Bachelor's Thesis

Wireless Power Supply with High Dielectric Strength

Final Thesis 5.06 MB Appendix 253.27 kB Appendix 1.58 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Zahálka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ondřej Čech, Ph.D.

Abstract:

This paper addresses the challenge of wireless power transfer in environments with high differences of voltage potentials. The first part analyzes the theoretical background, describes current technological solutions and design of systems with choice of specific components. The third and fourth part focuses on the design of the measurement device and the measurement itself. The conclusion is dedicated to the discussion of outcomes measured in the last section.

Keywords:

Wireless Power Transfer (WPT), high voltage, electromagnetic induction, galvanic isolation, dielectric strength, Electrical breakdown

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta a komise. Otázky komise k obhajobě: 1. Co myslíte pod pojmem síla magnetického pole? 2. Proč vaši práci zakládáte na vzduchové mezeře? 3. Proč jste simuloval jenom elektrický pole, a ne také magnetický pole? 4. Co je žhavená katoda, o který se v práci zmiňujete?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Pavel Čudek, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Starý, Ph.D. (člen)
Ing. Kamil Jaššo, Ph.D. (člen)
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D.

Student se ve své bakalářské práci zabýval návrhem a realizací bezdrátového napájecího zdroje určeného pro aplikace s vysokým rozdílem elektrických potenciálů. Téma práce je technicky náročné a vyžaduje znalosti z oblasti bezdrátového přenosu energie, výkonové elektroniky, vysokonapěťové techniky i experimentálního měření.

V průběhu řešení student prokázal schopnost samostatně řešit technické problémy a osvojit si řadu nových poznatků souvisejících s návrhem a realizací bezdrátového přenosu energie. V rámci práce navrhl a realizoval funkční systém bezdrátového napájení, navrhl vlastní elektronické obvody, vytvořil měřicí přípravek a zpracoval software pro automatizaci měření. Oceňuji zejména rozsah praktické části práce a skutečnost, že student většinu technických problémů řešil samostatně.

Průběh řešení práce však nebyl zcela bez problémů. Konzultace probíhaly spíše nepravidelně a řada dílčích výsledků byla prezentována až v pokročilé fázi řešení. Přestože student průběžně informoval o postupu prací a předložil některé části v předstihu, intenzita konzultací neodpovídala náročnosti řešeného tématu. V důsledku toho nebylo možné některé nedostatky textové části a metodiky řešení odstranit v průběhu vzniku práce.

Po odborné stránce hodnotím práci pozitivně. Student splnil hlavní cíle zadání a vytvořil funkční experimentální zařízení, na kterém provedl rozsáhlý soubor měření. Velmi kladně hodnotím návrh vlastního automatizovaného měřicího pracoviště a schopnost propojit návrh elektroniky, konstrukční řešení i softwarové vybavení do jednoho funkčního celku. Praktická část práce podle mého názoru převyšuje běžný standard bakalářských prací.

Určité rezervy spatřuji v textové části práce. Dokument obsahuje řadu stylistických a formálních nedostatků, které svědčí o nedostatečné závěrečné korektuře. Místy není zcela ideální návaznost jednotlivých kapitol a práce s literaturou mohla být důslednější. Rovněž požadovaná izolační pevnost 60 kV nebyla experimentálně ověřena a její dosažení bylo doloženo především výsledky simulací.

Přes uvedené připomínky považuji předloženou práci za zdařilou. Student prokázal schopnost samostatné technické práce, návrhu a realizace funkčního zařízení i řešení praktických problémů vznikajících během vývoje. Práci doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 88

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Čech, Ph.D.

Student Jakub Zahálka odevzdal svou bakalářskou práci, která se zabývá bezdrátovým indukčním přenosem energie pro zajištění izolační pevnosti napájecího zdroje. V rámci práce byla navržen a otestován modul, který může sloužit jako vysílač a přijímač a celek plní roli zdroje s galvanickým oddělením. Práce obsahuje kompletní návrh vysílací/přijímací elektroniky na principu ZVS oscilátoru s cívkami WE-WPCC, včetně výběru spínacích MOSFETů, výpočtu rezonančních obvodů, ochranné E-fuse a AUX buck-boost napájení, které zároveň plní funkci minimální zátěže proti přepětí naprázdno. Práce má rozsáhlou experimentální část zaměřenou na testování navrženého řešení a obsahuje komplexní diskusi výsledků a možných zlepšení.
Formálně by práce bohužel potřebovala pořádnou korekturu - chybí například mezery mezi jednotkou a veličinou, jsou špatně provedené reference na obrázky a práce obsahuje pravopisné chyby a překlepy. Student uvádí, že ke korekturě jazyka použil velké jazykové modely, v práci se to ale podle mně neprojevilo.
Hlavní formální výtku bych měl na použítí citací. V práci je citováno 10 publikací, z nichž většina jsou datasheety a citace [2] [3] [8] jsou navíc tentýž dokument! V práci obecně chybí srovnání se stavem vědění v oboru. Na obrázku 11 si neodpovídá text a schema v popisech označení diod a kondenzátorů, v práci se mění časy a některé formulace zavání špatným doslovným překladem z angličtiny (dielektrický rozpad?). V seznamu symbolů chybí řada symbolů použitých v rovnicích (k, M).
Po technické stránce je práce nepochybně zdařilý proof of concept a oceňuji značné množství odvedené práce,  vytknul bych ale drobné nedostatky. Naměřili jste 36,2 kV při 50 mm (korónový výboj), a při vzdálenosti 36 mm odpovídající nejlepší simulované konfiguraci dosahuje systém jen 9,5 W při účinnosti 30 %, v zadání se hovoří o min 50W. V práci se odkazujete na úbytek na Schottkyho diodě 0,7 V, ale ten bývá 0,25 - 0,5 V. Na osciloskopu jste naměřil zvlnění 1,5 Vpp a tvrdíte, že reálná hodnota je 0,4 Vpp bez důkazu. Kapitola 3.1.3 slibuje měření stability zdroje s tabulkami překmitů, poklesů a doby ustálení, ale v práci se nic takového nenachází.
Závěrem musím ocenit podrobný rozbor dalšího možného směřování a navzdory popsaným nedostatkům práce splňuje požadavky a já ji doboručuji k obhajobě a hodnotím 75b C. Topics for thesis defence:
  1. Podle čeho byste teď volil pracovní frekvenci? V návrhu maximalizujete Q, ale měříte hlavně na 24 kHz, kde je Q nízké.
  2. Proč má základní přijímač jen polovinu očekávaného výkonu?
  3. Proč ZVS Mazilli oscilátor a ne řízený half/full-bridge? Jaké jsou nevýhody vaší volby?
  4. Obrázek 1 cituje zdroj [9], což je katalogový list cívky. Odkud je Paschenova křivka doopravdy?
  5. Zadání požaduje 50 W při izolační pevnosti 60 kV. Z práce není patrné, zda bylo výsledku dosaženo.
Points proposed by reviewer: 75

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová