tasa de triangularización de la onda trapezoidal σ de s=4t0/T, utiliza la demodulación ASK, que es similar al
sistema SWPDT [24]
La amplitud del k-ésimo armónico de corriente
se puede diseñar para que sea cero o un valor determinado cambiando el
ángulo de desplazamiento de fase α. [24]
Requiere una
sincronización precisa del reloj, se propone un novedoso sistema SWPDT
basado en inversor de sujeción activa (ACI) [24] 
ACI para el sistema PC-SWPDT que utiliza modulación del ciclo de trabajo [24]
El k-ésimo armónico de corriente
se calcula 
El PTE se mejora en un 7% en comparación con el inversor de puente H
convencional y el CCO también se logra mediante una bobina transmisora [24]
El PTE se mejora en un 7% en comparación con el inversor de puente H
convencional y el CCO también se logra mediante una bobina transmisora [24]Se deben minimizar la sobretensión interna y
la sobrecorriente generadas por la modulación de datos , La amplitud más baja de la señal de
datos se controla directamente a cero, lo que es más fácil para la
demodulación de datos , la conmutación en el lado primario
provocará una sobrecorriente en la bobina secundaria. [24]
propone modulación de ancho de portadora (CWM) para conmutar
en el punto de cruce por cero de la corriente del lado secundario. el interruptor
activo se controla ON y OFF en el punto de cruce por cero de la tensión del
lado primario Vp, Se elimina el lado lateral y se logra una comunicación directa de 9,04 Mb/s. [24]
La modulación LSK se adopta ampliamente en la comunicación hacia atrás controlando el interruptor S, que está conectado con el capacitor de salida C1 en serie. Sin embargo, este método produce sobretensión o sobre corriente en la bobina primaria. Una solución es analizar la relación entre la potencia de salida, PTE, y el
condensador de conmutación C0. Cuanto menor sea el valor de C0 , menor
será el impacto sobre el CVO considerando dos rangos de carga principales. [24]
Otra solucion o utiliza una nueva topología del lado secundario y un
control de circuito cerrado para mantener el COC [24]
Topología de dos etapas con un convertidor dc/dc para control en lazo cerrado [24]
Topología de dos etapas con un inductor multiplexado para control en lazo cerrado en
sistema PC-SWPDT [24]
método de multiplexación de inductores para combinar el rectificador de puente completo y el convertidor elevador para lograr CVO [24]
propone un nuevo rectificador activo semipuente (S-BAR), , el ciclo de trabajo del convertidor CC/CC previo a la etapa
cambia de acuerdo con el flujo de bits y el voltaje de salida del convertidor
elevador previo a la etapa se puede cambia, El CVO y el CCO se logran utilizando el control de cambio
de fase. El principio de funcionamiento de S-BAR y las formas de onda típicas de
S-BAR durante el flujo de bits constante 0101 [24]
La comunicación hacia atrás también se logra mediante la modulación PSK diferencial de modo dual (DDPSK) propuesta y se elimina la interferencia de la modulación de la portadora de potencia, ZVS sólo se puede lograr cuando el inversor funciona en modo inductivo débi [24]
La comunicación hacia atrás también se logra mediante la modulación PSK diferencial de modo dual (DDPSK) propuesta y se elimina la interferencia de la modulación de la portadora de potencia, ZVS sólo se puede lograr cuando el inversor funciona en modo inductivo débi [24]
Para minimizar la diafonía resultante del primer factor, se puede adoptar
la modulación de ancho de pulso de eliminación armónica seleccionada (SHEPWM ) porque los armónicos de otro orden se pueden diseñar para que sean
cero
Para
minimizar la diafonía resultante del segundo factor, la bobina receptora de datos
está diseñada para resonar con un con un condensador en la frecuencia armónica seleccionada con un factor de alta calidad
Disposición de la bobina para minimizar la interferencia de la transferencia de datos.[24]Transferencia inalámbrica de energía e información
