显示页面 讨论 修订记录 反向链接 本页面只读。您可以查看源文件,但不能更改它。如果您觉得这是系统错误,请联系管理员。 ### 7. 无线充电发射模块 #### 模块描述 无线充电发射模块基于电磁感应原理,通过高频交变磁场向接收端传输能量。采用专用无线充电发射芯片(如XKT-412、MT5808)和谐振电容,工作频率通常为100-200kHz,符合Qi标准。发射线圈产生的磁场被接收线圈耦合,实现非接触式能量传输。适用于电赛中的无线充电类题目、移动机器人自动充电、便携设备充电等应用,是无线电能传输的核心技术。 #### 工作原理 ``` [12V直流输入] → [全桥逆变电路] → [谐振电路] → [发射线圈] → [磁场耦合] ↓ ↓ ↓ [PWM驱动] [LC谐振] [100-200kHz] ↑ ↑ [控制芯片] ← [反馈调节] ← [功率检测] ↓ [异物检测/过温保护] 能量传输: 发射端:直流→高频交流→磁场 接收端:磁场→感应电动势→整流→直流 效率:η = P接收/P发射 = k²·QL·QR/(1+k²·QL·QR) 其中k为耦合系数,QL/QR为品质因数 ``` #### 技术指标 - **芯片方案**: XKT-412 (集成方案), 或分立元件 - **输入电压**: 12V或19V DC - **输出功率**: 5W/10W/15W可选 - **工作频率**: 100-205kHz (Qi标准) - **传输距离**: 2-8mm (取决于功率) - **传输效率**: 70-85% - **线圈规格**: 直径40-80mm,15-25匝 - **谐振频率**: 通过电容调谐至工作频率 - **调制方式**: 频率调制或幅度调制 - **通信协议**: 负载调制(接收端→发射端) #### 接口管脚定义 | 管脚/接口 | 名称 | 功能 | 说明 | |----------|------|------|------| | VIN+/- | 电源输入 | 12V DC供电 | 支持9-24V | | COIL+/- | 线圈连接 | 发射线圈 | 并联谐振电容 | | FB | 反馈 | 功率反馈 | 检测负载 | | EN | 使能 | 启动控制 | 高电平使能 | | FOD | 异物检测 | 金属异物 | 检测到停止 | | LED | 状态指示 | 工作状态 | 充电/待机/故障 | #### 板上设置和信号指示 - **输入接口**: DC插座12V/2A输入 - **功率MOS**: 全桥4个N-MOS(如IRFZ44N) - **谐振电容**: 高频薄膜电容,计算值通常10-100nF - **发射线圈**: 多股利兹线绕制,降低高频损耗 - **散热片**: 功率MOS需散热片 - **状态LED**: 待机蓝色,充电绿色,异物红色 - **调试点**: 线圈电压、电流测试点 - **保护**: 过温、过流、异物检测电路 #### 电气指标 - **输入电压**: 12V±10% - **输入电流**: 空载<100mA, 满载5W时约0.6A - **输出功率**: 5W/7.5W/10W (Qi标准) - **工作频率**: 110-205kHz, 中心频率130kHz - **频率稳定性**: ±2kHz - **效率**: 空载→5W: 72-80%, 10W: 75-82% - **谐振电流**: 2-5A (线圈RMS电流) - **磁场强度**: <6.25 A/m @30cm (符合EMC标准) - **异物检测**: 金属物>2g可检测 - **保护温度**: >80°C自动降功率或关断 #### 使用说明 1. **线圈制作**: 使用0.1mm×100股利兹线,绕20圈,直径60mm 2. **谐振调谐**: 测量线圈电感L,计算C=1/(4π²f²L),f=130kHz 3. **电容选择**: 使用CBB薄膜电容,耐压>100V 4. **距离调试**: 调整线圈间距至2-5mm最佳效率 5. **负载匹配**: 接收端阻抗影响效率,需匹配设计 6. **EMC处理**: 屏蔽层、共模电感抑制辐射干扰 7. **异物检测**: Q值检测法或功率损耗法 8. **通信**: 接收端通过负载调制发送数据给发射端 #### 全国大学生电子设计竞赛相关赛题 - **2019年A题**: 电动小车动态无线充电系统(核心模块) - **2017年A题**: 微电网模拟系统(无线能量传输) - **2015年**: 无线电能传输装置 - **2013年**: 简易频率特性测试仪(可用于测试) #### 应用技术要点总结 1. **谐振设计**: 精确计算LC参数,保证谐振频率准确 2. **效率优化**: 提高线圈Q值,减小ESR,优化耦合系数 3. **动态充电**: 2019年A题需解决移动中的耦合变化问题 4. **多线圈**: 阵列式发射线圈扩大充电范围 5. **位置检测**: 通过功率扫描或霍尔传感器定位接收端 6. **功率控制**: PID调节输出功率,适应不同负载 7. **EMC优化**: 加屏蔽罩、滤波器,通过辐射测试 8. **安全保护**: 过温、过流、异物检测多重保护 ---