Power amplifier design and implementation for loosely coupled wireless power transfer system

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Ruippo, Pekko
dc.contributor.author Nurmi, Antti
dc.date.accessioned 2016-03-29T11:22:54Z
dc.date.available 2016-03-29T11:22:54Z
dc.date.issued 2016-02-15
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/19907
dc.description.abstract The exploitation of magnetic resonance induction in wireless power transfer system where two magnetically coupled tuned resonators forms an energy transfer path is introduced. Starting from equivalent circuit of coupled LC-resonators the expression for maximum power transfer efficiency was derived and it was found that coupling factor and resonators Q values are determinant in power transfer efficiency. Class D ZVS (zero voltage switching) and Class E switch mode power amplifiers were studied and prototype power stages were designed and implemented. Both amplifiers were tested with A4WP compliant coil set at 6.78MHz operation frequency. Several performance tests were carried out and at the end amplifier topologies were compared with respect to power transfer efficiency. According to the results both amplifier topologies met the high efficiency requirement needed in wireless power transfer, even though those both have their own optimal operation conditions where maximum efficiency is achieved. As a result topology selection table was presented as a tool for designer and design guidelines concerning amplifier topology selection, PWB layout, amplifier ZVS tuning and EMI were introduced. Previously in RF engineering exclusively seen GaN FETs are breaking into area of power electronics and the interest in their excellent switching characteristics brought them also part of this work. Both amplifiers were implemented by using GaN FETs as a switching device and high performance were proved by thermal measurements and observing switching waveforms. Main characteristics of GaN FET were studied and some qualitative comparison with MOSFET introduced. en
dc.description.abstract Magneettista resonanssi-induktiota hyödyntävässä langattomassa tehonsiirtojärjestelmässä kaksi heikosti toisiinsa kytkettyä resonaattoria muodostavat tehonsiirtotien. Lähtien liikkeelle kytkettyjen LC-resonaattorien piirikaaviosta johdetaan lauseke tehonsiirtohyötysuhteelle ja havaitaan kytkentäkertoimen ja resonaattoreiden Q-arvojen olevan määrääviä tekijöitä tehonsiirtohyötysuhteen arvossa. Työssä suunnitellaan ja toteutetaan kytkemistekniikkaan perustuvat D ja E-luokan tehovahvistimet. Kumpikin vahvistin testataan A4WP standardin mukaisella lähetin-vastaanotin parilla 6,78 MHz toimintataajuudella. Useita suorituskyky mittauksia suoritetaan ja lopuksi vahvistin topologioiden hyötysuhde arvoja vertaillaan. Kummankin vahvistin topologian havaitaan täyttävän langattoman tehonsiirto järjestelmän korkeat hyötysuhde vaatimukset, vaikka vahvistimien optimaaliset toiminta olosuhteet eroavatkin toisistaan. Työ tarjoaa suunnittelijoille ohjeita oikean vahvistin topologian valinnassa, piirilevyn suunnittelussa, vahvistimien optimaalisesta virityksestä sekä EMI näkökohdista. Aiemmin yksinomaan radiotekniikassa käytetyt GaN FET transistorit ovat alkaneet herättää kiinnostusta myös tehoelektroniikan puolella. GaN FET kytkinkomponenttien erinomaiset kytkentäominaisuudet toivat ne myös osaksi tätä työtä. Työn molemmat vahvistimet toteutettiin GaN FET kytkimillä ja niiden erinomainen suorituskyky vahvistettiin mittauksin. fi
dc.format.extent 90 + 7
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Power amplifier design and implementation for loosely coupled wireless power transfer system en
dc.title Heikosti kytketyn langattoman tehonsiirtojärjestelmän tehovahvistimen suunnittelu ja toteutus fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword wireless power transfer en
dc.subject.keyword Magnetic resonance induction en
dc.subject.keyword coupled resonators en
dc.subject.keyword GaN FET en
dc.subject.keyword class E en
dc.subject.keyword class D en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201603291530
dc.programme.major Elektroniikka ja sovellukset fi
dc.programme.mcode S3007 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Sepponen, Raimo
dc.programme EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005) fi
dc.ethesisid Aalto 3533
dc.location P1 fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account