Se han adoptado técnicas de comunicación basadas en radiofrecuencia (RF), como Bluetooth, ZigBee y Wi-Fi, para transferir datos hacia delante o hacia atrás en algunos sistemas, [73][74] El retraso en la comunicacion se basa en RF, podrían durar hasta varios milisegundos, lo que no es aplicable a un sistema de control en tiempo real. [75][76]
La transferencia inalámbrica de energía e información se basa en la teoría del campo electromagnético, mientras que la transmisión de información se centra más en el ancho de banda y la distancia [16] La transmisión de energía está más relacionada con la potencia y la eficiencia [30]
En términos generales, el WPIT de compartir canal de transmisión tiene tres formas de implementación. [16]
• La transferencia de fusión de energía e información mediante el uso de ondas portadoras [20]
• La potencia y la información están separadas en el dominio de la frecuencia. [21] [22]
• Hacer que el portador de información y el portador de energía transmitan en momentos separados y conmutar las funciones [23]
Transferencia simultánea de datos y energía inalámbrica
Para obtener un sistema SWPDT con el rendimiento deseable, se deben cumplir los siguientes cuatro requisitos, no pueden satisfacerse simultáneamente. Son sólo cuatro objetivos para diseñar un sistema SWPDT. . [24]
Minimización de la diafonía procedente de la modulación de potencia
En primer lugar, no se debe influir en la característica de salida constante COC ni en la eficiencia de transferencia de energía (PTE) del sistema WPT original. Durante la transferencia de datos y la modulación no se producen sobretensiones ni sobre corrientes en los componentes pasivos. la diafonía procedente de la transferencia de datos y la modulación de potencia debería suprimirse por completo. [24]
En segundo lugar, se requiere una SNR alta, minimizar la diafonía desde la transferencia de energía a la transferencia de datos y se debe maximizar la ganancia del canal de datos para mejorar la tolerancia a la diafonía[24]
En tercer lugar, para realizar control en tiempo real y detección de estado, se requiere un sistema SWPDT full-duplex con una alta velocidad de datos y una baja BER. Por lo tanto, se requieren topologías y métodos de modulación especiales para la telemetría bidireccional. [24]
En cuarto lugar, en algunas aplicaciones especiales, como la carga de vehículos eléctricos y los implantes cocleares, puede surgir una desalineación entre el primario y el secundario debido a un error en la posición de estacionamiento y al movimiento del tejido humano [24]
SWPDT basado en portador de datos de alta frecuencia (HFDC-SWPDT)
La potencia de transferencia de datos es inferior a 5 W en la mayoría de los sistemas HFDC-SWPDT [24]
Métodos para minimizar la diafonía procedente de la transferencia de datos. [24]
El primer método
consiste en mejorar el aislamiento entre los bucles de alimentación y de datos. con inductores de trampa y captadores de ondas, conectado en
serie entre la bobina de acoplamiento primaria y la topología de compensación, puede considerarse como un circuito abierto
para el soporte de datos [24]
Diagrama de bloques del sistema HFDC-SWPDT utilizando inductores trampa [24]
Diagrama de bloques del sistema HFDC-SWPDT mediante atrapadores de ondas. [24]La maximización de la ganancia de transferencia de potencia [24]
el control de frecuencia adaptativo [24]
punto de máxima potencia. [24]
sistemas de seguimiento para aumentar la potencia de salida y
la PTE del sistema [24]
Métodos para minimizar la diafonía procedente de la transferencia de energía. [24]Minimizar
las interferencias derivadas de la transferencia de poder. [24]
Maximizar la ganancia del canal de datos. [24]
La diafonía procedente de la transferencia de potencia
se puede dividir en dos partes: componente fundamental y armónicos de orden
superior La frecuencia del componente fundamental es generalmente un orden
inferior a la frecuencia del soporte de datos es fácil para el receptor
filtrar el componente fundamental utilizando un filtro de paso de banda o de paso
alto [24]
Los armónicos de alto orden se pueden reducir mejorando el aislamiento
