• 159
•
ELECTRONICS WORLD ・技术交流
灯管支架
本文设计了超级电容无线充电系统充电电路，电路包括IR2104S 模块、IRF3710半桥电路、LC 低通滤波等。文中给出了各模块详细的电路原理图和电路参数。分析了充电电压、充电电流和Buck-boost 电路对PWM 波占空比的影响。推导了Buck-boost 电路占空比和充电电流之间的内在联系。最后通过STM32单片机产生带有PID 算法的PWM 波对电路进行驱动，并将电路实时工作数据进行测量，验证了电路工作的有效性。 传统电子设备进行充电时，两端需要分别连接电源和电子设备充电接口，这种传统充电形式存在较多不足。首先使用充电器频繁的插拔容易导致充电接头损坏，从而导致增加充电成本。其次该方式会增加触土压力盒
电的可能，例如插头插进插座时会出现电火花等危险。此外随时间推移插座会存在积尘和接触损耗，从而导致接触不良等问题。因此非接触式感应充电方式凭借摆脱传统方式存在的问题的独特优势的进入大众的视野，让获取电能不再复杂，杜绝存在安全的隐患，使用户使用更安心，更方便快捷。除此之外，使用超级电容取代化学式的蓄电池是目前科学研究的一个热门话题，因其寿命长，绿环保，对环境污染小等优势，广受大众青睐。虽然有很多技术问题需要解决，但其本身的优越性随着相关技术的发展，使用超级电容代替化学式的蓄电池指日可待。
1 系统电路的构建
发送线圈发送电能后，通过磁耦合原理，使用接收线圈捕捉电能，对捕获的电能进行滤波处理。通过使用STM32单片机输出PWM 脉冲作为充电电路的驱动信号，但单片机驱动能力是有限的，需要放大PWM 脉冲的驱动能力，半桥驱动器IR2104S 可作为驱动芯片。系统中采用芯片IR2104S 为主要驱动器，驱动MOS 管IRF3710的Buck-boost 电路。电路中需要对功率进行计算，因此需对于模拟量进行采集。电路中采用INA282作为电流采集芯片，采用电阻分压采集电压。电路最后设计LC 低通滤波器对电路进行滤波，防止电容电压回流加入肖特基二极管保护电路。最终将电能输入超级电容中，通过对Buck-boost 电路进行占空比调控，保持恒功率输出电能，完成无线充电过程。其主要设计流程图如1
流程工业在线所示。
图1 充电电路的设计流程图
2 充电电路各模块设计
2.1 IR2104S驱动电路设计
使用IR2104S 驱动器作为电路主要的驱动器，该IR2104S 内具有自举电路，可将单片机输出的PWM 驱动信号提高至12V ，具有同相输入高侧输出的信号的特点，除此之外使用IR2104S 驱动器还可以产生相位相反的驱动信号，使得半桥电路可以正常工作。具体电路图如图2
高频磁芯所示。
图2 IR2104S电路设计图
2.2 Buck-boost电路设计
无线充电电路需要将外部接收到的电压，输送至超级电容中，因此设计使用Buck-boost 电路对电压进行调控。该电路一般使用PWM 作为驱动电压，可将输入的高电压通过控制PWM 的占空比输出较小的电压。经过LC 滤波电路之后就会输出电压值为输入电压值乘以占空比的直流信号，此电压可用于对超级电容充电。具体电路如图3
测斜管
所示。
图3 Buck-boost电路图
2.3 模拟量数据采集设计
为了保证电路中的功率实时监控，需要对功率进行测量。功率的计算为P =UI ，其中U 为充电电压值，I 为充电电流值，二值均属于未知量，因此，需要测量电路中的电压和电流，由于电路中的
电压较高，单片机的ADC 引脚不能超过3.3V ，因此需要对测量电
超级电容无线恒功率充电系统中充电电路的设计
和机器人做到哭机器打桩机贵阳学院电子与通信工程学院 沈承舒 陈小江
