In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  2, June  2 01 9, pp.  935~ 9 4 2   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 2.pp 9 35- 94 2           935     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Ca pacitive power transfer in  bio med i cal implan table d e vice:   a review       Mu h a m m ad   Z aki   b i n   Mu stap a,  S h a ki r   S aat,  Yu smar n i ta  Y u s of, Mu s li m a h   M e or  S h aari   Facul t y o f   E lect r o nic and Comp u t er Eng i n eeri ng,  U nivers iti Tekn ik al M al ays i a, Mal aysi a  Cen t re f o r  Te l ecom m unication   Research  & Inn ov ati o n       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  Sep 6,   2018  Re vise d N ov  1 9 ,   201 8   A c c e pte d   F eb 15,  2 0 1 9       Th is   p ap er  p res e nts   t h e  d e velo pm ent   of  a   n ew   d es ig n  m e t h o d   o f   c apacitive   po wer  transf er  ( CP T)  w h i ch   i s  bas e d  on  hy bri d   c on ce p t   f or  B io m e dical  Imp l a n ts.  Thi s   m e t h o d   i s   a ble   to   i mp rov e   v a r io us  i ssue s  fo un d  i n  th e  wid e ly  us ed  C PT  s y s te m   t h at   i s  b i p o l a r  CP T  m e th od .  Bas e d  o n   t h e   a b i lit y   of   t his   pu rpo s ed,   th e  sim u l a tio n  of   t he  C P T   s ystem   h a s  b een   d esi gned   t o   p rove  a n   am ou nt  o f   power  t ransf e rred  thro ug h  a  l a yer  o f   tis sue.   T he  d esi gn   u sed  to   val i d a te  t he  s ug g e s t ed m odel   w h ic h   t o   p ow ering   im planted   dev i ce ,   and it   w as  perf o r med   wit h   3 cm   s q u are  plates,  which   h a ve  a   l ayer  o f   beef   w i t h  t h e  5 m m   th ick n ess   in   b etw een  2   c o u p lin g  p l ate.  P ower  s ign a l  was   genera t ed  b y   Cl ass  E  zero  vol tag e   s witchi ng.   T he  C lass   E   zero   v o lt age  switching  ha s   b een   d e sign e d   t o  ge n e ra tin g   a lte r n a te   c ur re nt  w ith   t he   1 M H z   fre q u e n c y  app r op riate  to   t he hy b rid   CP T  sy s t em s pecificati o n .   K eyw ord s :   Biom ed ica l   i mpla n t  de v i c es,   Biosa f e t y o f   w ireless  pow er  Tran sfer   Ca pac i t i ve  w i r eless p o w e r  Tran sfer  Cla s s  E inverte r   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Mu ham m a d  Zaki  bi n  Musta p a ,    F a cult y   o f   E l e c t ro nic  an d C o mputer  En g i ne er i n g,   U n i v ersi ti   T e k ni ka l Ma la ysia ,   Mela ka.  Em ail:  m. zaki5 37 7 @ gm ai l . co m       1.   I N TR OD U C TI O N   Wire l e ss  p ow e r   t ra nsfers  h a v e   be en  b r o ad l y   e xp l o r e d  for  vari ous   a p p lic a tio ns  s uc h  as   e lectric  c a r  cha r g i ng,   s m a rtph one   c harge r ,  RF ID   d e v ice s ,   pow e r in g  i m plan ta b l e  de vice s  a nd  m u c h   m or e  [1].   W irele s s   pow er   t ra nsfer s   a p p r o ac h  ge n e rall y  ca n  be   c lass i f i e d  i n t o   n ear   fie l d  a n d   far   fie l d  pow er  t rans fe r  ap p lic ati o ns.  Th e   n e ar-f i e l d   a pp ro ach   c a n   b e  div i d e d   in to  s ev e r a l   t yp e s   w h i ch   a re  a n   i n duc t i ve   r esona nc e  fre q uenc y   cou p l i ng  (IRF C ),  u ltra s on ic   e ner gy  t r ansfer ,  a nd  near -fiel d  c a p ac i t i v e   c o upl in g  (N C C ) .   P revious ly,  th e   com p aris on  o f   c har acte r ist i cs   e a c h  ty pe   o f  w i r e less  pow e r   t rans f e rs  h ave   b e en   m ad e  b y   ot h e r  re se arc h e r s .   Ba se d  on  c o m p aris on   m ade,   e ve ry  t y p e  of  w ire l ess  pow er   t rans fe r s  ha s  the   a d v a n t a g e   ove r  ot her   ty p e s  [2] .   Th is  r eason  r e i n force s   t ha t  ea c h   t ype   o f  WP T  can  b e   ap p lie d  ac c ord i ng  to  s u i tab i lit y  an d  re qu irem ent  of  t h e   b i o m ed i cal  i mp l a nt abl e  d evi ce.   Adva nc em ent  of  b i o m e d i ca l  im pla n ts  h as   b e e n  s u cc ess f u l   i n  t h e  c rea t i o n  o f   s ever al  t yp es  o f  impla n ta ble   de vi c e s   s uch   as  c a r di ovasc u l ar   i m p lan t a b le  d e v ice s ,  C o c h l e a r ,  n e u r a l ,  r e t i n a l  a n d  m o r e   o t h e r s  t o   me et  m e d i c al  n e e d s .  Eac h   t y p e  o f   i m p lan t a b le  d ev ice  has   i t s  ow n   s pec i f i c a t i o n s.   S ome  im pl a n t a b l e   d e vi c e   t y p e s   r e q u i r e  a  b i o s a f e t y  s o u r c e   of   e l ectrical   power  to  opera t e  p r o p e r l y .  T h e  s e a l e d  b a t t e r y  a s   t h e   p o w e r   so u r c e   o f  i m pla n t a bl e   d e vi ces  c a n   o nly   su pp ly   t h e   e n e rg y  f o r  a   lim ited  time .   T he   p a t i e nt   w i l l   e x p eri e nc e   traum a   w ith  r epe a te d  sur g ery   to  r ep lac i ng  the   ba tter y .  Be c a use  of  c on sta n t   de pen d e n c e   on  e l e c t rica l   p o w e r   s o u r c e s ,  a  w i r e l e s s   p o w e r   t r a n s f e r  m e t h o d   i s  r e q u i r e d   t o  o v e r c o me   t he  l im ited  lac k   o f  bat t ery  pow e r   s ource .   N o w a da ys,  b i om edica l   t ec h nol og y  alrea d y  e s t a blis he d  w i t h   b o t h  t yp e  w i re l e ss  p o w er   t ra nsfer ,   w hic h   i s   in duc t i ve   a nd  ul t r a so u nd p o w er   t ra n s fer,   a nd   a lre a d y  use d  for   w ire l es s pow er   d e liv er y   for   se ve ral i m pla n tab l e   dev i ce s  suc h  a s neur al im p l a nts.  H ow e v er, bo t h  m etho ds  h ave   w e a kn e s se s i n  t e r ms o f   si gn a l  i nt erf e re nce   [3 ].   Si n c e  th e   i nduc t i v e   p o w e r   t ra n s f e r  p r o p a g a t i n g   p o w e r   b y   i ndu c i n g  el e c tr om agne t i c  f i e l d,   i t   i s   r isk y   to  i n t erfere   w ith  o th er  s urro un d i n g   d e v ice s   t hat  se ns iti v e   t o   t he   e l e c t rom a gne t i c  fie l d.   T hus,   reduc in g  t h i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :    9 3 5   –   9 42  93 6 ki n d   o f  i n t e r f e r enc e   i s  o n e  of   t he  m ai n  cha l l e nge s  t o   d es i g ni n g   i n duc t i ve  pow e r   t r a ns fe r s   [ 4] .   The  ca pa c i t i v e   wire less  p o we r  transfe r   h as   b een  u se d  i n   s eve r al  a pp l i cati o ns  a n d   a lr eady  pr op ose d   f or   t he  b io me dica l  im pl a n t a ble   de vice   s ince   2 0 0 9   b y   A m ir   M .   