CC BY
9БИОМЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА BIOMEDICAL ELECTRONICS
Научная статья УДК 621.3.051.025
doi:10.24151/1561-5405-2024-29-1-108-117 EDN: VPZCMA
Влияние паразитных компонентов и нагрева конденсаторов
на адаптивную подстройку усилителя мощности в системе индуктивного питания медицинских имплантатов
Е. В. Селютина, К. О. Гуров, Э. А. Миндубаев, А. А. Данилов
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Аннотация. Адаптивный усилитель мощности класса Е поддерживает постоянный уровень выходной мощности систем индуктивного питания медицинских имплантатов независимо от смещений передающей и принимающей катушек индуктивности. При проектировании данного усилителя одним из ключевых вопросов является исследование влияния нагрева и паразитных компонентов конденсаторов в нагрузочной цепи на адаптивную подстройку. В работе рассмотрены два способа реализации переменной шунтирующей емкости и переменной последовательной емкости в нагрузочной цепи усилителя мощности класса Е. В первом случае на месте каждой емкости использован массив конденсаторов КР0. Во втором случае обе переменные емкости реализованы в виде массивов конденсаторов Х7Я. В результате численного моделирования и эксперимента показано, что нагрев конденсаторов Х7Я в нагрузочной цепи адаптивного усилителя мощности класса Е ведет к уменьшению выходной мощности систем индуктивного питания. При использовании в рассматриваемом усилителе мощности конденсаторов КР0 уменьшение общей эффективности и выходной мощности систем индуктивного питания происходит в результате влияния паразитных компонентов этих конденсаторов, а нагрев этих конденсаторов на выходные характеристики систем индуктивного питания не влияет.
Ключевые слова: беспроводная передача энергии, индуктивная связь, усилитель мощности класса Е, имплантируемые медицинские приборы, конденсаторы, паразитные компоненты
Финансирование работы: работа выполнена в рамках госзадания (Соглашение № 075-03-2023-024).
© Е. В. Селютина, К. О. Гуров, Э. А. Миндубаев, А. А. Данилов, 2024
Для цитирования: Селютина Е. В., Гуров К. О., Миндубаев Э. А., Данилов А. А. Влияние паразитных компонентов и нагрева конденсаторов на адаптивную подстройку усилителя мощности в системе индуктивного питания медицинских им-плантатов // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 1. С. 108-117. https://doi.org/ 10.24151/1561-5405-2024-29-1-108-117. - EDN: VPZCMA.
Original article
Parasitic components and capacitors heating impact
on power amplifier adaptive tuning in the inductive supply system for medical implants
E. V. Selyutina, K. O. Gurov, E. A. Mindubaev, A. A. Danilov
National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia [email protected]
Abstract. The adaptive class E power amplifier maintains the constant output power level of inductive supply systems for medical implants irrespective of the displacements of transmitting and receiving inductive coils. One of key issues while designing this amplifier is the investigation of impact of capacitors heating and parasitic components in the load network on adaptive tuning. In this work, two cases of realization of variable shunt and variable series capacitance in the load network of class E power amplifier are considered. In the first case, in the place of each capacitance an array of NP0 capacitors was used. In the second case, both variable capacitances were realized as arrays of X7R capacitors. The results of numerical simulation and experiment have shown that heating of X7R capacitors in the power amplifier load network leads to output power decrease in the inductive supply system. At the same time, when NP0 capacitors are used in the power amplifier under consideration the decrease of output power and overall efficiency of inductive supply systems is due to parasitic components of these capacitors, whereas the heating of these capacitors has no impact on output characteristics of inductive supply systems.
Keywords: wireless power transfer, inductive coupling, class E power amplifier, implantable medical devices, capacitors, parasitic components
Funding: the work was carried out within the framework of the state assignment (Agreement no. 075-03-2023-024).
For citation: Selyutina E. V., Gurov K. O., Mindubaev E. A., Danilov A. A. Parasitic components and heating of capacitors impact on power amplifier adaptive tuning in the inductive supply system for medical implants. Proc. Univ. Electronics, 2024, vol. 29, no. 1, pp. 108-117. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-1-108-117. -EDN: VPZCMA.
