通过DIY无线充电,我们研究了以下几个问题:
1.变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场;
2.直流电源,电感电路中,在电感未饱和的情况下,流过电感两端的电流和电压波形是什么样的?
3.怎么选型合适MOS管;
4.由于电感的电流是一会儿上升,一会儿下降,产生的磁通也是增大,减小,因而产生的电场也是交变的,需要AC转DC电路;
5.怎么保证磁场尽可能超一个方向传递;
6.感应出的电压该如何给电池充电以及如何进行滤波处理;
7.怎么根据频率和占空比进行调整充电距离的问题。
前文中,我们研究了上面的6个问题,这篇文章我们一起研究下最后一个问题。
对于自己DIY设计的无线充电电路,跟互感器一个很大的区别在于缺少磁导率很高的铁芯,存在很大的漏磁通,能量利用率有待提高,接收电路的电压=M*di/dt,M为发送线圈电感L1和接收线圈L2的互感M,di/dt对应于发送端电流的变化率,可见要想获取较高的电压值,需要较高的互感值M,较高的电流变化率。对于互感电路,其类比于磁耦合回路,要想M值越大,距离越近,耦合有效面积越大,之间选用高磁导率介质,对于以上三点,我们可以选择的是距离和耦合有效面积。
对于较高的di/dt,我们通过仿真和实测发现,频率越低,其di/dt越大,当开关频率分别对应1MHz,2MHz,500KHz时,发现电感两端电压最大值分别为22V,10V,42V。
这说明在500KHz-2MHz区间,频率降低,总的di/dt是增加的,我们实测板子波形发现,跟仿真结果一致,500KHz,最高电压42V,1MHz时,最高电压33V,能不能说明在整个频率区间都是这样的,这个还不好下结论,第一,电感在频率超过一定值时,电感感值下降了,第二,没有实测过。
基于此,我们选择了500KHz,实测了接收端的波形,发现由于漏磁通的存在,接收端最高电压为5.2V左右,恰好可以满足后端MCU的充电,而且不用担心充电电压过高,损坏MCU。当然考虑实际应用场景,我们后端增加稳压二极管,频率是可以选择的更低的,但是实测中发现,波形发生了畸变,没有选择。