CN208423946U - 无线恒流充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种无线恒流充电装置，包括能量发射模块和能量接收模块，其中的能量发射模块包括电源电路和发射电路，能量接收模块包括感应电路、单片机控制电路和恒流充电电路。发射电路包括波形信号发生电路和谐振功放电路，用于产生交变电磁场；感应电路包括第二LC并联谐振回路、整流电路、滤波电路和稳压输出电路，用于产生感应电流；单片机输出控制信号，控制调节恒流充电电路输出的充电电流值，充电电流0～1.25A可调，步进0.1A。因此，本实用新型的充电装置可无线充电，也可以恒流充电，并且充电电流可步进调节。
Description
技术领域
本实用新型的实施例涉及一种充电装置，具体而言，涉及一种无线恒流充电装置。
背景技术
无线充电技术源于无线电能传输技术，小功率无线充电常采用电磁感应式(如对手机充电的Qi方式，但中兴的电动汽车无线充电方式采用的感应式)，大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种无线恒流充电装置，该装置可以恒流充电，并且充电电流可步进调节。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种无线恒流充电装置，包括能量发射模块和能量接收模块，能量发射模块包括电源电路和发射电路，所述能量接收模块包括感应电路、单片机控制电路和恒流充电电路；电源电路包括降压电路、整流电路、滤波电路和稳压输出电路，用于将市电降压、整流滤波输出和稳压滤波输出；发射电路包括波形信号发生电路和谐振功放电路，波形信号发生电路输出波形激励信号，谐振功放电路包括MOS管和第一LC并联谐振回路，受波形激励信号控制产生交变电磁场；感应电路包括第二LC并联谐振回路、整流电路、滤波电路和稳压输出电路，用于产生感应电流，并将感应电流整流滤波输出和稳压滤波输出；单片机控制电路接收感应电路稳压滤波输出电压，并与恒流充电电路耦合，向恒流充电电路输出一控制信号；恒流充电电路接收感应电路整流滤波输出电压以及单片机控制电路输出的控制信号，输出恒流电压至负载端。
此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：
电源电路的降压电路包括高频开关电源变压器，其型号为EPC17-24V；整流电路为桥式整流电路；稳压输出电路包括第一稳压器、第二稳压器和第三稳压器；其中，第一稳压器型号为7812，第二稳压器型号为7805，该第一稳压器与第二稳压器相互串联，并且第二稳压器输出端输出正电压；第三稳压器与第一稳压器、第二稳压器相互并联，其输出端输出负电压；滤波电路包括高频杂波滤波电容电路、整流平波电容电路以及直流输出滤波电容电路；其中，高频杂波滤波电容电路和整流平波电容电路耦合在整流电路输出端，直流输出滤波电容电路耦合在稳压输出电路输出端。
波形信号发生电路包括信号发生器及外围电路，信号发生器的型号为MAX038；所述MOS管耦合在信号发生器输出端与第一LC并联谐振回路之间。
感应电路的整流电路为桥式整流电路；滤波电路包括平波电容和若干直流滤波电容；稳压输出电路包括稳压管和第四稳压器，稳压管输出电压为5V，第四稳压器的型号为AMS1117-3.3，输出电压为3.3V。
单片机控制电路包括单片机及外围电路，以及显示器；单片机的型号为CC2530，外围电路包括振荡电路、隔离电路和电容滤波电路；显示器与单片机P0口耦合，用于显示恒流充电电路输出电流值。
恒流充电电路包括稳压源电路、DA转换电路和负反馈运放电路；稳压源电路用于给DA转换电路提供基准电压；DA转换电路用于将单片机输出的数字控制信号转换为模拟控制电压；负反馈运放电路包括运算放大器和三极管，运算放大器正输入端与DA转换电路之间耦合有分压电阻、负输入端与地之间耦合有对地电阻、输出端与三极管基极耦合，三极管发射极与对地电阻耦合、集电极接负载端。
相比于现有技术，本实用新型的无线恒流充电装置的优势在于，其包括能量发射模块和能量接收模块，其中的能量发射模块包括电源电路和发射电路，能量接收模块包括感应电路、单片机控制电路和恒流充电电路。发射电路包括波形信号发生电路和谐振功放电路，用于产生交变电磁场；感应电路包括第二LC并联谐振回路、整流电路、滤波电路和稳压输出电路，用于产生感应电流；单片机输出控制信号，控制调节恒流充电电路输出的充电电流值，充电电流0～1.25A可调，步进0.1A。因此，本实用新型的充电装置可无线充电，也可以恒流充电，并且充电电流可步进调节。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。
图1是本实用新型较佳实施例的无线恒流充电装置的电路结构框图。
图2是本实用新型较佳实施例的无线恒流充电装置的电源电路的电路图。
