中小功率無線充電電路副邊穩(wěn)壓電路的設計*

0   引言

無線充電已經(jīng)越來越深入人們的日常生活當中，無論是在工業(yè)商業(yè)領域都獲得了較大發(fā)展，很多公司和企業(yè)都開始涉足無線充電領域。在智能手機、AGV（自動導引小車）、新能源汽車等方面，無線充電開始走向商業(yè)化，并開始大規(guī)模應用。然而無線充電的發(fā)展還遠遠不能滿足人們的日常需求，技術(shù)不夠成熟成本高居不下是其中2個重要原因。無線充電技術(shù)存在的1個瓶頸就是其副邊電壓容易受到各種因素的干擾而導致輸出電壓不穩(wěn)，如果要獲得穩(wěn)定輸出的電壓就需要增加一級高效率的穩(wěn)壓電路，但又會導致成本飆升。本文旨在設計1種兼顧成本和效率的副邊穩(wěn)壓電路，來解決無線充電目前所面臨的部分問題。

*基金：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學院校級課題基金，基金編號JSITKY201906

1   無線充電概論

無線充電的框架如圖1所示，主要包含發(fā)射電路和接收電路兩部分^[1]，發(fā)射電路一般是交流經(jīng)過整流后，采用控制IC驅(qū)動MOS管產(chǎn)生高頻信號源，再通過發(fā)射線圈發(fā)射出去，接收電路通過接收線圈接收到能量經(jīng)過整流濾波產(chǎn)生直流電^[2]。但是由于發(fā)射線圈和接收線圈之間的耦合系數(shù)受到距離、偏移量、環(huán)境等不穩(wěn)定因素的影響，會導致副邊整流濾波電壓的較大波動。因此本文主要側(cè)重副邊穩(wěn)壓電路的實現(xiàn)。

作者簡介：周道龍（1989—），男，碩士，教師，研究方向為電力電子技術(shù)。

2   主電路設計

本設計副邊穩(wěn)壓電路采用BUCK電路，與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電路相比，BUCK電路具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高等特點。圖2是無線充電副邊為BUCK電路的原理圖，原理就是通過開關(guān)管Q不斷的開通與關(guān)斷來控制輸出電壓^[3]。

當MOS管處于開通狀態(tài)時，

當MOS管處于斷開時，

由伏秒積可得

由此就可以得出輸出電壓V_O與副邊接收端經(jīng)過整流后的電壓E 之間的關(guān)系。

當在MOS管開通時

所以

其中，Io為輸出的負載電流， r 為電感電流紋波率， f 為開關(guān)頻率。

3   控制電路設計

控制電路如圖3 所示， 控制電路以UC3842為核心。UC3842的供電由PE-12V-B4來實現(xiàn)，PE-12V-B4是1種寬電壓DC/DC芯片，其輸入電壓范圍為15~380 V，輸入端接副邊整流濾波后的母線電壓，其輸出電壓為12 V，完全滿足本電路的需求。并且其外圍電路簡單，基本不需額外器件。

圖3 控制電路的設計

UC3842的2腳也即其內(nèi)部放大器的反向輸入端和3腳也即其電流監(jiān)測端直接通過電阻接地^[4]。R2和C2作為UC3842芯片正常工作的震蕩源，5腳接地端直接接地。1腳也即其內(nèi)部運算放大器的輸出端通過接光耦TLP291的輸出端來實現(xiàn)反饋。6腳和R3、R5構(gòu)成了驅(qū)動電路，直接驅(qū)動MOS管。在二次側(cè)，是以TL431為核心的控制電路。R8、R9作為基準電壓設置，C3、R7為PI調(diào)節(jié)電路。

4   實驗驗證

本實驗設計了仿真驗證。設計輸入電壓40~100 V，輸出電壓20 V，輸出電流2.5 A。通過計算得到電感為160 μH，電流紋波系數(shù)r 為0.4，開關(guān)頻率f為100 kHz。

圖4和圖5分別是電路工作在輸入電壓為100 V和輸入電壓為40 V時的波形圖Vo為輸出電壓，Vpulse為MOS管的驅(qū)動波形，IL為電感電流。

圖4 輸入電壓為100 V時的波形圖

圖5 輸入電壓為40 V時的波形圖

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年8月期）