S oda ga r   e t .   al  [ 5] .   T h is   a p p r o a c h   w as  a l s o  r e c e n t l y  us ed  f or   se n s in g  bi om edica l   s i gna l   in   [ 6] .   The  ac h i e v em ent   in   c a p a c i t i v e   l ink a ge   s t u d i es  i s   not   a s  su c c e s sful  a s   t h e  in d u ct i v e  lin k.   T h i s  i s   b ec aus e   o f  t h e  l i m ite d  r a n g e  fa c t or  o f  the   c a p ac i t i v e  li nk.   N C C   a ppr oac h es   d i f f e r e nt  t o   the   i n du ct ive   pow e r   t r a nsfer ,   i n  w h i c h   the   e l ec tr om ag ne tic  a s   a   m e c ha nism   f or   t r a ns f e r r ing  e n e r g y .   B u t  I n   CP T,   t he   e lect r i c   f i e l d  be t w e e n  b o t h  pa r a l l e l  t r a n sm i t ter s   a nd  r e ce i v e r   p l a tes  is  u se d  as  t he   m e c han i sm   t o   tr a n sf er r i n g   e n e r gy  in  t e r m   of  p ow er   a nd  data .   I t   w a s   t he  s o l ut i o n   t o  t h e   I P T  p r o b l e m   w h i c h  t h e   C P T   a ppr oac h es   e l i m i na t e d  t h e  r e lat i ve l y   l ar g e   e l e c t r o m a g n e tic   i n t e rf e r e n c e   fro m  th e   se n s i t i v e  el ectro ni c   im pl a n t a ble  de vi c e   [ 7] .   Th us,   t h e  m a i n   obje c t i v e   o f   t his  pa p e r   is  t o   pr e p a r e   a  c o m p r e he n s iv e  rev i ew  o f  C P T  b a sed  on  bi om ed ica l   i m p la n t ab le  d e v ic e  a p p l i c a t ion.   T he  r eview  o f   c apac i ti v e   c ou pl i n g   po wer  tran s f e r   o f   b i omed i cal   de v i c e   w i l l  as sis t   t o  unde r s t a nd  t h e   pr inc i ple ,   r equ i r e me nt ,   an d  lim ita ti on  of  t he   d e s ign.   T he  p ar a m e t e r   o f   c a pac i ti ve  c ou pli n g   p o w e r   t r a n sf er s  s h o u l d  be  d e s ig ne d   fo l l ow i n g  t h e  r e qu ir em ent   of   d e v ice s   a nd   t he   bi osa f e t y  s p ec i f ica t io n  stan da r d .     T o  bu ild  t he  C a p ac i t i v e  P o w e r  T r a n sf er  i n   Bio m edi cal   I mp l a nt a b l e   D e v i c e,  the  P o w e r   Ma n a gem e nt  o f   c a p a c i t i v e  co up l i n g   s ystem   must  b e   kn ow n  pe r f e ctl y   [ 8] .     Co nt en t s   o f   th i s   p ap er  a re  a s  fo l l o w s:  I n   secti o n   2 ,   t h e   b a s i c   t h eor y   o f  the   c a pa ci ti ve  c o u pl i n g   p o w e r   t r an sfe r   i n   bi ome d i c al   d e v i c e   i s   e xpl a i n e d ,   a n d   i t  c ont i nues   to   B i o sa fe t y   C P T   m ec ha ni sm  i n  s u bsec ti o n   A .   The   P o w e r   m a nage me n t   i s  e xpla i ne d i n   s e c t i on  3  a n d  i t   c o n ti n u es   t o   po wer  t r a n sfe r s  e f fi c i en cy   o f   cl ass  E   a n d  m e dium   o f   da t a   t elem etr y   i n  sub s e c t i on  A   a nd  B  r e spec tiv e l y.   T h e  dr aw ba cks  an d  so l u ti on  of  t he  s yste m   ar e   d i sc u s se d   i n   s ec t i on   4 .  T h e   p a p e r  su mma ri ze s  t h e  re sea r ch   n eed s   o f  ca paci t i ve   w irele ss  power   t ra ns fer   i n   bi om ed ica l   i m p la n t ab le  d ev i ce's  t e ch n o l o gy.   I n  or de r   to   i m p r ove   t he  s ys tem ,   t he   s t u d y   r e m a i n s   o pen  to   di sco v er   t he   b est  s o lu ti o n .   Thus,   t h e  a u thor   p r e pa r e s  seve r a l  p lan n in g   fo r  fu tu re  w o r k   fo r   th ese  res e arch   a nd  de ve l opme n t   o f   C P T   i n  b i om e d ica l   i m p la nta b le  d e v ice.       2.   CAPACIT I VE COUPLIN G   POWE R  TRANS FER IN   B IOMEDIC A L DEVICE  CPT  ap proac h es  i s  a  w i re le ss  p o wer  t r an sfe r   s che m e   u s i ng  pa i r   o f   co upl ing   p l at e   t o   t ra nsf e r   el ec t r i c al   f i e ld   t h r o ugh   a   d i e l ect ri c   b a rri e r.  T h i s  sc h e me  i s  p er for m ed  b y  t h e  d i spla cem e n t  of  c ur r e nt  w ith ou t  a   c o n d u ct or   a s  a  m e dium  f or   t he   t r a ns fer   of   c har g e s .   R e fer   to  F ig u r e  1   fo r  t h e  CPT  sch e ma t i c   a s  a n   il l u s t ra tio n  a p plica t i on  o f   b io m e dica l  i m pla n ta b l e  de v i ces.   The   p ow e r in g   syste m   c o n sis t s  pa ir s  o f   c on duc t o r   pla t e   loca t e d  o n   e i t h er   s id e  o f   t he   s k i n  of   c er tai n   t i s sue  t h i c kne ss,   and  its  f or m   a  capa c it ive   c o u p li ng  w h i c h  to   en a b l e  t h e  wi r el ess   po we r t r a n sfe r  [ 9 ] .          F i gur e  1.   P air  cou p lin g  pla t e  f o r   im pla n ta ble   de vice s       The   pri n ci p l e  of  t he  C PT  w ir eless  p o we r  tr a n sfer   i s  a bou t   the   d is p l a cem e n t   curr en t  t o   t ra nsfer  t h e  pow e r   b e t w e e n   t w o   c o n t act less  c o nduc to r   p l ate s .   To ge t h er   w i t h   t ha t ,   c ond uc tio n  c u r r e nt   a ls o  i nduc e d   be t w ee n  bo th  p l a te s.   B ot h  d i s p lace me nt   a n d   c on d u ct i on  e q u a t i o n   is  g ive n   i n  ( 1 , )   a nd  ( 2 ) ,   r espec tive l y.   [ 10] .         ⃗   ( 1 )           (2)    F o r   a   c o m p l e t e  c i r c u i t   o f  p o w e r  d e l i v e r y   t o  l o a d ,  t w o  s u c h   c a p a c i t a nce s   a r e   r equir e d.   I n  or der   t o   im pr o v e  t h e  e f fec t ive n es s  po w e r   deli ver y ,   di sp lac e m e n t   c ur r e nt  s hou ld  b e  i n cr ease d   w h i le  t he  c onduc ti o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Cap a c i t i ve  p o w e r  tr a n sfe r   in  biom e d ic a l  im pl a n t able  d e v i c e :   A re view ( M uh am m a d Z a ki  bin M u st a pa)   93 7 c u r r e nt   n ee ds  t o  m i n i m i z e   a s  low   as  p oss i b l e   to r e duce   t h e  pow e r lo s s  w ith  con s i d e ring  th e  p ar ameter of   A, E,  D   and  ϵ_r   in  o pt i m um   v al ue s  [11] .   F r om  t h e   d is p l a cem ent   cur r ent   i n   (1 ),   t h e re  a re   s e v era l   p aramet ers  ca n  incr ease   the   d i s p lace m e n t   c urre nt  a n d   a t   the   sa me   tim e   t o   i m p ro ve  t he  pow e r   t r a n s fe r   ef f i c i e n cy .   The  p a ra me t e r  i s   e lec t ri c   fi el d   st re n g th ,  E  i s   m o s t  af f e c ting   th e   d i s p l ace me n t   c urre nt   v a l ue .  