entre los bucles de alimentación y de datos y seleccionando la topología de
compensación óptima. Se puede emplear un inductor de trampa conectado entre
los bucles de datos y de alimentación para lograr una alta impedancia y aislar los
dos bucles [24]
. La topología SS muestra la peor capacidad de
eliminación de banda de alta frecuencia [24]
Las topologías LCC y LCL funcionan mejor en la minimización de diafonía debido a la alta impedancia del inductor en serie y la baja impedancia del condensador en paralelo a alta frecuencia. [24]
Las topologías LCC y LCL funcionan mejor en la minimización de diafonía debido a la alta impedancia del inductor en serie y la baja impedancia del condensador en paralelo a alta frecuencia. [24]
LCL muestra el mejor rendimiento de supresión de armónicos de alta
frecuencia porque la inductancia primaria (secundaria) Lp (Ls) es igual a L1 (L2). [24]
L1 en topología LCC es menor que L1 en topología LCL porque se introducen dos
condensadores en serie, Cp2 y Cs2 . Un L1 (L2) más grande da como resultado
una mayor pérdida de potencia. [24]
Métodos para maximizar la ganancia del canal de datos. [24]
Seleccionar la frecuencia óptima del soporte de datos. establece la función de transferencia de un transmisor de datos a un
receptor de datos, en base a la cual se puede obtener la ganancia de canal más
alta. Luego se puede seleccionar la frecuencia óptima del portador de datos [24]
Determinar el mejor método de inyección de
soporte de datos
Sistema HFDC-SWPDT basado en acoplamiento inductivo. El soporte de datos se inyecta
y extrae mediante transformadores en serie. [24]
El soporte de datos está inyectado en forma de corriente de alta frecuencia en inyección inductiva. el
soporte de datos se inyecta directamente en la inductancia primaria o secundaria
en forma de tensión mediante inyección capacitiva. Sólo es sensible al valor de la
inductancia de inyección. [24]
Sistema HFDC-SWPDT basado en acoplamiento capacitivo. El soporte de datos se inyecta
y extrae mediante transformadores y condensadores en paralelo. [24]
Sistema HFDC-SWPDT basado en acoplamiento capacitivo con alta SNR. [24]El inductor de inyección Ldp-s se conecta en serie con una capacitancia Cdp, [24]
Para lograr resonancia en serie, ganancia de canal baja, las bobinas primaria y secundaria Lp y Ls, , están multiplexadas como inductores de inyección, que resuenan con toda la topología de compensación, una mayor ganancia de canal. la diafonía del bucle de potencia podría ser significativa si todas las bobinas de acoplamiento se multiplexan como bobinas de inyección [24]
Sistema HFDC-SWPDT basado en acoplamiento capacitivo con alta ganancia de canal de
datos. [24]
Si las señales de potencia y datos se transfieren
a través de canales desacoplados, la corriente inducida en el bucle de potencia
resultante de la transferencia de datos es casi cero [24]
Es fácil lograr full-duplex utilizando dos frecuencias de soporte de datos diferentes, a comunicación hacia atrás y hacia adelante debe lograr la misma velocidad de datos y retardo de tiempo con una SNR alta. Para ello Las señales de datos hacia adelante y hacia atrás deben separarse fácilmente [24]
Para lograr full-duplex con alta SNR, se adopta el método de función de transferencia
para obtener el diagrama de Bode del gráfico ganancia-frecuencia del canal de
datos y se seleccionan dos puntos de frecuencia con la misma ganancia de
canal como frecuencia portadora de datos para la señal directa. y comunicación
hacia atrás [24] Prestar atencion a la característica
amplitud-frecuencia y a la característica fase-frecuencia
seleccionar las dos
frecuencias con el mismo retardo de fase y ganancia de canal para lograr el
mismo retardo de tiempo durante full-duplex [24]
Debería diseñarse especialmente el aislamiento entre dos soportes de datos en modo full-duplex. De manera similar al atrapador de ondas, el circuito resonante paralelo se agrega en paralelo en los dos lados de recepción para lograr el aislamiento bidireccional del portador de datos en [24].