Введение. Системы индуктивного питания (ИП) используются для энергообеспечения, например, электромобилей [1] и железнодорожного транспорта [2], дронов [3], смартфонов [4], имплантируемых медицинских приборов [5]. В передатчике систем ИП широко применяется усилитель мощности (УМ) класса Е [6-8], обеспечивающий высокую эффективность системам ИП при работе на различных частотах.
Для повышения устойчивости к смещениям катушек индуктивности в работах [9-10] предложена схема адаптивного УМ класса Е, в нагрузочной цепи которого проводится динамическая подстройка шунтирующей и последовательной емкостей для поддержания постоянного уровня выходной мощности в системе ИП. При технической реализации адаптивной подстройки в предложенном УМ одним из ключевых вопросов является влияние нагрева и паразитных компонентов конденсаторов на выходные характеристики систем ИП.
В настоящей работе проводятся численное моделирование и экспериментальная верификация систем ИП медицинских имплантатов с адаптивным УМ класса Е. Переменные емкости в нагрузочной цепи УМ реализуются с помощью массивов конденсаторов. Рассматриваются случаи, когда в массивах используются конденсаторы ЫР0 и Х7К
Описание системы индуктивного питания с адаптивным усилителем класса Е. Схема предлагаемой системы ИП с адаптивным УМ класса Е представлена на рис. 1. Особенность данной системы - использование в передатчике адаптивного УМ класса Е, состоящего из транзисторного ключа £ и нагрузочной цепи. В нагрузочную цепь входят передающая катушка ЬТ, а также шунтирующая СР и последовательная С£ переменные емкости.
Рис. 1. Принципиальная схема системы ИП с адаптивным УМ класса Е: VG - импульсный генератор; VS - источник постоянного питания; LC - дроссель; S - транзисторный ключ; CS и CP - соответственно последовательный и шунтирующий массив конденсаторов; LT и LR - соответственно передающая и принимающая катушки индуктивности; k - коэффициент связи LT и LR;
Rload - нагрузка; CR - компенсирующий конденсатор Fig. 1. Principal diagram of the IS system with an adaptive class E PA: VG - pulse generator; VS - DC power supply; LC - choke; S - transistor switch; CS and CP - series and shunt massive of capacitors respectively; LT and LR - transmitting and receiving inductive coils respectively; k - couple coefficient of LT and LR; RLOAD - load; CR - compensating capacitor
Переменные емкости CP и CS могут быть реализованы с помощью одного переменного конденсатора и массива переключаемых конденсаторов. Переменные конденсаторы имеют малый номинал (порядка нескольких сотен пикофарад [11]), вследствие чего могут возникнуть трудности с компенсацией влияния смещений катушек систем ИП. Таким образом, переменные емкости в нагрузочной цепи адаптивного УМ класса Е целесообразно реализовать с помощью массивов переключаемых конденсаторов. Приемник рассматриваемой системы ИП включает в себя принимающую катушку индуктивности LR, нагрузку RLOAD, а также компенсирующий конденсатор CR. Все компоненты соединены друг с другом параллельно.
Для проектирования систем ИП с УМ класса Е применяются керамические конденсаторы классов 1 и 2. Преимущество таких конденсаторов заключается в обеспечении большого номинала при сравнительно малых размерах. Керамические конденсаторы
класса 1 поддерживают требуемую емкость независимо от нагрева, однако максимальная емкость таких конденсаторов не превышает нескольких десятков нанофарад. Керамические конденсаторы класса 2 менее устойчивы к нагреву, чем конденсаторы класса 1, однако максимальная емкость таких конденсаторов достигает нескольких сотен нанофарад. Распространенными керамическими конденсаторами классов 1 и 2 являются конденсаторы с диэлектриками КР0 и Х7Я соответственно.
Численное моделирование и экспериментальная верификация систем индуктивного питания с адаптивным усилителем. Влияние нагрева и паразитных компонентов конденсаторов на адаптивную подстройку в УМ класса Е исследовали в последовательности, приведенной ниже.
1. Численное моделирование систем ИП с адаптивным УМ класса Е. Емкости реальных моделей конденсаторов в нагрузочной цепи УМ соответствуют значениям при комнатной температуре.
