为何信标无线充电总是烧板子？

Posted 2021-05-22 卓晴

简 介： 针对今天学生的提问，对于LQ提供的整流板出现的总烧线路板的问题进行了分析。最后给出了对于电路板的修改建议。

关键词： LCC，无线充电，节能型表，智能车竞赛，谐振

 

§01 为何信标驱动总是烧板子？

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  卓大大，我们的信标驱动板子用了新的充电(龙邱)，总是烧，不知道是什么原因。总是烧信标驱动，确实T254很容易击穿充电时间不长，就是从龙邱买回来的驱动，不清楚是否有功率限制？

  图中那个元件换成一个pmos就能充上电，但是速度并不是很快。

^{▲ 购买到的接受板LCC的电路原理图}

 

§02 无线电能接收板

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  在今天（2021-05-17）上午收到了来自于LQ的无线电能充电板的演示板。下面对于该电路板进行初步测试。看是否能够寻找到前面提问的学生对应的问题。

^{▲ 接收到的来自于LQ的无线充电LCC补偿网络和全波整流板}

1、无线充电板结构

  电路板上的基本结构如下图所示：

^{▲ 无线接收板的结构}

  对于板上的器件通过观察和测量，具体参数如下：

（1）放反接肖特基二极管

  在电路板的电能输出部分安放有一个肖特基二极管（TO-252塑料封装） MBRD20100CT ，该肖特基二极管用于高频、低压、大电流整流，续流二极管和保护二极管。

^{▲ 输出防止反灌电流的肖特基二极管}

^{▲ MBRD20100CT肖特基二极管极限参数}

  但问题是：这个肖特基二极管的作用纯粹是画蛇添足，可以将它去掉。

  如果猜测为什么LQ在他们的演示的电能接收板上增加这个 聋子的耳朵 ，有可能他们还是接着前几届中进行恒功率充电方案里面的斩波电能变换电路的影响。详细参见 如何把大象装进冰箱 中的变换电路。可惜这已经是时过境迁，他们却因循守旧，看来对于其中的基本原理并没有思考。

（2）整流全桥

  电路板上使用了四个 SK106B 组成高频整流桥电路，将150kHz的高频电压转换成直流脉冲电源信号。

^{▲ SK102 - SK1010 10A肖特基二极管的基本参数}

  不过看到SK106B这颗纤小的肖特基二极管，也号称10A的整流容量，与之前我所使用的5A，10A的肖特基二极管相比，它的体积是在是太小了。因此对于它的容量还是表示怀疑。

^{▲ 与之前5A，10A肖特基二极管对比}

  使用DM3068数字万用表的二极管档（1mA）测量上面三种肖特基二极管的导通电压。

【表1 三种肖特基二极管正向导通电压】

二极管种类	正向导通电压	反向耐压
SK106B	0.1934V	60V
5A	0.2016V	不详
10A	0.2984V	不详XC

  在 两个大功率肖特基二极管的V-A特性 是对于封装大型的肖特基二极管进行测试过。对于SK106肖特基二极管没有进行过测试。

  通过对比上面三个肖特基二极管，可以看看SK106B的正向导通电压最小。

2、LCC网络参数

（1）实际测量LCC参数

  使用SmartTweezer实际测量电路板上的LCC参数 ：

   LCC网络参数：

接收线圈电感 L0：13.54uH
串联电容 Cs：110.7nF
并联电容 Cp：319.5nF
输出电感 Ls：4.496uH

（2）校验参数的合理性

  校验接收线圈电感L0，与Cs、Cp是否串联谐振在$f_0=150kHz$。

$C_s,C_p$串联电容：$$C_{sp}=\frac{C_s\cdot C_p}{C_s+C_p}=\frac{110.7n\times 319.5n}{110.7+319.5n}=82.21nF$$

  那么$L_0,C_{sp}$的串联谐振频率：$$f_r=\frac{1}{2\pi \sqrt{L_0\cdot C_{sp}}}=\frac{1}{2\pi \sqrt{13.54\mu \cdot 82.21n}}=150.851kHz$$

  这说明Cs，Cp参数与接收线圈谐振于无线充电频率点150kHz。

  验证$L_s,C_p$的并联谐振频率：$$f_p=\frac{1}{2\pi \sqrt{L_s\cdot C_p}}=\frac{1}{2\pi \sqrt{4.496\mu \cdot 319.5n}}=132.792kHz$$

  可以看到$L_s$的值偏大了，使得形成的并联谐振与150kHz相差比较大。

 

※ 电路板修改建议 ※

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1.对于电路板修改建议

  根据前面分析，可以看到在LQ的电能接收板上的参数，并没有实际按照LCC网络设计方案进行设计，对其建议做一下修改：

• 对于输出 TO-252肖特基二极管去掉；
• 将输出补偿电感$L_s$的电感值修改到3.523$\mu H$。

^{▲ 将输出肖特基二极管短路}

$$L_s=\frac{1}{{\left(2\pi f_0\right)}^2\cdot C_p}=\frac{1}{{\left(2\pi \times 150k\right)}^3\times 319.5n}=3.523\mu H$$

  建议进行上述修改之后进行传输效率对比实验。

2.修改结果测试

  使用短接线将整流输出短接，使用霍尔电流传感器测量短接线中的电流。使用DH1766数字变成电源，提供+24V工作电源，并读取电源输出电流。

^{▲ 输出短路功率实验}

  将接收线圈内切发送线圈，测量此时输出短路电流以及电源输出电流。

（1）未修改前测量参数：

• 短路电流： 2.349A
• 电源工作电流： 0.415A

（2）修改电感Ls

  将输出串联电感Ls解除三匝，之后对应的电感量为 Ls=3.447uH 。

^{▲ 将输出电感Ls拆除三匝}

  测量短路电流及其工作电流：

• 短路电流： 3.01A
• 电源工作电流： 0.294A

  将前面测量结果整理到下面的表格。可以看出，将Ls的电感减少之后，提高了整流输出电流（2.3A 提高到3A），降低了电路损耗。

【表2 Ls修改前后短路电流测量结果】

修改前后	Ls电感	短路电流	工作电流
修改前	4.496uH	2.349A	0.415A
修改后	3.447uH	3.01A	0.294A

 

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  ■ 相关文献链接:

• MBRD20100CT
• 如何把大象装进冰箱
• SK106B
• 两个大功率肖特基二极管的V-A特性