简介

18年19年电赛都出现了无线充电的小车题目，18年省赛年19年国赛年，题目还是有一定的相似之处，这也是第一次接触电源类相关的题目以及无线充电技术，这里记录一下我的心得。

题目回顾

2018年👇 ----------------------------------------

2019年👇

分析

首先直流电源通过逆变电路变化成交流电，然后原边谐振回路是来调节交流电的频率，这个交流电通道线圈中，即为无线充电装置发射部分，发射端线圈变化的电流引起变化的磁场，接收端变化的磁场产生变化的电流，然后就会在接收端产生一个由发射端引起的变化的磁场在接收端所产生的交流电，交流电可以很直观的用示波器去观察。接收端接收到交流电后，经过副边谐振回路后可以产生与发射端频率一样的交流电，通过谐振可以使得电能有效传输，然后产生的频率一样的交流电再通过整流电路，BUCK降压变成直流电比如5v，然后就可以给小车上面的储能元件比如超级电容供电

---------------------------------------- 左边方框就是一个逆变器，几个mos管导通关闭产生交流电，然后Cp，L1谐振调整频率，接收端Cs，L2所谐振的频率要和发送端交流电的频率要一致，传输的电能效率才高，如果接收端没有达到谐振，接收端的线圈中交流电的幅度就不是最大，在选择谐振电容时，可以在接收端用示波器观察波形，然后通过频率反推算出电容的大小，比如96nf，然后用10nf，100nf附近的值来试一试，当波形达到最大时即可认为谐振，此时波形最大，传输效率较高 ----------------------------------------

左边RF发射，RE接收，下面这种收发模块网上有的买，现成的模块也很方便，但是也有局限性，比如它交流电传输的频率、效率就无法更改了 ----------------------------------------

这里接收端用的是并联谐振电路，用肖特基二极管整流，普通的低频整流二极管在这里不合适，接收端整流后的电压比如达到20V，那么选用buck芯片的时候就要注意电压输入范围了，否则会烧掉低电压输入buck芯片

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这里主要实现的是，当小车上面的线圈接收到赛道发射端上的电流时，小车充电，此时电机不供电，即小车停下来并且充电60s，然后60s后发送端停止发送，接着超级电容开始供电，小车运动。 分析：首先小车到达赛道发送线圈位置处，接收端的交流电经过并联谐振、整流、buck后的产生3v电压，这里继电器用的是3v的，2-5线圈接上电源3v后，继电器1-6com引脚与3连接，此时3v给超级电容充电，电机没有连接到电源即停止，60s后发送端停止发送，此时3v电压消失，继电器1-3com引脚与4引脚联通，超级电容开始通过4 引脚给电机放电，小车开始运动，整个过程无需程序控制，只是发送端需要定时器控制60s，可以用继电器来闭合导通控制发送端，主要单片机控制继电器要驱动电路，也可以用继电器模块，直接连接单片机控制的引脚即可，比较方便

继电器的1-6com引脚与4连接是常闭合状态，此时2-5没接电源，无电流，1-6com引脚与3连接是常断开状态

3v，10F的超级电容串联的电阻主要是限流，否则电流太大发送端可能会出问题，发送端题目规定5v，1A的电流供电，所以限流电阻主要把电流限制在1A左右，继电器2-5下面的电容电阻并联是防止继电器闭合的时候电流过大 ----------------------------------------

这里单片机控制继电器开关，比如继电器闭合，外部电源5v，1A给boost供电，升至12V左右然后给ZVS电路供电

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这里有个ZVS电路，本人小白，第一次听说，去百度了一下，如果有误，还希望大佬们赐教。 零电压开关(Zero Voltage Switch)“。即开关管关断时，开关管导通时，其两端的电压已经为0。这样开关管的开关损耗可以降到最低。我们平时使用的电磁炉和LLC电源都是这种谐振电源，普通的充电器等都是硬开关的，比这种谐振电源损耗要大些。所以ZVS可以做到很高效率，但是有一个缺点，就是其调节范围一般都比较窄。例如电磁炉，当我们把功率调到比较大时，为持续加热；当功率调的较小时，就开始断断续续加热，因为那个时候已经不能达到谐振状态了。像我们普通充电器那种硬开关的电源，不管空载和满载都是持续震荡的。也就相当于一个振荡器。它通常被用于产生高频正弦波。 这里引用了👇 链接: [link] (https://www.dlutu.com/15/2909.htm) ----------------------------------------

总结

在了解该题目后，找了个周末和队友尝试了一下，发现原理上说的都通也都理解，但是买的模块充电效率极低，该模块主要是给手机充电的，而且线圈部分不知道为什么接触不好，很难对好位置能充电，模块的限制使得我们很难大改，其传输效率也很难提高，电路没有经过优化设计，使得本来少的可怜的能量一下就被我们挥霍完了。我们电路先是接收模块输出5v，然后经过boost后变成11V给L298N供电，L298N可以提供5v给MSP432供电，不得不说L298N模块耗能很大，输出的5V好像也是LDO输出，11V变成5V，多余的能量就白白给LDO消耗了,效率不高。最要命的是boost模块输入电压低于3v就不工作了，而我们买的电容放电电压才5V，甚至车轮都转不起来。

后来我把接收线圈上的交流电直接引出来整流滤波，得到8v多的直流电然后给两个串联的法拉电容充电，勉强能跑个1/4圈（太菜了），这里法拉电容的充电电压不是很明白，多少v充电比较合适，一个电容5v是指放电的电压，充电时可以给其高于5v的电压充电，但是高太多了，电容就发热废了。。。之所以要从接收线圈引出来，是因为两个电容串在一起至少也得10v以上电压才能充满，而接收模块只能输出5v

这里有几点我觉得需要注意 1，收发模块的功率传输需要提高，给手机充电的功率感觉不太够，将直流电变成交流电通过发送线圈送到接收线圈，再整流滤波，不需要太多的电源管理芯片，没给手机充电就不那么讲究，追求的就是大功率

2，接收线圈大小合适，小车在运动过程中方便能充到电。

3，放电电路也值得优化改进，把电压放至到越低越好，用boost模块，我试过，大概放到3v就不行了，但是别人的方案，用办法把电容电压放到0.3v，这样就很棒了

不得不说这种题目看起来可以做，但是想要做好还真不容易，之前没有做过这种电源题目，这次纯粹是初探到了里面的一点点玄机，由于对这种题目兴趣不是很大，没什么心思在这方面，就先告一段落了，最近还在做往年控制类的题目，有机会找个时间分享分享