2. Экспериментальная верификация результатов численного моделирования, полученных в п. 1. Расчет емкостей конденсаторов в нагрузочной цепи УМ класса Е с учетом нагрева этих конденсаторов.
3. Численное моделирование систем ИП с адаптивным УМ класса Е. В нагрузочной цепи УМ класса Е емкости конденсаторов изменены с учетом результатов, полученных в п. 2.
Численное моделирование. Для численного моделирования систем ИП с адаптивным УМ класса Е применяли программу ЬТБрюе с большой стандартной библиотекой моделей реальных электронных компонентов. В ходе моделирования использовали следующие электрические параметры рассматриваемых систем ИП с адаптивным УМ класса Е:
Осевое расстояние между передающей и принимающей катушками индуктивности составляет 5, 10, 15 или 20 мм. Выбранные значения соответствуют стандартной глубине имплантации приемника системы ИП с имплантируемыми медицинскими приборами. Поскольку в ЬТБрюе нельзя в явном виде установить расстояние между электронными компонентами, рассчитывали коэффициенты связи, соответствующие рассматриваемым осевым расстояниям между катушками индуктивности.
Моделирование систем ИП с адаптивным УМ класса Е проводили для следующих случаев:
- численное моделирование систем ИП, когда в нагрузочной цепи адаптивного УМ класса Е каждая переменная емкость реализована в виде одного идеального переменного конденсатора. В процессе моделирования подбираются такие номиналы шунтирующего и последовательного конденсаторов, при которых обеспечивается условие переключения при нулевом напряжении в УМ, а также поддерживается выходная мощность порядка 1,1 Вт на заданном осевом расстоянии между катушками системы ИП. Этот случай моделирования является опорным;
Входное напряжение генератора VG.........................
Рабочая частота f........................................................
Коэффициент заполнения импульсов D..................
Время спада / нарастания сигнала VG.......................
Напряжение источника постоянного питания VS.... Внутреннее сопротивление источника питания VS.
Индуктивность дросселя LC......................................
Индуктивность катушки LT или LR...........................
Сопротивление катушки LT или LR...........................
Сопротивление нагрузки Яш^.................................
Емкость компенсирующего конденсатора СЯ.........
............5 В
.....880 кГц
..........50 %
....11,36 нс
............5 В
......2,5 Ом
1000 мкГн . 1,92 мкГн .... 0,14 Ом
.......22 Ом
.....10,7 нФ
- численное моделирование систем ИП, когда в нагрузочной цепи адаптивного УМ класса Е используются два массива параллельно соединенных конденсаторов КР0. Общая емкость каждого массива равна рассчитанной емкости шунтирующего или последовательного конденсатора;
- численное моделирование систем ИП, когда в нагрузочной цепи адаптивного УМ класса Е используются конденсаторы Х7Я. Каждый из двух массивов параллельно соединенных конденсаторов Х7Я имеет емкость, равную емкости шунтирующего или последовательного идеального конденсатора на заданном осевом расстоянии между катушками системы ИП.
В результате численного моделирования рассматриваемых систем ИП с адаптивным УМ класса Е для первых двух случаев рассчитаны следующие выходные характеристики:
- выходная мощность Рюао'-
P = U J
1 load и load1 load >
где июАв и 1юж> - соответственно напряжение и ток на нагрузке Ящао; - общая эффективность п системы ИП:
Л
P
load
P
100%,
P = U J
(1)
(2) (3)
где рV - входная мощность; Iу , иу - ток и напряжение на источнике постоянного питания соответственно.
Экспериментальная верификация. Проведена экспериментальная верификация работы систем ИП с адаптивным УМ класса Е. На рис. 2 показана печатная плата передатчика системы ИП с адаптивным УМ класса Е.
