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Wireless Power

Küchengeräte ohne Netzkabel – Küchen ohne Steckdose

5. März 2018, 10:45 Uhr | Mahesh Itraj und Will Ettes

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Serienresonanz versus Parallelresonanz

Zur Verifikation der berechneten und simulierten Ergebnisse wurde ein neuer Prototyp mit der stromgespeisten Parallelresonanz-Schaltung gebaut. Die EMV-Tests nach dem Standard CISPR14 wurden sowohl mit der Serienresonanz-Schaltung (Bild 2) als auch mit dem neuen Prototyp auf Basis der stromgespeisten Parallelresonanz-Schaltung durchgeführt. Die dabei aufgezeichneten Messergebnisse zeigen die Bilder 8a und 8b.

In beiden Bildern ist der maximal zulässige Wert für das Quasispitzenwertrauschen (QP – Quasi-Peak) gemäß CISPR14 (oberste Linie) ebenso eingezeichnet wie der Grenzwert für den maximal zulässige Rauschmittelwert gemäß CISPR14 (mittlere Linie).

Erwartungsgemäß ist in Bild 8b eine beträchtliche Verringerung – nämlich um 10 dBµV – des hochfrequenten Rauschens bei der stromgespeisten Parallelresonanz-Schaltung zu beobachten, sodass das Netzfilter kleiner dimensioniert werden kann.

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Analyse und Versuchsergebnisse belegen, dass die Serienresonanz-Schaltung, obwohl sie einfach anzuwenden und weit verbreitet ist, gewisse Nachteile aufweist, wenn sie in Wireless-Power-Küchensystemen eingesetzt wird. Ihren Vorteilen, zu denen die Verwendung von Schalttransistoren mit niedriger Sperrspannung und die einfache Leistungsregelung gehören, stehen die relativ schlechten EMI-Eigenschaften gegenüber.

Die stromgespeiste Parallelresonanz-Schaltung ist besser für Wireless-Power-Küchensysteme geeignet, wenn es um die nicht funktionsbezogenen Anforderungen geht. Da keine steilen Spannungsflanken auftreten, wird eine gute elektromagnetische Verträglichkeit erreicht. Als einzige Nachteile der vorgeschlagenen Parallelresonanz-Schaltung sind die erforderliche hohe Nennspannung der Leistungs-Schalttransistoren – mehr als das Doppelte von U_E – und die fehlende Leistungsregelung anzuführen, da ein Variieren des Tastverhältnisses ausscheidet. Stattdessen kann die übertragene Leistung aber durch Verändern der Eingangsspannung (U_E) gesteuert werden.

Literatur

[1] Wassenaar, S.: Tunable wireless Power Transmitter. Philips Consumer Lifestyle B.V., unveröffentlicht.
[2] Itraj, M.: Mathematical modelling of cordless kitchen appliances. Philips Consumer Lifestyle B.V., unveröffentlicht.
[3] Steigerwald, R.: A comparison of half-bridge resonant converter topologies. IEEE Transactions on Power Electronics, 1988, H. 2, S. 174–182.

Die Autoren

Mahesh Itraj

wurde in Indien geboren und erhielt seinen B. Sc. in Elektrotechnik im Jahr 2013 von der Universität in Pune, Westindien. 2014 begann er bei Tata Technologies als Entwicklungsingenieur im Bereich der Verkabelung von Pkw und Nutzfahrzeugen. Sein Master-Studium in Elektrotechnik, spezialisiert auf Leistungselektronik, absolvierte er an der TU Delft in den Niederlanden. Das Thema seiner Masterarbeit: „Topology study for an inductive power transmitter for cordless kitchen appliances“.

Heute arbeitet Itaj als Schaltungsentwickler bei Nok9 in Schweden und ist an der Standardisierung von Testsystemen für Wireless-Power-Systeme für Küchengeräte beteiligt.

itraj.mahesh@gmail.com

Will Ettes

wurde in den Niederlanden geboren und erhielt seinen B. Sc. in Elektrotechnik im Jahr 1987 von der Fachhochschule in Leeuwarden, Niederlande. Seitdem arbeitet er als Forscher bei Philips, in Drachten im Norden der Niederlande, an verschiedenen Themen im Bereich der Leistungselektronik, zur dynamischen Regelung und zu Kommunikationssystemen für Anwendungen in den Bereichen Haushaltsgeräte und Körperpflege.

Seit 1993 ist Ettes als Lehrbeauftragter für Leistungselektronik an der Fachhochschule in Leeuwarden tätig. Gegenwärtig arbeitet er als leitender Elektronikentwickler bei Philips Consumer Lifestyle in den Niederlanden und ist für die Standardisierung im Bereich Wireless Power Transfer (WPT) verantwortlich.

w.ettes@philips.com