These  pa ram e ter s   c a n   im pro v e  t h e   e ffi c i e n cy  b y  inc r ea si n g   t he   t ransm itter   e x c ita ti o n   v o lta ge  a n d   r ed uc in g  the   separ a t i o n   d i s tanc e   be t w ee n  t h e  co up l i ng  p l a t es.   T h e  d i s p lac e m e nt  c ur r e nt  v a l ue   i s  a l s o   a ff ec ted  by  t h e  r a te   o f   c h an ge  o f  e l e c tr i c   fi e l d .   T hu s  t h e  ef fi ci e n cy   c an   b e   i m p r ov ed  b y   i n cre a si ng  t h e  op e r at in g  f r e que nc y.   B e s ide s   t ha t,   i ncr e asi ng  t h e   m a gni t ude  o f  e l ectr i c   f i e l d  a l s o   c an  i m p r o ve   t he  t r a nsfe r r in g  p ow er   e ff icie nc y,   w he r e by  i t   c a n   b e   d one   b y  e xpa n d i ng  the   co nd uc tor   of   c o u p l in g  p l at e   a r ea   [ 1 2 ] .   H ow e v er ,   a ll   t he   p ar am eters   wer e   l i m i t e d   b y  th e   bi om ed ica l   i m p la n t ab le  d e v ic e  specific a t i o n.    S i n c e  t h e   pa ir s   of   c o n duc t o r   pla t e   ( limi t e d   B io haz a r d   d im ens i o n )  se para te d  D  b y   a   f ew   m i l lime t e r   ti ssue s  (< 5m m)  a s  the   d i elec t r i c   m ed i u m   ϵ _ r,   σ ,   the   p o w er  t rans fe r   s t r e ngth   i s   l im i t e d   due   t o   t h e   w e ak   c a pac i t a nce  v a lue s   [ 13].   Th u s ,  few  m illim eter s  dee p   o f  t i s s ues  w h ic h  po ssi b le  t o  a ttac h   t he   r e c e i v e r  p l ate   is   un de r   the  la yer   of  s ki n  as  i l l us tr a t e   i n   F igur e  2  [1] .   Bes ide s   t ha t,   t he   s ur fac e   a r e a   of   t he   c o u p l i n g  pl a t e  tha t   n e e d s  t o   b e  m i n i m i z e d  w i l l   b e   a  c h a l l e n g e  t o   ob ta in  h ig h  p o w e r   tr a n sf er   v a l ue s.   T hu s,   t he   s pe c i f i c  o n   d e s i g n i n g   ca pa c itive   w i r e less  p o w er  t r a nsfer   shou l d   be   p r o pose d   t o  over c ome   the  cons tr ai n t s  an d  to  f u l f i ll   t he  b i o m edica l   i m p la nta b le  d ev ice   re qu i r em ent.   I n   t he des ig n i n g   c a p ac i t i v e  wir e less  p o we r  t r ansfe r   f or  b i o m e di c a l   pu rpose ,   t h e re   a re  s ev e r al   p a r t i cul a r  asp e ct  ne ed s  t o   b e  c o nce r ne d,   s uc h  as  t he   e lem e nt   o f   Bi osaf e t y,   t he   p e r f or m a n c e   of   t he  pow e r   d e l i v e r y  e f f i c i enc y ,   r a nge  f or   m isal ig n,   e ff ect i v e  r a nge   o f  sy s t em   a nd  ot her s   [ 1 4 ] .       3.   RESU L T S  A ND ANALY S IS     I n  th i s sec t io n, i t  i s  e xp la i n ed  t he  r es ults of r e sear ch an d  a t   t he  s a m e   t i me  i s gi ve n  t h e c o mpr e hens iv e   di scuss i on.   R e s u lts  c a n   b e  pr e s e n ted  i n   f i g ur e s ,   gr aphs,   t a ble s   a nd   o t h ers  t h a t   m a k e  t h e  re a d er  u nde rst a nd  e a si l y   [ 2,   5 ] .   T he   d i s c u s s i o n  can  b e  m a d e   i n  se ver a l   su b- ch a p t e rs.          F i gur e  2.   P air  cou p lin g  pla t e  f o r   im pla n ta ble   de vice s       3. 1.     B i osaf et y  C P T   me ch an ism   The  in ter n a t i o nal  c o m m i ssi on  o n   n o n - i o n iz i ng  r a dia t i on  pr o t ec ti on  (ICNIRP)  i d en tif y   c l e arly  ma x i mu m   li mi t s   o f   me as u r eme n t   sp e c i fi c   ab so rp ti o n   rat e   ( SAR )   o r dina r y   o ve r   10 g  o f   t i s s u e  lim ite d  t o   2   W/k g   f or   e xp o s ur e  [1 5,   16] .         | |  ( 3 )     Wh ere ,  σ=   C on du ct ivit y  ρ= Den sity  o f the  t i ssue  E= Electric  fi eld   st re ng th  The   Bi osafe t y   com p ara t i v e   wi r e less  p o we r   t r ansfe r   h as  b e e n  pro p ose d   i n  de e p   b y  A h m e d  I .   A l- Ka lba n i   et. a l   [4] . The  resu lt  i s   s umm a r i zed   i n  Ta ble  1 .   T a b l e   1   sh ow s  a n   e xpe r i me nt   o f  ma xim u m  10- g  av e r ag ed   S AR   a s  a  fu n c t i o n   o f   l at e r a l   d i s t a n c e  in   m m  a n d   th e   t r ansm it t e d  pow er   i s  1 W   a t   5  MH z  f o r   b o t h   ca p a cit i v e   a nd  i ndu c tiv e   po w e r  t r an s f e r   [ 1 7 ].   T h e   i nv es tiga t ion   p r ove d  tha t   t he   e l e c t r o m a gnet i c  sim u l a t i on s  i llu st rat e d   t h a t   a   p o w ering   sche me   u t ili zi ng   c a p ac it iv e   cou p l i n g  yi e l ds  s ma l l e r   1 0- g  S A R  val u es  c om par e d  t o   in d u ct i v e  co u p lin g.   T hi s  is be c a u se,  in  c ase of  c a p a c i t i v e   c ou p l i n g ,  the t r ansm itte d R F   e nerg y  re ma i n s even l y   c o n f ine d  in  the   fie l d be tw ee n the  ca pac i tor   pla t e s ,   w h ile  the  i ndu c t iv e   p o w e r   t ran s mi ssi on,  t h e  R F   sp rea d s  ou t  inc l ud i ng  foc u se d  p o i n ts  w h e r e   t he  E - F i e l d   i s  at  i t s   h ig hes t   [ 1 2] .   H o w e ve r ,   t he  e ff icie nc y  o f   c a p acit i v e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :    9 3 5   –   9 42  93 8 c o u p li n g   l ink  pe r f or ma nce  w a s  no t   fa v o r a b l e   as  a   f un ct i o n   of  t h e  gap  be tw een  p la t e s  c o mpa r ed  t o  i n d u ct i v e   co up l i ng . T h e r ef o r e, v a r i o u s  st udi es h av e b een  co n d u c t e d   to  i mp r o ve  pow er   t r a nsm i ssi o n   e ffic i e n c y   [ 1 8 ,   19] .         Ta b l e 1.  Resu lt  of  S AR due  to   dis t a n ce  o f  capa c i t i v e  a n d   i n d u c t i v e a n aly s is [4 ]   D i sta n ce   ( m m )   Ra te  o f  a b sorption  (pe a k   10g  SAR) Ca p ac itiv e   pla t e ,   R a t e   o f   a b sorp t i on  ( p e a k  10g  S A R )   I nduc t i v e  c o il,   1  1 . 52   2 . 4 4   3  1 . 50   2 . 4 2   5  1 . 65   2 . 4 0   7  1 . 57   2 . 3 8   9  1 . 44   2 . 3 4   11   1 . 2 6   2. 29   13   1 . 1 0   2. 24         T he  r e s u lt  of  S A R   a n a l y sis  w ill  be  d i f f e re nt  i f  t h e  par a m e ter  of   i n t er na l  ca pa ci ta nce   of   t h e   c o u p lin g  pla t e   w a s  c h a n g i ng  a nd  it  r e sul t ed  i n  di f f e r ent  val u e  o f   e le c t r ic  f i e ld  s tre n g t h.   A nal y s i s  to  d e t erm i ne  r e lat i o n s h i p   s i ze  of  t he  capa c it or   p late  w it h  S A R  val u e  ha s  bee n  d e scr i be d  by  Ran gar a jan  Je ga dee s a n   e t,   a l  [ 2 0 ] .   