恒功率充电

今天收到来自内蒙古科技大学节能组圣诞队的“恒功率充电设计报告”。他们采用了两级相同的BUCK电路，前一级的是一个标准的稳压BUCK电路，将来自无线接收线圈的电压恒定在20V（自己设定的一个中间参考电压），后一级电路，则在原来BUCK电路的基础上进行了改造，将两级之间的电流信号引入了负反馈，使得后级的BUCK电路成为一个在20V电压下的恒流负载，从而使得后一级电路所消耗的前一级的功率成为相对稳定的功率。

^{电路的基本架构}

如果假设后一级电能转换效率是一个恒定值的话，最终送入法拉电容的功率也就恒定了。

该方案利用了基本的电路原理，电子技术完成。在本文后面给出了他来信中对于方案的设计叙述。在这里，首先感谢圣诞队的分享。请大家看他们方案的同时，思考一下该方案存在的问题：

（1）对于基于XL4015的BUCK电路的效率随着输入电压和负载电流的变化不是一个常量。特别是在电流小的情况下效率下降很快。

^{XL4015典型BUCK电路效率与负载电流之间的关系曲线}

（2）电路中采用了两级DC-DC电路，使得整体的效率下降很大。加入一级DC-DC的效率是80%，则两级串联就下降到64%了。

（3）XL4015的输出电流标称值为5A，这对于法拉电容充电的初期会影响很大。比如在设定为20W的充电功率的时候，在法拉电容的电压没有充到4V之前，则所需要的输出电流都要大于5A。

（4）技术报告中，没有给出相应的仿真和实测数据，还是让阅读者无法对电路实际性能以及工作原理作出清晰的判断。对于借鉴或者重现电路有一定的影响。

因此，真的写好一个让别人可以评价和重复的技术报告，还是需要再下一些功夫的。

解决上述问题，可以参加在公众号推文“如何

”，“

婪”中的介绍的通过单片机完成的恒功率充电的方案。

技术报告原文None前言：本着开源精神，尊重知识，分享知识的理念，特将制作恒功率充电的方法进行总结。此方法为个人劳动成果，转载请注明出处-内蒙古科技大学圣诞队。

作为一个二本地方院校，我们所涉及到的资源有限，但这不能成为至今都没有进国赛的理由，还是学习方法不当，以及付出得不够。

扯得有点儿远，我们回归正题，虽然我们没有进入国赛，但并不意味着我们的方案没有可取之处，值得让我与大家分享的只有我们的恒率充电了，经过测试，该方案可任意设置且恒定输出功率，话不多说，是骡子是马拉出来溜溜，不足之处，希望各位同学不吝指正。

^{无线线圈接收整流电路}

不会排版，各位就凑合看吧，原理图是截图过来的不太清晰，我另附文件，大家可在附件中查看。

正文：电压电流恒定，那么输入功率也就恒定了，但是，强调一下，电压电流恒定，只是输入功率恒定，输出功率能不能以此功率恒定输出就是两码事了。

如上图示：恒流恒压模块的输出电压为20V，最大输出电流为1A，那么该模块的最大输出功率为20W ，而具体输出功率的多少则由接入的负载决定。例如，若接入的负载是超级电容，电容两端的电压由零开始爬升，模块工作在恒流模式，输出功率由零开始随电容电压的升高逐渐增大，当电容电压达到20V后，输出功率最大，既20W，模块转为恒压模式，输出电流开始减小，功率减小，最后减到零。

总结-恒流恒压模块，只是限定了输入的最大功率（利用它可以不超30W），但并不能以恒定功率输出，对于充电效率的提高还需要加入其它电路。

如上图示：在恒流恒压模块的基础上加了一级BUCK变换电路，假设该电路没有其它损耗，转换效率为100% 。分析电路可知，输入为20W，当BUCK输出接电容之后，由于充电过程，电容电压始终低于BUCK输出电压，输出近似短路，除初始上电阶段，电容电压为零，充电电流无穷大（理想状态），电容电压迅速上升，当电容有电压之后，受输入20W功率的限制，输出电流以 I=20W/U (U为电容电压)给电容充电，直至电容电压=BUCK输出电压，电容电压不再改变，充电电流下降到零，充电结束，该过程实现了对电容的恒功。

^{第一级BUCK电路}

电路由两级BUCK电路构成，且加入了电流反馈。叙述它的工作原理前，先说明几个标注不清晰的地方。言归正传，输入端经过全波整流后电压在26V到40V之间（根据各自的接收线圈的不同，电压不同，且受接收线圈与发射线圈相对位置的影响）。既VC=30V整流输出后的电流兵分两路，一路经SS1直接给单片机供电（当然需要降压），这样当线圈一放上去就能保证单片机上电工作。^{第二级的恒功率控制电路}

重复一下上述的分析；当BUCK输出接电容之后，由于充电过程，电容电压始终低于BUCK输出电压，输出近似短路，除初始上电阶段，电容电压为零，充电电流无穷大（理想状态），电容电压讯速上升，当电容有电压之后，受输入20W功率的限制，输出电流以 I=20W/U (U为电容电压)给电容充电，直至电容电压=BUCK输出电压，电容电压不再改变，充电电流下降到零，充电结束，该过程实现了对电容的恒功率充电。电路的其他部分说明：

如图，这部分电路的加入是为了延时给电容充电，超级电容初始上电的时候，整个电路处于短路状态，芯片不能正常工作，所以需要等待电路正常上电后再给电容充电。其工作原理为:电源上电后，C8通过29充电，LM358B同相端为高电平，使输出截止，C8充电结束后，输出接通给电容充电。C8起到延时上电的作用，其大小决定了电容什么时候充电的时间，推荐47uf。

注意：

1. 0.1欧电阻一定要放于图中所示位置，才是对第二级输入电流的采样。

2. LM358B的输出端接的二极管需要换成肖特基二极管。

末再与大家分享一些看法吧：关于超级电容的放电，我采用的多个串联降压的方式，理由如下：我们用的八个30F的电容串一起使用，将电压充到16V，放电区间在16V到5V之间，放完电后的电容单个电容上的电压0.7V，充完电

后的电容单个电容电压为2V，由此可看出，电容利用率较高。（为履带车设计，大佬勿喷，哈哈哈）