Схема беспроводного источника питания мощностью 5-20 Вт

В статье представлена схема беспроводного источника питания постоянного тока, в которой для передачи энергии используется прямая связь магнитных полей передающей и приемной катушек, работающих в резонансе.

В зависимости от условий подключения и питания, схема способна передавать по беспроводной связи 5…20 Вт.

Система состоит из двух блоков, передатчика и приемника с выпрямителем и фильтром, обеспечивающим постоянное напряжение на выходе.

Схема передатчика показана на рисунке 1, а приемника на рисунке 2. Мы отказались от использования специализированных микросхем для беспроводной передачи энергии (WPT) в пользу стандартных доступных компонентов. Это, конечно, имеет недостатки в виде худших параметров, но открывает путь для экспериментов с мощностью, диапазоном и функцией устройства (блок питания, зарядное устройство и т. д.).

Передатчик передает энергию через резонансные ВЧ цепи приемника и передатчика. Микросхема U1 (MIC1557) является упрощенной версией NE555. В передатчике это генератор прямоугольного сигнала с заполнением 50%. Частота колебаний задается через резистор R1 и конденсатор C1 в районе 100 кГц.

Выходной сигнал генератора подается на передающий контур, состоящие из диодов D1, D2, конденсаторов C2, C3 и резисторов R3, R4, которые предотвращают одновременное открытие силовых транзисторов.

Сигналы управления затворами подаются в буфер U2 (TC4428), обеспечивающий быструю перезарядку емкости затворов Q1, Q2 (FD8896) Транзисторы управляются противоположными сигналами.

Стоковая нагрузка представляет собой резонансную схему, состоящую из катушки LTX и конденсаторов C7…C9, Cx с установленной резонансной частотой 100 кГц. Дроссели L1, L2 фильтруют помехи от резонансной цепи, конденсаторы C10, C11, CE2, CE3 фильтруют питание.

Передатчик питается от разъема PWR. Для питания микросхемы U1 с напряжением 3,3 в использован дополнительный стабилизатор U3. Это увеличивает стабильность частоты сигнала 100 кГц.

LED PR сигнализирует о наличии питания. Передатчик, в зависимости от уровня излучаемой мощности, может питаться напряжением 5…13,8 В.

Конструкция приемника достаточна проста. Сигнал от приемной резонансной цепи, состоящей из катушки LRX и конденсаторов C1…C3, CX выпрямляется мостом, построенным на диодах Шоттки D1 … D4. Напряжение фильтруется конденсаторами CE1, CE2. Стабилитрон D5 предотвращает превышение напряжения 56 В при работе без нагрузки.

Схема собрана на двух (передатчик/приемник) небольших двухсторонних печатных платах, схема сборки которых показана на рисунке 3. Сборка макета не требует описания. Для правильной работы расстояние между передающими катушками и приемными катушками должно быть в пределах 1…4 мм. Важно взаимное расположение катушек, что требует учета при применении источника питания.

Транзисторы необходимо прикрепить на небольшие радиаторы. Для испытаний модуля был использован понижающий преобразователь на основе LM2596HV. Он хорошо работает в диапазоне входного напряжения 7,5…50 В при выходном токе до 3 А. преобразователь питается непосредственно от выхода PWR приемника.

Во время испытаний расстояние между приемной и передающей катушками было установлено в 2 мм с помощью текстолитовой изоляции. В зависимости от допусков элементов резонансной схемы, рекомендуется настроить ее и, возможно, подобрать дополнительный конденсатор Cx для максимальной эффективности приемника и передатчика.

Следует помнить об ограничениях такой простой схемы, как, например: подстройка резонансной цепи передатчика в зависимости от нагрузки приемной катушки и отсутствие обратного управления мощностью передатчика, что увеличивает потери при малой нагрузке. Схема не имеет защиты от перегрузки, требует питания от источника питания с ограничением тока.

Скачать рисунок печатной платы (10,2 KiB, скачано: 197)