In this dissertation, a new structure of a power supply device that satisfies the high efficiency and high density of the wireless power transfer (WPT) system is proposed. The WPT system is divided into a transmitter (TX) that sends power and a receiver (RX) that receives power and charges the final battery. Among them, in the case of the RX module, since it is mounted on a mobile device, it is very important to achieve high power density in terms of compact size and mobility. Accordingly, in the case of RX module, by using a self-compensated planar coil to replace the capacitance generated between adjacent coil patterns as compensation capacitors, it is possible to eliminate the compensation capacitors that occupies a large volume in the conventional structure. In addition, in the case of the conventional RX module, it is difficult to achieve high power density since the conventional RX module has two power stages with a rectifier stage and a battery control converter that supplies stable power to the battery. So as to solve these problems, the proposed RX module has only a single power stage by integrating a single-switch into the rectifier stage. Therefore, the proposed converters satisfy high efficiency and high power density power supplies suitable for WPT systems since the proposed structure utilizes a self-compensated planar coil and a single power stage.
본 학위논문에서는 무선전력전송 시스템의 고효율 및 고밀도를 만족하는 전원장치의 새로운 구조를 제안한다. 무선전력전송 시스템은 전력을 보내는 송신단(TX)과 전력을 받아 최종 배터리를 충전하는 수신단(RX)으로 나뉜다. 그 중 무선전력전송 시스템에서 수신단(RX)의 경우, 이동형태의 기기에 장착이 되므로 경량성과 이동성의 개선 측면에서 고밀도를 달성하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 학위 논문에서는 무선충전시스템에서 제안하는 수신단의 경우, 평면코일을 활용하여 인접한 코일 패턴간 생성되는 커패시턴스를 보상 커패시터로 대체 활용함으로써 기존 구조에서 큰 부피를 차지하는 보상 커패시터를 제거할 수 있다. 또한, 기존 수신단의 경우, 정류단과 배터리에 안정적인 전원을 공급하는 배터리 제어 컨버터로 구성되어 2개의 전력변환단이 존재함에 따라 높은 전력밀도를 달성하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제안하는 수신단의 경우, 정류단에 단일 스위치를 통합함으로써 오직 단일의 전력변환단을 가지게 된다. 따라서, 제안하는 구조는 자가보상이 가능한 평면코일을 활용하여 큰 부피의 보상 커패시터를 제거하고, 단일의 전력변환단을 가지게 됨에 따라 고효율과 높은 전력밀도의 확보가 가능하다.
