无线电能传输系统之分析与设计-DRR.doc

無線電能傳輸系統之分析與設計 Analysis and Design of Wireless Transcutaneous Energy Transmission System 詹作晟 陳秋麟 Tso-Sheng Chan Chern-Lin Chen 國立台灣大學電子工程研究所 Department of Electrical Engineering and Graduate Institute of Electronics Engineering National Taiwan University, Taipei, Taiwan  摘要 本論文提出一利用線圈電磁耦合方式之無線電能傳輸系統。使用此系統，身體內部電路不需與身體外部電路有線路接觸。其身體外部電能轉換是使用可達柔性切換之LLC共振式轉換器來降低功率損耗，並且利用鎖相迴路控制方式以穩定由身體外部傳輸之能量，因此在身體內部可產生一穩定電壓以供給身體內部之其他系統使用，根據實驗結果，此系統可穩定地傳輸約一瓦特的能量至體內電路。 關鍵字：透膚傳送、鎖相迴路、柔性切換、LLC諧振。 Abstract This paper presents a wireless transcutaneous energy transmission system utilizing the magnetic coupling of coils. Using the system, no physical wire connection is required between the circuits inside and outside the body. An LLC resonant converter is used to build the converter outside the body. Therefore, the power dissipation is low since soft switching can be achieved. Furthermore, a phase locked loop is adopted to control the LCC resonant convert such that steady electrical energy transfer can be performed. In this way, a stable voltage source can be obtained to supply other systems inside the body. According to the experimental results, the system can deliver an output power around 1W to the load circuits inside the body. Keywords: wireless transcutaneous, phase locked loop(PLL), soft-switching, LLC resonant. 一、簡介 隨著科技的發展，人類的生活水準也相對的提升，並且隨著醫學的發展與進步，醫學的品質也相對的被重視，因此政府致力於推動生醫產業，擬開發出可植入式多功能無線生醫監測系統平台無線生醫監測系統[1]。 圖1 無線電能傳輸系統方塊圖 無線電能傳輸系統的方塊圖如圖1所示，無線電能傳輸系統是DC/DC電能 圖2 無線電能傳輸系統電路圖 圖為無線電能傳輸系統的一次測電能轉換器主要是利用一個半橋驅動轉換將直流電轉換成高頻訊號，之後把訊號給予後級無線傳輸耦合線圈的一次測線圈所使用，為無線傳輸耦合線圈的等效模型，Lm與Ll分別為激磁電感與漏電感，而這兩個電感都為傳統變壓器中的非理想元件，然而一般傳統式變壓器的激磁電感Lm會比漏電感Ll大上許多，這是因為漏電感是因磁通無法由一次測線圈跑到二次測線圈所引起的非理想效應，所以變壓器通常會有鐵心去幫助一次測線圈與二次測線圈的耦合，減少兩組線圈中間的磁阻，漏電感，但是無線傳輸耦合線圈需要無線傳能，無法一次一次測電能轉換LLC諧振電路去供給一次測線圈的電能，而採用諧振電路的主要理由是因無線傳輸耦合線圈的漏電感遠大於一般的傳統式變壓器，所以在操作之上時會有相當大的能量消耗於漏電感上，而造成系統效率的下降並且使系統溫度上升，然而LLC諧振電路將漏電感與共振電容一起共振，利用共振的方式把漏電感上的能量回儲到共振電容中，電容再把能量供與至下一次工作週期時使用，利用共振的方式提昇效率，而LLC諧振電路另一