一種改進的多輸出無線充電電路設計

本文設了一個改進的無線充電電路，方案設計和應用了一個高效的升壓電路作為無線充電電路的后級功能模塊。前一級為無線充電電路，后一級在智能功率檢測管理模塊的控制下，實現(xiàn)數(shù)控的無線電壓輸出。經(jīng)驗證，方案具有較好的應用價值。

【關鍵詞】無線充電 升壓電路 數(shù)字電源 超級電容

無線充電技術及相關領域是目前技術研究和消費電子領域的熱點。一方面無線充電技術是對以往電源技術和充電技術領域一個革命性的創(chuàng)新；各個廠商和科研機構投入巨大資源進行技術改進和商業(yè)應用開發(fā)。另一方面，在實際應用方面，無線充電技術仍然未得到更廣泛的應用推廣。

限制無線充電技術發(fā)展推廣的原因除了商業(yè)標準不同意和成本問題外，技術環(huán)節(jié)也有一些亟待解決的問題。傳輸效率受很多因素影響不能得到進一步的提高，直接輸出電壓范圍較低等。

本文設計了一種改進的無線充電電路，在傳統(tǒng)成熟無線充電電路的基礎上添加了智能可調的升壓電路模塊，并且在電路中添加了超級電容模塊，可以實現(xiàn)快速的儲能和電能輸出。。

1 無線充電技術概述

目前的無線充電主要有三種：

1.1 電磁感應式

初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。主要就是感應線圈的方式。

1.2 磁場共振

磁場共振由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量。這是目前被寄予最大期望的無線充電技術

1.3 無線電波式

這是發(fā)展較為成熟的技術，類似于早期使用的礦石收音機，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載作出調整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。

主流的無線充電標準有五種：Qi標準、Power Matters Alliance（PMA）標準、Alliance for Wireless Power（A4WP）標準、iNPOFi技術、Wi-Po技術。

2 改進的無線充電電路的實現(xiàn)

2.1 前級無線充電電路

TI公司提供了多種類的無線充電解決方案，包括多種輸出電壓，多種輸出功率，以及多種類型的傳輸線圈方案。本方案前級采用了成熟的全面集成型解決方案。方案基于的bq51025 和 bq500215 芯片。方案不僅支持防水、防塵以及便攜式設計，而且還更快的為 1 節(jié)及 2 節(jié)（1S 和 2S）鋰離子電池充電且不會產(chǎn)生過熱。此外，該充電解決方案還兼容于市場上任何符合 5W Qi 標準的產(chǎn)品。

Bq51025 接收器支持 4.5V 至 10V 的可編程輸出電壓。與 TI bq500215 無線電源發(fā)送器相結合，還可在 10W 功率下實現(xiàn)高達 84% 的充電效率，從而可顯著提高散熱性能。硬件電路如圖所示

2.2 數(shù)控升壓電路

前級無線充電路已經(jīng)具有可編程的輸出電壓，但是輸出范圍仍然不能夠滿足一些特點場合要求，譬如一些高電壓場合。升壓電路其實是DC/DC轉換電路的一種。本方案采用了一個高效的數(shù)控升壓電路將輸出電壓抬升到最高30伏輸出。本模塊采用單片機作為控制核心，采集前級輸出的電壓、電流。自動進行穩(wěn)壓操作，可以精確的控制輸出電壓。方案采用STM32單片機和TI公司專門針對高輸出電壓的LM25122-Q1。其輸入電壓范圍廣泛，最低3伏，最高40伏，輸出電壓可以提升至最高50伏。因此可用于12V、24V 和 48V 電源系統(tǒng)。電路如圖2所示。

2.3 超級電容模塊

超級電容器，是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種電化學儲能裝置，具有功率密度高、循環(huán)壽命長、安全可靠等特點，現(xiàn)已廣泛應用于混合電動汽車、大功率輸出設備等多個領域。本方案所涉及的無線充電電路由于技術條件限制不能夠作為大功率大電流的輸出場合。因此在輸出級并聯(lián)一個超級電容模塊，作為大功率備用輸出就顯得尤為重要。本方案采用超級電容管理芯片BQ33100 來實現(xiàn)超級電容模塊。提供一系列豐富的管理、充電控制、監(jiān)控和保護功能，用于 2、3、4 或 5 個超級電容器串聯(lián)，可對每個電容器進行監(jiān)控和平衡，或者用于多達 9 個電容器串聯(lián)。bq33100 可以測量測量超級電容的可用電容、健康狀況、電壓、電流、溫度和其他關鍵參數(shù)，保留準確的數(shù)據(jù)記錄，并通過 2 線 SMBus 1.1 兼容接口將這些信息報告給系統(tǒng)主機控制器。

3 結論

本文設計實現(xiàn)了一個改進的無線充電電路。方案特點是實現(xiàn)了寬電壓輸出，同時應用超級電容模塊來實現(xiàn)突發(fā)的大功率輸出要求。在一些手持儀器的充電環(huán)節(jié)中，可以得到很好的應用。

參考文獻

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作者簡介

汪立偉，男，四川省成都市人。碩士學位。研究方向為智能電子技術。

作者單位

西南民族大學電信學院 四川省成都市 610000