8. 无线充电接收模块

模块描述

无线充电接收模块与发射模块配对使用,通过接收线圈感应磁场产生交流电压,经整流稳压后为负载供电或给电池充电。采用专用接收芯片(如XKT-335、BQ51013A),集成整流、稳压、充电管理等功能,符合Qi标准。接收端可通过负载调制向发射端反馈状态信息。适用于移动设备、小车、机器人等需要无线充电的场合,与发射模块组成完整的无线充电系统。

工作原理

[接收线圈] → [感应电压] → [全波整流] → [LDO稳压] → [5V输出]
      ↑           ↓            ↓            ↓
  [磁场耦合]  [AC 10-20V]  [脉动直流]   [恒压输出]
      ↑                                     ↓
[发射线圈磁场]                        [负载/充电]
                                           ↓
                        [负载调制电路] ← [通信反馈]
                              ↓
                        [开关调制线圈阻抗]
                              ↓
                        [发射端检测调制信号]

整流方式:同步整流(高效)或二极管整流
通信方式:负载调制(幅度/频率调制)

技术指标

- 芯片方案: XKT-335, BQ51013A (Qi接收) - 输入: 感应线圈100-200kHz交流 - 输出电压: 5V±5% - 输出电流: 最大2A (10W接收) - 接收功率: 5W/7.5W/10W - 传输效率: 接收端75-85% - 线圈规格: 直径30-60mm,20-30匝 - 谐振频率: 100-205kHz - 整流方式: 同步整流MOS - 通信: 2kbps负载调制

接口管脚定义

管脚 名称 功能 说明
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COIL+/- 线圈 接收线圈 并联谐振电容
RECT+/- 整流 整流输出 连接滤波电容
VOUT 输出 5V输出 稳压输出
GND 公共地 -
TS 温度 温度监测 NTC热敏电阻
EN 使能 芯片使能 高电平工作
COM 通信 负载调制 反馈给发射端

板上设置和信号指示

- 接收线圈: 多股利兹线绕制,与谐振电容并联 - 谐振电容: CBB电容,精确调谐 - 整流MOS: 同步整流NMOS,降低损耗 - 输出电容: 220μF低ESR电容 - 稳压输出: 5V/2A LDO或DC-DC - 充电接口: USB-A或Type-C输出 - 状态LED: 充电指示灯 - 保护电路: 过压、过流、过温保护

电气指标

- 感应电压: AC 10-20V (线圈开路电压) - 整流电压: DC 8-15V (整流后) - 输出电压: 5V±5%, 纹波<100mV - 输出电流: 0-2A - 接收功率: 5W/10W - 接收效率: 75-82% - 系统效率: 发射×接收 = 60-70% - 启动功率: >0.5W才能稳定工作 - 整流损耗: 同步整流<0.2V, 二极管~1.4V - 调制深度: 负载调制±10%阻抗变化 - 响应时间: <100ms

使用说明

1. 线圈绕制: 使用利兹线,直径略小于发射线圈 2. 谐振匹配: 接收线圈与发射线圈谐振频率一致 3. 位置对准: 发射与接收线圈中心对准,距离2-5mm 4. 负载连接: 输出可接充电模块或直接供电 5. 效率测试: 测量发射功率和接收功率,计算效率 6. 通信调试: 示波器观察负载调制波形 7. 温度监测: 接NTC监测线圈温度,过热保护 8. 屏蔽: 接收端背面加铁氧体屏蔽,增强耦合

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(接收端) - 2017年A题: 微电网模拟系统(能量接收) - 2015年: 无线电能传输装置(接收模块)

应用技术要点总结

1. 同步整流: 使用MOS替代二极管,效率提升5-10% 2. 阻抗匹配: 优化线圈与负载阻抗,最大化功率传输 3. 动态接收: 小车移动时保持稳定接收,需宽容差设计 4. 电池充电: 接收5V后接TP4056给锂电池充电 5. 快速响应: 接收功率快速反馈给发射端调节 6. 多线圈: 接收端多线圈切换,适应不同位置 7. 去耦设计: 接收线圈与充电电路隔离,减小干扰 8. 鲁棒性: 容忍±20%频率偏差,±50%距离变化