Рис. 2. Передатчик экспериментальной системы ИП с адаптивным УМ класса Е: 1 - разъем для подключения к импульсному генератору VG; 2 - транзисторный ключ S; 3 - массив CP конденсаторов вместо одного стандартного шунтирующего конденсатора; 4 - дроссель LC;
5 - массив CS конденсаторов вместо одного стандартного последовательного конденсатора;
6 - разъем для подключения к источнику постоянного питания VS; 7 - место для крепления
передающей катушки LT Fig. 2. Transmitter of the experimental IS system with an adaptive class E PA: 1 - connector to the pulse generator VG; 2 - transistor switch S; 3 - massive CP of capacitors instead of one standard shunt capacitor; 4 - choke LC; 5 - massive CS of capacitors instead of one standard series capacitor; 6 - connector to the DC power supply VS; 7 - place to connect the transmitter coil LT
S
В экспериментальных системах использовали следующие компоненты (номиналы этих компонентов соответствуют номиналам для численного моделирования в LT Spice):
Импульсный генератор VG...........................................................................Tektronix AFG 3252
Источник постоянного питания VS.......................................................MATRIX MPS-3010L-1
Дроссель LC........................................................................................................RLB0914-102KL
Транзисторный ключ S...................................................................................................IRF8707
Передающая LT или принимающая LR
катушка индуктивности........................................................................Внешний радиус 20 мм
Число витков 7 Расстояние между центрами витков 1,5 мм Радиус сечения медного провода 0,25 мм Нагрузка Rload...................Параллельно соединенные углеродистые резисторы 30 и 82 Ом
В ходе экспериментальной верификации рассматривали два варианта систем ИП: в нагрузочной цепи адаптивного УМ класса Е использовали массивы конденсаторов NP0 и X7R. В результате проведения эксперимента с рассматриваемыми системами ИП рассчитывали следующие выходные характеристики: - выходная мощность PLOAD :
U 2
р _ load
í Т !
1 load
R
(4)
load
где ULOAD - напряжение на нагрузке; Rload - сопротивление нагрузки;
- общая эффективность (рассчитывается, как в случае численного моделирования систем ИП).
На рис. 3 представлена температура конденсаторов УМ класса Е в зависимости от изменения осевого расстояния между катушками индуктивности. Данные получены с помощью тепловизора Fluke TiS 50 спустя 15 с после начала работы систем ИП. Видно, что температура конденсаторов NP0 в ходе работы систем ИП относительно стабильна как при реализации переменной шунтирующей емкости, так и переменной последовательной емкости в нагрузочной цепи УМ. Температура конденсаторов X7R выше, чем температура конденсаторов NP0. Значительный нагрев отмечается при реализации переменной последовательной емкости в УМ класса Е.
£
я —
I
о. 1» с s
<u H
70 56 42 28 14
2
\
1
10 15
Осевое смещение катушек, мм а
20
M
с_
р.
■J
с
S
70 56 42 28 14
2
\
1
10 15
Осевое смещение катушек, мм б
20
Рис. 3. Нагрев массива конденсаторов NP0 (кривая 1) и X7R (кривая 2): а - массив на месте шунтирующей емкости Cp; б - массив на месте последовательной емкости CS в нагрузочной цепи адаптивного УМ
класса Е
Fig. 3. Heating of the massive including NP0 capacitors (curve 1) and X7R capacitors (curve 2): a - to realize variable shunt capacitance CP; b - to realize variable series capacitance CS
Численное моделирование при изменившихся в результате нагрева емкостях конденсаторов. При использовании стандартных команд в программе ЬТБрюе возможно рассмотреть работу электронной схемы при изменении температуры окружающей среды. Однако нагрев отдельно взятых электронных компонентов рассмотреть нельзя [12]. С учетом изменения емкости конденсаторов ввиду нагрева проводили численное моделирование систем ИП с адаптивным УМ класса Е. Электрические параметры, а также формулы для расчета выходной мощности и общей эффективности систем ИП соответствуют использованным в проведенном моделировании.
Емкость каждого конденсатора К?0 из массива рассчитывали с учетом значения 30 ррт/°С. Это максимально возможное уменьшение емкости при увеличении температуры на 1°С, которое указано в технической документации на конденсаторы данного типа. В этом случае при расчетах емкости важно знать разницу между первоначальной, комнатной, температурой и температурой, установившейся в результате нагрева конденсаторов в нагрузочной цепи УМ класса Е. Для расчета емкости конденсаторов Х7Я в результате нагрева использовали температурную зависимость, приведенную в технической документации на используемые конденсаторы. В данном случае важно знать только температуру, установившуюся в результате нагрева конденсаторов.
