如何从电路设计上提高无线充电器的充电效率-凯发88

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如何从电路设计上提高无线充电器的充电效率

来源:      2019/9/3 10:03:57      点击:

在上一期的文章里面我们一起分析了影响无线充电器充电效率的因素有哪些。那在这一期我们就一起来看一下,怎么提高无线充电器的充电效率。

首先我们分析一下发射端,也就是无线充电器的情况,看发射端哪些模块对充电效率影响较大,应该如何处理。我们先从电路设计上去分析影响充电效率的因素,以及提高充电效率的方法。

1. mosfet器件导通损耗

在5v的全桥充电系统中需要用到4个功率mosfet,全桥结构有两种情况,一种是4个nmos管,另外一种是2个nmos和2个pmos。

系统在工作的过程当中至少有两个管子是导通的,所以在发射部分功率mosfet的损耗是最大的。

为了减少损耗,就需要考虑采用低导通内阻的管子,导通内阻相对较小的情况,系统的转换效率会比较好。

当然mosfet的低导通内阻与成本存在一定的关系,如果导通内阻很低,成本会相对较高,我们要从系统设计中折中考虑,找到一个好的平衡点。

2. 主控制器控制、控制响应不及时产生的损耗

在磁感应式无线充电系统中,接收端是被动感应端,理论上来讲,发射端提供多少功率,接收端就可以接收到除损耗之外的所有功率。但在实际应用当中发射端的发射功率是根据接收端灵活调整的,过多的发射功率会在接收端的整流部分和降压部分造成过多的功率损耗,所以为了尽量减少不必要的损耗,就需要对接收端的功率输出做精确控制。

在系统工作过程中,发射端和接收端通过一个2khz的调频载波进行实时通讯,所以发射端通过解调可以得到一个接收端的功率反馈信息,再根据这个信息实时调整发射功率,以确保有效功率的最大化传输。

但对接收端负载来讲,并不是一个恒定的稳定输出,多数情况下输出会有一个电流快速变动的跳变,对应的调制信号也会产生快速变化,这就要求发射板的主控制器能及时处理这些解调信号,从而及时调整功率输出。

主控制器的主频在一定程度上决定了处理器的处理能力,也就决定了对负载变化的调整速度,也最终决定了有效功率的情况。

另外关键的一点是,要对输出功率精确控制就需要对pwm驱动信号精确控制,驱动信号是一个110khz~205khz的一个占空比50%的方波信号,所以pwm驱动信号需要以1khz以下甚至以100hz的阶梯进行变频输出,这就要求主控的pwm控制单元性能要足够好才能满足要求。

3. 开关死区损耗

发射端我们完全可以看作是一个开关电源,通过mos的开关来产生振荡信号,所以系统的开关损耗是在所难免的。

为了减少损耗,理论上就要求pwm控制信号的上升和下降的时间足够短。在5v全桥系统中,上半桥与下半桥同一时间只能开一个,即q1和q4或者q2和q3同时只能导通一组,如图红色箭头部分为正常电流路径,两组管子交替导通,产生振荡,输出功率。

但开关驱动信号即pwm信号实际上无法做到同步开或关,如果有一个时刻q1和q3或者q2和q4会同时导通,出现瞬间短路的情况,系统在这个很短的时间段会产生很大的开关功率损耗,我们设计时需要避免同时开的情况,需要做一个死区处理,但如果处理不当,死区时间过长,系统的损耗也就加大。

要解决好这个死区的根本点其实就是pwm时序的控制。也就是在确保q3关闭之前才开q1,反之亦然。

所以可以从两个方面来优化这个时序问题,减少死区。

一是从软件调整,主控通过调整pwm时序来改善死区问题。

二是从硬件上去做延时处理,尽量缩短死区时间。比如一些简单的rc延时电路,通过选取合适的rc值来调整rc电路的充放电时间,达到延时的效果,从而有效减少死区时间,提高充电效率。

当然,有些驱动芯片已经在死区及延时上做了考虑,设计人员要根据具体芯片方案去考量。

以上就是从电路设计上去提高无线充电器充电效率的方法和原理了。如果你想知道更多提高无线充电器充电效率的方法可以关注凯发88官方网站以后的内容。我们会提供更多的内容

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