一種多功能無(wú)線充電設(shè)備

宋 娜，林志剛，高懷棟，梁雪婷

（莆田學(xué)院，福建 莆田 351100）

0 引 言

當(dāng)今社會(huì)，人們的電子設(shè)備數(shù)量高速增長(zhǎng)，促使人們對(duì)充電提出了更高要求。市面上出現(xiàn)了很多充電寶等充電設(shè)備，但是充電方式單一且需要在有電源的地方實(shí)現(xiàn)充電設(shè)備充電，給人們的生活造成了不便?；谶@種現(xiàn)狀，本文介紹了一種多功能無(wú)線充電設(shè)備，解決了人們對(duì)移動(dòng)充電不方便的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

多功能無(wú)線充電設(shè)備以HT46R064合泰單片機(jī)為核心，控制各部分電路分工協(xié)作完成充放電過(guò)程。其中，充電管理電路由TP4056恒流/恒壓線性充電器實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部鋰電池的充電，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止充電循環(huán)，也包括溫度檢測(cè)、欠壓閉鎖以及自動(dòng)再充電等功能。放電管理電路由MEM2306SG場(chǎng)效應(yīng)管和ME2109升壓DC/DC控制器構(gòu)成。電池保護(hù)電路通過(guò)HS8205S單節(jié)鋰電池保護(hù)MOS，配合DW01完成鋰電池保護(hù)功能[1]。無(wú)線充放電部分包括由BQ500211集成IC組成的無(wú)線充電發(fā)射部分、由BQ51013A集成性高級(jí)接收器IC組成的無(wú)線充電接收部分、為線圈耦合提供震蕩信號(hào)的震蕩電路和為BQ500211、MSP430G2001提供電源的低壓差線性穩(wěn)壓電路構(gòu)成。主要部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 主要部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 充電管理電路

采用TP4056充電器，封裝方式采用SOP8/MSOP8形式且自帶散熱片，具有較少的元件數(shù)量，成為便攜式應(yīng)用的較優(yōu)選擇。單節(jié)鋰離子電池采用恒定電流/恒定電壓線性充電器，當(dāng)充電電壓達(dá)到最終浮充壓后，會(huì)自動(dòng)停止充電。

TP4056內(nèi)部的架構(gòu)形式為PMOSFET，且?guī)в蟹乐沟钩涞碾娐罚?jié)省了外接隔離二極管，充電的電壓值為固定的4.2 V。充電電流可手動(dòng)設(shè)置，且當(dāng)充電電流到達(dá)浮充電壓后，在下降至設(shè)定值的1/10時(shí)，器件自動(dòng)停止充電循環(huán)。

TP4056在有電源供電時(shí)可選停機(jī)模式，且在停機(jī)模式下可以將供電電流降至55 μA。當(dāng)停止供電時(shí)，TP4056會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低電流情況，可以將漏電流降至2 μA以下。

TP4056還有欠壓閉鎖、電池溫度檢測(cè)以及自動(dòng)再充電等其他功能。

2.2 放電管理電路

采用MEM2306SG作為放電管理電路，架構(gòu)采用共漏極雙N溝道增強(qiáng)型功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）和高單元密度的DMOS溝道技術(shù)，特別適用于本設(shè)備用于減小導(dǎo)通電阻?；谶@種特點(diǎn)，這種場(chǎng)效應(yīng)管特別適合用于移動(dòng)電源設(shè)備，如手機(jī)、移動(dòng)電源和筆記本電腦。

ME2109是一種CMOS升壓DC/DC控制器，由震蕩電路、PWM/PFM切換控制電路、相位補(bǔ)償電路、誤差放大器以及基準(zhǔn)電壓源等構(gòu)成。

2.3 電池保護(hù)電路

DW01是一種性能較高、一般用于移動(dòng)電源的鋰電池保護(hù)電路，作用是避免鋰電池因過(guò)充電、過(guò)放電以及電流過(guò)大而導(dǎo)致電池壽命縮短或電池被損壞等。這種鋰電池保護(hù)電路具有高精確度的電壓檢測(cè)與高效能的時(shí)間延遲電路。

HS8205S單節(jié)鋰電池保護(hù)MOS，配合DW01完成鋰電池保護(hù)功能。

2.4 MCU控制電路

主控部分由HT46R064合泰單片機(jī)組成，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，秉承HOLTEK單片機(jī)具有的低功耗、IO靈活、定時(shí)器功能、震蕩類型可選、休眠和喚醒、看門狗和低電壓復(fù)位等豐富的功能選項(xiàng)。MCU控制電路如圖2所示。

圖2 MCU控制電路

2.5 無(wú)線充放電部分

無(wú)線充電發(fā)射部分利用電磁感應(yīng)的方式進(jìn)行能量傳遞，通過(guò)美國(guó)德州儀器公司（TI）推出的BQ500211無(wú)線電源發(fā)送器集成電路（IC）及其組件構(gòu)成。該高智能小型IC集成度高，符合無(wú)線電源聯(lián)盟WPC標(biāo)準(zhǔn)，可以為多種便攜式智能設(shè)備且符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備供電。整個(gè)過(guò)程通過(guò)電磁感應(yīng)的方式將電能從一個(gè)線圈感應(yīng)到另外一個(gè)線圈，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電的功能。TPS28225是MOSFET驅(qū)動(dòng)IC，配合4顆CSD17308低阻抗MOSFET和線圈組成一個(gè)全H橋LC震蕩電路。主控IC通過(guò)控制PWM的輸出調(diào)節(jié)震蕩頻率[2]，合理控制輸出功率，為線圈耦合提供震蕩信號(hào)。

無(wú)線充電接收部分為移動(dòng)電源提供了無(wú)線充電功能，采用BQ51013A作為接收器。此IC既可以進(jìn)行AC/DC電源轉(zhuǎn)換，也符合Qi標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)字控制功能。

接收器和發(fā)送器相配合，可實(shí)現(xiàn)完整的非接觸式電源傳輸系統(tǒng)。接收器通過(guò)耦合電感接收發(fā)送器中發(fā)送的電能，通過(guò)近場(chǎng)感應(yīng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非接觸式電能傳輸。接收器中線圈的AC經(jīng)過(guò)整流調(diào)節(jié)，可作為關(guān)閉系統(tǒng)的電源使用。全局反饋通過(guò)反散射調(diào)整過(guò)程保證電源傳輸?shù)姆€(wěn)定性。此器件集成了一個(gè)低阻抗完全同步整流器、低壓降穩(wěn)壓器、數(shù)字控制和精確電壓與電流環(huán)路。整個(gè)功率級(jí)（整流器與LDO）均采用低電阻NMOS FET技術(shù)，以確保高效率與低功率耗散[3]。無(wú)線接收電路如圖3所示。

3 功能擴(kuò)展

為解決傳統(tǒng)充電設(shè)備充電接口單一、只能為特定設(shè)備進(jìn)行充電的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展。具體地，在接觸口上根據(jù)充電對(duì)象不同進(jìn)行接口改造，即可為多種小型用電設(shè)備進(jìn)行充電，基本滿足目前家用電子設(shè)備的充電需求。擴(kuò)展功能如圖4所示。

圖3 無(wú)線接收電路

圖4 功能擴(kuò)展

4 結(jié) 論

通過(guò)以上電路分析加上科學(xué)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這款智能型多功能充電裝置可以滿足人們?cè)诔潆姺矫娴亩喾轿恍枨螅译娐方Y(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)潔，有利于大批量生產(chǎn)，可給多種移動(dòng)設(shè)配充電，實(shí)用性較強(qiáng)。