Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   4 ,  A ugus t   2020 ,   pp.  3483 ~ 34 91   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 10 i 4 . pp3483 - 34 91           3483       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   The desi gn of IP T system  for mult ipl e kitch en applianc es  us ing  class E  L CCL ci rcuit       N.   X .  Y in 1 ,  S.   Saat 2 ,  S.  H. H usin 3 ,  Y.   Yu s op 4 ,  M.   R.   Awa l 5   1, 2,3,4 Cent re   for T el e comm unic at i on  Resea r ch and   Innova t ion  (C e TRI),   Fa cult y   of   El e ct roni c and  C om pute r  Engi n e eri ng,   Univer siti   Te kn i kal   Ma lay sia   Me la ka ,   Ma lay sia   5 School  of  O ce a n  Engi n ee ring ,   Univer siti   Malays i a  T ere ngg anu  ( UM T),   Mal a y s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   J un  13 , 2 019   Re vised  Jan  17 ,   20 20   Accepte d  Fe b 2 , 2 020     Since   m an y   y e ars  ago,  ki tc he n  appliances  a re  powere d   up   b y   c able   conne c te d .   Thi s  cre a te   a  troublesom e  ca se  as  wir e  m ight   ta ngle   t oget her   an d   ca use  ki tc h en  t a ble   m ess y .   Due  to  thi s,   wire l ess  power  tec hnolog y   (W PT)  is   int roduc ed  as  it s  abi li t y   is  to  tra n sm it   power  to  lo ad  without   ph y si ca l  con ta c t .   Thi s  leads  to  cor dle ss   soluti o n  bet t er  in   saf ety   as  the   p ro duct   c an  b e   complet e l y   se al,   highly   expa nd abl e  power  ran ge.   Thi s  work  foc uses  on     the   design   of  W PT   base d  on  ind uct iv e  appr o ac h  to  power  up  m ul ti ple  kitchen   appl i anc es.   The   sele c ti on  of  ind uct iv e  appr oa ch   over   it s  par tne r s  ca pacitiv e   and  ac ousti c  is  m ai nl y   du e  to  high  power  eff i ci en c y .   Cl ass  E  inve rte r  is   proposed  her e   t o  conve r t  th e  D C  to  AC  cur ren t   to   driv e  the   ind uct iv e  l ink.   A  1  MH z  oper a ti ng  fre qu ency   i s  used.   To  ensu re  the   ci r cui t  is  robust  with  loa d  v ari a ti ons,   an  LCC L  imped anc e   m at ch ing  i s  proposed.   Th is  soluti on  is   t able  to  m ai ntain  the   output   power  if  the re  i s  a  slight   cha nge  in  loa d   impedanc e .   Fin al l y ,   th e  d eve lo ped  proto t y pe  i s  abl e   to  suppl y   50V   utpu t   which  c an ac hi e ve  power   tra nsm ission up  to   81. 7 6%.   Ke yw or d s :   Cl ass E in ver te r   Im ped ance m atch in g   Ind uctive  pow er tra ns fe r   Mult iple kit che n  a pp li anc es   W i reless  powe r  tra ns fe r   Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   S.  Saat ,    Ce ntre fo r  Tel e com m un ic at ion  Resea rch  an d   I nnovat ion (C eTR I) ,   Faculty  of Elec tro nics and   C om pu te r  En gin e erin g,   Un i ver sit i Te knikal M al ay sia  Mel aka ,   Hang T ua h  Jay a, 76 100 D ur ia n  T unggal , Me la ka,  Mal ay sia .   Em a il :  sh akir @u te m .ed u. m y       1.   INTROD U CTION   Nowa days,  wir el ess  power   tra ns fe r  ( WPT )  te chnolo gy  has  be com e  on e  of   t he  to p  resea rch  areas  f or   reli able  ap plica ti on s,  e sp eci al ly   in  low - pow e r  te ch no l og y  a pp li cat io ns   s uc h  as  cel l  ph on e   charge rs,   sm art  card  syst e m s,  rad i o  fr e quency  identific at ion  (RFID) ,  high - powe r  el ect ri c  ve hicle s  ( E V)  an d  bi o m edical   equ i pm ents  [1 - 5].  WPT  tran sfer s  power   or  energy  from   the  power   s ource  to  the  powe r  l oad   th rou gh   the  m edium   wi thout  a  c onnect ion   li ne  ( physi cal   co ntact )  [ 1 - 3].  T he  WPT   s yst e m   will   el i m inate   existi ng  high - vo lt age  t rans m issi on   cables ,  towe rs  a nd  su bst at ion s  be tween  powe r  sta ti on s  an d  c on s um ers,   as  well   as   facil it ie s  inter connecte d  by   el ect ri cal   te chnolo gy  plan ts  wo rl dw i de   [6 ] .  W P T' s  adv a ntage s  in   cable  el i m inati on   a nd  m ai ntenan ce - f ree  oper at io n  are  pa rtic ularly   help fu l  i n  kitch en  a pp li cat ion s  to  put  asi de    the ele ct ronic  kitchen  appli an ces we  u se  ev e ry d ay .     On e  of   t he  popula r  WPT  t echnolo gy  is  base d  on  capa ci ti ve   couplin g  bet ween   tra ns m itter  an d  receiver .  