Compensation topology for inductively coupled wireless power transfer

A contactless power transfer system has many advantages over conventional power transmission due to the elimination of direct electrical contacts. With the development of modern technologies, IPT (Induction power transfer) has become a very attractive technology for achieving wireless/contactless power transfer over the past decade. IPT has been successfully employed in many applications for materials handling, transportation, bio-medical Implants, etc. To transfer power across an air gap, an IPT system employees a primary power converter to generate a high frequency alternating current in a track/coil which is then magnetically coupled to one or more pick-ups coils depending on the application and usage. The design and implementation of the primary side power converter and compensation units are of great importance in an IPT (Inductive Power Transfer) system because they affect the whole system performance and control. This thesis focuses on the analysis of compensation topologies. Compensation topology has a major part in power losses and switching angles of power converters. The compensation tanks require to be tuned at resonant frequency to ensure least VA rating burden to a power converter circuit for a given load and thereby they ensure minimum device rating, lower power loss, compact converter sizing, high tolerance to coil misalignment. Compensation topology main advantages are Zero Power Angle or Zero Phase Angle (ZPA), Zero Voltage Switching Operation (ZVS), Constant Voltage Output (CVO), high power density and high efficiency. We have discussed about the advance in hybrid compensation topologies, in particular S/CLC. In this topology the series compensation(S) is a series capacitor placed between primary converter and primary coil; CLC bridge is placed as secondary compensation, between secondary pick up coil and secondary compensation unit. We have analyzed the effect of parameter changes like capacitor and inductor, on the compensation unit and the effects on the output parameters like voltages, current and output power. Additionally, we have analyzed the effects of misalignment on compensation units in output parameters.

Un sistema di trasferimento di energia senza contatto presenta molti vantaggi rispetto alla trasmissione di potenza convenzionale a causa dell'eliminazione dei contatti elettrici diretti. Con lo sviluppo di moderne tecnologie, IPT (Induction power transfer) è diventata una tecnologia molto interessante per ottenere il trasferimento di energia wireless / senza contatto negli ultimi dieci anni. L'IPT è stato impiegato con successo in molte applicazioni per la movimentazione dei materiali, il trasporto, impianti bio-medici, ecc.   Per trasferire energia attraverso un gap d'aria, un sistema IPT impiega un convertitore di potenza primario per generare una corrente alternata ad alta frequenza in un binario / bobina che viene quindi accoppiata magneticamente a una o più bobine di raccolta a seconda dell'applicazione e dell'uso. La progettazione e l'implementazione del convertitore di potenza lato primario e delle unità di compensazione sono di grande importanza in un sistema IPT (Inductive Power Transfer) perché influiscono sull'intero sistema di prestazioni e controllo. Questa tesi si concentra sull'analisi delle topologie di compensazione. La topologia di compensazione ha una parte importante nelle perdite di potenza e negli angoli di commutazione dei convertitori di potenza. I serbatoi di compensazione devono essere sintonizzati a frequenza di risonanza per garantire un carico di classificazione VA minimo a un circuito del convertitore di potenza per un dato carico e quindi garantire una valutazione minima del dispositivo, una minore perdita di potenza, un dimensionamento compatto del convertitore, un'alta tolleranza al disallineamento della bobina. I principali vantaggi della topologia di compensazione sono l'angolo di potenza zero o l'angolo di fase zero (ZPA), l'operazione di commutazione a tensione zero (ZVS), l'uscita a tensione costante (CVO), l'elevata densità di potenza e l'elevata efficienza.    Abbiamo discusso dell'avanzamento delle topologie di compensazione ibrida, in particolare S / CLC. In questa topologia la compensazione in serie (S) è un condensatore in serie posto tra convertitore primario e bobina primaria; Il ponte CLC è posizionato come compensazione secondaria, tra la bobina di raccolta secondaria e l'unità di compensazione secondaria. Abbiamo analizzato l'effetto dei cambiamenti di parametro come condensatore e induttore, sull'unità di compensazione e gli effetti sui parametri di uscita come tensioni, corrente e potenza di uscita. Inoltre, abbiamo analizzato gli effetti del disallineamento sulle unità di compensazione nei parametri di output.