A   si m u lati o n   u s i ng  CS T  sof t w a r e   h a s   b e e n  do ne  t o  i nves t ig a t e  in  I C N I R P   requ irem e n t  for   thre e   di ffere n t   s i zes  o f  ca pa ci t o r  coup l i n g .   The   a r t i cle s   s um m a rize   l a r ger   size   p l a te   w it h  2 5 0 m W   p ow er   t r a nsmitt e r   is  s a f e  r e gar d i ng  t o   a n  i n te r n at i ona l  s t an d a r d   c ompa r e d   to  s m a l ler   pl ate  si z e .   I n   t h i s  ar tic l e   t he y   r un  a   sim u la ti on  of   2 0m mX 20m m,  15mm X 20m m,  a nd 1 0 m m X 20m m   size d   o f   p l a t es.   T h u s,  it   f o un d   t h a t  t he  20mm   size   p la te  w it h   25 0m W  t r ans m issi on  p o w e r   w a s  safe   a c c o r di ng  t o   i n t e rn a tio na l   sta n d a rds.  F urthe r mor e ,   the  lar g e siz e  o f th e pla t e   wi l l  be  able  t o  o b ta i n  bet ter   transm iss io n   po wer ef f i ci en cy  ra t e s [21, 2 2 ] .    3 . 2 .   Pow e r  ma na gemen t   The  pr ev i o u s   s ecti o n,   t he   l i m ita t i o n   on  the   CP T  de sig n   b a s ed  o n   t h e   B iosa f e ty   c on st ra in t   h a s  b een  di scuss e d.   T he   l imita t i o n   w il l  be   a   p a r t  of   m ode li n g   a n d   e xp e r i men t al   v al id at io n  CPT   as   a   d e v e l o p i n g   w i r e less  p o w e r   tr ansfe r   t o  po w e r i ng  bi ome d ical  i mp lan t a b l e   d ev i c e s.  D e t ermi n i n g   th e  si ze  o f   t h e   cap a c i t a n c e  pla t e   a t   r e cei ve r   p a r t   i s  ver y   i m por ta nt  b e f or e   the  p o w e r   ma n a g em en t  des i gn  is  p r o p o se d.   S ince   t he   r ece ivi n g   p l at e  will   b e  pl a c e d   i n s id e  a f t e r  t h e   ski n   l ay e r ,  t h e   si ze   o f   t h e  p l a t e  s h o u l d  m i n i m i z e   a s  s m a l l   a s  p o s s i b l e   wh il e   smal l   cap a c i t a n c e   pl at e  wi l l   c a u s e   t h e   r e d u c t i on   o f  t h e   p ow e r   t r a ns missi on  e f f i cie n c y   [ 2 3 ] .   H owe v er ,   i t   c a n  be  s o l ved  by  c h oos i n g  th e   op tim um  ope r a ti ng  fr e q uenc y  a n d  a pp l y   t h e   a ppr opr ia te   i m p eda n ce  m a t c h i n g   ne t w or k  of  t he   pow er   a m p li fi e r   s yst e m   w i l l   b e   i n cr e a s i n g   t he   p o w e r   tr ans m issi on  e f f i c i e n c y   w hi l e   e ns ur i n g   hi g h   f r e que nc y   ge ner a t e d  in  p e r fec t   z e r o  v o lt age   sw itc h i n g .   [ 2 4 ].   The  st udy   o f  o p t i m i za tio n  for  ca pac i ti ve   w ireless   p o wer   tra n sfe r s   s ys t e m  ha s  be e n   c o v er e d   by  m a n y   r e sea r che r s  [ 2 5] .   The  o p t i m iza t i o n   pow er   t r a ns fe r s   s t u d y   f oc use s  on   i n c re asi n g   t h e   ef fi ci en cy   o f  p o w er  tr a n sf er s  an d  to  m ana g e   s y s t em   due   t o  m i s a li gnm en t  of  c ou p l i n g  pl at e.  T h e   p o w e r   t ra n s mi ssio n  e ffi ci en cy  r a te  f or   C P T   d e p en ds  o n  po w e r   si g n a l   f r e que nc y  gene r a te d  b y   t he   i n v e r ter .   A n  I nver t er   o r   k now n  a s   P ow e r   a m pli f ier   t o p o l og i e s  ha s   be e n   c lass if ie d  by   i t s   d es ig n  nam e d  A ,   B ,   A B   a n d   C   f or   a na lo g   de sig n s  an d  c l ass  D   a nd  E  for   sw i t c hi n g   d e s i gn.   I n  [ 26]   h a s   r e c o m me nded  cla s s  E  am p l i f i e r  a s   i t s  p r o o f  a b i l i t y   t o   g i v e  t h e  h i g h e s t   ef fi c i e n c y   w i t h   s i m pl e   swit c h in g  ci rc u it  re q u i r ed .  Th e   cl as s  E   pow e r   a m p lif ie r   has  t w o  d i f f e r e n t   t y p es   w hic h   are   a  C l as s  E  z e ro   c u rrent   s wit c hin g   a nd   C l a ss  E  z e ro  vol t a g e   s w i t c h i ng  w h er e   bo th  b e l on g  t o   t he   f a m il y  o f   sof t - s w i tch i ng   i n v e r ter s .   C l as s  E  ZV S   in ver t er s  kn ow n  a s   t he  m o st   e ffi c i en t   inv e rt e r   w h i ch   t h e   s wi tc h   cl osed  a t   zer o  vol ta g e   c on d i t i o n s  o c c u r r e d  if   a l l   c om pone nts  v a lu e s   o f   p r ope r l y  desig n e d .   G e ner a l   C l as s   E  ze r o   vo l t age  swi t c h ing  an  a m p li fier  with CPT  l i n k s  sc h em atic d ia gr am   a s  show n   in  F i gur e  3  [2 7] .           F i gur e  3.   E nv ir onm en ts  c o n d i t i on  f o r   tr af fic  m oni tor i ng   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       C a p a c i t i v e  p o w er  t r a n sfe r  in  biom e d ic al  i m pla n t a ble d e vic e :  A  review ( M uh am m a d Z a ki  bin M u st a pa)   93 9 The  C l ass  E  ze ro  v o l tage  s w itc hi n g   c irc u i t   b a s i c al ly  c o n s i sts  o f   an   M OSF ET  as  a   s wi t c hi n g   com p o n e n t,  a   L -C - R   s er ies  reso nan t   c irc u it ,   a   shu n t   c a p ac itor ,   and  a   cho k e  i n d u c t or.  The   sw i t c h i ng  a nd  a l so   deter m i n ed  a s  the   dr ive r   w h i ch  a bo u t   t ur n i ng  o n   a nd  o f f   at  t he   o p era t i ng  fr eq ue ncy  f = ω / ( 2 π).  The   cho k e  in duc t o r   is  u se d  to   t erm i n a t e   t he  A C  r i p p l e  o n   t he   D C  su p p l y  c u rre nt,  t h u s   t h e   v alue   o f  c hok e   i n d u c to r  requ ire d   t o  be   h i g h  en o u g h   f or  t ha t.  T he   C 1  w ill  be   i n   a  short  ci rc uit   c ond i t i o n   and   th e   st at e  c a u s e  th e   resona nt   c irc u i t   c o n s i s t   o f  L,   C ,   a n d  RI  w h e n  t h e  sw it c h   i n  O N   s t ate.  W hi le  t he  s w i tc h  i n   O FF   s t a te ,  the  resona nt   c i r cu i t   w ill  c o nsi s t s   o f  C 1 ,  L,   C   a nd  Ri  i n  seri es  c on n e cti o n .   S i n ce   C 1   an d  C   are   i n   s e r i e s,  t he  equ i vale n t  c ap ac it a n ce wi l l  b e l o we r t h a n  b ot h va l u e C 1  a nd  C ,   Ceq  =C C1/( C + C 1 ) [1 9 ] . The ou t put  w ill h a ve  trai ts  w ith   t w o   d i f fere nce  re so nan t   freque nc i e s  an d  tw o  d i ff ere nces  l oa ded   qua l i t y   f act ors .   T he   e q u at i on  i s   a s   fo l l ow s[2 8 ,2 9].   Whe n  the  s w itc h   i s   O N :      1 2 √            1    ( 4 )     Whe n   t he sw i t c h  i s   O FF :      1 2 √    ( 5 )     The L-C- R i  ser ies reso nan t  c ircui t  w i l l be re p r e sent in g a n  i n d u c t i v e   l o ad,   i f  the  fr e que nc y f is  g rea t er  tha n   t he  r e s ona nt  f r e q u e n c y   f 0 1 .   