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.

Revision: A Multimodal Modulation Scheme for Electric Vehicles’ Wireless Power Transfer Systems, Based on Secondary Impedance

 El autor evalúa los parámetros para EV-WPT usando la inductancia mutua M para la modulación multimodo y regulación del ciclo de trabajo, su sistema se compone de Corrección del Factor de Potencia PFC,  Conversor DC-DC, inversor, compensacion LCC-LCC y bobina transmisora en el transmisor, en el receptor su bobina, una red LCC, un rectificador controlado y un capacitor de filtrado​  Trabaja con una potencia de 10 kW y una salida de 8,5 kW, logrando una eficiencia superior al 85\%, con cálculos detallados para el ajuste de impedancias y compensación resonante

 

En el diseño de sistemas de transferencia inalámbrica de energía (WPT) para vehículos eléctricos (EV), la investigación propone un esquema de modulación multimodal basado en la impedancia secundaria. Esto permite mejorar la eficiencia y control de la transferencia de energía al ajustar las condiciones de impedancia durante la operación. 

La estructura del sistema involucra una red de compensación resonante LCC-LCC, con módulos de conversión de energía y bobinas de transmisión y recepción. 

El sistema funciona en fases, comenzando con la conversión de energía en la etapa primaria, seguida de la transferencia de corriente inducida y la rectificación en la etapa secundaria, donde se ajusta el ciclo de trabajo para optimizar la impedancia y maximizar la transferencia de potencia.

El hardware clave incluye un rectificador de puente completo controlado, la red de compensación LCC-LCC, y el uso de bobinas de alta inductancia. Los parámetros logrados incluyen la capacidad de ajustar la eficiencia según el rango de la impedancia secundaria, con una salida de potencia de 8.5 kW en condiciones de alta eficiencia (85-95%).

La metodología utilizada incluye la simulación y experimentación con un prototipo de 10 kW, evaluando distintos modos de impedancia (capacitativo, inductivo y resistivo). Los resultados mostraron que el sistema puede alcanzar la potencia total ajustando el modo de impedancia y el ciclo de trabajo. Conceptos teóricos clave incluyen la compensación resonante, la modulación de impedancia, y el control del ciclo de trabajo. Las aplicaciones de la WPT están enfocadas principalmente en la carga inalámbrica de vehículos eléctricos, permitiendo una mayor automatización y comodidad para los usuario

PFC (Power Factor Correction o Corrección del Factor de Potencia) es una técnica utilizada en sistemas eléctricos para mejorar el factor de potencia de un dispositivo o sistema. El factor de potencia mide la eficiencia con la que se usa la energía eléctrica, y un factor de potencia bajo indica que parte de la energía suministrada no se está utilizando de manera eficiente.

El PFC se utiliza para reducir la cantidad de energía reactiva, que no realiza un trabajo útil pero afecta el suministro eléctrico. Esto se logra alineando la corriente con la tensión de entrada, lo que mejora la eficiencia energética y reduce las pérdidas de energía en el sistema. En el contexto de los sistemas de transferencia inalámbrica de energía (WPT), el PFC puede estar presente en los módulos de conversión de energía para asegurar una operación más eficiente y minimizar el impacto en la red eléctrica.

Se evaluaron parámetros y variables eléctricos clave en las etapas secundarias de los sistemas de transferencia inalámbrica de energía de vehículos eléctricos (EV-WPT)

. Los valores límite del ciclo de trabajo, D, del rectificador se derivaron detectando la inductancia mutua, M. Esta modulación multimodal se adoptó, basándose en la fase de impedancia equivalente secundaria, para controlar las condiciones de trabajo de impedancia

. El método propuesto puede modular el rendimiento del sistema antes y durante la transmisión inalámbrica

.El esquema de control propuesto se verificó utilizando un prototipo experimental EV-TIP de 10 kW en modo de trabajo de impedancia capacitiva con una potencia de salida de 8,5 kW

Los ar vehículos de nueva energía, sus estándares internacionales

La topología Serie-Serie (SS) está bien ajustada aquí, pero está asociada con topologías desajustadas, mientras que la red de compensación LCC de doble cara es menos sensible al desajustamiento y es más adecuada para aplicaciones EV-WPT.

studios previos de control

la mayoría de los estudios tratan del diseño y la optimización del proceso de carga bajo una o varias restricciones

Parámetros 

Funcionamiento

Funcionamiento del sistema (Fases): El WPT funciona en tres fases: 

(1) Generación de corriente en el primario; 

(2) Transmisión de energía a través de la bobina transmisora;

 (3) Recepción y rectificación de la energía en el lado secundario, optimizando el ciclo de trabajo para diferentes condiciones de impedancia (capacitiva, inductiva, resistiva

Diagrama de flujo del método de control propuesto

Estructura

l sistema WPT se compone de un lado primario con módulos de conversión de energía (Corrección del Factor de Potencia PFC,  Conversor DC-DC, y un inversor), un circuito de compensación LCC-LCC, y una bobina transmisora. En el lado secundario, se incluyen una red LCC, un rectificador controlado y un capacitor de filtrado

aportes

(1) El rendimiento de salida de amplio rango se puede optimizar controlando el ciclo de trabajo D del rectificador en el lado secundario bajo una frecuencia de trabajo fija.

 (2) El sistema realiza diferentes características eléctricas clave bajo diferentes modos de trabajo de impedancia. 

 (3) El rectificador en el lado secundario funciona de manera óptima bajo el modo de trabajo de impedancia capacitiva y funciona peor bajo el modo de trabajo de impedancia resistiva. 

(4) Bajo el modo de trabajo de impedancia capacitiva, no hay valores de D cuando el valor M está al máximo y el voltaje de salida alcanza el valor pico. 