H owever,  e xistence   capaci to r  require d  high  withstan ding  volt age  al ong  with   the  high  ca pa ci ta nce   value  f or  a  gi ven   outp ut  cu rr e nt  w hich  m eans  that  this  kind  of  sup ply  is  on ly   pr ac ti cal   fo r  hi gh   powe r   app li cat io ns   [ 7,  8].  O n  the  ot her   ha nd,  ac ousti c  powe r  tr ansf e r  is  com par at ively   ne w   te chnolo gy  w hich  op ti m iz ing   sound  wav es  vi br at io n  or  ultraso nic  pro pagat e  wav es  to  convey  ene r gy  wireless  f or   powe r   transm issi on .  Althou gh   it   is  a  li gh t - base d  syst e m   bu t  sti ll   able  to  su pply   a  la rg e   a m ou nt  of  powe r.  Unfortu natel y,  it s d iff racti on l os s  directl y af f ect s ef fici ency  ov e r far  d ist an ce [ 9 - 11 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  4 ,  A ugus t   2020   :   3483   -   3491   3484   Du e   to  t he  a bo ve  m entione d  i ssu e,   this  w ork   f ocu se s  on  the   inducti ve   ap proach  in  orde r  t o  tra ns m i t   powe r  to   the  m ul ti ple  kitch en  a pp li a nces.   The   m et ho d  i s  al so  kn own  as  I nductive   P ow e r  T ra ns fe r   (IPT) .   IP T  syst em   of fer s   sev eral  a dvanta ges,  s uch  as;   1.  A bili ty  of  tra ns m it t ing   high - powe r  transm issi on ,  2.   C a n  handle  r obus tn ess  load  w hic h  m ean  m ob ilit y  of     m ul ti pl e  kitce n  utens il s  sh ift  aro un d  the  ta ble  [12 - 14] .   Althou gh   t he  AP T  c ou l d  ove rco m e  po w er  t ran sm issi on   an d  distan ce  lim i ta ti on   but  sti ll   the  hards hip s  of  la rg e   acoust ic   m is m at ch  of  t he  tr ansm itter  an d  receive r  with   the  m edium  co uld   le a d  t o  a  s eve re  li m it   on   the ef fici ency  of powe r  t ran s f er. He nce,  t he  i nductive a ppr oa ch  is  pr e fer a bl e in this  w ork.   Currentl y,  in  t he  com m ercial  m ark et   induct ion   c ooke r  us i ng   direct  in du ct ion   heati ng  of   c ooki ng   vessels,  rather  than  rely in g  on   i nd ire ct   ra diati on ,  c onve ct ion ,  or   the r m al   con duct io n.   I nductio n  c ooking   al lows   hi gh   po wer   an d  ve ry  r apid  inc reases  in  tem per at ur e   to  be  achieve d,   an d  cha nges   in  heat  set ti ng s  are  instanta ne ous  [15].  H oweve r,   in duct ion   c ooke r  only   ha s  lim i te d  tw o  slots  a nd  m ai nly  fo r  c ooki ng.   Also ,   in du ct io n  co oker  c ould  not  be   sh i fted  f ro m   on e  l oc at ion   to  a nother  l ocati on   ea sil y.  By   util izi ng   I P T   syst e m ,  the  po wer   can  be  transf e rr e d  to  m u lt iple  kitchen  app li ance s  an d  enab le   to  po w er  up   no t  only   cooke r   bu t  al so   bo il er ,   fr uit  ble nd e r,   m ixer  and   oth e rs.   Be sides  tha t,  the  kitchen  l oad   is  sh i ftabl e  around  the  ki tc hen   ta ble  and   this  increases  the  f le xib il it y  on   prepa rin g  f ood.   Ther e f or e,  in  t his  wor k  wirel ess  m ulti ple  kitchen  app li anc es syst e m  is p r opos e d usi ng in du ct iv e ap proac h.       2.   OVERVIEW   OF THE  P ROP OSED  IPT   METHO D   Figure  1  s how s  the  pro pose d  IP T  syst em   fo r  this  w ork.   T his  prot otype  is  desig ne d  to  deliver  hi gh   powe r  (at  le ast  50W)   with  th e  su pply   vo lt age  up  to  50V  and   ef fecti ve  di sta nce  gap   is  5cm .  Mosfet  dr iver  i s   us e d  to  s upply   5V  volt age  t o  dr i ve  Mos f et   i n  Cl ass  E  Inve rter  ci rc uit.   IR FP25 0 N  M osf et   is  us ed  he re   as  its   able  to  switc h  at   1  MHz  fr eq uen cy   with  50%  of   duty   cy c le .  High   f re quency  switc hing   al lows   power  to  be   trans fer e d  in  a  sh ort   durati on  [16].             Figure  1 .   IPT s yst e m  b lock di agr am           Figure  2 .   Ge ne ral over view  of  the  pro j ect   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e  desi gn o f  I PT syste m  for   mu lt iple ki tc he n appli ances  usi ng class  E LC CL  ci rcuit   ( N. X.  Yin )   3485   In   IP T  syst em ,  a  high  fr e quency  cu rr e nt  is  desire d  to  dri ve  the  m agnet ic   fiel d  coupler  s o  tha t     the  m agn et ic   flux   ca n  flo w  thr ough  it   to  pro vid e  the  l oa d  with  the  require d  powe r.   Ther e f or e,  a  C la ss - E  inv e rter  is  desi gn e d  as  the  hig h  fr e quency  inv e rter  [ 17,   18]   at   the  trans m it te r  to  conver t   DC  source  to   AC .   