Análise da sintonia por laço travado em fase aplicada em sistemas para transferência de energia sem fio

Abstract

O uso de enlace indutivo sem fio, ou WPT (Wireless Power Transfer), e uma forma de transferência de energia que encontra diversas aplicações, entre elas, recarga de baterias, diminuindo a necessidade de plugs e cabos, e evitando desgaste mecânico, rupturas e oxidação. A eficiência de transferência de potência, ou PTE (Power Transfer Efficiency), e altamente impactada com a frequência de operação do acoplamento magnético. Assim, tem-se uma frequência ótima de operação, nomeada frequência de ressonância, que e responsável pelo maior PTE. Essa frequência de ressonância, porém, varia com o alinhamento das bobinas, variações na carga e no fator de acoplamento k. Devido a isso, um dos métodos para garantir a operação na frequência de ressonância, consiste no controle ativo da frequência de operação por meio de um sistema de laço travado em fase, ou PLL (Phase-Locked Loop). Neste trabalho foram realizadas simulações do circuito, projetadas e fabricadas placas de circuito impresso e, por fim, realizados testes e análises. A avaliação experimental mostrou a viabilidade da proposta, embora o sistema desenvolvido funcione por hora somente em malha aberta devido a um erro de fase observado na entrada do circuito de PLL. Os próximos passos para correção do problema observado, bem como possíveis melhoramentos no circuito, são apontados ao final do texto.

The use of wireless inductive coupling, or WPT (Wireless Power Transfer), is a more modern form of power transfering used for battery charging, reduvind the need for plugs and cables, avoiding mechanical wear, ruptures and oxidation. The PTE (Power Transfer Efficiency) is highly impacted by the magnectic coupling operational frequency. Therefore, the optimum operational frequency is named ressonant frequency, and it is responsible for the greater PTE. However, this ressonant frequency varies with the coil alignments, charge and coupling factor (k). Due to this, one of the methods to garantee the operation using the ressonant frequency consists in the operational frequency active control using a PLL (Phase-Locked Loop) system. This project includes simulations using software, PCB design and manufacturing, tests and a analysis. The experimental results shown that the proposed solution is viable, although the developed system only works in open loop for now because of a phase error observed in the PLL circuit input. The corrections and improvements are pointed out at the end of the text.