一种多功能无线充电设备

2019-08-23林志刚高怀栋梁雪婷

通信电源技术 2019年7期

宋娜，林志刚，高怀栋，梁雪婷

（莆田学院，福建莆田 351100）

0 引言

当今社会，人们的电子设备数量高速增长，促使人们对充电提出了更高要求。市面上出现了很多充电宝等充电设备，但是充电方式单一且需要在有电源的地方实现充电设备充电，给人们的生活造成了不便。基于这种现状，本文介绍了一种多功能无线充电设备，解决了人们对移动充电不方便的问题。

1 系统总体设计

多功能无线充电设备以HT46R064合泰单片机为核心，控制各部分电路分工协作完成充放电过程。其中，充电管理电路由TP4056恒流/恒压线性充电器实现对内部锂电池的充电，可以实现自动停止充电循环，也包括温度检测、欠压闭锁以及自动再充电等功能。放电管理电路由MEM2306SG场效应管和ME2109升压DC/DC控制器构成。电池保护电路通过HS8205S单节锂电池保护MOS，配合DW01完成锂电池保护功能[1]。无线充放电部分包括由BQ500211集成IC组成的无线充电发射部分、由BQ51013A集成性高级接收器IC组成的无线充电接收部分、为线圈耦合提供震荡信号的震荡电路和为BQ500211、MSP430G2001提供电源的低压差线性稳压电路构成。主要部分的内部结构图如图1所示。

图1 主要部分内部结构图

2 电路设计

2.1 充电管理电路

采用TP4056充电器，封装方式采用SOP8/MSOP8形式且自带散热片，具有较少的元件数量，成为便携式应用的较优选择。单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器，当充电电压达到最终浮充压后，会自动停止充电。

TP4056内部的架构形式为PMOSFET，且带有防止倒充的电路，节省了外接隔离二极管，充电的电压值为固定的4.2 V。充电电流可手动设置，且当充电电流到达浮充电压后，在下降至设定值的1/10时，器件自动停止充电循环。

TP4056在有电源供电时可选停机模式，且在停机模式下可以将供电电流降至55 μA。当停止供电时，TP4056会自动进入低电流情况，可以将漏电流降至2 μA以下。

TP4056还有欠压闭锁、电池温度检测以及自动再充电等其他功能。

2.2 放电管理电路

采用MEM2306SG作为放电管理电路，架构采用共漏极双N沟道增强型功率场效应管（MOSFET）和高单元密度的DMOS沟道技术，特别适用于本设备用于减小导通电阻。基于这种特点，这种场效应管特别适合用于移动电源设备，如手机、移动电源和笔记本电脑。

ME2109是一种CMOS升压DC/DC控制器，由震荡电路、PWM/PFM切换控制电路、相位补偿电路、误差放大器以及基准电压源等构成。

2.3 电池保护电路

DW01是一种性能较高、一般用于移动电源的锂电池保护电路，作用是避免锂电池因过充电、过放电以及电流过大而导致电池寿命缩短或电池被损坏等。这种锂电池保护电路具有高精确度的电压检测与高效能的时间延迟电路。

HS8205S单节锂电池保护MOS，配合DW01完成锂电池保护功能。

2.4 MCU控制电路

主控部分由HT46R064合泰单片机组成，应用相当广泛，秉承HOLTEK单片机具有的低功耗、IO灵活、定时器功能、震荡类型可选、休眠和唤醒、看门狗和低电压复位等丰富的功能选项。MCU控制电路如图2所示。

图2 MCU控制电路

2.5 无线充放电部分

无线充电发射部分利用电磁感应的方式进行能量传递，通过美国德州仪器公司（TI）推出的BQ500211无线电源发送器集成电路（IC）及其组件构成。该高智能小型IC集成度高，符合无线电源联盟WPC标准，可以为多种便携式智能设备且符合Qi标准的设备供电。整个过程通过电磁感应的方式将电能从一个线圈感应到另外一个线圈，从而实现无线充电的功能。TPS28225是MOSFET驱动IC，配合4颗CSD17308低阻抗MOSFET和线圈组成一个全H桥LC震荡电路。主控IC通过控制PWM的输出调节震荡频率[2]，合理控制输出功率，为线圈耦合提供震荡信号。

无线充电接收部分为移动电源提供了无线充电功能，采用BQ51013A作为接收器。此IC既可以进行AC/DC电源转换，也符合Qi标准中的数字控制功能。

接收器和发送器相配合，可实现完整的非接触式电源传输系统。接收器通过耦合电感接收发送器中发送的电能，通过近场感应效应实现非接触式电能传输。接收器中线圈的AC经过整流调节，可作为关闭系统的电源使用。全局反馈通过反散射调整过程保证电源传输的稳定性。此器件集成了一个低阻抗完全同步整流器、低压降稳压器、数字控制和精确电压与电流环路。整个功率级（整流器与LDO）均采用低电阻NMOS FET技术，以确保高效率与低功率耗散[3]。无线接收电路如图3所示。