. (5) Se propuso un esquema de multimodulación, basado en la detección M y el ángulo de fase del lado secundario, y el ciclo de trabajo del rectificador D fue el criterio utilizado para controlar el modo de trabajo de impedancia.

Bibliografia

[1] W. Liu, C. Hu, and L. Xiang, “A Multimodal Modulation Scheme for Electric Vehicles’ Wireless Power Transfer Systems, Based on Secondary Impedance,” Electronics (Switzerland), vol. 11, no. 19, Oct. 2022, doi: 10.3390/electronics11193055.

Revision: Analysis and Design of a Simultaneous Wireless Power and Data Transfer System Featuring High Data Rate and Signal-to-noise Ratio

   Inicia con Terminología

Conceptos de WPT

La transferencia inalámbrica de datos es necesaria en algunos sistemas TIP para facilitar la supervisión del estado, el intercambio de instrucciones y el control en bucle cerrado

 la tasa de error de bits (BER) aumenta cuando aumenta la potencia transferida

Clasificacion de la SWPDT 

Pros y Contras de los metodos de modulacion digital

Resumen del sistema propuesto

Informe de las señales enviadas y recibidas

Aportes  

sistema de transferencia inalámbrica simultánea de energía y datos (SWPDT) basado en una topología de compensación LCC de doble cara y manipulación por desplazamiento de frecuencia. 

Esquema SI-SWPDT que utiliza topología de compensación DS-LCC, modulación y demodulación FSK, acoplamiento inductivo y circuito de demodulación de datos diferencia

método simplificado para analizar la transferencia de energía, la transferencia de datos y la interferencia entre ellas.

Modelos equivalentes simplificados del sistema SI-SWPDT propuesto.

Se logran simultáneamente una transferencia de energía inalámbrica de alta potencia y alta eficiencia y una transferencia de datos inalámbrica robusta y de alta velocidad

n. En primer lugar, este artículo propone un nuevo esquema SI-SWPDT que utiliza topología de compensación DS-LCC, modulación y demodulación FSK, acoplamiento inductivo y circuito de demodulación de datos diferencial. FSK se introduce en los sistemas SI-SWPDT para mejorar el rendimiento antiruido de la transferencia de datos. En segundo lugar, se construyen los modelos equivalentes simplificados del sistema SI-SWPDT propuesto, en base a los cuales se

Materiales utilizados 

 el prototipo contiene 10 módulos.

 fuente de alimentación de CC Chroma 62150H-600 para energizar el circuito de alimentación

Fuente de alimentación de CC RIGOL DP832 para alimentar el circuito de datos

osciloscopio Tektronix DPO4104B

Teoría  

Clasificación de la tecnología SWPDT,  (DM-SWPDT) y SI-SWPDT.

 Cuanto mayor es la Ganancia de transferencia de datos , más fácil es la demodulación y menor es la B

Topología  

 topología de compensación LCC

  

Fig. 1. Diagramas de circuito del sistema SWPDT propuesto. (a) Transferencia de energía e inyección y extracción de datos. (b) Modulación de datos. (c) Demodulación de datos. [1]

 topología de compensación simétrica SS.

inductor-condensador-inductor de doble cara (DS-LCL y DS-LCC)

el circuito de demodulación de datos, con un filtro de paso alto inductor comdensador (LC-HPF)

El circuito superior emplea un filtro de paso alto derivado de m (M-HPF), mientras que el circuito inferior utiliza un filtro de paso alto derivado de  m

 amplificador (Amp), el detector de envolvente (ED) y el filtro de paso bajo de resistencia-condensador (RC-LPF), 

la transferencia de energía y la transferencia de datos comparten el acoplador magnético.

Su transferencia de datos asifgna el mismo tiempo a los bits cero y uno

Estructura

el prototipo contiene 10 módulos. Se utiliza una fuente de alimentación de CC Chroma 62150H-600 para energizar el circuito de alimentación

se emplea una fuente de alimentación de CC RIGOL DP832 para alimentar el circuito de datos. 

Se incluye un osciloscopio Tektronix DPO4104B en la configuración de prueba para capturar formas de onda de voltaje y corrient

Parámetros 

e utiliza una red de compensación inductor-condensador-condensador (DS-LCC) de doble cara, modulación y demodulación FSK y acoplamiento inductivo. Tanto la potencia transferida como la velocidad de datos son altas en el sistema propuesto. La interferencia entre la transferencia de energía y la transferencia de datos se reduce significativamente mediante el uso de compensación DS-LCC y la optimización del circuito de transferencia de datos. FSK se emplea para mejorar el rendimiento de la transferencia de datos en condiciones desalineadas. Los datos se transfirieron correctamente a una velocidad de 150 kbps en el experimento a pesar de que el coeficiente de acoplamiento disminuyó en un 95,3%

  relación señal/ruido de 47 dB en el peor de los casos

La eficiencia de transferencia de energía PTE es del 90,5%

velocidad de datos es de 150 kbps.

Potencia de entrada 320,6 

Potencia de salida 290,1 W

Los espacios de aire entre las bobinas Tx y Rx aumentan a 97 mm y 267 m

 La transmisión de 28 bits del primario al secundario requiere 186,7 μs. La velocidad de datos del sistema propuesto es de 150 kbps. El retardo de tiempo del sistema propuesto es de sólo 5,2 μs y el tiempo de duración de cada bit de Udd (Tdd) es casi igual al de Uod (Tod). La diferencia normalizada entre Tdd y To es  9%

Aplicaciones mencionadas 

 

Bibliografía

Y. Yao et al., “Analysis and Design of a Simultaneous Wireless Power and Data Transfer System Featuring High Data Rate and Signal-to-Noise Ratio,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 68, no. 11, pp. 10761–10771, Nov. 2021, doi: 10.1109/TIE.2020.3031518..