中小功率无线充电电路副边稳压电路的设计*

0   引言

无线充电已经越来越深入人们的日常生活当中，无论是在工业商业领域都获得了较大发展，很多公司和企业都开始涉足无线充电领域。在智能手机、AGV（自动导引小车）、新能源汽车等方面，无线充电开始走向商业化，并开始大规模应用。然而无线充电的发展还远远不能满足人们的日常需求，技术不够成熟成本高居不下是其中2个重要原因。无线充电技术存在的1个瓶颈就是其副边电压容易受到各种因素的干扰而导致输出电压不稳，如果要获得稳定输出的电压就需要增加一级高效率的稳压电路，但又会导致成本飙升。本文旨在设计1种兼顾成本和效率的副边稳压电路，来解决无线充电目前所面临的部分问题。

*基金：江苏信息职业技术学院校级课题基金，基金编号JSITKY201906

1   无线充电概论

无线充电的框架如图1所示，主要包含发射电路和接收电路两部分^[1]，发射电路一般是交流经过整流后，采用控制IC驱动MOS管产生高频信号源，再通过发射线圈发射出去，接收电路通过接收线圈接收到能量经过整流滤波产生直流电^[2]。但是由于发射线圈和接收线圈之间的耦合系数受到距离、偏移量、环境等不稳定因素的影响，会导致副边整流滤波电压的较大波动。因此本文主要侧重副边稳压电路的实现。

作者简介：周道龙（1989—），男，硕士，教师，研究方向为电力电子技术。

2   主电路设计

本设计副边稳压电路采用BUCK电路，与传统线性稳压电路相比，BUCK电路具有结构简单、效率高等特点。图2是无线充电副边为BUCK电路的原理图，原理就是通过开关管Q不断的开通与关断来控制输出电压^[3]。

当MOS管处于开通状态时，

当MOS管处于断开时，

由伏秒积可得

由此就可以得出输出电压V_O与副边接收端经过整流后的电压E 之间的关系。

当在MOS管开通时

所以

其中，Io为输出的负载电流， r 为电感电流纹波率， f 为开关频率。

3   控制电路设计

控制电路如图3 所示， 控制电路以UC3842为核心。UC3842的供电由PE-12V-B4来实现，PE-12V-B4是1种宽电压DC/DC芯片，其输入电压范围为15~380 V，输入端接副边整流滤波后的母线电压，其输出电压为12 V，完全满足本电路的需求。并且其外围电路简单，基本不需额外器件。

图3 控制电路的设计

UC3842的2脚也即其内部放大器的反向输入端和3脚也即其电流监测端直接通过电阻接地^[4]。R2和C2作为UC3842芯片正常工作的震荡源，5脚接地端直接接地。1脚也即其内部运算放大器的输出端通过接光耦TLP291的输出端来实现反馈。6脚和R3、R5构成了驱动电路，直接驱动MOS管。在二次侧，是以TL431为核心的控制电路。R8、R9作为基准电压设置，C3、R7为PI调节电路。

4   实验验证

本实验设计了仿真验证。设计输入电压40~100 V，输出电压20 V，输出电流2.5 A。通过计算得到电感为160 μH，电流纹波系数r 为0.4，开关频率f为100 kHz。

图4和图5分别是电路工作在输入电压为100 V和输入电压为40 V时的波形图Vo为输出电压，Vpulse为MOS管的驱动波形，IL为电感电流。

图4 输入电压为100 V时的波形图

图5 输入电压为40 V时的波形图

（本文来源于《电子产品世界》杂志2020年8月期）