Para la mayoría de los sistemas HFDC-SWPDT, la diferencia entre las frecuencias de dos portadores de datos es superior a 1 MHz. Por lo tanto, es sencillo lograr el aislamiento entre soportes de datos bidireccionales utilizando un filtro de paso de banda digital o analógica [24]
El método QPSK
convencional puede generar problemas inexactos y una alta dependencia del
sincronismo del sistema digital. Se adopta la manipulación por desplazamiento
de fase en cuadratura diferencial (DQPSK) [24] 
Principio de funcionamiento de la modulación DQPSK. [24]
El cambio de fase entre dos símbolos adyacentes, es decir, señales de fase diferencial, se adopta para lograr una modulación de datos más precisa en comparación con el QPSK convencional. [24]
sistema SW-PDT de múltiples canales inductivos (MICSWPDT)
Usa el el método de minimización de diafonía bidireccional [24]
En los acopladores híbridos convencionales, que contienen tanto bobinas de
potencia como bobinas de datos, los dos o tres pares de bobinas se colocan en
el mismo plano [24]
la distancia entre las bobinas coplanares de potencia y de datos relativamente grande da nductancia mutua pequeña [24]
Para lograr el acoplamiento de cruce por cero en teoría y reducir el volumen del acoplador híbrido, la primera idea es diseñar las posiciones relativas de las bobinas de potencia y datos [24].
propusieron las bobinas verticales Las bobinas etiquetadas con 1 y 2 son bobinas de transferencia de potencia, y las bobinas etiquetadas con 3 y 4 (5 y 6) son bobinas de datos para la comunicación de enlace descendente (enlace ascendente). Las bobinas 1, 3 y 5 (2, 4, y 6) son perpendiculares entre sí. Por tanto, las tres bobinas quedan completamente
desacopladas. El acoplamiento cruzado entre las bobinas de potencia y de datos se
minimiza a cero. Sin embargo, se aumenta la altura de las bobinas verticales, lo que
limita su aplicación en escenarios portátiles[24].
Utilizar múltiples bobinas de datos, para que matematicamente la suma del flujo magnético inducido
sea nula[24].
. Diseño de optimización de bobinas tipo Figura 8 para reducir el acoplamiento cruzado entre las
bobinas de potencia y datos.
Propusieron coexistir resonadores de estructura de tierra defectuosa (DGS) e
inductores [24].
La bobina de potencia
(resonador DGS) y la bobina de datos (inductor de Figura 8) se colocan en el mismo
plano. Las dos corrientes de un bucle inductor en forma de 8 están en direcciones
opuestas. [24].
El acoplamiento cruzado entre el inductor en forma de 8 y el resonador
DGS es casi cero ya que el inductor en forma de 8 se coloca simétricamente dentro
del resonador DGS. El resultado de la simulación electromagnética indica que el
aislamiento entre los resonadores DGS y de figura 8 es superior a 37 dB. [24].
Modelo de circuito equivalente de bobinas coexistentes tipo DGS y Figura 8 con condensadores
de compensación. [24]. 6 muestra el modelo de circuito equivalente de las redes
resonantes DGS y Figura-8 coexistentes. [24]
Tanto las bobinas DGS como las de Figura 8 se compensan con los condensadores
necesarios para hacer que las dos redes inductor-condensador resuenen a la misma
frecuencia. [24].
Se adopta la topología de compensación serie-paralelo secundario-serie paralelo (SP/PS).