图3是本实用新型较佳实施例的无线恒流充电装置的发射电路的电路图。
图4是本实用新型较佳实施例的无线恒流充电装置的感应电路的电路图。
图5是本实用新型较佳实施例的无线恒流充电装置的单片机控制电路的电路图。
图6是本实用新型较佳实施例的无线恒流充电装置的恒流充电电路的电路图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。
见图1，本实施例的无线恒流充电装置包括能量发射模块和能量接收模块，其中的能量发射模块包括电源电路1和发射电路2，能量接收模块包括感应电路3、单片机控制电路4和恒流充电电路5。能量发射模块接市电，并对市电进行降压、整流、滤波、稳压，并产生交变电磁场将能量发射出去；能量接收模块利用交变电磁场产生感应电流，并对感应电流进行整流、滤波、稳压，再经恒流处理后输出给负载端。
见图2，能量发射模块包括电源电路包括降压电路、整流电路、滤波电路和稳压输出电路。其中，降压电路包括高频开关电源变压器T1，本实施例采用的型号为EPC17-24V。整流电路为桥式整流电路B1，本实施例采用MB10F贴片整流桥。滤波电路包括高频杂波滤波电容电路、整流平波电容电路以及直流输出滤波电容电路，高频杂波滤波电容电路包括电容C3和电容C30，整流平波电容电路包括电容C2和电容C29，直流输出滤波电容电路包括电容C1、电容C4、电容C31和电容C32，其中，高频杂波滤波电容电路和整流平波电容电路耦合在整流电路输出端，市电经降压电路降压，整流电路整流，高频杂波滤波电容电路和整流平波电容电路滤波后输出DVCC电压，直流输出滤波电容电路耦合在稳压输出电路输出端。稳压输出电路包括第一稳压器V1、第二稳压器V2和第三稳压器V3；其中，第一稳压器V1型号为7812，第二稳压器V2型号为7805，该第一稳压器V1与第二稳压器V2相互串联，并且第二稳压器V2输出端输出正电压(+5V)；第三稳压器V3与第一稳压器V1、第二稳压器V2相互并联，其输出端输出负电压(-5V)，稳压输出电路输出的正负电压经直流输出滤波电容电路滤波后输出。
见图2，发射电路包括波形信号发生电路和谐振功放电路。
波形信号发生电路用于输出波形激励信号，其包括信号发生器U5及外围电路。信号发生器的型号本实施例中采用MAX038，其输出正弦波信号频率范围为0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz。当信号发生器U5的第4脚为高电平，第3脚为低电平时，其第19脚输出正弦波。信号发生器U5的第1脚为REF基准电源2.50V输出，第10脚为IIN振荡频率参考电流输入，当第8脚FADJ＝0V时，输出振荡频率由下式决定：
F0(MHZ)＝IIN(μA)÷CF(PF)
上式中：第10脚的IIN由第1脚的电压与电阻R100和R200串联来驱动。公式中CF为信号发生器U5第5脚所接电容，即电容C27。调节电位器R100，可以调节第19脚输出的频率值。
谐振功放电路包括MOS管Q1和第一LC并联谐振回路。MOS管Q1在本实施例中采用IRF840，最大功率为125W，最大电流为8A；Q1的栅极与信号发生器U5的第19脚耦合，源极与第一LC并联谐振回路耦合，漏极接地。第一LC并联谐振回路包括相互并联的可调电容C23、电容C24和谐振线圈L2，谐振线圈L2采用0.8mm漆包线密绕50圈，直径大约8cm，根据LC谐振频率公式(F(频率)＝1/(2*Pi*Sqrt(L*C)))，可以通过调节可调电容C23使LC谐振为500KHZ。当谐振线圈L2的谐振频率和信号发生器U5产生的激励信号相等时，线圈中电流最大，此时产生交变电磁场。
见图4，感应电路包括第二LC并联谐振回路、整流电路、滤波电路和稳压输出电路。第二LC并联谐振回路包括相互并联的谐振线圈L3、可调电容C19、电容C20，谐振线圈L3采用0.8mm漆包线密绕50圈，直径大约8cm，当谐振功放电路的谐振线圈L2产生最大的交变电磁场时，谐振线圈L3靠近后就会产生感应电势，当由第二LC并联谐振回路的频率和第一LC并联谐振回路的频率相同时，谐振线圈L3中感应电势最大，效率最高。通过调节可调电容C19的电容量可以满足接收端谐振频率等于发射端谐振频率。
整流电路为桥式整流电路B2，本实施例采用MB10F贴片整流桥。滤波电路包括平波电容和若干直流滤波电容，其中图中的C22为平波电容，C21、C400、C500、C600为直流滤波电容。稳压输出电路包括稳压管D1和第四稳压器V4，稳压管D1输出电压为5V，第四稳压器V4的型号为AMS1117-3.3，输出电压为3.3V。第二LC并联谐振回路接收的交流信号经过整流电路进行整流后，由稳压管D1将输出电压稳压在5V左右，并提供给恒流充电电路，第四稳压器V4输出的3.3V电压提供给单片机控制电路。