Th us i n d u c t a n ce  L  ca n be div id e d  i nto tw o  La   a nd  L b ,  as  s h o w n   i n  F i g u re  4 ,  La  r esonate s  w i t h   C  at  the   o p e r a ting  fre q ue nc y  and e x presse d  by          (6)     Th en  t h e  qu a l ity  f ac to r l o ad e d  c an  b e e x p r e s se d   as               ( 7 )     There   a r e  seve ral  spe c i fica t i o n s  o n   t he  c las s   e   a mpli fier   d esi g n  in  o rder   t o  ac h i eve   o p t i m a l   val u es  o f  hig h   fre que nc y  pow er  s upplie s.  S uch sp ec ifica t i o n is a s  fo ll ow s  [3 0] .  a.   The  va l u e  of  a n  ind u c t or  a f t e r   D C  pow er   s up p l y  s h o u l d  be   h ig h  t o  av o i d  the  a lter n a t i ng  c u rr ent  t u rn   bac k  t o t h e  D C   pow er  s uppl y.   b.   The  qua l ity  f ac t o r   of  t he  loa d  i s   i n   t h e h i g h es t to ma k e   s u re  t h e  l o a d   c u rre n t  a s hi gh  fre que n c y  sinu so id al  i n  c on si st ent   co ndi ti o n .    c.   The  sw i t c h ing   oper a tio n  gene rates  ze ro   O N   and   O F F   sta t e   la w s .   E very   p a r am eter  o f  par a si t i c   r e sista n c e   val u es  i s  ne g l e c ted.     3.3.    Po wer   tr an sfers e fficie n cy  o f c l ass  E   The  power   e fficie n c y   o f  c l as s  e  est i m a t i o n   can  b e  dete r m ine d   f r om  t h e   v a l ue  o f  t o ta l  pow e r   l oss   (P _LS)  i n   ea ch c ircui t  c o m po nen t .  Henc e,  p ower  loss co ns idere d   to consist of  a.   P o w e r loss o f  cho ke  i nd uc tor ( L f)  b.   P o w e r loss o f  sw itc h c ond uc t i on  loss ( D s)  c.   P o w e r loss o f  shu n t i n g c a pa c itor   (C1)  d.   P o w e r loss o f  re s ona n t   i nd u c t o r   (L)  e.   P o w e r loss o f  re s ona n t   c a p ac it or ( C)  f.   Power   loss at the fall time (tf )   Thu s , t h e  e ffi cie n cy  of   t h e c l a s s E p o w er a m p lif i e r  c an  b e   wri t te n a s     ɳ        (8)     H o w e v e r ,  t h e r e  i s   a l s o  a n   e l e m e n t   o f   i n p u t  Z i n  a n d  l o a d   Z L  i m p e da nce   e q u ili bri u m   tha t   n ee ds  t o  b e   asce rtai ne d  to   p ro duc e   the   m a xim u m  p o w e r   a t   t he  o ut p u t   o f   t he   c l a ss  e   p o w e r   a m p lifi e r.  F i gure   (4)  il lus t r a tes  the im pe da nc e  ma t c hin g   [ 2 5 ].       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :    9 3 5   –   9 42  94 0     F i gur e 4.  Impe d ance  m atc h i n g ( Z i n   =   ZL)       The   a p p l i c a t i on  im peda nc e  m a tchi n g   o n   ZV S   Cl a s s  E   p o w e r   am pl i f i e r   h as  b ee n  di scuss e d  b y   Yu sma r n i t a   Y u s op   e t . a l   ( 2016 )  [ 3 0 ] .   Th e  au tho r   d e s c r i b e s   t h e   w a y  to  d e s i gn  the   Cl a s s- E  a m pli f ier  with  a n   im peda nc e ma tc hin g  c ir c u i t  π lb.   C o mpe n sat i on  t o pol og ies  of h ig h - p ow e r   w ir e l ess pow e r   t r a ns fer   sys t e m s has   be en  p r o po sed   by  We i  Zha ng  ( 2 016)   [ 3 1 ] .   The   aut hor   r evie w e d  se v er al  t ype s  of  i m p eda n ce  m a tc hi n g   t opo log i e s   a n d   sp e c i a li zed   f un ct ion .   H o w e v er,  b o th   c ou pl i ng  pl a t e   i mp e d an c e   s h o u l d  b e   i nv ol ved   in  d e si gni ng   t h e   i mp e d a n c e   mat c h i n g   c i r cu it .   Thu s ,   th e   co up lin g  pl at e  whi c h  a ppl i e d   n e e d   t o  e x p r ess   i n to   a   m odel i n g   a n d  con s ide r ed  t o  get   the   o p t i mu m   ou tpu t   pow e r   i n  t h e  del i v er y.   T h e   c o u p l i n g  pla t e  m o de lli ng   h a s   be en  d o n e   [3 2] .   Bes ide s   t ha t  c l a s s  e  p o wer   a m pli f ier   a l s o   h av e  t h e  l i m i tat i on   o n  the   oper a ti ng  fr eq uenc y.   I t  is  be cau se ,   w h en   t he  p ow er   a mpli fie r   d es igne d  f o r   hi gh  op e r ati n g  f req u e n c y ,  it  wil l   i ncre ase  the  ca paci t a nc e  o f   m o sfet  o utp u t  a nd  bec o me   h i gher   t h a n   t he  r equ i r e d  t o   o pe r a te  z e r o   v ol ta ge  s w itch i n g .   Th us,   t h e   m a x i mum   ope r a ti n g   f r e qu enc y   v a l ue  f or   5 0 %   d u t y  c y cl e  i s   g ive n   b y  [ 32]        .      (9)     The r ef or e  t h e  cho i ce   o f  the   MO S F ET  com pone nt  m us t  t a k e   i nt o  ac c oun t  t h e   v a lu e  of   t h e   out put   c a pac i t a nce,   i n  w h ic h  the   l o w   ou t p u t   c a p aci ta nce   is  m or e  capa b l e   of  o per a tin g   a t   h i g h e r   f r e que nc ies  switc h i n g   o pe r a ti on .   Bu t  i t   st ill   r estric ts   o per a t i ng  fre que nc i e s ,   e x ce pt   w he n  ma k i ng   m od i f ica t i ons   t o   switc h i n g  c l a ss  E ampli f ier  circ uits.     3 . 4 .   M e diu m  o f  d a ta  telemetry   D a t a  t r a n s f e r   i s  o n e  o f   t h e   m a i n  p a r t s  o f   t h e   i m p l a n t a b l e   d e v i c e,   i n  par t ic ular   t he   t y p e  o f   m on i t or in g   a nd  c o n t r o lli n g   dev i ce s.   T he  m ain  t h in g  e m pha siz e d   i n  te le me t r y   d ata  i s   t he   a bi l i t y   o f  d a t a   t o  be   t r a ns mitte d   w i t h o u t   i nter r u pti on  a nd  the  ac cur a cy  o f  t h e  data  r e c e i ve d  t o   t h e   r ec e i ve r   c i rc u i t .   T hus,  t h e   st udy   o f   d a t a   tra n sfer  a pp l i c a ti o n   o f  c a pac iti ve  w ireless  tra n sfer  a lso  s h o u l d  be   c ove r e d.   A m i r   M.   S oda g a r   a n d  P a r v iz   A m ir i  [2]   has   be e n   p r opose d   a   m e t h o d   f o r   pow e r   a n d   d ata  w i r e les s  tra n sfer  u sin g   c apa c i t i v e  p l a t e .   T he   a u th or s pro p o s e d two  d i f f er en t se ts of   c o u p l i n g   c a pac itor  p l a t e  whi c h  to  tr an s m it p o w er   a n d  d at a   re sp ec ti v e ly ,   whi l e  t h is a p p roac h wi ll l ead  t o m o re  t issue  losse s.     3 . 5 .   Dra w ba c k s  a n d  so l u tio n   m e d ium   P o w e r   tr a n sf er   e f f ic ie nc y  P TE  is  a n  i m por t a nt  v a l ue  w h i c h   t o  en s u r i n g   t he   f i n a l   l oa d  r e c e ive  e n ou g h   pow e r   f or   t he ir   c ir cu it   o per a t i o n .   