On  the  oth e r  hand,  the  pro bl e m   of   power  loss  durin g  th e  transm issi on  process   is  overco m e  by  pro po si ng   LCC L  i m ped a nce  m at ching   ci rcu it s  at   the   receiver   pa rt.  The  overall   il lustrati on  of  th e  w ork  is  sho wn  i n  Figure  2.       3.   METHO DOL OGY   The basic  c onc eptual  desig n o f  this  prot otype  is sho wn in Fi gure  1  a nd Fi gure  2 res pecti ve ly .      3.1 .   Clas s  e in verte r desig n   Cl ass  E  I nver te r  is  a  well - known   ci rc uit  i m ple m ented  f or   high   f re qu e ncy  a pp li c at ion s  [19].     The  ci rc uit  ha s  low  switc hi ng  losse s  with   high  f re qu e nc y  ou t pu t  wh ic h  be ne fits  to  our  propose d  syst e m .   Ba sic al ly ,  cl as s  E  in ver te r   is  cat egorized  a s  cl ass  E  zer o  vo lt age   switc hi ng   (Z VS )   in ve rter  a nd   t he  c la ss  E   zero cu rr e nt s witc hing  (ZCS )  in ver te r.  T he   cl ass E in ver t e r  ci rc uit i s sho wn in Fi gure  3.           Figure  3 .   Cl ass  E  ci rc uit       The  ci rc uit  co ns ist s  of  powe r  MO SFET  op erati ng  as  a  s witc h,   L - C - R  s eries - re sona nt  ci rcu it ,  s hunt   capaci tor   C1,   and  ch oke  in duct or  L f.   T he  switc h  t urns  on  a nd  off   at   th e  operati ng  fr e qu e ncy,  f=ω/ 2π   wh ic h  determ ined  by  a  dr ive r.   Be sid es  the  low  in put  of   t he  MOS FET  gate,  Vg.  as  the  volt age  dr ai n,   V d  s houl d  be   three  ti m es  great er  tha n  V g  to  e nsure   the   res on a nce   ta nk  not  be  bur ned.  T he  resis tor  R   is  a n  ac   loa d.    The  c hoke   in duct ance  Lf  is   a ssu m ed  to  be  hi gh   e noug h  s o  that  the  ac  cu rrent  ri pp le   on  t he  dc  s upply  c urren t  I1   ca n  be  ne gl ect ed.   A  sm al l   ind ucta nce  wi th  a  la rg e  cu rrent  rip ple  is  also   possi ble  [20 ] .  Wh e n  the  s witc h  is  ON,  the  resona nt  ci rcu it   co ns i sts  of   L ,  C,  a nd  R  beca us e  t he   capaci ta nce  C1  is  short - ci r cuite d  by  t he  s witc h.   Howe ver,  w he n  the  s witc h  i s  OF F ,  the  res on a nt  ci rc uit  con sist s  of   C 1,  L,  C,  a nd   R  connecte d  in  s eries.   Be cause  C1  an d  C  are  connec te d  in  series,  th e  equ ivale nt  capaci ta nce  is  lower   tha n  C  and  C1.  In   the  res on a nt   ta nk   ci rc uit,  th ere  is  an  i nduc tor  se ries  with  capaci tor  t hen  par al le l  with  a  capaci tor .  T he  value  of   t he  pa ssive  el e m ents is d ec ided  acc ord i ng to  the  foll owin g  e qu at io ns :   The  l oad resist ance,  R  can  b e   cal culat ed  as,     R = 8 2 + 4 ×     (1)     t hen ,  base d  on  the  pr o pose d  operati ng  frequ e ncy,  s hunt   capaci tor,   C 1  an d  ch oke  inducto r ,  L f  can  be   cal culat ed  as  f ollows   [ 8] :     C 1 = 8 ( 2 + 4 )    (2)     = 2 ( 2 4 + 1 )   (3)     the   series  capa ci ta nce,  C a nd  series re sona nt inducto r, L a r e g ive n  a s :     C = 1  ( − ( 2 − 4 ) 16 )   (4)     =   (5)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  4 ,  A ugus t   2020   :   3483   -   3491   3486   N ote  that,  Q  is   a  Qu al it y  Facto r  that  nee ds   to  be  determ ined  first.  I n  this  work,  Q  is  10.  This  value  is  cho s e n  so   that  t he  ba ndwi dth   obta ine d  is  s uffici ent  enou gh  f or  tu ni ng   pur pose  la te r  to  gua natee  the  Z VS   c ondi ti on   of   the circ uit, see  [10 ] f or   detai ls.       3.2 .   Imped an ce  m at c hing  circ uit   Im ple m entation   of  im ped an ce  m at ching   is  ap plied  at   r ecei ver   side  i n  order  to   im pro ve  powe r   eff ic ie ncy  [21,  22] .  A  1  M Hz   cl ass  E  in ver t er  ci rc uit  is  i m plem ented  with  se ries  LC  im ped a nce  m at ching   at   transm itter  part   [2 3].  Parall el   top ol og y  CL  par t  of  i m ped a nce  m a tc hin g  connecte d  with  the  load  in  pa rall el   topolo gy  is  pr op os ed  at   re cei ver   side ,  so   the  res onan te   beh a vio r  will   com pen sat e  the  power  bei ng   tra nsfer  [ 24 ] .   This  im ped an ce  m at ching   ci rcu it   is  known   as  LCC L  topolo gy  [25 ] ,  see  Fi gure   4  f or   the  scem atic  of   the  ci rc uit.  Ba sed  on  sim ulati on   wor k,   t he  pe rf ect   c ou pling   facto r  is   0.2  w it h  a n  e ff ect ive  distance  ga p  o f  5   cm .            