一种改进的多输出无线充电电路设计

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本文设了一个改进的无线充电电路，方案设计和应用了一个高效的升压电路作为无线充电电路的后级功能模块。前一级为无线充电电路，后一级在智能功率检测管理模块的控制下，实现数控的无线电压输出。经验证，方案具有较好的应用价值。

【关键词】无线充电 升压电路 数字电源 超级电容

无线充电技术及相关领域是目前技术研究和消费电子领域的热点。一方面无线充电技术是对以往电源技术和充电技术领域一个革命性的创新；各个厂商和科研机构投入巨大资源进行技术改进和商业应用开发。另一方面，在实际应用方面，无线充电技术仍然未得到更广泛的应用推广。

限制无线充电技术发展推广的原因除了商业标准不同意和成本问题外，技术环节也有一些亟待解决的问题。传输效率受很多因素影响不能得到进一步的提高，直接输出电压范围较低等。

本文设计了一种改进的无线充电电路，在传统成熟无线充电电路的基础上添加了智能可调的升压电路模块，并且在电路中添加了超级电容模块，可以实现快速的储能和电能输出。。

1 无线充电技术概述

目前的无线充电主要有三种：

1.1 电磁感应式

初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。主要就是感应线圈的方式。

1.2 磁场共振

磁场共振由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。这是目前被寄予最大期望的无线充电技术

1.3 无线电波式

这是发展较为成熟的技术，类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。

主流的无线充电标准有五种：Qi标准、Power Matters Alliance（PMA）标准、Alliance for Wireless Power（A4WP）标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术。

2 改进的无线充电电路的实现

2.1 前级无线充电电路

TI公司提供了多种类的无线充电解决方案，包括多种输出电压，多种输出功率，以及多种类型的传输线圈方案。本方案前级采用了成熟的全面集成型解决方案。方案基于的bq51025 和 bq500215 芯片。方案不仅支持防水、防尘以及便携式设计，而且还更快的为 1 节及 2 节（1S 和 2S）锂离子电池充电且不会产生过热。此外，该充电解决方案还兼容于市场上任何符合 5W Qi 标准的产品。

Bq51025 接收器支持 4.5V 至 10V 的可编程输出电压。与 TI bq500215 无线电源发送器相结合，还可在 10W 功率下实现高达 84% 的充电效率，从而可显著提高散热性能。硬件电路如图所示

2.2 数控升压电路

前级无线充电路已经具有可编程的输出电压，但是输出范围仍然不能够满足一些特点场合要求，譬如一些高电压场合。升压电路其实是DC/DC转换电路的一种。本方案采用了一个高效的数控升压电路将输出电压抬升到最高30伏输出。本模块采用单片机作为控制核心，采集前级输出的电压、电流。自动进行稳压操作，可以精确的控制输出电压。方案采用STM32单片机和TI公司专门针对高输出电压的LM25122-Q1。其输入电压范围广泛，最低3伏，最高40伏，输出电压可以提升至最高50伏。因此可用于12V、24V 和 48V 电源系统。电路如图2所示。

2.3 超级电容模块

超级电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能装置，具有功率密度高、循环寿命长、安全可靠等特点，现已广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域。本方案所涉及的无线充电电路由于技术条件限制不能够作为大功率大电流的输出场合。因此在输出级并联一个超级电容模块，作为大功率备用输出就显得尤为重要。本方案采用超级电容管理芯片BQ33100 来实F超级电容模块。提供一系列丰富的管理、充电控制、监控和保护功能，用于 2、3、4 或 5 个超级电容器串联，可对每个电容器进行监控和平衡，或者用于多达 9 个电容器串联。bq33100 可以测量测量超级电容的可用电容、健康状况、电压、电流、温度和其他关键参数，保留准确的数据记录，并通过 2 线 SMBus 1.1 兼容接口将这些信息报告给系统主机控制器。

3 结论

本文设计实现了一个改进的无线充电电路。方案特点是实现了宽电压输出，同时应用超级电容模块来实现突发的大功率输出要求。在一些手持仪器的充电环节中，可以得到很好的应用。

参考文献

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[2]汪岭.DC/DC升压变换器设计[D].上海交通大学，2007.

[3]武伟，谢少军，张祝许津铭.基于MMC双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计[J].中国电机工程学报，2014（27）：4568-4575.

作者简介

汪立伟，男，四川省成都市人。硕士学位。研究方向为智能电子技术。

作者单位

西南民族大学电信学院 四川省成都市 610000