근거리에서 효율 향상을 위해 적응 주파수 제어 회로를 갖는 HF-대역 무선 전력 전송 시스템

Abstract

본 논문에서는 근거리에서 효율 향상을 위해 적응 주파수 제어 회로를 갖는 HF-대역 무선 전력 전송 시스템을 제안하였다. 일반적으로 무선 전력 전송 시스템은 공진기 간의 이격 거리가 가까워짐에 따라 결합 계수가 변하게 되며, 이는 반사 임피던스에 의한 임피던스 부정합을 발생시킨다. 본 연구에서 제안한 방식은 전압제어 발진기의 공진 주파수를 이격 거리에 따라 자동으로 가변함으로써 공진기 간의 거리가 가까워 임피던스 부정합이 큰 경우에도 전송 효율의 저하를 막을 수 있다. 적응 주파수 제어 회로는 방향성 결합기, 검파기 및 루프 필터로 구성된다. 본 논문에서 제안한 방법의 유용성을 입증하기 위하여 HF-대역에서 동작하는 30<TEX>${\times}$</TEX>30 <TEX>$cm^2$</TEX> 크기의 루프 안테나를 갖는 무선 전력 전송 시스템을 설계하여 측정한 결과 근거리에서 효율이 개선됨을 확인하였다. In this paper, we proposed an HF-band wireless power transfer system with adaptive frequency control circuit for efficiency enhancement in a short range. In general, a wireless power transfer system shows an impedance mismatching due to a reflected impedance, because a coupling coefficient is varied with respect to separation distance between two resonating loop antennas. The proposed method can compensate this impedance mismatching by varying input frequency of a voltage-controlled oscillator adaptively with respect to separation distance. Therefore, transmission efficiency is enhanced in a short distance, where large impedance mismatch occurs. The adaptive frequency circuit consists of a directional coupler, a detector, and a loop filter. In order to demonstrate the performance of the proposed system, a wireless power transfer system with adaptive frequency control circuits is designed and implemented, which has a pair of loop antennas with a dimension of 30<TEX>${\times}$</TEX>30 <TEX>$cm^2$</TEX>. From measured results, the proposed system shows enhanced efficiency performance than the case without adaptive frequency control.