Cps1, Cpp1, Cps2 y Cpp2 son condensadores de compensación en el circuito de
alimentación. Cds1, Cdp1, Cds2 y Cdp2 son condensadores de compensación en un bucle
de datos. El resonador DGS actúa como un filtro de eliminación de banda estableciendo
la frecuencia de parada como frecuencia del portador de datos. Por tanto, se puede
adquirir una SNR más alta [24]. Debido al diseño plano, la altura y el volumen de los
resonadores DGS y los inductores en forma de 8 coexistentes se reducen, lo que lo hace
muy adecuado para aplicaciones de dispositivos móviles.[24].
Para reducir el área del acoplador, las bobinas coaxiales se utilizan ampliamente
en los sistemas:
Se proponen tres bobinas coaxiales, como se Una de
las tres bobinas coaxiales se utiliza para transferir energía y las otras dos bobinas de
datos (una dentro de la fuente de alimentación). bobina y el otro fuera de la bobina de
potencia) están conectados en antiserie.
La relación de vueltas y radios de las bobinas de potencia y de datos y la distancia
entre las bobinas de datos interior y exterior se diseñan cuidadosamente. Entonces,
acoplamiento cruzado cero entre datos y energía. Las tres bobinas son coaxiales, lo que da lugar a un
área plana reducida, que es más adecuada para aplicaciones portátiles. [24].
Las bobinas cuadradas planas se emplean para transferir energía, mientras que las bobinas DD ortogonales se utilizan para transmitir datos.
Las bobinas de diferentes colores están desacopladas entre si para dar acoplamiento cruzado entre potencia y datos cero [24].
adoptar diferentes frecuencias portadoras
para la transferencia de energía y datos, la diferencia de frecuencia entre la potencia y el portador de datos se
selecciona lo más grande posible para evitar la diafonía [24].
se selecciona
una diferencia de frecuencia de 50 MHz y 100 MHz para evitar la diafonía
bidireccional. Sin embargo, la tensión armónica del bucle de alimentación no
se considera en la literatura publicada [24].
En la modulación QPSK se emplean cinco ángulos de desplazamiento de
fase de la portadora, 0°, ±90° y ±180°. El ángulo de cambio de fase de 180°
es sensible al ruido gaussiano.
El desplazamiento de T/
2 entre flujos de 2 bits se introduce para limitar el ángulo de desplazamiento
de fase entre 0° y ±90. óptimo en términos de inmunidad a la
fluctuación de fase en presencia de ruido gaussiano aditivo [24]
se
diseña un nuevo circuito de demodulación basado en una portadora de onda
cuadrada para lograr una velocidad de datos de 8 Mb/s con una portadora de
13,56 MHz. Es más competitivo que la modulación FSK y PSK convencional. [24]
el rendimiento de tolerancia
a la desalineación es un requisito
el sistema de carga de
vehículos eléctricos convencional que consta de dos pares de bobinas está
colocado en coaxial y muestra características antidesalineación débiles, [24]
, se propone el sistema SWPDT dinámico con desalineación
longitudinal intensiva. Se adopta una bobina de datos del lado primario en
forma de riel largo, como se muestra en la para lograr un alto
rendimiento antidesalineación longitudinal. [24]
, para lograr la monitorización en línea del sistema neural
central, las funciones cardiovasculares y los trastornos neuropatológicos, se
adoptan tres bobinas ortogonales para lograr un rendimiento antidesalineación
tridimensional [24]
sistema SWPDT de canales híbridos inductivo-capacitivo (ICHC- SWPDT)
se adopta ampliamente en aplicaciones médicas implantadas [24]
Estructura de acoplamiento de un sistema ICHC-SWPDT y su modelo simplificado. (a)
Estructura de acoplamiento de un sistema ICHC-SWPDT de igual a igual. (b) modelo simplificado [24]una estructura de acoplamiento típica para el sistema ICHC-SWPDT transfiere energía y datos a través de canales separados. [24]