Результаты численного моделирования и экспериментальной верификации. Результаты расчета выходной мощности по формулам (1) и (4) представлены на рис. 4, а. Данные получены как в результате численного моделирования, так и в результате экспериментальной верификации систем ИП с адаптивным УМ класса Е. Первоначальный уровень выходной мощности, рассчитанный после численного моделирования при комнатной температуре, составил 0,73-1,13 Вт при использовании конденсаторов Х7Я в УМ класса Е. При нагреве этих конденсаторов уменьшается их емкость, что ведет к уменьшению выходной мощности систем ИП до 27 % от первоначального уровня. Дальнейшее уменьшение мощности связано с дополнительным влиянием паразитных
со
о
X
В о 2 к га
X
§
>< а
1,2
0,9
0,6
0,3
3
X. "чц.
V \ «4
vSk. 4, 5
100
10 15
Осевое смещение катушек, мм
20
О Е
а =
-
bi
<и
•е--s-
г)
га
3
ю О
80
60
40
20
1
10 15
Осевое смещение катушек, мм
20
Рис. 4. Выходная мощность (а) и общая эффективность (б) систем ИП с адаптивным УМ класса Е: 1 - конденсаторы NP0 (моделирование при комнатной температуре); 2 - конденсаторы NP0 (эксперимент); 3 - конденсаторы NP0 (моделирование после нагрева конденсаторов); 4 - конденсаторы X7R (моделирование при комнатной температуре); 5 - конденсаторы X7R (эксперимент); 6 - конденсаторы X7R
(моделирование после нагрева конденсаторов) Fig. 4. Output power (a) and overall efficiency (b) of IS systems with an adaptive class E PA: 1 - NP0 capacitors (simulation at room temperature); 2 - NP0 capacitors (experiment); 3 - NP0 capacitors (simulation after heating of capacitors); 4 - X7R capacitors (simulation at room temperature); 5 - X7R capacitors (experiment); 6 - X7R capacitors (simulation after heating of capacitors)
компонентов конденсаторов X7R. При использовании в УМ класса Е конденсаторов NP0 первоначальная выходная мощность составляет 0,94-1,16 Вт. Она не изменяется при нагреве, однако может уменьшиться до 16 % при влиянии паразитных компонентов конденсаторов.
Общая эффективность систем ИП также рассчитана в результате численного моделирования и экспериментальной верификации по формулам (1)-(4). Результаты показаны на рис. 4, б. Первоначальная эффективность составила 51-93 % при использовании конденсаторов NP0 и 34-89 % - конденсаторов X7R в нагрузочной цепи УМ класса Е. Уменьшение эффективности преимущественно связано с влиянием паразитных компонентов конденсаторов: при использовании конденсаторов NP0 и X7R эффективность может уменьшиться на 20 и 23 % соответственно. Нагрев оказывает влияние только при использовании в УМ класса Е конденсаторов X7R на больших осевых расстояниях между катушками систем ИП. В этом случае эффективность уменьшается до 6 %.
Заключение. В результате проведенного исследования установлено, что нагрев и паразитные компоненты конденсаторов в нагрузочной цепи УМ класса Е для систем индуктивного питания медицинских имплантатов влияют на адаптивную подстройку. Степень влияния того или иного фактора зависит от класса используемых конденсаторов. При использовании в УМ класса Е массивов конденсаторов X7R (класс 2) на адаптивную подстройку оказывают влияние и нагрев, и паразитные компоненты конденсаторов. Нагрев ведет к значительному уменьшению уровня выходной мощности систем ИП, а паразитные компоненты влияют на общую эффективность этих систем. При использовании в УМ класса Е массивов конденсаторов NP0 (класс 1) возможно устранение влияния нагрева этих конденсаторов на адаптивную подстройку. При этом на подстройку существенное влияние могут оказывать паразитные компоненты: в системах ИП с рассматриваемыми конденсаторами отмечается уменьшение выходной мощности и общей эффективности. Следовательно, нагрев конденсаторов может быть только одной из причин ухудшения адаптивной подстройки в УМ класса Е.
