本文設(shè)了一個(gè)改進(jìn)的無(wú)線充電電路，方案設(shè)計(jì)和應(yīng)用了一個(gè)高效的升壓電路作為無(wú)線充電電路的后級(jí)功能模塊。前一級(jí)為無(wú)線充電電路，后一級(jí)在智能功率檢測(cè)管理模塊的控制下，實(shí)現(xiàn)數(shù)控的無(wú)線電壓輸出。經(jīng)驗(yàn)證，方案具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線充電 升壓電路 數(shù)字電源 超級(jí)電容

無(wú)線充電技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域是目前技術(shù)研究和消費(fèi)電子領(lǐng)域的熱點(diǎn)。一方面無(wú)線充電技術(shù)是對(duì)以往電源技術(shù)和充電技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)革命性的創(chuàng)新；各個(gè)廠商和科研機(jī)構(gòu)投入巨大資源進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和商業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。另一方面，在實(shí)際應(yīng)用方面，無(wú)線充電技術(shù)仍然未得到更廣泛的應(yīng)用推廣。

限制無(wú)線充電技術(shù)發(fā)展推廣的原因除了商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同意和成本問(wèn)題外，技術(shù)環(huán)節(jié)也有一些亟待解決的問(wèn)題。傳輸效率受很多因素影響不能得到進(jìn)一步的提高，直接輸出電壓范圍較低等。

本文設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的無(wú)線充電電路，在傳統(tǒng)成熟無(wú)線充電電路的基礎(chǔ)上添加了智能可調(diào)的升壓電路模塊，并且在電路中添加了超級(jí)電容模塊，可以實(shí)現(xiàn)快速的儲(chǔ)能和電能輸出。。

1 無(wú)線充電技術(shù)概述

目前的無(wú)線充電主要有三種：

1.1 電磁感應(yīng)式

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

1.2 磁場(chǎng)共振

磁場(chǎng)共振由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個(gè)裝置調(diào)整到相同頻率，或者說(shuō)在一個(gè)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(wú)線充電技術(shù)

1.3 無(wú)線電波式

這是發(fā)展較為成熟的技術(shù)，類似于早期使用的礦石收音機(jī)，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(wú)線電波能量，在隨負(fù)載作出調(diào)整的同時(shí)保持穩(wěn)定的直流電壓。

主流的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)有五種：Qi標(biāo)準(zhǔn)、Power Matters Alliance（PMA）標(biāo)準(zhǔn)、Alliance for Wireless Power（A4WP）標(biāo)準(zhǔn)、iNPOFi技術(shù)、Wi-Po技術(shù)。

2 改進(jìn)的無(wú)線充電電路的實(shí)現(xiàn)

2.1 前級(jí)無(wú)線充電電路

TI公司提供了多種類的無(wú)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(jí)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(shè)計(jì)，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(huì)產(chǎn)生過(guò)熱。此外，該充電解決方案還兼容于市場(chǎng)上任何符合 5W Qi 標(biāo)準(zhǔn)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(wú)線電源發(fā)送器相結(jié)合，還可在 10W 功率下實(shí)現(xiàn)高達(dá) 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(jí)無(wú)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(diǎn)場(chǎng)合要求，譬如一些高電壓場(chǎng)合。升壓電路其實(shí)是DC/DC轉(zhuǎn)換電路的一種。本方案采用了一個(gè)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(jī)作為控制核心，采集前級(jí)輸出的電壓、電流。自動(dòng)進(jìn)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(jī)和TI公司專門(mén)針對(duì)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(jí)電容模塊

超級(jí)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(xué)儲(chǔ)能裝置，具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車、大功率輸出設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。本方案所涉及的無(wú)線充電電路由于技術(shù)條件限制不能夠作為大功率大電流的輸出場(chǎng)合。因此在輸出級(jí)并聯(lián)一個(gè)超級(jí)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(jí)電容管理芯片BQ33100 來(lái)實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容模塊。提供一系列豐富的管理、充電控制、監(jiān)控和保護(hù)功能，用于 2、3、4 或 5 個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)，可對(duì)每個(gè)電容器進(jìn)行監(jiān)控和平衡，或者用于多達(dá) 9 個(gè)電容器串聯(lián)。bq33100 可以測(cè)量測(cè)量超級(jí)電容的可用電容、健康狀況、電壓、電流、溫度和其他關(guān)鍵參數(shù)，保留準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)記錄，并通過(guò) 2 線 SMBus 1.1 兼容接口將這些信息報(bào)告給系統(tǒng)主機(jī)控制器。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)改進(jìn)的無(wú)線充電電路。方案特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了寬電壓輸出，同時(shí)應(yīng)用超級(jí)電容模塊來(lái)實(shí)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(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介

汪立偉，男，四川省成都市人。碩士學(xué)位。研究方向?yàn)橹悄茈娮蛹夹g(shù)。

作者單位

西南民族大學(xué)電信學(xué)院 四川省成都市 610000