El canal inductivo se utiliza para transferir energía. Los datos se transfieren a través del campo eléctrico generado por las
capacitancias de las bobinas y las placas protectoras metálicas [24]
Para ignorar la diafonia la potencia transferida es al menos un orden superior a la
potencia consumida por el circuito de datos. [24]
Para ignorar la diafonia, las capacitancias
parásitas de las bobinas y las placas metálicas son muy pequeñas y las impedancias muy grandes, la corriente inducida en el
circuito de datos resultante de la transferencia de potencia es muy pequeña. [24]
La modulación FSK binaria
también se puede emplear en el sistema ICHC-SWPDT para comunicación
directa. la característica CVO o CCO y la PTE podrían verse
afectadas por la desviación de frecuencia resonante resultante de la introducción
de FSK [24]
(a) Circuito equivalente del sistema ICHC-SWPDT. (b) Circuito equivalente que reemplaza
la inductancia mutua (Ms) entre las bobinas interna y externa con el modelo CCVS. [24]
El modelo de fuente de voltaje de control de corriente (CCVS) se utiliza para reemplazar la inductancia mutua entre las bobinas interna y externa. Con base en el modelo propuesto, se calculan cuatro puntos de frecuencia resonante y los dos más bajos se seleccionan para el resonador LC de la serie. [24]
la topología resonante de doble banda y se minimiza la
diafonía procedente de la modulación de datos, este modelo no considera corrientes parasitarias [24]
para mejorar la SNR, un método es minimizar la
interferencia del poder. la inductancia mutua debe ser alta, mientras que las
inductancias primaria y secundaria y la frecuencia de operación del circuito de
potencia deben ser pequeñas. [24] Otros metodos para obtener una SNR más alta. En [24]
Otro metodo para mejorar la SNR, es maximizar la ganancia del canal de
datos, derivar la
función de transferencia, seguida de la optimización de los parámetros [24]
la función de transferencia del voltaje de entrada de datos al voltaje de salida
de datos se deriva considerando las impedancias de los capacitores de
compensación y los inductores de acoplamiento
MCC de doble frecuencia en casos (a) alineados, (b) desalineados angularmente y (c)
desalineados lateralmente.
La bobina de acoplamiento mixto (MCC) de doble frecuencia que combina dos bobinas y cuatro placas metálicas para SWPDT para lograr una mejor tolerancia a la desalineación lateral y angular, las cuatro placas
metálicas forman cuatro capacitancias [24]
a topología de doble banda ampliamente adoptada está diseñada [24] para lograr una modulación 2FSK.
adopta la
modulación ASK para lograr semidúplex
división de tiempo de energía y señal
Diagrama de estructura del sistema de transmisión de datos y energía en tiempo compartido [31]Se acopla a la plataforma de carga inalámbrica submarina y transmisión de datos después de la inspección del pez robot. La plataforma identifica la carga por la magnitud de la corriente de la bobina resonante y envía un comando de apretón de manos después de identificar la carga. El pez robot responde al comando y envía información sobre el estado de la batería a la plataforma. Después de que la plataforma y el pez robot se dan la mano con éxito, la plataforma los carga de forma inalámbrica y el pez robot transmite los datos de inspección al centro de monitoreo en la orilla a través de la plataforma después de que se completa la carga. [31]
Su sistema es división de tiempo de energía y señal[31] las mismas bobinas transmisoras y receptoras acopladas Lp y Ls.
La topología principal consta de un convertidor BUCK, un inversor de puente completo, una red resonante reconfigurable acoplada, un rectificador y la carga. [31] .