见图5，单片机控制电路包括单片机U2及外围电路，以及显示器。单片机U2的型号为CC2530，外围电路包括振荡电路、隔离电路和电容滤波电路。显示器在本实施例中采用的型号为LCD1602，其与单片机P0口耦合。单片机可外接按键键盘来设置充电电流值，通过单片机读取设定值后，输出一控制信号，控制恒流充电电路实现恒流充电，单片机设定的电流值可以通过显示器进行显示。
见图6，恒流充电电路包括稳压源电路、DA转换电路和负反馈运放电路。稳压源电路包括三端可调分流基准源U1，U1的型号为TL431，与单片机U2的P10脚耦合，也与DA转换电路耦合，该稳压源电路主要用于给DA转换电路提供基准电压(2.5V)。DA转换电路包括DA转换芯片U4，U4的型号为TLC5615，其输入端与单片机P11-14脚耦合，输出端与负反馈运放电路耦合，用于将单片机输出的控制信号转换为一恒定的模拟控制电压，并输出给负反馈运放电路。负反馈运放电路包括运算放大器U3A和三极管Q100，运算放大器U3A正输入端通过分压电阻R3后与DA转换芯片U4耦合，通过分压电阻R4后接地，运算放大器U3A的负输入端通过对地电阻R2后接地，运算放大器U3A的输出端与三极管Q100基极耦合，三极管Q100发射极与对地电阻R2耦合、集电极接负载端。
运算放大器U3A正输入端(第3脚)的电压值为DA转换芯片U4第7脚电压经过分压电阻R3和R4串联回路后在分压电阻R4上的分压值。由运放的虚端性可知运算放大器U3A负输入端(第2脚)的电压在数值上等于正输入端的电压值，也等于对地电阻R2上的压降，由此，对地电阻R2上的电流可以通过单片机输出的控制信号控制其大小，对地电阻R2上的电流值也等于三极管Q100的发射极电流，也就是充电负载P1的充电电流值。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种无线恒流充电装置，包括能量发射模块和能量接收模块，其特征在于：所述能量发射模块包括电源电路和发射电路，所述能量接收模块包括感应电路、单片机控制电路和恒流充电电路；
所述电源电路包括降压电路、整流电路、滤波电路和稳压输出电路，用于将市电降压、整流滤波输出和稳压滤波输出；
所述发射电路包括波形信号发生电路和谐振功放电路，波形信号发生电路输出波形激励信号，谐振功放电路包括MOS管和第一LC并联谐振回路，受波形激励信号控制产生交变电磁场；
所述感应电路包括第二LC并联谐振回路、整流电路、滤波电路和稳压输出电路，用于产生感应电流，并将感应电流整流滤波输出和稳压滤波输出；
所述单片机控制电路接收感应电路稳压滤波输出电压，并与恒流充电电路耦合，向恒流充电电路输出一控制信号；
所述恒流充电电路接收感应电路整流滤波输出电压以及单片机控制电路输出的控制信号，输出恒流电压至负载端。
2.根据权利要求1所述的无线恒流充电装置，其特征在于：所述电源电路的降压电路包括高频开关电源变压器，其型号为EPC17-24V；整流电路为桥式整流电路；稳压输出电路包括第一稳压器、第二稳压器和第三稳压器；其中，第一稳压器型号为7812，第二稳压器型号为7805，该第一稳压器与第二稳压器相互串联，并且第二稳压器输出端输出正电压；第三稳压器与第一稳压器、第二稳压器相互并联，其输出端输出负电压；滤波电路包括高频杂波滤波电容电路、整流平波电容电路以及直流输出滤波电容电路；其中，高频杂波滤波电容电路和整流平波电容电路耦合在整流电路输出端，直流输出滤波电容电路耦合在稳压输出电路输出端。
3.根据权利要求1所述的无线恒流充电装置，其特征在于：所述波形信号发生电路包括信号发生器及外围电路，信号发生器的型号为MAX038；所述MOS管耦合在信号发生器输出端与第一LC并联谐振回路之间。
4.根据权利要求1所述的无线恒流充电装置，其特征在于：所述感应电路的整流电路为桥式整流电路；滤波电路包括平波电容和若干直流滤波电容；稳压输出电路包括稳压管和第四稳压器，稳压管输出电压为5V，第四稳压器的型号为AMS1117-3.3，输出电压为3.3V。
5.根据权利要求1所述的无线恒流充电装置，其特征在于：所述单片机控制电路包括单片机及外围电路，以及显示器；单片机的型号为CC2530，外围电路包括振荡电路、隔离电路和电容滤波电路；显示器与单片机P0口耦合，用于显示恒流充电电路输出电流值。
6.根据权利要求1所述的无线恒流充电装置，其特征在于：所述恒流充电电路包括稳压源电路、DA转换电路和负反馈运放电路；稳压源电路用于给DA转换电路提供基准电压；DA转换电路用于将单片机输出的数字控制信号转换为模拟控制电压；负反馈运放电路包括运算放大器和三极管，运算放大器正输入端与DA转换电路之间耦合有分压电阻、负输入端与地之间耦合有对地电阻、输出端与三极管基极耦合，三极管发射极与对地电阻耦合、集电极接负载端。
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