Figure  4 .   Scem at ic  f or LCC L  i m ped ance  m atch in g  ci rc uit       3.2 .   E xp eri men ta l  w ork   The  t ran sm it ter   ci rc uit  is  desi gn e d  on  t he  P CB   bo a r d  the n  co nnect   to  t he   transm it te r  ind ucta nce  c oil.   The  tra ns m i tt e r  ci rcu it   inclu ded   cl ass  E  in ver te r  ci rc uit  with  series  L C  of   im ped an ce  m at ching .  Re cei ver  m od ule  are  buil t  into  the  load   wh ic h  unde r ne at h  the  boil er  with  seal ed.   T he  recei ver   ci r cuit  include d  r ecei ver  inducta nce  coi l  con necte d  to   the  par al le l  t opology  of   C L  i m ped ance  m at ching .  Fig ur e  5  a nd   Fig ur e  6   il lustrate s the e xp e rim ent set up of t he pr opose d  syst em .           Figure  5 .   Tra nsm itter side       Figure  6. Re cei ver side       4.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   Ba sed  on  the   de sired   outp ut  of  c la ss  E  in ve rter  ci rc uit,  the   va lue  of   com ponen ts   in  res on a nt  ci rc uit  is   decide d  us in g  the  eq uatio n  f r om   (1 )  to   ( 5)   by  us i ng   t he  va lues  that  are   giv e n  in  Table   1.   All  the  cal culat ed  values  are  the n  ta bu la te d  in  T able  2.   I n  this  cl ass  E  inv erte r  ci rcu it ,  IRFP 250N  MOSF E T  is  cho se n  be cause   it s  low  sta ti c  Dr ai n - to - S ourc e  O n - Re sist a nc e,  RD S   a nd  withstan d  high   powe r  dissip at ion ,   P D.   Functi on   gen e rato r  gene rates  s qu a re  w ave  pu lse   an d  MOSFET   dri ve r  is  us e d  to   bo os t  the   squa re  wav e   pulse   t o  achieve   m ini m u m   vo lt age  require d  by   the  MOSFET.  In   a dd it io n,  ZV S  co ndit ion  has  to  be  co nsi der e d  to  pro duce   high   powe r  ef fici en cy   in  cl ass  E  c ircuit .  Ba sic al ly ,  the  c om po ne nt  val ues  in   the  re sona nt  ci r cuit  m us t  be  s el ect ed  appr opriat el y so  that t he  s witc h wil l t urn on a t zero  volt age.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e  desi gn o f  I PT syste m  for   mu lt iple ki tc he n appli ances  usi ng class  E LC CL  ci rcuit   ( N. X.  Yin )   3487   Table  1 .   Desig n  s pecifica ti on  for  cl ass  E in ve rter circ uit   Desig n  Specif icati on   Valu e   Rated  po wer,  Pou t   50W   Inp u t vo ltag e,  Vi   50V   Du ty  c y cle ,  D   50%   Frequ en cy  , f   1 MHz   Qu ality  f acto r   10       Table  2 .   Cl ass  E in ver te r  p a ra m et er   Desig n  Specif icatio n   Valu e   Ch o k e I n d u cto r,  R f   1 m H   Sh u n t Cap acito r,  C s h u n t     2nF   Series Cap acito r ,  C tan k   550pF   Series ind u ctan ce, L tan k     5 0 μH   R lo ad   30Ω       Figure  7  disp la ys  the  gate  vo l ta ge  an d  dr ai n  vo lt age   w hich  fu lfil le d  ZVS  c onditi on  of  the   si m ulati on  work.  Wh e n  th e  VG   dro ps   to  zero   t he  V D  ac hieves  170V.  This  ha ppens  wh e n  MO SFE T  act s  as  op e n  ci rcu it .   This  def i nitel y  f ulfill s  the  c ha racteri sti cs  of   c la ss  E  i nvert er  it sel f  wh ic h  pro duces  VD  3  ti m es  la rg er   tha n    the  in put  volt age.   Me a nwhile ,  Fig ure  8  pro vid es   re s ults  f or  ex per im ental   wor k  of  c la ss  E  i nv e rter   c ircuit .   Fr om   the  exp e rim ental  resu lt s,  50V  dc  sup pl y  and   1MHz  r eso nan t  f reque ncy  the  outp ut  ZVS   wa ve for m   has  been  s uccessfu ll y  achieved   ( with  s om e  distor ti on)   an d  this   is  sho wn  in   Fi gure  8( a ).  F or  Figure  8(b ),   t he   green  li ne  is  the  ou tpu t  vo lt age   a t  the  loa d.   T he  ouput  f rom   this  ou t put  vo lt age  will   be   the n  c onne ct ed  to   the tra ns m issi o n  c oil.           Figure  7 .   ZV S  conditi on  in  class  E circ uit             Figure  8( a ) .   Z VS   from  o sci ll os c op e     Figure  8(b ) .   Drai n  volt age  v e r su s  outp ut volt age   at  load     4.2 .   A n aly sis  of im pedance m at c hing   Inde pende nt  cl ass  E  ci rcu it   prov i des  in put  powe r  of   35.57 W   a nd  ou t pu t  po wer   of   30.84 5W.    The  po wer   e ffi ci ency  her e  is  86 . 71%.  By   pro po si ng   LC CL  i m ped ance   m at ching   ci rc uit,  the  input  powe r   increases  t o  121.1 9W  a nd   outp ut  po wer   is   109.1 6W.  