S i nce   t h e   C P T  e f f i c i e n c y   v er y   se n s it i v e  t o   c ha nge s   in  t he  a lig nm ent   of   c o u p li n g   capa c iti ve   p la tes,   t he   pow e r   d e l ive r y  on  t h e  r e cei v e r   will  be   i nco n s i st e n ce   v a l ue .  Thi s   i s  a   c h al len g e   for r e sea r che r s to fin d  sol u ti ons  t o  the i n c o n s is ten t  pro b l em s  of   pow er   o u t pu t .     The   a u t o - t u n i n g  s y stem   h as  b ee n  pr op ose d   f or   t h e   c ap ac i t i v e  p o w er  t ra n s f e r  b y   K ai   L u   an d  Sing  K i o ng  N g ua ng  [ 33]  to s o l v e  a n   i nc o n sis t e n t  ou t p u t   p ow er .   The a u t h or  sta t e d  tha t  t he  c ha nge s  i n  t he  a l i gnm en t   of   c ou p l i ng  ca pa ci t i v e   p late  w hi c h   r e p l a ce   t he  l oad  of  c la ss  e   p o w e r   a m p l i f i e r   w i l l  c a u s e  t h e  i n c r e m e n t  t h e   swi t c hi ng   l o ss o f  t h a t   sy st e m ,  an d   t h e   ef fi ci en c y  o f   t h e  sy st em   w ill   d r o p s i gn i f ica n tl y.   T h u s,  a  li n ea r   qua dr at ic  G a u s s i a n  ( L Q R )  c o n t r o l l e r   h a s  b e e n   p r o p o s e d   t o   a d j u s t   t h e  o p e r a t i ng  fr e que nc y  to   m ai nta i ni n g   t h e   r ece i v e r   ou t p u t   v o lta g e .   H o w e ver ,   t he  s ys tem   a ppr oac h e d   r e q uir e   t he  o ut p ut  v o l t a ge  v al ue   a t  r e ceive r   par t   a s  th e   co nt r o l l e r   r e spo n d   w h i l e   m ost   a u t o   t u n i ng  c o n t r o ll e r   unit   p l a c e d  o n   t ra nsmi tter  par t .   Th us,   th is  s y s tem   de ma nd s  ano t h e r   w i r e le ss  c om munica tio n  to  oper a t e   t he  c on tr o l l e r.  Rez a  Er fa n i   e t. al  ( 201 7)   [ 3 4 ]   h as  b e e n   us i n g   sma ll  ma gne t s   t o  c a t er  t h e   m i s ali g n m en t   a n d   a l so  pr opose   t h e  l a r g er   t r a nsmi t t e r   p la t e  t o co ver   l o sse s  d ue t he m i sal i g n me nt  w ith sma ll r e c e i ver   pla t e.   I n   o r de r   to  im pr o v e  t h e  e f f i c i e n cy   o f   c h a n g i ng   p ow er   t r a nsfe r r e d,   t he  s t u d y   r e m a i ns  ope n  t o   d isc o v e r   the   bes t   s o l ut i on.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       C a p a c i t i v e  p o w er  t r a n sfe r  in  biom e d ic al  i m pla n t a ble d e vic e :  A  review ( M uh am m a d Z a ki  bin M u st a pa)   94 1 The  impr ove me nt  c a n   b e  st ud ied   th r o u gh  se ve ral  parts   o f   t he   s ys tem ,   s uc h  as   t he   f ee dba ck  a nd   r eg ul at i ng  t h e   opera tin g  fre q u e n c y ,  de sig n   o f  im p e da nce   m a tchi n g ,  an d  des i g n   o f  co u p lin g  c a p a c iti ve   p l a te   [ 3 5 ] .   T h u s,  a n  efficient  and  reli a b l e   w ay  o f  ca pac i t i v e   w i rele ss  p ow e r   t ra nsfe r  fo r  i m p l a n t a b l e  bi o m e d i cal   d e v ic es   i s  e x p ect ed  as a   s u c c e ssful  ou t co me.       4.   CONCL U S ION    Th is pa p e r   i s   to pr e pa r e  a co m pr ehe n s i ve   r e v ie w   a b o u t  C P T  ba s ed   o n   bio m ed i cal   i mp l a n t abl e   d evi ce  app l ica t i o n  bas e d  on   t he  p re v i ous  r esea rche r s   r epor t.   B a s e d   o n  t h i s   s tud y ,   c ap a c itiv e   p o w e r   t ra n s f e r  sy stems   are   a   ne w   m e th od   t ha t   has p o te ntia l t o   a pp l y  t o   b i om edi c al   i m p l ant a bl e  d e v i ces.  It   w a s   t he  s olu t io n  to   t he  I PT   pro b lem   w h ic h  t h e  CP T  ap proac h es  e lim ina t e d   t he  r e l a t i v e l y  l a rg e  e l e c trom ag net i c  inter f er e n ce   f ro m   the  sens iti ve  e l e c t ron i c  im pla n ta bl e   de vice.   T he  p ri nc i p le  o f  t h e  C PT  w i r e l es s  po wer  tra n sf er  i s   a b ou t   th e  di sp lac e m e n t   c urr e nt  t o  tran sfe r   t he   pow e r   b etw e e n   t w o   c on tac t l e ss  con d u ct or  p late s.   T he   p a r am e t e r   i s   elec tr ic  f iel d   s t r eng t h,  E   i s  m o s t   a ffe c t in g  th e   di s p lac e m e nt   c urr e nt  v a l ue.   H o w e ve r,  a ll   t he   p ara m e t e r s  w e r e   li m i te d  b y   t he   b iome di c a l   i mplan t a b le  d e v i c e   s p ec if icat io n.  T he   B ios a fe ty  c ompa ra ti ve   w ire l e ss  p o w e r   trans f e r   h a s   b een  p ro pose d   i n   dee p   b y  A h m e d  I.  A l - K a lba n i  e t . a l   [ 4 ] .  The   i nve st iga t i o n   pr o v e d   t hat   t h e   elec tr oma gne t i c   sim u l a t i o n s  i l l u stra te d  tha t   a   p ow erin g  sc hem e   u til iz in g   c a pac iti ve  c o u p l ing  y i el ds   s m a ller  10- g S A R va lu e s  com par e d to  ind uc t i ve  co u p l i ng.  C lass E ZV S   inv e r ters kn o w n   a s t h e m o st  e ffic ien t  inve r t er   w h ic h  t h e  sw i t ch  c l o se d  a t   z e r o  v o l t a g e  c o ndi t i o n s  occ u r r ed  i f  a ll  c o m p o n en ts  v a l ues   o f   p ro per l y  des i gne d.  H o w e ve r,  t her e   i s  als o   a n  e l em ent  o f   i nput  Z i n   a n d   l oa d  ZL  i m pe da nce  e q u i l i b ri u m   t hat  nee d s  to  b e   asce rtai ne d  t o   p ro duce   t h e  m a ximum   p o w e r   at  t he  o u t p u t   o f  the   c la ss  e   pow er  a mpl i f ier.   S ince   t he  C PT  efficie n c y   v er y   se nsi t i v e   to  c h a nge s  i n   t he  a l i gnme n t  o f   c ou pl i ng   c apac it iv e  p l ate s ,  t h e  po wer   de live r y   on  th e   rec e iver   w il l   b e   i nc on si s t e n c e   v a l ue .  In  o r d er  t o  impr o v e  the   e ffi c i en cy   o f   c h angi ng   p o w er  t ran s f e rre d ,  t h e  stud y  rem a ins  ope n  to  d isc o v e r  the  bes t   s olut i on.  T he   i mp r ovem e nt   c an  b e   st udi e d   t h r ou gh   s ev era l   p a r t s   o f  the  s y stem ,   such  a s  t h e  fe ed b a c k   a n d   r egu l a t i n g  t h e  o p er at ing  f re que nc y,  d es ig n  o f   i m p e d anc e   m atc h in g,  a nd   des i g n   o f  co u p lin g  ca pac i tive   pla t e.   H o w ev er,   the r e  are   so  m a n y   t h i ng s   ha s  t o   m aster   in,  espec i a lly  on  t h e  st a ndard  o f  pr oce d u r e  of  t he   d esi gni n g   c ap ac i t i v e  w i re les s   pow e r  tra n sfer  f or  b iom e di cal  p ra ct ice.   