（C-无线充电电动小车）陕西省一等奖_C题_西安电子科技大学

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（C-无线充电电动小车）陕西省一等奖_C题_西安电子科技大学 [复制链接]

作品描述和参赛经验:

    本团队完成的无线充电电动小车设计有两大部分，电路设计和车体设计。

    路部分由5个部分组成。一是基于DC-DC升压芯片XL6009的升压电路，把5V源电压升压至12V加大充电速率。二是基于XKT-412和XKT-335的无线电发送装置，把直流电转化为交流电通过线圈的电磁感应把能量传输至接收线圈。三是通过四个二级管组成整流桥电路，进行全波整流对法拉电容充电。四是使用PMOS（AO3401）作为电子开关的控制电路，实现自启动。五是基于TI的buck-boost、DC-DC芯片TPS63020的电机驱动电路，使电机驱动电压稳定，且最大限度的使用法拉电容内的电量。
    车体设计是采用轻质PLA材料，通过3D打印制作核心框架，并选取减速空心杯电机配合齿轮传动增加扭矩提升爬坡能力。

    本次大赛考验了我们各个方面的能力。1.芯片参数的理解和使用。2.熟练准确的阅读数据手册。3.电路整体的连接和调试。4.工程能力和动手能力，3D打印机的使用，PCB制版机的使用，等各种工程机器的使用。5.小组间的团结合作。本次大赛使我们的理论升华到了实际生活中，打开了电子世界的大门，提升了专业能力，对自己的专业有了更深的了解。

作品实物图片:

无线充电电动小车

摘要

     本团队设计并制作了一个无线充电电动车。系统以DC-DC变换电路和无线充电装置为核心，以法拉电容为储能器件，采用空心杯电机驱动小车，用PMOS控制，使得小车在无线充电发射器停止充电时自动启动。

     其中接收装置合理的桥式整流电路有效地减少了能量损失，且 DC-DC变换电路采用TPS63020的节能模式，进一步降低功耗。基于理论分析和实际试验，得到法拉电容的最佳容值和串并联方式。小车车身尽量使用轻质的PLA材料，自行3D打印承重部分的核心框架，设计齿轮传动结构减小传动的摩擦力，削减能量损耗。结合扭矩和功率要求优化电机选型，采用单电机后驱驱动方式，既节能又提高了爬坡能力。

     该系统经级联与调试，完成了题目所有要求，在提升效率上尽可能做了优化。

     关键词：无线充电 DC-DC变换 低功耗

一、 方案论证

     系统的主要部分如图1所示，分无线充电装置、整流电路、检测充电状态并开启小车的自动控制电路和小车。

     无线充电方案

     电磁感应式无线充电。电磁感应式无线充电装置类似变压器，在发射线圈中通以交变电流，接收线圈中感应出电动势，以此传输能量。

     自启动方案选择

     使用PMOS。把无线传输接收到的交变电流整流后连接PMOS，当充电结束PMOS控制电路开断使能驱动电路，实现自行启动。

二、 电路与程序设计

     系统使用恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源得到5V、不大于1A的供电，将输入电压升压至12V后为无线充电装置的发射器供电，发射器的DC-AC转换器和变频器作用，产生一交变电流。接收线圈中的交变电流经桥式整流电路输入法拉电容充电，同时经由半波整流电路输入至充电状态判断电路。当充电结束，充电状态判断电路的PMOS，使能以TPS63020为核心的DC-DC变换电路，小车开始运动。

     该系统的无线充电装置采用电磁感应原理，利用XKT412芯片辅助，提升无线传输效率。接收装置由桥式整流电路、启动控制电路组成，其中桥式整流电路有效地减少了能量损失，电容释放能量至以TPS63020为核心的DC-DC变换电路，输出平稳的3.3V电压，DC-DC变换电路采用TPS63020的节能模式，进一步降低功耗。小车车身尽量使用轻质的KT板、PLA，自行3D打印承重部分的核心框架，设计合理的传动结构减小传动的摩擦力，削减能量损耗。电机采用后驱驱动方式，提高了爬坡能力。

     系统框如图：

     发射器分稳压电路和无线充电发射电路。稳压电路如图所示。

     稳压后输出直流给调制芯片，得到通过L2线圈的一交变电流，如图所示。

     接收线路将交变电流整流，并使用PMOS进行充电状态检测。当充电停止PMOS导通，使能TPS63020芯片，如图所示。

     整流电路和自动控制电路之后，经以TPS63020为核心的DC-DC变换电路，驱动电机。如图所示。

     为提升小车爬坡高度，我们自行设计轻质车身结构，改造橡胶轮胎增大抓地力，3D打印发射器支撑结构以缩小发射线圈与接收线圈间距。对齐发射与接收线圈轴心，合理调整线圈线径和匝数。数次实验得到合理转速的电机，又结合电机参数设计相应的齿轮传动结构。提高发射器中交变电流的频率以提高无线充电效率，优化接收线圈后的DC-DC变换电路和充电状态检测电路，降低功耗，减轻车重。

三、 总结

     本系统基于无线充电装置和DC-DC变换电路，设计轻巧高效的机械结构，尤其在控制电路设计和无线充电装置进行多次优化，并反复测试得到最佳倾角。经最终级联与调试，最终电动车在每次充电1分钟后，电动车爬升高度h=lsinθ尽量大。

倾心思梦

谢谢分享经验！