T he   powe r  ef fici en cy   is  90%.   I n  this  syst em ,  kitche n  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  4 ,  A ugus t   2020   :   3483   -   3491   3488   app li anc es  re quire  high  pow er  to  powe r  up,  he nce  im pedance  m at ching  play s  an   im po rtant  r ole  to   boos t  up   the ef fici ency,  so  t he ou t pu t  powe r. This  is hi gh li ghte d  i n F igure s   9  a nd 10  corres pondin gl y.   Fo r   the  a naly sis  pur pos e,  we  would  li ke  to  s tud y  the   im pac t  of   c ouplin g  va riat ion   t o  the  ci rcu it   wit h  and   with ou t  i m ped ance  m atch in g  ci rc uit.  In   this  c onte xt   the  fo ll owin g  pa ram et ers  are  m ade  const ant;   At  tra ns m itter  side:  Cs hunt   =  2nF,  c hoke   in du ct or  =  1m H,   Ct ank  =  550pF ,  Lta nk   =  50uF,  a nd  in put     vo lt age=  50V .   At  receive r  s ide,  L1  =  4.7 3uF  an d  C1  =   5.354 nF   an d  load  =  30 0ohm .  The  m anipu la te d  var ia ble  is  coupling  facto r  is  var ie d  f ro m   0  –   1.  The  res pond i ng   va riable   is  ou tp ut  po w er.  We  can  see   that     the  ou pu t  power   ac hieve d  the  hig hest  on e  with  im ped ance  m at ching   ci rcu it   at   0.2  co upli ng   facto r .   Me anwhil e,  hi gh e st  ouput  power   without  im ped ance  ha ppene d  at   0.4.  Ba sed  on  this  it   is  ob vious  to  us   that   app ly in g  im ped ance   m at ching   ci rc uit  al low  one  to   tran sfe r  po wer  at   hi gher  distance   th a n  without  im ped a nce   m at ching   ci rc ui t.  Figu re  11   e xp la in s  this  scenari o  w her e  ouput  powe r  without  im ped ance  m at ching   have   sh ifte d t o rig ht  and achie ve d  t he  sam e p ower  at a n ea re r dist ance.   Figure s   12 - 14  pro vid es  detai ls  res ults  on  th e  reas on   of  c ouplin g  facto r  0.2  giv es   the  hi gh e st  powe r  ou t pu t.   It  is   ob vious  from   Figu re   13  t hat  at   0.2  c ouplin g  fac tor,  the  ZV S  is   su cces sf ully   achieve d  a nd  le ads  t o  aprroxim at ely   switc hi ng  lo ss.  T his  will   great ly   incre as e  the  e ff ic i ency  of  s uc h  syst e m .  The   overall   com par ison  be tween  t he  perf or m ance  of  the   ci rcu it   with  a nd  with out  im ped a nce  m at ching   with  t he  va riat ion  of co upli ng f ac tor  is  sho wn in   F ig ur e  15.             Figure  9 .   Cl ass E circ uit wit hout im ped a nce  m at ching     Figure  10 .   Cl as s E circ uit wit h im ped anc e m a tc hin g             Figure  11 .   Pow er  ver s us  c oupl ing   facto r         Figure  12 .   Z V S con diti on  at   couplin g fact or  of  0.1         Figure  13 .   Z V S con diti on  at   couplin g fact or  of  0.2     Figure  14 .   Z V S con diti on  at   couplin g fact or  of  0.3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e  desi gn o f  I PT syste m  for   mu lt iple ki tc he n appli ances  usi ng class  E LC CL  ci rcuit   ( N. X.  Yin )   3489       Figure  15 .   Pow er  ef fici ency  ve rsu s  c ouplin g fact or w it h an d wit hout im pedance m at ching       4.3 .   P roto type de ve lopmen t   The  proty pe  of  the  w ork  is  s how n  in  Fig ur e  16.  T hr ee  l oads  are  us ed  he re ,  nam el y,  LED  li gh t,  st ov e   and  f ru it s  ble nd e r.  T he  pro po s ed   IPT  sy stem   is  able  t o  powe r  up  l oads  s uccess f ully .  I n  t his  c on te xt,     the  kitche n  li gh t  wa s  li gh te d  up,  the  f r uit  blend e r  is  sp in ned   a nd   t he   bo il er  ha s  bo il ed  durin g  powe r  transm issi on .  By   su ppli ng   50V DC  to  t he  transm it t er  par t,  the  cl ass  E  i nv e rter  c onve r ts  DC  source  t o  AC   so urce.  This  is   achieva ble  by   locat ing   t he  re cei ver   par t  at   the  ef fecti ve  ar ea.  The  syst em   able  to  deli ver  72 W  ou t pu t  powe r  t o powe r up t he  k it che n  a pp li a nces  with  81. 76%  of po wer e ff ic ie ncy           Figure  16 .   C om ple te  p r oto ty pe of  the  pro posed  m et ho d       5.   CONCL US I O N   In   c on cl us io n,  the  proj ect   ha d  achiev ed  t he  obj ect i ves  of   desig ning  and   dev el op i ng  the  hi gh   eff ic ie ncy  res on a nt  cl ass  E   inv e rter  ci r c uit.  T he  cl ass   E  in ver te r   ci rcu it   is  s ucce ssfu ll y  co ns tr u ct ed  in   si m ulati on   an d  im ple m ente d  in   pract ic al .  