Revision: A Simultaneous Wireless Power and Data Transmission Method for Multi-Output WPT Systems: Analysis, Design, and Experimental Verification

 El WPDT es presentado para sistemas de múltiples salidas usa dos bobinas unipolares con núcleos de ferrita y una placa de aluminio, transfiriendo datos con bobinas bipolares superpuestas. Transfiere 180 W con una eficiencia del 90\% y una velocidad de datos de 19,2 kb/s a 20 mm de distancia

Esto de aqui no es

El sistema SWPDT de multiples salidas presentado utiliza una topología de compensación LCC de doble cara y transformadores de inyección/extracción, capacitores resonantes y controladores de modulación FSK. Opera a 85 kHz para energía y 1.5/16.5 MHz para datos, alcanzando una eficiencia del 90,5\% y una velocidad de datos de 150 kbps 

El diseño de sistemas de Transferencia Inalámbrica de Energía (WPT) aporta eficiencia en la transmisión de energía sin cables, resolviendo problemas de alineación y distancia. Los sistemas suelen estructurarse en una topología de compensación inductiva, como la topología LCC, que mejora la estabilidad y la transferencia simultánea de energía y datos. 

Su funcionamiento consta de fases clave: modulación, inyección de señal, transferencia a través de acoplamiento inductivo y extracción de datos o energía

. Hardware crítico incluye transformadores de inyección/extracción, capacitores resonantes y controladores de modulación FSK. Se logran parámetros notables como una eficiencia energética del 90.5%, una tasa de transferencia de datos de 150 kbps, y una alta relación señal/ruido de 47 dB. En el diseño es clave optimizar el acoplamiento y minimizar la interferencia. La metodología usada incluyó modelado y prototipos experimentales para validar el rendimiento.

Resultados Condensados: Se alcanzó una eficiencia de transferencia del 90.5% con alta robustez ante desalineaciones. La tasa de transferencia de datos fue estable a 150 kbps, incluso con un acoplamiento reducido en un 95.3%. El sistema demostró alta inmunidad al ruido y una relación señal/ruido destacada.

Conceptos Teóricos Explicados: Modulación por Desplazamiento de Frecuencia (FSK), Topología de Compensación LCC, Relación Señal/Ruido (SNR), Acoplamiento Inductivo.

Aplicaciones de WPT: Los sistemas WPT están destinados a aplicaciones como la carga inalámbrica de dispositivos electrónicos, vehículos eléctricos, y la transmisión de datos en sistemas integrados con monitoreo remoto y control industrial.

se propone un método de transmisión simultánea de potencia y datos para sistemas de transferencia de potencia inalámbrica (WPT) de múltiples salidas

excusa

 rendimiento de control satisfactorio.

E+

Estructura

. Una unidad intermedia, formada por dos bobinas unipolares con núcleos de ferrita y una placa de aluminio en el medio para mejorar el acoplamiento mutuo y dar forma al área de acoplamiento, no solo puede transferir potencia a unidades adyacentes, sino que también puede suministrar potencia a cargas locales. 

Funcionamiento

Por lo tanto, se pueden lograr múltiples salidas. Luego, se utilizan bobinas bipolares, colocadas en superposición con las bobinas de transferencia de potencia del mismo lado para formar una estructura compacta y simétrica, para transferir datos. Dichas bobinas de transferencia de datos están desacopladas naturalmente con las bobinas de transferencia de potencia, lo que conduce a un diseño sencillo del circuito de procesamiento de datos. Además, los datos se pueden transferir entre unidades de circuito adyacentes, lo que facilita el monitoreo y control de todas las salidas. La viabilidad de la estructura de acoplamiento propuesta y la transmisión paralela de potencia y datos se verifican en un prototipo de laboratorio con dos voltajes de salida, y la distancia de transferencia es de 20 mm mientras que la potencia de salida es de 180 W. La eficiencia del sistema alcanza el 90% y la velocidad de transferencia de datos es de 19,2 kb/s.

Se propone un método de transmisión en paralelo de potencia y datos basado en una estructura de acoplamiento desacoplada para sistemas WPT de salida de múltiples voltajes. Se utilizan un núcleo de ferrita y una placa de aluminio para mejorar el acoplamiento mutuo y dar forma al área de acoplamiento, respectivamente. Se emplean bobinas bipolares para transferir datos. Están desacopladas naturalmente con las bobinas de transferencia de potencia, de modo que el diseño del circuito de procesamiento de datos es sencillo. Los datos se pueden transferir entre las unidades adyacentes, lo que permite un fácil monitoreo y control desde el lado del transmisor para las salidas. Se construye un prototipo experimental para verificar la viabilidad de la estructura de acoplamiento propuesta y la transmisión en paralelo de potencia y datos. Se obtienen dos voltajes de salida constantes basados ​​en el controlador de bucle cerrado formado por el canal de transferencia de datos. La eficiencia del sistema alcanza el 90% y la velocidad de transferencia de datos es de 19,2 kb/s.

Topología del circuito de transferencia de potencia y datos; (b) Circuito del rectificador de puente completo no controlado []

Configuración experimental []

(a) Circuito de procesamiento de datos del lado del transmisor; (b) Circuito de procesamiento de datos del lado del receptor.

El primer modo transmite energía por la portadora “0”, el segundo modo transmite energía por la portadora “1”, los modos restantes son modos WPIT quen la señal de datos estándar de “010101…” a diferentes velocidades de

Parametros

 este prototipo, las bobinas de enlace son una bobina inductora paralela del circuito primario (bobina TX) y una bobina inductora en serie del circuito secundario (bobina RX) y son bobinas planas enrolladas con un cable litz de cobre AWG-38 de 600 hilos. El número de vueltas de la bobina TX es 2 y su radio medio es 110 mm. El número de vueltas de la bobina RX es 10 y su radio interior es de 75 mm, el radio exterior es de 110 mm. El inductor en serie del circuito primario está hecho de una bobina espiral con núcleo de aire de 28 vueltas y el inductor paralelo del circuito secundario está hecho de una bobina espiral con núcleo de aire de 5 vueltas, ambas bobinas están enrolladas con alambre y bobina de cobre litz AWG-38 de 300 hilos. El radio es de 25 mm. La fuerza electromotriz de la fuente de alimentación es de 5 V y la resistencia interna del inversor de puente completo es de aproxi

 podría garantizar una velocidad de datos de hasta 20 kbps y una eficiencia de transferencia de energía de más del 85 % a una distancia de 50 mm, que son superiores al rendimiento de los sistemas 2FSK-WPIT convencional

Bibliografia

[1] Y. Li, X. Li, and X. Dai, “A Simultaneous Wireless Power and Data Transmission Method for Multi-Output WPT Systems: Analysis, Design, and Experimental Verification,” IEEE Access, vol. 8, pp. 206353–206359, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3035574.