Дальнейшее исследование систем ИП с адаптивной подстройкой УМ класса Е возможно в двух направлениях. Первое направление исследования заключается в улучшении адаптивной подстройки за счет увеличения выходных характеристик систем ИП с УМ класса Е. Для этого следует отдельно рассмотреть влияние других параметров конденсаторов NP0. Примерами таких параметров могут быть рабочее напряжение и типоразмер конденсаторов. Второе направление исследования заключается в выявлении условий, при которых возможно упрощение технической реализации адаптивной подстройки за счет уменьшения размеров массивов конденсаторов, времени проектирования, стоимости используемых электронных компонентов. Так, в ходе работы отмечена незначительная разница между выходными характеристиками систем ИП при малых осевых расстояниях между катушками индуктивности. Поскольку малые расстояния могут соответствовать высокому коэффициенту связи катушек, одним из вариантов является увеличение собственной индуктивности передающей и принимающей катушек. Также нагрев конденсаторов X7R сильнее при реализации переменной последовательной емкости, чем при реализации переменной шунтирующей емкости в нагрузочной цепи УМ класса Е. Соответственно, при реализации шунтирующей емкости выбором конденсаторов возможно пренебречь.
Литература
1. Nama J. K., Srivastava M., Verma A. K. Modified inductive power transfer topology for electrical vehicle battery charging using auxiliary network to achieve zero-voltage switching for full load variations // IET Power Electronics. 2019. Vol. 12. Iss. 10. P. 2513-2522. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2018.6345
2. Wang H., Li X. Review and research progress of wireless power transfer for railway transportation // IEEJ Trans. Elec. Electron. Eng. 2019. Vol. 14. Iss. 3. P. 475-484. https://doi.org/10.1002/tee.22829
3. Dynamic capabilities of multi-MHz inductive power transfer systems demonstrated with batteryless drones / J. M. Arteaga, S. Aldhaher, G. Kkelis et al. // IEEE Transactions on Power Electronics. 2018. Vol. 34. No. 6. P. 5093-5104. https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2871188
4. Feng J., Li Q., Lee F. C. Coil and circuit design of omnidirectional wireless power transfer system for portable device application // 2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). Portland, OR: IEEE, 2018. P. 914-920. https://doi.org/10.1109/ECCE.2018.8557465
5. Khan S. R., Pavuluri S. K., Cummins G., Desmulliez M. P. Y. Wireless power transfer techniques for implantable medical devices: A review // Sensors. 2020. Vol. 20. Iss. 12. Art. No. 3487. https://doi.org/10.3390/ s20123487
6. SokalN. O., Sokal A. D. Class E - A new class of high-efficiency tuned single-ended switching power amplifiers // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1975. Vol. 10. No. 3. P. 168-176. https://doi.org/10.1109/ JSSC.1975.1050582
7. Liu H., Shao Q., Fang X. Modeling and optimization of class-E amplifier at subnominal condition in a wireless power transfer system for biomedical implants // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. 2016. Vol. 11. No. 1. P. 35-43. https://doi.org/10.1109/TBCAS.2016.2538320
8. Popovic Z., Garcia J. A. Microwave class-E power amplifiers: A brief review of essential concepts in high-frequency class-E PAs and related circuits // IEEE Microwave Magazine. 2018. Vol. 19. No. 5. P. 54-66. https://doi.org/10.1109/MMM.2018.2822202
9. Mindubaev E. A., Selyutina E. V., Danilov A. A. Tuning of class E power amplifier for compensating the effect of the receiver coil implantation depth on the operation of a wireless transcutaneous energy transfer system // Biomed. Eng. 2020. Vol. 54. Iss. 4. P. 258-261. https://doi.org/10.1007/s10527-020-10017-3
10. Selyutina E. V., Mindubaev E. A. Effects of class E power amplifier parameters on output power of inductive wireless power transfer system with capacitive tuning // 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). St. Petersburg; Moscow: IEEE, 2021. P. 2874-2878. https://doi.org/10.1109/ElConRus51938.2021.9396653
11. Dummer G. W. A., Nordenberg H. M. Fixed and variable capacitors. New York: McGraw-Hill, 1960. XIV, 288 p.
12. Engelhardt M. LTspice XVII help file / Analog Devices Corp. // agnd.net: Your Electronic Reference [Электронный ресурс]. 2018. URL: https://agnd.net/valpo/341/LTspiceHelpXVII.pdf (дата обращения: 22.11.2023).