The   ef fici ency  achie ved  for  sim ulatio n  is  90. 07%   w hile   exp e rim ental   r esult  achieve d  81 . 76%.  A ddit ion al ly ,  the  ob j ect iv e  on   de sign i ng   im ped ance  m a tc hin g  ci rcu it   by  us i ng  pa rall el   config ur at io n  to polo gy  ha d  im pr ov e d  t he   powe r  e ff ic ie ncy  of  the   syst e m   fr om   86 . 71%  t o  90%  f or   a  gap  distance  of   5c m .   The  fu tu re  works  are;  1.  The  sa fety   m od ule  at   the  rec ei ver   side  has  to  be  desig ne d  so   that  load  can  be  protect ed   2.   Th e  auto  tun i ng   ci rc uit  needs  to  be  intr oduce d  to  en s ure     the ef fecti ve ne ss of the   propo sed  syst em  alt ho ug h  at  m isa lig nm ent cond it i on.       ACKN OWLE DGE MENTS     We  w ou l d  li ke  to  express  our  gr at it ude  to   Un ive rsiti   Tekn i kal  Ma la ysia  Me la ka  and   Mi nistry  of  Ed ucati on   M al ay sia   fo r  sp ons or i ng  this  w ork  unde r  F undam ent al   Re sear ch  G ra nt  S chem e   (F RG S/1/2 016/ TK04/F KEKK - Ce tri/ F 0031 3).       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  4 ,  A ugus t   2020   :   3483   -   3491   3490   REFERE NCE S   [1]   Y.  Yus op,   S.  Sa at ,   S.  K.   Nguan g,   H.   Hus in,   and   Z.  Ghani ,   “ Desi gn  of  Cap aciti v e   Pow er  Tr ansfe r   Us ing  a  C la ss - E  Resonant   Inv erte r, ”  in  Journal  o f power e l ec troni c s ,  vol. 16, no. 5,  pp.   1678 - 1688 ,   Septe m ber   2016 .   [2]   H.  Xueliang,   T.   Li nli n ,   C .   Zhong ,   Q.  Hao ,   Z .   Yal ong,   W ang  W ei   and  C.   W e ij i e,   “ Revi ew  and   Res ea rch   Progress   on   W ire le ss   Pow er  Tra nsfer  Techno log y , ”   in  Diango ng  Ji shu  Xu ebao /Tr ansacti ons  of   China  E le c trotechnic a l  Soc ie t y ,  vol.   28 ,   no .   10 ,   p p.   1 - 11 ,   Oct ober   2013.   [3]   A.  M.  Jawad,   R.   Nordin,   S.  K.  G har gan,   H.  M.  Jawad  and  M.  Is ma il,  “ Opportunit i es  and  Chal le ng es  for  Nea r - Field  W ire le ss   Pow er Tra nsfer:   A Re v i ew , ”   in  Ene rgi es ,  vol .   10 ,   no .   7 ,   p p.   1022 ,   Jul y   20 17.   [4]   Je - Dok  Kim ,   Chuanbowen  Sun,  and  In - Soo  Suh,  “ A  proposal  on  wire le ss   power  tra nsfer  for  m ed ic a l  implantable  appl i ca t ions b as ed  on  r eviews , ”  2014  IEEE  W ire le ss   Powe r Tr an sfer  Confe ren ce ,   Jeju, pp. 166 - 16 9,   2014 .   [5]   F.  Lu,   H.  Zh an g  and  C.   Mi,  “ A  Revi ew  on  t he  Recent   Deve lopment  of  Cap ac i ti ve  W ireless  Pow er  Tra nsfe r  Te chno log y , ”   in   Ene rgies ,   vol .   1 0,   no .   11 ,   pp .   17 52,   Novem ber   2 017.   [6]   C.   L iu,   A .   P.   Hu,  G.  A .   Covi c,  an d  N.  K.   C.   N ai r, “ Com par at ive   st ud y   of   CCP T  s ystems   with  two  diffe ren t  indu ct o r  tuni ng  posit ions, ”  in   IE EE   Tr ansacti ons  on   Power   El e ct ronics ,   vo l.   27 ,   no .   1 ,   pp .   2 94 - 306,   Jan .   201 2.   [7]   J.  Dai  and  D.  C .   Ludoi s,  “ Single  ac t ive   sw it ch  p ower  el e ct roni cs   for  kil owat t  sca le   c apa c it iv e  po wer  tra nsfer , ”  in   IEE E   Journal   of Emerging  and  S el e ct ed   Topics  in   Powe r  Elec tron ic s ,   vo l. 3, no.  1,   pp.   315 - 323,   Marc h  2015 .   [8]   Y.  Yus op,   S.  Saat ,   S.   K.  Nguang ,   H.  Hus in,   and  Z.   Ghani ,   “ A  Four - Plat e  Com pact  Capaci t ive   Cou ple r  Design  and   LCL - Com pensa t ed  Topo log y   for   Capaci t ive  Pow er  Tr ansfe r  in  E le c tri c   Vehi cl e   Chargi ng  Appl icati on , ”  in  I EE E   Tr ansacti ons  on  Powe r E le c troni cs ,   vol .   31 ,   no .   1 2,   pp .   8541 - 855 1,   De c. 2016.   [9]   T.   Z ai d ,   S.  Sa at ,   Y.  Yus op,   and  N.  Jam al ,   “ Cont ac t le ss   ene rg y   tr ansfe r  using  a co ustic   appr o ac h  -   A  rev ie w, ”  2014   Inte rnational   Co nfe renc e  on  Computer,   Comm unic ati ons ,   and  Control  Technol o gy  ( I4CT ) ,   La ngkawi,   pp.   376 - 38 1,   2014.   [10]   M.  P.  Kaz m ie rk ows ki  and  A.  J.  Morade wicz,  “ Unplugged  but  conne c te d:  R eview  of  cont a ct l ess  ene rg y   tra nsfe r  s y stems , ”  in  I EEE  Industrial   Ele ct ronics  Magazi ne ,   vo l. 6, no. 4,  pp.   47 - 55 ,   De c.  2012.   [11]   H.  Basae r i,   D .   B .   Christe n s en,   an d  S.  