Prototyp układu bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej

W artykule opisano prototyp układu bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej, który może być zastosowany do zasilania protezy serca. Opisano poszczególne podzespoły prototypu oraz zaprezentowano wybrane wyniki pomiarów przy mocy wyjściowej ~30 W i odległości pomiędzy planarnymi cewkami sprzężonymi magnetycznie 10÷15 mm. Przy mocy wyjściowej 32,5 W i odległości pomiędzy cewkami 13 mm, pomimo wysokiej częstotliwości pracy układu (800 kHz), uzyskano całkowitą sprawność 92,3%. W artykule zaproponowano metodę projektowania układu oraz oszacowano rozkład strat mocy w jego podzespołach.

A prototype of a wireless energy transfer system is described in the paper. It could be applicable for powering the artificial heart. Wire-less energy transfer is based on magnetically coupled planar coils (Fig. 4). The coils are attached to the coordinate table (Fig. 2) which is used to set the distance between them. The system operates at 800 kHz with output power of ~30 W and distance between the coils of 10÷15 mm. It is powered by a Class E inverter (Fig. 3). A synchronous rectifier (Fig. 6) and capacitive output filter are used to supply a resistive load with high efficiency. In order to minimize power losses of the system, an appropriate design procedure is included and explained in the paper. The prototype system was fabricated and tested to confirm theoretical predictions. Meas-ured voltage and current waveforms illustrates the inverter and synchronous rectifier operation (Fig. 7). The DC-DC efficiency and output power of the system as a function of the distance between the coils were also measured (Fig. 8). The maximum efficiency of 92,3% was obtained for the distance between the coils of 13 mm and output power of 32,5 W. Additionally, the analysis of power losses distribution in each component of the system was included (Fig. 9). The results confirm satisfactory performances of the tested prototype system.