Учёные разработали новый контроллер управления мощностью для беспроводной передачи энергии

Разработанная система управления мощностью позволят снизить количество компонентов в компактных устройствах с беспроводной передачей энергии, а также уменьшить их массу и стоимость. Учёные которые занимались разработкой, говорят, что она может быть крайне полезна для дронов, электромобилей, а также для имплантируемого медицинского оборудования (например, кардиостимуляторы).

Новая разработка позволит снизить количество комплектующих в устройствах для беспроводной передачи энергии, а также уменьшить их массу и стоимость. Результаты своего исследования ученые опубликовали в международном научном журнале IEEE.

Системы беспроводной передачи энергии применяются в аккумуляторах, которые устанавливаются в электрифицированных транспортных средствах. Это могут быть электромобили, заводские транспортные средства, корабли и т. п. Поэтому разработка контроллеров регулирования мощности для таких систем привлекает большое внимание и востребована в разных областях деятельности. Интересны они, в том числе, с точки зрения экономия электроэнергии и внедрения экологически чистой энергетики.

В подобных системах беспроводной передачи энергии процесс идёт между передающими (Tx) и приемными (Rx) катушками. Стоит отметить, что при увеличении расстояния  между катушками КПД процесса резко снижается и большая часть передаваемой мощности теряется. В процессе передачи энергии важно размещение катушек в оптимальном положении. Для предотвращения снижения эффективности и потери мощности требуется выполнять контроль электрических параметров Tx и Rx (частота токов катушек) в соответствии с ёмкостью аккумулятора. Из-за этого конструкции устройств преобразования мощности и контроллеров довольно сложные.
 

Результаты исследований

Для решения вышеупомянутой технической проблемы исследователи разработали новую стратегию управления мощностью, которая использует отслеживание резонансной частоты и регулирование импеданса нагрузки к высокочастотному инвертору на стороне Tx. Благодаря такому отслеживанию, автоматически регулируется работа высокочастотного инвертора. Это довольно эффективно реализовано с помощью разности фаз между током и напряжением катушек Tx.

Помимо этого, в модуляции плотности импульсов высокочастотного инвертора используется дельта-сигма-преобразование. Это метод обработки электрических сигналов. В результате отпадает необходимость в дополнительном контроллере со сложной конструкцией на стороне Rx. Ученым удалось разработать новую, экономичную и практичную схему управления мощностью. Новая система передачи энергии позволяет устройству работать с высокой эффективностью и точностью на стороне Tx.
 

Дальнейшие исследования в этом направлении

На данном этапе исследователи смогли успешно упростить конструкцию схемы преобразования мощности на стороне приемника, а также логическую схему контроллера мощности. Проверка в результате экспериментов показывает, что можно уменьшить количество элементов и построить высоконадежные и экономичные системы беспроводной передачи данных на базе новой разработки.

В дальнейшем могут быть проведены исследования, которые позволят адаптировать разработку к определенным сферам, где она может быть востребована. Как уже говорилось, данная технология может быть очень полезной в сфере дронов, электромобилей, заводского транспорта и других транспортных средств, где требуются компактные габариты и небольшая масса. А также могут быть проведены разработки применительно к имплантируемым медицинским устройствам.