Round y ,   “ A  rev ie w  of  ac o ustic   power  tra n sfer  for  bio - m ed ic a l  implant s , ”  i n   Smar t  Mate rials  and  Struct ures ,   vol.   25 ,   no .   12 ,   p p.   123001 ,   De cem ber   2016.   [12]   S.  As sawaworrari t,   X.  Yu ,   and  S.  Fan,   “ Robust  wire le ss   power   tra nsfer  using  a   nonli ne ar  par i t y - t ime - s y m m et ri c  ci rcu it , ”  in  Natu re ,   vol .   546 ,   no .   7658,   pp .   387 - 3 90,   June   2017.   [13]   K.  A.  Kalwa r,   M .   Aam ir,   and  S.  Mekhil ef ,   “ Induc ti v ely   coup le d  power  tra nsfer  (I CP T)  for  el e ct ri c   vehi cle  ch arg in g  –   A re vi ew,”  in   Re newab l e  and   Sustainabl e   Ener gy  Revi ews ,  vol .   47 ,   pp .   462 - 47 5,   Jul y   2015 .   [14]   K.  Adit y a,   S.  Sheldon  and  S.  W il li ams on,   “ Design  conside ra t ions  for  loosely   coupl ed  indu ct i ve  power  tra nsf er  (IPT)  sy st em  for  el ec t ric   veh i cl e  batter y   ch ar ging  -   A  co m p reh ensive   rev iew , ”  2014  IEE E   Tr an spor tat ion   El e ct rifi cation  C onfe renc e  and   E xpo  ( ITEC) ,  Dea rborn,   MI,   pp.   1 - 6,   2014 .   [15]   M.  Sw ee ne y ,   J.  Dols,  B.   Forten ber y ,   and  F.  Sharp,   “ Induc ti on  Cooking  Te chno log y   Design  and   As ses sm ent , ”  i n  2014  ACEEE  Su mm er  Study   on   Ene rgy  Ef f ic i ency  in   Buildings ,  p p.   370 - 379 ,   201 4.   [16]   C.   Sen  W ang,   G.  A.  Covic ,   and  O.  H.  Stie la u ,   “ Pow er  Tra nsfer  Capa bilit y   and  Bifurc a ti on  Phe nom ena   of  Loosely   Couple d  Induc tive  Pow er  Tra ns fer   S y stems , ”  i n  IEE E  Tr ansacti ons  on  Industrial  Elec troni cs ,   vol.   51 ,   no.   1 ,   pp.   148 - 157 ,   Fe b.   2004 .   [17]   Y.  Yus op,   H.  H usin,  S.  Saat ,   S.  K.  Nguang,   and  Z.   Ghani,   “ Cla ss - E  LCCL   for  capac i ti ve  power  t ran sfer  s y stem ,”   2016  IEEE  In te r nati onal  Con fe re nce   on   Pow er  an d  Ene rgy   ( PE Co n) ,   Mela ka ,   pp .   428 - 433,   2016 .   [18]   Y.  Yus op,   S.  Saat,  S.  K.  Ngua ng,   H.  Hus in,   a nd  Z.   Ghani ,   “ Maximizi ng  DC - to - Loa d  Eff i ci e nc y   for  Induc t i v e   Pow er  T ran sfer , ”   in   IEEE  Tr ansacti ons on   Power   El e ct ronics ,   vo l.   28 ,   no .   5 ,   pp .   2 437 - 2447,   Ma y   2013.   [19]   W .   Chen,   R.   A.  Chinga ,   S.  Yos hida ,   and  J.  Li n ,   “ A  25. 6  W  13. 56  MH z  wire le ss   p ower  tra nsfer  s y stem  with  a  94%   eff iciency   G aN  Cla ss - E  powe r  amplifi e r, ”   2 012  IEE E /MT T - S  Inte rnationa l   Mic rowave   Sy mpos ium  Digest ,  Montrea l ,   QC,   p p.   1 - 3 ,   2012 .     [20]   M.  Li u,   M.  Fu   and  C.   Ma,   “ Para m et er  Desi gn  for  a  6. 78 - MH z  W ire le ss   Pow er  Tra nsfer   Sy st em  Based  on   Anal y tical   Der iv at ion  of  C la ss   E   Curre nt - Drive n   Rec t ifi er ,”   in  I EE E  Tr ansacti o ns  o n  Powe r  Elec troni cs ,   vol .   3 1,   no.   6 ,   pp .   4280 - 4291,   June   2016 .   [21]   M.  Kaz imierczu k,   “ Coll ec tor  A m pli tude   Modulat ion  of  the   Cl ass E   Tune d  Pow er  Am pli fie r ,”   in  IEE E  Tr ansacti o ns   on  Circui ts   and  Syste ms ,   vol .   31 ,   no.   6,   pp.   543 - 5 49,   June   1984.   [22]   W .   Z.   Chen ,   W .   H.  Chen,   and  K.   C.   Hs u,   “ Thre e - dimensional   fully   s y m m et ri c  ind uct ors,  tr ansform er,   and  bal un  i n   CMO S  te chnol o g y , ”  in   IEEE  Tr ansacti ons  on  C ircui ts  and  S yste ms   I:  Re gular  Pape rs ,   vol .   54,   no.   7,   pp.   1413 - 1423,   Jul y   2007 .   [23]   M.  La p inoj a   an d  T.  Ra hkon en,  “ An  ac ti v e  tun ing  and   impeda nce   m atching   elem ent , ”   1998  I EE E   Inte rnat ion al   Symposium on  C ircui ts and   System s ( ISCAS ) ,   Monter e y ,   CA,   vol .   1,   pp .   559 - 562 ,   1998.   [24]   N.  Jam al ,   S.  Sa at ,   and  A.  Z.   Sh ukor,   “ A  stud y   on  per form anc es   of  diffe r ent   co m pensa ti on  t opo logi es  for  loos e l y   coupl ed  indu ct iv e  power  tra nsfer  s y stem,”   2013  I EE E  Int ernati on al  Confe renc e  on  Control  Syste m ,  Computing  and  Engi ne ering ,   Mindeb,   pp .   173 - 17 8 ,   2013 .   [25]   S.  Sam ant a,   A.   K.  Rat hore ,   an d  D.  J.  