WiCharge : Transmisor con etapa de salida Clase E para transferencia inalámbrica de energía

Abstract

El presente proyecto de fin de carrera (PFC) se enmarca en el proyecto ANII FMV 136740 (I3), llevado adelante por el Grupo de Microelectrónica (GME) del Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la UdelaR. El problema planteado en el PFC consistió en el diseño, construcción y testeo de un transmisor a utilizarse en un sistema de transferencia inalámbrica de energía para alimentar dispositivos implantables y vestibles a distancias de 30 cm aproximadamente. El PFC se llevó adelante en coordinación con otros participantes del proyecto I3, tales como investigadores del IIE y otro PFC (WeCartor). Las especificaciones del transmisor incluyen una frecuencia de operación de 13,56 MHz y poder ser alimentado desde 230 Vac presentando una eficiencia mínima total desde su entrada 230 Vac hasta su salida 13,56 MHz del 70 %. Adicionalmente, el transmisor diseñado regula su corriente de salida desde un mínimo de 0 A hasta un máximo de 2 A de pico en pasos de 100 mA, configurable por comandos recibidos desde el receptor a través de Bluetooth LE. Se investigaron las diferentes topologías existentes de amplificadores de potencia capaces de entregar la potencia necesaria con un alto valor de eficiencia, resultando en el diseño de un transmisor basado en una topología Clase E. Además, con el fin de cumplir las especificaciones de regulación de corriente de salida, se diseñó e implementó un sistema de control en lazo cerrado. El PFC también abarcó el desarrollo de un firmware, el cual se ejecuta en un microcontrolador Nordic nRF52840 integrado al transmisor, cuya tarea es controlar el sistema y comunicarse a través de Bluetooth LE con el receptor. Se construyó el transmisor diseñado y se verificó su correcto funcionamiento; midiendo una eficiencia total a máxima corriente de salida desde 230 Vac/50 Hz hasta 2 A/13,56 MHz de 77 %, y de 95% en el caso del amplificador Clase E.