en el modo 2 el robot calcula la distancia con la intensidad de la señal [31]
la modulacion de señal digital es por la transmision de señal primario a secundario [31]
ASK para transmitir datos [31]
frecuencia portadora de la señal transmitida es de 200 kHz[31]
frecuencia de trabajo de la transmisión de potencia 85 kHz [31]
la potencia de transmisión alcanza los 300 W y la eficiencia es superior al 80 %, [31]
la velocidad en baudios alcanza los 41 kbps [31]
El portador de datos tiene una banda de frecuencia de 2 a 28 MHz y una banda de frecuencia de 26 MHz, que contiene muchas subportadoras. La transmisión de datos se puede realizar de manera constante y la velocidad de transmisión se mantiene a 10 Mbps o más, [31]
Frecuencia control de puente inversor , es mayor a la de conmutacion. Sitema en estado no resonante [31]
Problema, la potencia de transmisión se reduce considerablemente con una impedancia de bucle grande [31]
el circuito resonante en serie es en estado abierto y no consume energía. [31]
Mejora, el circuito resonante en serie es en estado abierto y no consume energía. [31]
Con S6 cerrado, se forma un un circuito resonante paralelo, cuya frecuencia es cercana a f 1, captando una alta tension.[31]
El pez robot se mueve conforme detecta la amplitud para ubicarse encima de la plataforma de carga [31]
Del voltaje recibido demodular la señal de protocolo de enlace enviada por la plataforma de carga. [31]
En el modo 3 está diseñado como un canal de transmisión de señales de alta velocidad basado en el modo OFDM, Los datos a transmitir se cargan en la red de transmisión resonante tipo SP compuesta por LS, C3, LP y C1 a través del módulo transmisor de modulación de señal. demodula los datos de inspección transmitidos a partir de la señal de voltaje de capacitancia de la red de captación tipo P [31]
200 kHz con una ganancia de −37 dB como frecuencia de comunicación [31]
Tecnologías adicionales para la carga inalámbrica de vehículos eléctricos
Para obtener productos WPT comerciales, los componentes para la transferencia de energía también deben contar con cierta electrónica de control y software para cumplir con los requisitos de seguridad y operación. Además, se debe incluir alguna electrónica y control adicional para integrar efectivamente el producto con otros sistemas o infraestructuras. [45]La comunicación de datos es necesaria para intercambiar datos para una integración conveniente del cargador con la infraestructura (por ejemplo, red eléctrica o bases de datos para identificación de vehículos). [45] Además, los lados primario y secundario de los cargadores inalámbricos deben intercambiar algunas mediciones para garantizar que el proceso de carga/descarga se esté realizando correctamente, para facilitar la alineación del transmisor/receptor o para la detección de carga.[59]Esto se debe hacer para prolongar la vida útil de las baterías, ya que deben cargarse de forma controlada. En este sentido, las baterías de ion-litio, que son las más comunes en los vehículos eléctricos, suelen cargarse con un esquema de corriente constante y voltaje constante [60]
el lado primario debe generar las señales eléctricas de acuerdo con el estado de la batería. Bajo algunas circunstancias dadas, el lado primario puede inferir cómo se está recibiendo la energía [45]
En general, los resultados de algunas mediciones (corriente, voltaje) deben transferirse al controlador primario. Para ello, se debe establecer un canal de comunicación inalámbrico. Puede basarse en tecnologías conocidas como IEEE 802.11, IEEE 802.16 o 3G.
En cargadores de resonancia magnética y sistemas WPT basados en microondas, algunos prototipos experimentales aprovechan las bobinas instaladas para utilizarlas como componentes de comunicación [61].
Cuando los sistemas de datos y potencia dependen de un canal común, se deben tener en cuenta algunos parámetros de configuración. En primer lugar, es importante decidir si la potencia y los datos se pueden transmitir simultáneamente o se pueden establecer intervalos de tiempo para separar ambos procesos (incluso podrían compartir la misma portadora). La implementación más común es utilizar dos portadoras diferentes (una para la transferencia de potencia y otra para la transmisión de datos) para que no interfieran entre sí [59].
