中小功率無(wú)線(xiàn)充電電路副邊穩壓電路的設計*

0   引言

無(wú)線(xiàn)充電已經(jīng)越來(lái)越深入人們的日常生活當中，無(wú)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(kāi)始涉足無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域。在智能手機、AGV（自動(dòng)導引小車(chē)）、新能源汽車(chē)等方面，無(wú)線(xiàn)充電開(kāi)始走向商業(yè)化，并開(kāi)始大規模應用。然而無(wú)線(xiàn)充電的發(fā)展還遠遠不能滿(mǎn)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(wú)線(xiàn)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致輸出電壓不穩，如果要獲得穩定輸出的電壓就需要增加一級高效率的穩壓電路，但又會(huì )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壓電路，來(lái)解決無(wú)線(xiàn)充電目前所面臨的部分問(wèn)題。

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

1   無(wú)線(xiàn)充電概論

無(wú)線(xiàn)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(guò)整流后，采用控制IC驅動(dòng)MOS管產(chǎn)生高頻信號源，再通過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈發(fā)射出去，接收電路通過(guò)接收線(xiàn)圈接收到能量經(jīng)過(guò)整流濾波產(chǎn)生直流電^[2]。但是由于發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈之間的耦合系數受到距離、偏移量、環(huán)境等不穩定因素的影響，會(huì )導致副邊整流濾波電壓的較大波動(dòng)。因此本文主要側重副邊穩壓電路的實(shí)現。

作者簡(jiǎn)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

本設計副邊穩壓電路采用BUCK電路，與傳統線(xiàn)性穩壓電路相比，BUCK電路具有結構簡(jiǎn)單、效率高等特點(diǎn)。圖2是無(wú)線(xiàn)充電副邊為BUCK電路的原理圖，原理就是通過(guò)開(kāi)關(guān)管Q不斷的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)控制輸出電壓^[3]。

當MOS管處于開(kāi)通狀態(tài)時(shí)，

當MOS管處于斷開(kāi)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(guò)整流后的電壓E 之間的關(guān)系。

當在MOS管開(kāi)通時(shí)

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(kāi)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(lái)實(shí)現，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(xiàn)電壓，其輸出電壓為12 V，完全滿(mǎn)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 控制電路的設計

UC3842的2腳也即其內部放大器的反向輸入端和3腳也即其電流監測端直接通過(guò)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腳也即其內部運算放大器的輸出端通過(guò)接光耦TLP291的輸出端來(lái)實(shí)現反饋。6腳和R3、R5構成了驅動(dòng)電路，直接驅動(dòng)MOS管。在二次側，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調節電路。

4   實(shí)驗驗證

本實(shí)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(guò)計算得到電感為160 μH，電流紋波系數r 為0.4，開(kāi)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管的驅動(dòng)波形，IL為電感電流。

圖4 輸入電壓為100 V時(shí)的波形圖

圖5 輸入電壓為40 V時(shí)的波形圖

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年8月期）