Lineas de investigacion de la WPT

 Diseñar circuitos

  Diseñar antenas 

 Diseñar rectificadores eficientes 

Desarrollar técnicas actualizadas ( la optimización de la forma de onda)

 Diseñar recolectores de energía de RF eficientes.

 Bibliografia

[1] J. Huang, Y. Zhou, Z. Ning, and H. Gharavi, “Wireless Power Transfer and Energy Harvesting: Current Status and Future Prospects,” IEEE Wirel Commun, vol. 26, no. 4, pp. 163–169, Aug. 2019, doi: 10.1109/MWC.2019.1800378.

Métodos de suministro de energía actual.

 

FIGURA 1. Clasificación del método de suministro de energía actual. [1]

Energy haversting sourcers 

 [] https://www.researchgate.net/publication/349601463_Green_Internet_of_Things_GIoT_Applications_Practices_Awareness_and_Challenges

Bibliografia

[1] J. Huang, Y. Zhou, Z. Ning, and H. Gharavi, “Wireless Power Transfer and Energy Harvesting: Current Status and Future Prospects,” IEEE Wirel Commun, vol. 26, no. 4, pp. 163–169, Aug. 2019, doi: 10.1109/MWC.2019.1800378.

transferencia inalámbrica simultánea de información y energía (SWIPT)

 se basa en la idea de utilizar la señal de RF para transportar información y energía  [1].  [3].

Bibliografia

[1] J. Huang, Y. Zhou, Z. Ning, and H. Gharavi, “Wireless Power Transfer and Energy Harvesting: Current Status and Future Prospects,” IEEE Wirel Commun, vol. 26, no. 4, pp. 163–169, Aug. 2019, doi: 10.1109/MWC.2019.1800378.

[3] J. Huang et al., “Simultaneous Wireless Information and Power Transfer: Technologies, Applications, and Research Challenges,” IEEE Commun. Mag., vol. 55, no. 1, Nov. 20171, pp. 26–32.

Las redes de sensores inalámbricos (WSN)

 El consumo de energía típico de los sensores oscila entre 100 mW y 100 mW, en comparacion [1] Los teléfonos inteligentes de 20 mW a 1,3 W [2]

Bibliografia

[1] J. Huang, Y. Zhou, Z. Ning, and H. Gharavi, “Wireless Power Transfer and Energy Harvesting: Current Status and Future Prospects,” IEEE Wirel Commun, vol. 26, no. 4, pp. 163–169, Aug. 2019, doi: 10.1109/MWC.2019.1800378.

[2] M. L. Ku et al., “Advances in Energy Harvesting Communications: Past, Present, and Future Challenges,” IEEE Commun. Surveys & Tutorials, vol. 18, no. 2, Second Quarter 2016, pp. 1384–1412.  

Que es recolección de energía (EH) ?

La recolección de energía tiene como objetivo recuperar la energía desperdiciada del ambiente. Las fuentes de energía renovables, incluida la energía solar, la iluminación interior, el calor, el sonido, el movimiento, la vibración, el viento y la radiación electromagnética, como la radiación ambiental de RF como el Wifi [1]

Se busca su uso en sistemas sin baterías para reducir los riesgos ambientales perjudiciales de la fabricación y eliminación de baterías como redes de sensores inalámbricos (WSN), donde su alimentación es costosa [1]

Su desventaja es su dependencia de factores externos, , las condiciones climáticas dificultarían la utilización de la energía solar y la densidad de la radiación de RF ambiental depende completamente de la actividad humana [1].

Fuentes de energía seleccionadas : luz interior, movimiento mecánico y Radiación electromagnética ambiental [5] 

Luz interior

r suele oscilar entre 0,1 W/m2 y 1 W/m2, encontraste a la luz solar de 10.000W/m2.

la mayoría de las circunstancias se prefieren las células fotovoltaicas pequeñas. [5] 

 El silicio amorfo (a-Si) se puede usar en celdas solares ultrafinas, absorbe más luz y funciona bien en un ambiente con poca luz. Mension Amorton de Panasonic, el AM-1816, puede proporcionar 94,0 mA a 4,9 V por debajo de 200 lux [5] 

Movimiento mecánico

[5] con fines de monitoreo y domótica. como Utilizar el poder de presionar un botón para transmitir señales inalámbricas para controlar los electrodomésticos[1]

.Mension [5] 

EnOcean, PTM 210, puede transmitir un telegrama RF (868 MHz), incluido un ID de 32 bits impulsado por una fuerza de actuación de aproximadamente 9 N en un recorrido de 1,8 mm, y su rango de comunicación alcanza unos 300 m bajo el espacio libre ideal y 30 m bajo un ambiente interior realista. [1]

Radiación electromagnética ambiental 

Recolección de energía de RF: Recolectar de puntos de acceso (AP) WLAN, estaciones base celulares, estaciones de transmisión de televisión y estaciones de radio AM/FM [1]

Su densidad de la radiación es estocástica, escasa e incontrolable, como –40 dBm [5] 

 EH pasiva 

La EH pasiva se centra en aprovechar los recursos de energía renovable convencionales, como la solar y la eólica, que son impredecibles e intermitentes.[2]

EH activo

 La EH activa, también conocida como WPT, por el contrario, aprovecha una baliza de energía dedicada para proporcionar una fuente de alimentación inalámbrica estable y controlable para los dispositivos.  [15][16]

Diferencia en relación a WPT

 La energía proporcionada por WPT proviene originalmente de la red, mientras que EH utiliza energía renovable recolectada de fuentes ambientales.[1]

a EH de RF y la TIP de campo lejano pueden compartir los mismos receptores de energía, mientras que en otros casos, los receptores de TIP de campo lejano deben interactuar con los transmisores de energía.[1]

Ventajas

WPT  es superior en aplicaciones a gran escala debido a su pequeño factor de forma, naturaleza predecible y estable, así como bajo costo.

 Bibliografia

[1] J. Huang, Y. Zhou, Z. Ning, and H. Gharavi, “Wireless Power Transfer and Energy Harvesting: Current Status and Future Prospects,” IEEE Wirel Commun, vol. 26, no. 4, pp. 163–169, Aug. 2019, doi: 10.1109/MWC.2019.1800378.

[2] H. Wu, H. Tian, G. Nie, and P. Zhao, “Wireless Powered Mobile Edge Computing for Industrial Internet of Things Systems,” IEEE Access, vol. 8, pp. 101539–101549, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2995649.

[5] N. Bizon et al., Energy Harvesting and Energy Efficiency: Technology, Methods, and Applications, Gewerbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland: Springer International Publishing AG, 2017.

[15] I. Krikidis, S. Timotheou, S. Nikolaou, G. Zheng, D. W. K. Ng, and R. Schober, ‘‘Simultaneous wireless information and power transfer in modern communication systems,’’ IEEE Commun. Mag., vol. 52, no. 11, pp. 104–110, Nov. 2014. 

[16] D. W. K. Ng, T. Q. Duong, C. Zhong, and R. Schober, Wireless Information and Power Transfer: Theory and Practice. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2019

Sistemas de WPT

 Laser

control de alimentación de circuito cerrado [39]

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