T hus,  t h e   aut h or pr e par e s se vera l   pl a n n i n g   f or  f ut ure  w o rk for these   r e s e ar ch a nd d e ve lo pm en t.   The  de vel o pm ent   o f   c a p ac it i v e  pow e r   t r a ns fer   i n   b i o m e d i cal  i mpl an ta bl e  de vice   s ho u l d  have   t he ir  spec ific   m ode l lin g  w h ic h  is  t o  co nsi d eri n g  ever y  pa ram e t e r   w h i c h  e f fe ct in g  t h e  w h ole  oper a tin g  sys t e m .  The  mode l lin g   w a s  i n cl u d e  th e   p o w e r   m a nage me nt   c irc u it,  c ou p lin g  ca p a c i t o r   w i t h  t i s s u e ,  a n d  t h e  r e c e i v e r   p a r t   w ith  i m p l a nt   d evic e  as  t he i r   l oa d.  T o  de sig n   the  s y st e m ,   all  th e  l i mi ta ti on  in  t e r m   of  b i o s a fet y   a n d   t he   d e v ic e   requ ire m e n t  s h ou l d   b e   f o ll ow e d .  To  e nsure  t h e  v i si on  of  b io  e le ct roni c   med i c i n e   t ec hno lo gy   y et   t o   co me,  t h e  pat h  f or the  i nv e n tor   adva nce m ents i n  capa c iti ve  w irele s s  p o w e r   t ransfe r is be c om i n g  cle a r er.       ACKNOW LEDG E MEN T S  The   au t hors  w o u l d  l i ke  t o  th ank  U n i v ersi ti   T ekn i kal  Mal a ys ia  M e l a ka  ( UTeM)  and  Mi nis t ry  o f  Sci e n c e,  T e c h nol ogy   a nd  In nov at io n  fo r  spo n s o r ing   th i s   w o r k  un d er   t he  S c i ence   f un d   gra n t     (06-0 1 -1 4- S F 0 1 3 8L 0 0 0 3 0 ).      REFE RENCES    [1]   K .  A g a r w a l ,   R .   J e g a d e e s a n ,   Y .  X .   G u o ,  a n d  N .   V .  T h a k o r ,  “ W i r e l e s s   P o w er  T rans f e r  Strat e gies  f or  I m p lan t able  Bio e lectro ni cs ,”  IE EE  Revi ews i n   Bio medi ca l  En g i neer ing ,  v o l .   1 0 .   p p.   1 3 6–1 61 ,  201 7.   [2]   A.  M .  S o dag a r  and   P .   A m i ri ,  “Cap acit i ve  c ou pl ing   f o r  p o w e r  and   dat a   t ele m etry   t o   i m p l antab l e  bi om ed i cal  m i cros y s te m s , ”   i n   20 09   4 t h   In ter n a t i onal  IEEE/EMBS   Con f er ence o n  Neur al  En g i n eer ing ,  NER   ’0 9 ,  pp .   4 11– 41 4,  2009.   [3]   D.  R o zario ,  N .   A .  Azeez,  a n d   S .  S.  W il li amson,  “ A n a l ysis  a nd  de si gn   o f   co up lin g  c a p acit o rs  f or  c o n tactles s   capa c i tiv e  p o wer transf er  s y s t e m s ,” in 20 16   IEEE  T r an sp o r t a tio n Elect rifi cati on  Con f er ence a n d  Exp o ,  IT EC  2 016 ,  20 16 .   [4]   A .  I .   A l - K a l b a n i ,   M .  R .   Y u c e ,  a n d  J .   M .  R e d o u t e ,   “ A  b i o s a f e t y  c o m p a ris on  b e tw ee n   c a pacit i v e   a nd   i nd ucti ve   cou p l i ng  i n   b i omed ical  im p lants, ”  IEEE  A n t e nna s W i r e l.  Pro pag.   L e tt .   vol.  13 , pp .   1 16 8–1 17 1,  2 0 14.   [5]   A.  M .   S odag a r  and   K.  N a j afi,  “ Wire l e ss   i nterf aces  f o r   i m p lant ab le   b io me d i c a l   m i c r o s y s t e m s , ”   in   Mid w e s t  S y mp osium  on   C i rc ui ts  an d S y ste m s,  vo l . 2 , pp . 2 6 5 – 2 6 9 , 2 00 6.   [6]   M .   T ak hti,  F .  Asg arian ,   a nd   A .  M .   S o d agar,  “ M o d el in g  of  a   cap a c it ive  link  f o r  data  t elem etry   t o   bi o m e d i cal   implants, ”   i n  2011   IEE E  Bio m ed i c al  Cir c ui ts  an d  S y st e m s   Co n f er en ce ,  Bio C AS  20 11 , pp . 1 81 – 1 8 4 ,   20 11 .   [7]   Fariborz  M usavi ;   M urray  Edington ;  Wilson  E be rl e,  “ W i re l e ss  p o we r  trans f er:  A  surv ey  o f   EV   b at tery   c harg in g  tech no log i es ”, in  IEEE  En e r g y   C o n v e r sion  C o n g r e ss  an d  Ex po sit i o n   (ECC E) ,  20 1 2 ,   p p.  180 4-1 810.   [8]   R.  J eg adees an,  K .   A g a rwal,   Y . -X .  Gu o,   S .-C.  Y en ,  and   N.   V .  T h ak or,  “W ireles s  P o wer  Del i v e ry  t o  F l ex ible  S u b c utan eou s  Im p lants Using  Capaci ti ve Co u p l in g,”  IE EE T r an s.  Mic r ow.  The o r y   Te c h ., vo l .   65 ,   n o . 1 , 2 01 7.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   935  –  9 42   94 2 [9]   Qu an  X io ng 1 ,   “ Wirel e ss  Charg i ng   D ev i c e  f o r  A r tifici a l   C ard i ac  P acem aker ”,  Int e rnati o n a l Con f er e n ce on   Inf o r m a tio n  T ech no log y  an d M a n a g e men t  In nova t i on  ( I CITM I) ,   A t l an tis Pre ss ,   p p . 76 5 - 76 8,  20 1 5.  [10]   Chao   Liu;  A i g u o   P a t r ick   Hu ;   Ni rm al-Kum ar  C .   Na i r ,   “ C oupli n g   st u dy  o f   a   r o t ary  Cap acit i v e   P o w er  T ran s fer  syst e m ”,  in  IEEE Inter n a t i onal Co nf eren ce   on  Ind u st ri a l   T echn o lo gy ,   2 0 0 9 , p p . 1 -6 .   [11]   Hu a  Z h ang ;   F ei  L u;   H eath  Hofmann;   W e i g uo  Liu;   C h r is  M i,   “ A  Larg e   Ai r-Gap   C apaci ti ve  P o w er  T rans f e r  S y stem   w i t h  a  4 - P l a t e  C a p a c i t i v e  C o u p l e r  S t r u c t u r e  f o r  E l e c t r i c   V e h i c l e  Ch argin g   A pp licatio ns ”  in   IE EE A pplied Powe r  El ectro n i cs  Co nferen ce   an d E x pos it io n   ( A PE C ) , p p. 17 2 6  –  1 73 0,   2 01 6.  [12]   M .  K lin e ,  “ C ap a c i t i v e  P o wer T r a n s f er, ”   R eport ,   pp.   1 – 35,   2 0 1 0 .   [13]   R.  J eg adees an,  K .   A g a rwal,   Y . -X .  Gu o,   S .-C.  Y en ,  and   N.   V .  T h ak or,  “W ireles s  P o wer  Del i v e ry  t o  F l ex ible  S u b c utan eou s  Im p lants Using  Capaci ti ve Co u p l in g,”  IE EE T r an s.  Mic r ow.  The o r y   Te c h ., pp .  1 –1 3, 2 01 6.   [14]   L.  H uan g ;   A.  P .  Hu ,  “Defi n i n g   th e  m u tu al  c o u p l i ng  o f   cap a c i t i v e   p ow er   t rans f e r  f o r  wireles s   p o w er  t ransf e r”,  i n   IET  Jo ur na l s   &   M a gazin es, Elect ro n i cs  L e t t er s ,  22n d  O c to ber,  V o l .  5 1   N o .   2 2   pp.  18 0 6 – 1 807 ,   2 015.   [15]   K.  R amrak h y a n i ,  S .   M i r abbas i ,  M u   C hiao,   an d   C.  M ,  “ D es i g n   and   o p t i m ization   of  r eson ance-b a sed  effi cien t  wi reles s   p o w er  d eli v ery  s y stems  f o r  bio m ed ical  i m p l a nts,”  IE EE  T r a n s.   B i om ed .  C i r c ui ts  S y s t .,  v o l.  5 ,  no .  1,   p p .   48 –6 3,   2 01 1.  [16]   “Su mmary  o f   bl ood  brain  barri er  ( BBB)  p ermeabi l ity”,  i n  IE EE   S t andard   f o r   S af ety   Lev e ls   w ith   R es pect  t o   Hu m a n  Ex po sure  t o    R adi o   F requ ency   E l ectromagn etic F i e ld s, 3  k Hz  t o   3 00  GHz,   IE EE   S t d  C95 .1-2 00 5.p p . 5 7 , 20 0 5 .   [17]   J .  D a i  a n d  D .   C .   L u d o i s ,  “ A   S u r v e y   o f   W i r e l e s s  P o w e r  T r a n s f e r   a n d   a   C ritical  C o m paris on  of   I nd uctive  an d   Capaci tiv e  Coup li ng   f o r   S m a ll  Gap  A ppl icatio ns,”  IEEE  Tran s.  Power   Electron .,   vol .   30,   n o .   11,   p p.   6 0 1 7 – 6 0 2 9 ,   20 15 .   [18]   Vl adim i r   V ulfin,   S h a i   S a yf an-Alt m a n  &  Reuv en  I an c o n e s c u,   “ W i re l es s  power  t rans fer  for  a  pacem a ker  app l i c at io n”.  Jo ur na l o f  M e di cal En g i neeri n g   &   T echn o l o g y , 2 01 7.  [19]   M .   K li ne,  I.   I zyu m in ,   B.  B o s er, and S .   S and e rs, “ C apacit i v e   p o w er  t rans fer f o r  co nt ac t l es s  ch argi ng,”  in   C o n f e rence   P r oceedi n g s  -  IEEE Ap p lied  Po wer Electr onics  Con f er ence a nd  Expo si ti on   -   A P E C,   2 0 11,   p p .   1 398– 14 04.   [20]   R.  J eg adeesan ,  Y.   X .  Gu o ,   a n d   M .  J e ,  “Elect ric  n ear-f i e ld   c o u p l i n g  f o r  wi re less   p ower  t ransfer  in  b iom e di ca l   app l i c at io n s , ”   i n  20 13   IEEE   MTT - S  Inter nati onal  M i cr owave  W o r k sh op S e ri es on RF an d  W i r e less  T echn o lo gi e s   for  Biomedi ca l  a n d  Healthcare   A p pli c a t ion s ,  IMW S -B IO 2 013 -  P r o cee d i n g s ,  2 0 13 .   [21]   R .  E r f a n i ,  F .   M a r e f a t ,   A .   M .  S o d a g a r ,   P .  M o h s e n i ,   “ M o d e l i n g   a n d   e x p erim en tal  v a li dati on   o f   a  cap acit i ve  lin k  f o r   wi reles s   p ower  t rans f e r  to  b iomedical   i mplant s”,   IEEE Tr ansacti ons  on Ci rcui t s  and  Sys t ems  II:  E x pres s  Br i e f s ,  20 17 .   [22]   R.  J eg adees an,  K .   A g a rwal,   Y . -X .  Gu o,   S .-C.  Y en ,  and   N.   V .  T h ak or,  “W ireles s  P o wer  Del i v e ry  t o  F l ex ible  S u b c utan eou s   I m p l a n t s  Us in g  Capaci ti ve  C ou pl ing, ”  IEE E  T r ans .  Mi cro w .   T h e o r y   T ech .,  vo l.  6 5,  n o.  1 ,  pp .  28 0 – 29 2,   201 7.   [23]   M .   P .   T h eod o ri d i s ,   “ Eff ect ive  capaci ti ve  p o w er  t rans f e r,”  IEEE   T r ans. Pow e r Ele ct ron .,   v ol.   2 7 ,   n o .   12,   p p.   4 9 0 6 – 49 13 ,   2 0 1 2 .   [24]   T.  M .  M o staf a,  A .  M u haram,  a n d   R .  Hatt ori ,   “ Wi reless  b a tt ery  ch arg i n g   s ys te m   f o r  dro n es  v ia  cap acit i v e   power  tran sf er, ”   i n   2 017  IEEE P E LS   Wo rk sh op  on  Eme r g i n g  Te c h no log i e s :  Wire le s s   Po we r  T r a n s fe r ,  WoW  20 17 ,   2 017.  [25]   J .  K i m ,   D .  H .   K i m ,  a n d  Y .   J .  P a r k ,  “ A n a l y s i s  o f   C a p a c i t i v e   I m p e dan ce  Mat c hi ng  N e two r k s   f or  S im ultan e ou s  Wi reles s   P ower  T ransf e r  t o  Multiple  D e v ices,”  I EEE Tr ans. Ind.  El ectr o n .,  vo l .   6 2 , no .   5 ,   pp . 2 80 7– 2 8 1 3 , 20 1 5 .   [26]   J.  J .   Casanova,  Z .   N .  Low,  a nd  J.   L in ,   “Design  and  optimizat ion   o f   a  c l as s-E  ampl ifi e r  f o r  a  l oos ely   co up led  pl an ar   wi reles s  po w er s y s tem,”  I E E E  Tr an s.  C i rc u i t s   S y s t .   I I  E x pr e s s Br i e fs , v ol .  5 6 ,   n o .   1 1 , pp . 8 30 –8 3 4 ,   20 09 .   [27]   H.   Z h a ng,   F .  L u ,   H.   H ofm a nn,   W .   Li u ,  and   C .   C.   M i,   “ A  F o ur-Pl a t e  Co mp act Ca p acit i v e   C ou p l er  D es ign   an d  L C L- Com p en sat e d  To pol og y  f o r  Ca pacit i v e   P o w er  T rans f e r  i n   E l e c t ric  Ve hic l e   Ch a r ging   A pp lic a tio n,”   IE EE  T r ans.   Po wer E l ectr o n .,  v o l.   3 1 ,   n o .   12,  p p.   8 54 1– 85 51,  20 1 6 .   [28]   Vru s hali  B.  G ore,  D han a sh ri  H .  G a wal i ,  “Wire l ess   P o w e r  Tran sfer   T echn o lo gy   f o r   M edi c a l   A pp licat io n s ”.  I n   IEEE   Con f eren ce on  Ad van ces i n  S i g nal  P r o c es s i ng   ( C AS P) ,   2 01 6 ,   pp.  45 5 -4 60 .   [29]   D.  C .  Lu do is ,  J .   K .  Ree d ,  an d  K .   H anso n,  “ Capacit i v e   p o w er  t ran sf er  f o r   r otor  f i e ld   c urren t   i n  s y n c hron ou s  m achin es, ”   I E EE Trans. P o wer  El e c t r on . ,   vol.  2 7 ,   n o .   1 1,  pp.   4638 –4 645 ,   2 01 2.  [30]   Y.   Y us op ,  S.   S aat ,   Z.   G han i ,   H.  H usin ,  and   S.   K .   Ng uang ,   “ C apac i t i v e  p o wer  trans f er  w i t h   im p e d a nc e  m a tch i ng  n e two r k,”   in   2 01 6  IEEE 12th In t e rn ation a l  Co llo q u i u m  on  Si gn a l  Pr oces si ng &  Its  Appli c ations  ( C SP A) ,   201 6,   p p .   12 4– 129 .   [31]   Y.  Y usop ,   S.  S a a t,   S .  K.  N guang,  H .  Hus i n,  a nd  Z .  Ghani,   “ D e sig n  o f   C ap a c i t i v e  P o w e r  T r ansf er  U s i n g   a   C l a ss -E  Reso nant   I nv erter, ”  J.  P o w e r  E l ec t r o n .,   v o l .  1 6 ,  n o .   5 ,   p p .   1 678 –168 8,   2 01 6.  [32]   W.   Z hang   a nd  C.   C .  Mi ,  “Com p e n s ati o n   top o l ogies   o f   h i g h -p ower  w irel e s s  p o we r  t r ansf er  s ys t e m s ,”  IE E E  Tr an s .   Ve h. Te c h no l . ,   vol .  6 5 ,  n o .   6 ,  pp.  47 6 8 – 4 778 ,   2 016.   [33]   K.  L u  and  S.  K .   Ngua ng,   “L QG  co ntrol  of   capacitive  power  t ransf e r   s ys te m , ”   i n   2 01 7  IEEE P E LS  W o rk sh op  on  Em erging  T echnol og ies: W i r e less P o wer  Tra n sf er ,   WoW  2 017 ,  201 7,   pp.   1 2 8 – 132.   [34]   R .  E r f a n i ,  F .   M a r e f a t ,   A .   M .  S o d a g a r ,   P .  M o h s e n i ,   “ M o d e l i n g   a n d   e x p erim en tal  v a li dati on   o f   a  cap acit i ve  lin k  f o r   wi reless  p o w e r  tran sf er  t o  b i omed ical   i m p lan t s ” ,   IEEE Tr ansacti ons  on Ci rcui t s  and  Sys t ems  II:  E x pres s  Br i e f s ,  20 17   [35]   R.  E rf ani,  F .   Maref a t,  A .   M .   S od agar,  and   P .   M oh seni ,  “Trans cut aneous  capacitive  wirele ss  p o wer  transf er  ( C- WPT )  f or biom e d i cal  im p lan t s, ” in  P roceed ing s   -   IEEE Interna t ional Sympos i u m  on  Cir c uits  an d   S y st ems , 2 01 7.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.