Статья поступила в редакцию 25.05.2023 г.; одобрена после рецензирования 06.09.2023 г.;
принята к публикации 15.12.2023 г.
Информация об авторах
Селютина Елена Викторовна - аспирант, инженер Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Гуров Константин Олегович - аспирант, инженер Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Миндубаев Эдуард Адипович - кандидат технических наук, доцент, ведущий инженер Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Данилов Арсений Анатольевич - кандидат физико-математических наук, доцент, начальник научно-исследовательской лаборатории беспроводных биомедицинских интерфейсов Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
References
1. Nama J. K., Srivastava M., Verma A. K. Modified inductive power transfer topology for electrical vehicle battery charging using auxiliary network to achieve zero-voltage switching for full load variations. IET Power Electronics, 2019, vol. 12, iss. 10, pp. 2513-2522. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2018.6345
2. Wang H., Li X. Review and research progress of wireless power transfer for railway transportation. IEEJ Trans. Elec. Electron. Eng., 2019, vol. 14, iss. 3, pp. 475-484. https://doi.org/10.1002/tee.22829
3. Arteaga J. M., Aldhaher S., Kkelis G., Kwan C., Yates D. C., Mitcheson P. D. Dynamic capabilities of multi-MHz inductive power transfer systems demonstrated with batteryless drones. IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, no. 6, pp. 5093-5104. https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2871188
4. Feng J., Li Q., Lee F. C. Coil and circuit design of omnidirectional wireless power transfer system for portable device application. 2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). Portland, OR, IEEE, 2018, pp. 914-920. https://doi.org/10.1109/ECCE.2018.8557465
5. Khan S. R., Pavuluri S. K., Cummins G., Desmulliez M. P. Wireless power transfer techniques for implantable medical devices: A review. Sensors, 2020, vol. 20, iss. 12, art. no. 3487. https://doi.org/10.3390/ s20123487
6. Sokal N. O., Sokal A. D. Class E - A new class of high-efficiency tuned single-ended switching power amplifiers. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1975, vol. 10, no. 3, pp. 168-176. https://doi.org/10.1109/ JSSC.1975.1050582
7. Liu H., Shao Q., Fang X. Modeling and optimization of class-E amplifier at subnominal condition in a wireless power transfer system for biomedical implants. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 2016, vol. 11, no. 1, pp. 35-43. https://doi.org/10.1109/TBCAS.2016.2538320
8. Popovic Z., Garcia J. A. Microwave class-E power amplifiers: A brief review of essential concepts in high-frequency class-E PAs and related circuits. IEEE Microwave Magazine, 2018, vol. 19, no. 5, pp. 54-66. https://doi.org/10.1109/MMM.2018.2822202
9. Mindubaev E. A., Selyutina E. V., Danilov A. A. Tuning of class E power amplifier for compensating the effect of the receiver coil implantation depth on the operation of a wireless transcutaneous energy transfer system. Biomed. Eng., 2020, vol. 54, iss. 4, pp. 258-261. https://doi.org/10.1007/s10527-020-10017-3
10. Selyutina E. V., Mindubaev E. A. Effects of class E power amplifier parameters on output power of inductive wireless power transfer system with capacitive tuning. 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). St. Petersburg, Moscow, IEEE, 2021, pp. 2874-2878. https://doi.org/10.1109/ElConRus51938.2021.9396653
11. Dummer G. W. A., Nordenberg H. M. Fixed and variable capacitors. New York, McGraw-Hill, 1960. xiv, 288 p.
12. Engelhardt M., Analog Devices Corp. LTspice XVII help file. agnd.net: Your Electronic Reference. 2018. Available at: https://agnd.net/valpo/341/LTspiceHelpXVII.pdf (accessed: 22.11.2023).
The article was submitted 25.05.2023; approved after reviewing 06.09.2023;
accepted for publication 15.12.2023.
Information about the authors
Elena V. Selyutina - PhD student, Engineer of the Institute of Biomedical Systems, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Konstantin O. Gurov - PhD student, Engineer of the Institute of Biomedical Systems, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Eduard A. Mindubaev - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Senior Engineer of the Institute of Biomedical Systems, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Arseny A. Danilov - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Assoc. Prof., Head of the Research Laboratory of Wireless Biomedical Interfaces, Institute of Biomedical Systems, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