En cuanto a la transmisión de datos, la técnica de modulación y el protocolo deben seleccionarse cuidadosamente para tener una comunicación efectiva con la relación señal-ruido y la tasa de bits suficientes necesarias para esta aplicación [62]. En algunas aplicaciones WPT, el receptor de potencia puede moverse o estar en una posición aleatoria. Bajo estas circunstancias, se debe incluir un algoritmo de localización del receptor en el producto para que la onda electromagnética se genere con la dirección de haz correcta. La WPT de campo lejano opta por controlar la diferencia en la fase actual de las antenas transmisoras. Es común un arreglo de antenas para aumentar la potencia transmitida y controlar la formación del haz. Las técnicas WPT de campo cercano intentan estimar el acoplamiento entre el transmisor y el receptor para ajustar la potencia transmitida [63].
El trabajo en [64] desarrolla un sistema de alineación autónomo para una carga inalámbrica dinámica con una posición aleatoria para el receptor. La tecnología de resonancia magnética y el haz láser son especialmente sesbles a la presencia de objetos intermedios en la zona entre el transmisor y el receptor. Estos objetos pueden causar una disminución de la eficiencia e incluso accidentes inesperados debido a las corrientes de Foucault inducidas (con sistemas resonantes) o reflexiones (con alimentación por haz). Los algoritmos de detección de objetos extraños (FOD) están orientados a detectar las situaciones en las que estos objetos/seres se encuentran en la zona intermedia entre el transmisor y el receptor. Algunas propuestas para este algoritmo se pueden encontrar en [65][66]. Un algoritmo adicional es la programación, que controla y define cuándo se produce la carga o la descarga para un conjunto de cargadores. Se apoya en modelos de red y algunos problemas de optimización. El objetivo del problema de optimización puede ser reducir las cargas pico [67], reducir las emisiones de gases de efecto invernadero [68] o mejorar la integración de las fuentes de energía renovables [69]. La programación también se puede realizar con enrutamiento. De esta manera, los conductores reciben recomendaciones sobre cuándo y dónde cargar y descargar sus vehículos eléctricos [70]. Hay pocos trabajos que aborden la programación y/o el enrutamiento para cargadores inalámbricos. Si consideramos solo cargadores inalámbricos estáticos, los algoritmos de programación son similares a una pequeña reducción en la eficiencia. Sin embargo, la carga dinámica y cuasidinámica sí impactan en cómo deben llevarse a cabo las recomendaciones sobre el proceso de carga/descarga. La carga dinámica plantea un nuevo desafío para los algoritmos de programación. El trabajo en [72] propone el uso de los autobuses para cargar los vehículos eléctricos cuando están cerca. El algoritmo está diseñado para maximizar la energía residual total sujeta a que todos los vehículos eléctricos puedan llegar a sus destinos antes de una fecha límite predefinida. Tratando de minimizar los costos de carga, el trabajo en [71] define la programación para autobuses en línea cargados de forma inalámbrica. Para ello, se propone un problema de optimización de dos etapas y se considera el mercado de electricidad del día siguiente.
Las tecnologías 2FSK-WPIT convencionales suelen emplear una sola banda resonante y, debido a la utilización insuficiente de la resonancia del sistema, tienen desventajas inherentes como baja eficiencia y bajo factor de calidad del sistema [130
recomendaciones
Debido a las limitaciones de la tecnología de modulación de la portadora,
la investigación actual del WPIT adolece de un ancho de banda de comunicación bajo, una
distancia de transmisión limitada y una sensibilidad a las fluctuaciones de los parámetros
del sistema [24]
Considerar los requisitos de distancia de transmisión, velocidad de comunicación, potencia
y eficiencia de transmisión y relación señal-ruido (SNR) para diseñar diferentes esquemas
de modulación con el fin de tener en cuenta la eficiencia de transferencia de energía y el
ancho de banda de comunicación [25][26] para mejorar la adaptabilidad y tolerancia a
fallas de WPIT a las fluctuaciones de los parámetros del sistema [27]
Todavía por descubrir
i) estrategias
de minimización de desalineamiento de las almohadillas de transmisión y recepción para lograr
mayores eficiencias,
(ii) diseños de bobinas compactos y reducidos para altas tasas de transferencia
de potencia y
(iii ) diseños optimizados para blindaje y mitigación de campos EM
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