Σύγκριση Αντιστροφέα Πλήρους Γέφυρας και Ενισχυτή Κλάσης Ε για χρήση σε Σύστημα Επαγωγικής Φόρτισης Βιολογικών Εμφυτευμάτων

Μαριόλης, Κωνσταντίνος; Mariolis, Konstantinos

dc.contributor.author	Μαριόλης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Mariolis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2020-04-29T20:37:54Z
dc.date.available	2020-04-29T20:37:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50305
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18003
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Επαγωγική Φόρτιση	el
dc.subject	Συζευγμένα Πηνία	el
dc.subject	Βιολογικά Εμφυτεύσιμες Συσκευές	el
dc.subject	Αντιστροφέας Πλήρους Γέφυρας	el
dc.subject	Ενισχυτής Κλάσης Ε	el
dc.subject	Inductive Charging	en
dc.subject	Mutually Coupled Coils	en
dc.subject	Biomedical Implanted Devices	en
dc.subject	Full Bridge Inverter	en
dc.subject	Class E Amplifier	en
dc.title	Σύγκριση Αντιστροφέα Πλήρους Γέφυρας και Ενισχυτή Κλάσης Ε για χρήση σε Σύστημα Επαγωγικής Φόρτισης Βιολογικών Εμφυτευμάτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτρονικά Ισχύος	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-30
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη, η προσομοίωση και η σύγκριση συστήματος επαγωγικής μεταφοράς ισχύος με την χρήση δύο διαφορετικών τοπολογιών οδήγησης υψηλής διακοπτικής συχνότητας: αντιστροφέα πλήρους γέφυρας και ενισχυτή κλάσης Ε, για εφαρμογή σε συστήματα ασύρματης φόρτισης μπαταρίας βιολογικών εμφυτευμάτων χαμηλής ισχύος, όπως για παράδειγμα ενός καρδιακού βηματοδότη. Ο προτεινόμενος σχεδιασμός καλύπτει προδιαγραφές ισχύος εξόδου για την φόρτιση μιας τυπικής μπαταρίας 1000mAh (4V – 1A), δηλαδή έως και 4W. Η διάταξη αποτελείται από την εκάστοτε μελετούμενη τοπολογία οδήγησης υψηλής συχνότητας, δύο συζευγμένα πηνία - όπου το δευτερεύον είναι εμφυτευμένο και το πρωτεύον εφάπτεται στο δέρμα ώστε να επιτυγχάνεται η μεταφορά της ενέργειας - , κύκλωμα συντονισμού, και ανορθωτή πλήρους γέφυρας της τάσης εξόδου του δευτερεύοντος τυλίγματος για την τροφοδότηση της μπαταρίας του εμφυτεύματος. Πραγματοποιείται ανάλυση ενός συστήματος επαγωγικής μεταφοράς ισχύος, καθώς και ανάλυση των δύο προς σύγκριση τοπολογιών. Γίνονται προσομοιώσεις με τα λογισμικά Matlab-Simulink και Ltspice του συστήματος με τη χρήση και των δύο τοπολογιών, για την σύγκριση αυτών υπό διαφορετικές συχνότητες λειτουργίας, διαφορετικές τιμές αντίστασης φορτίου εξόδου και διαφορετικές τιμές του συντελεστή σύζευξης. Επίσης μελετάται και προσομοιώνεται ένα σύστημα ελέγχου στην πλευρά του πρωτεύοντος, το οποίο προσαρμόζει το εύρος λειτουργίας των παλμών οδήγησης των διακοπτικών στοιχείων των τοπολογιών, με στόχο τον περιορισμό της DC τάσης στην έξοδο του συστήματος σε επιθυμητά επίπεδα. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται πειραματική αξιολόγηση της συμπεριφοράς ενός συστήματος επαγωγικής μεταφοράς ισχύος και για τις δύο μελετούμενες τοπολογίες, προς επαλήθευση των θεωρητικών αποτελεσμάτων και των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων. Μέσω της σύγκρισης της συμπεριφοράς των δύο τοπολογιών ως μέρος ενός συστήματος επαγωγικής φόρτισης εμφυτευμάτων σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, προκύπτει το συμπέρασμα πως στο συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων λειτουργίας (150 kHz – 320 kHz), η χρήση του αντιστροφέα πλήρους γέφυρας ως τοπολογία οδήγησης του συστήματος αποτελεί τη βέλτιστη επιλογή.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis is the study, simulation and comparison of an inductive power transfer system with the use of two different high switching frequency driving topologies: Full Bridge Inverter and Class E Amplifier, for use in low power biomedical implants charging systems, such as a cardiac pacemaker. The specifications for the proposed design for charging a typical battery of 1000mAh (4V – 1A), are up to 4W output power. The system consists of each one of the two high switching frequency driving topologies to be studied, two mutually coupled coiles - where the secondary is implanted and the primary is placed on the skin surface so that energy is transferred -, a resonant circuit and a full bridge voltage rectifier of the secondary’s output, that provides DC power to the implant’s battery charger. An analysis of an inductive power transfer system is being carried out, as well as an analysis of the two high switching frequency driving topologies which are to be compared. Simulations by Matlab-Simulink and Ltspice software are also carried out, for the two topologies to be studied and compared under several different conditions, such as various operation frequencies, load values and coupling coefficients. Furthermore, a control system located on the primary side, which adjusts the duty cycle of the driving pulses of the topologies’ switching elements is being studied and simulated, which limits the DC output voltage to wanted reference levels. Subsequently, an experimental review of the behavior of an inductive power transfer system is done for both topologies, for the validation of the theoretical and simulations’ results. Through the comparison of the behavior of the two driving topologies as parts of an inductive charging system for medical implants, under all the aforementioned conditions, it is concluded that Full Bridge Inverter is the optimal choice for this specific frequency range (150 kHz – 320 kHz), for this application.	en
heal.advisorName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Κλαδάς, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Κορρές, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	260 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false