中小功率無線充電電路副邊穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)*

作者：周道龍（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫 214153）時(shí)間：2020-07-24 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：無線充電雖然已經(jīng)開始在工業(yè)和商用領(lǐng)域應(yīng)用，但大都局限在大功率和小功率電路中，而中小功率則涉及較少。本文旨在設(shè)計(jì)一種可應(yīng)用于中小功率無線充電電路中接收端的穩(wěn)壓電路。此電路主要是以UC3842為核心所構(gòu)成的BUCK電路，先介紹了主電路的設(shè)計(jì)，接著是控制電路的設(shè)計(jì)，最后通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/202007/416127.htm

0 引言

無線充電已經(jīng)越來越深入人們的日常生活當(dāng)中，無論是在工業(yè)商業(yè)領(lǐng)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(lǐng)域。在智能手機(jī)、AGV（自動(dòng)導(dǎo)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(yīng)用。然而無線充電的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(gè)重要原因。無線充電技術(shù)存在的1個(gè)瓶頸就是其副邊電壓容易受到各種因素的干擾而導(dǎo)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(jí)高效率的穩(wěn)壓電路，但又會(huì)導(dǎo)致成本飆升。本文旨在設(shè)計(jì)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(xué)院校級(jí)課題基金，基金編號(hào)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(dòng)MOS管產(chǎn)生高頻信號(hào)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(huì)導(dǎo)致副邊整流濾波電壓的較大波動(dòng)。因此本文主要側(cè)重副邊穩(wěn)壓電路的實(shí)現(xiàn)。

作者簡(jiǎn)介：周道龍（1989—），男，碩士，教師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)。

2 主電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)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(jiǎn)單、效率高等特點(diǎn)。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(dāng)MOS管處于開通狀態(tài)時(shí)，

當(dāng)MOS管處于斷開時(shí)，

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(dāng)在MOS管開通時(shí)

所以

其中，Io為輸出的負(fù)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(shè)計(jì)

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(shí)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(jiǎn)單，基本不需額外器件。

圖3 控制電路的設(shè)計(jì)

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(cè)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(yùn)算放大器的輸出端通過接光耦TLP291的輸出端來實(shí)現(xiàn)反饋。6腳和R3、R5構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)電路，直接驅(qū)動(dòng)MOS管。在二次側(cè)，是以TL431為核心的控制電路。R8、R9作為基準(zhǔn)電壓設(shè)置，C3、R7為PI調(diào)節(jié)電路。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了仿真驗(yàn)證。設(shè)計(jì)輸入電壓40~100 V，輸出電壓20 V，輸出電流2.5 A。通過計(jì)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(shí)的波形圖Vo為輸出電壓，Vpulse為MOS管的驅(qū)動(dòng)波形，IL為電感電流。