Thri m a witha na ,   “ Bidi r ec t iona l  Curr ent - Fed  Half - Bridg e  (C)  (LC) - (LC )  Configura ti on  fo r  Induc ti ve  W ireless  Pow er  Tra nsfer  Sy st em,”   in  IEE E  Tr ansacti o ns  on  Industry  A ppli cations ,   vol .   53,   no .   4 ,   pp .   40 53 - 4062,   Jul y - A ug.   20 17 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e  desi gn o f  I PT syste m  for   mu lt iple ki tc he n appli ances  usi ng class  E LC CL  ci rcuit   ( N. X.  Yin )   3491   BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS        Ng  X ue  Yin   is  cur ren t l y   stud y i ng  Bac hel or  De gre e  in  E le c tron ic   Engi n ee r ing  Univer siti   T eknikal   Malay s ia Mel ak a.         Sh akir  Saat   obta ine d   his  B. Eng  and  Master   in  Elec tr ic a l  Eng inee ring  from   UTM  in  2002  and   200 6,   respe ctively .   Th en,   he  obtained  his  PhD  from   T he  Univer sit y   of   Auckla nd  in  the   fie ld  of  nonli n ea r   cont rol  th eor y   i n  2013.   He  is  n ow  an  As socia t e  Profess or  and  Dea n  of  Facul t y   of  E lectr oni c  and   Com pute r  Engi n ee ring ,   Univer sit i  Te knik al   Mal a y sia  Me la ka .   Hi s  rese arc h  intere st  is  on  nonli near   s y stems   cont rol  the or y   and  wire l ess  power  tra nsfer  te chno logi es .   He  has  publi shed  one  m onogra ph   (publi shed  b y   S pringe r  Verl ag)   on  pol y nom i al   c ontrol   s y st ems   and  m an y   journ als   and  conf er ence   pape rs  and   m ostl y   publi shed   in   t he  high   qualit y   j ourna l  such   as  I nte rna ti ona l  Jour nal   of   Robust  an d  Nonline ar   Contr ol,   and  I ET Cont rol.         Yu smarnita  Yusop   was  born  in   Mela k a,  Mal a ysia  in   1979.   She   rec ei v ed  th e  B .   Eng  in  El e ct ri c al   Engi ne eri ng  (M ec ha troni c)  fro m   Univer siti   Teknologi  Malay si a,   in  2001 ,   the   M.  Eng  degr e e  in  El e ct ri ca l  Engi n ee ring  from   Kol ej   Univer sit i  Tu n  Hus sein  Onn,  Malay s ia,  in  200 4  and  Ph.  D  degr ee   in  Elec tr ical  Eng ine er ing  (Cap ac i ti v e  Pow er  Tr an sfer)  from   Univer siti   T ekni ka l  Malay si a  Mela k a  i n   2018.   Her  ca r ee r   as  ac ade m i ci an  begi ns  in  2005  a s  a  Te ac hh ing  E ngine er  at   Depa r tment  of  Industri al   El e ct roni c,   T ec h nic a l  Univer sit y  Malay si a  Malacc a  and  now  she  is  a  Senior  Le ct ure r  a t  the   sa m e   unive rsit y .   Her   are a   of  r ese ar ch  int er ests  include s  el e ct roni c  s y s t em  design,   wi reless   power  tra nsf er  and  power   elec tr onic s.         Siti  Huz aima h  Hus in   rec ei ved  the   B. Eng  (2000 )  from   Multi m edi a  Univer sit y ,   M.E ng  (2005)  fr om  Kolej   Univer sit i   Tun  Hus sein  O nn,   Malay si a  res pec t ive l y .   First  a ppoint ed  as  Eng ine er ing  Instruc t or  (2001)  at   Kol ej   Univer siti   Te kni kal   Mal a y s ia   M el ak a  and  prom ote d  as  L ecture r   (2005)  and  Sen ior  Le c ture r  (2008)   in  the   Depa r tment  of  Industrial   El ectroni cs,   Fa cul t y   of  E le c tro nic   and  Com put er   Engi ne eri ng  at   Univer siti   T eknikal  Malay si a  Me la ka .   Since   Sept ember  2014,   she  is  pursuing  PhD  in  Advanc ed  Con tr ol  T ec hnolog y   t hat   fo cuse d  on   a cousti c s  ene rg y   t ran sfer.         Md  Rab iul  A w al   is  cur ren t l y   working  with  S chool   of   Oce an   Engi ne eri ng ,   U nive rsiti  Mal a y s ia   Te ren gg anu  (UM T)  as  a  le ct ur er.   He  has  rec eived  his  PhD  in  Comm unic at io n  Engi nee r ing  from  Univer siti   Malay sia   Perl is  (Uni MA P),  Malay s i a,   in  2 018 .   He   was  awa rde d   Master   in  Com put er   Scie nc e  from   Int ern ational  Islami c  Univer si t y   Mal a y si a  (IIUM ),  Malay si a  and   th e  B. Sc.   in  El e ct ri c al  &  El ectroni cs  Engi nee r ing  from   Inte rna ti ona l  Isla m ic   Univer sit y   Chit ta gong  (IIU C),   Bangl ad esh  and   in  2015  and  2011  re spec ti v ely .   F rom   2011  to  201 2,   he  worked  as  a  RF   Engi nee r  in   3S Net work (B D )   Lt d.   and  from   2013  to  2015  he  worked  as  rese a rch   assistant   in  IIUM   and  Uni MA P.  His  rese arc h  int er ests  include   under wate r   com m unic at ions,   wir el ess power   tra n sfer  and   ene rg y   har vest ing .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.