文章目录

▌01 节能无线信标
- 1.测试背景
- 2.上次调试故障
▌02 功率发送电路调试
- 1.故障检测
- 2.测试输出
- - （1）没有加输出线圈
  - （2）增加发送线圈
- 3.频率与空载电流
- - （1）ARR与空载电流
  - （2）不同ARR下线圈电压波形
- 3.查找驱动故障原因
- - （1）驱动现象
  - （2）原因查找
- 4.重新测量频率与空载电流
- 5.测量传输功率
▌03 测试新的电感
- 1.密封电感
- 2.前面实验所使用的电感
- 3.测量ARR与空载电流数据
- 4.自绕电感
- 5.使用软磁磁环绕制
▌结论
※ 附件
- 1.测量ARR与空载电流程序

▌01 节能无线信标

1.测试背景

针对 第十六届全国大学生智能车竞赛 竞速组别的节能信标组的信标板进行测试。

在 无线节能信标调试说明-2021-3-3 中对于新版的无线节能信标进行了硬件初步调试。本文内容是针对其中发送无线功率部分进行测试。属于信标调试博文中的第六节的内容。

2.上次调试故障

在昨天 无线节能信标调试说明-2021-3-3 晚上最后进行功率发送与接收实验中出现了故障：

在母线电压为12V的时候，工作正常。发送接收功率大约在8~9W左右；
当母线电压升至24V时，发送的功率突然降至0。

下面通过实验确认：

现在发射功率为0，是驱动板那部分出现了损坏；损坏的原因与现象是什么？
通过输出扫频，即在 节能信标灯设计第一版本：预备实验 中 3.1：空载电流与频率的关系，验证输出LCC网络参数与工作频率（150kHz）是正确的。
确定输出功率限制与保护方式。

▌02 功率发送电路调试

1.故障检测

将功率MOS去除之后测量U7（TPS28225）驱动信号。上管的驱动信号为高（8V），下管为0V。U7的输入信号（PIN3）存在。说明U7芯片已经被烧毁。

^{▲ 将功率管去除之后测量驱动信号}

更换U7之后，问题解决。

2.测试输出

（1）没有加输出线圈

此时工作电压为12V，工作电流为0.2A左右。下图显示了Lp右侧电压。这说明：在没有发送线圈是，发送电路基本上是安全的的。

^{▲ 没有加发射线圈是Lp右侧电压}

（2）增加发送线圈

增加发送线圈之后，Lp右侧电压波形如下：

^{▲ 增加发射线圈之后Lp右侧电压}

此时，母线电流为 80mA左右，小于前面没有增加发送线圈使得母线工作电压。

下图显示了发送线圈上的电压波形。使用 DM3068数字万用表 d测量该交流信号，有效值为：32.33V。

^{▲ 发送线圈上的电压波形}

3.频率与空载电流

通过设定单片机的ARR来改变单片机输出PWM波形的频率。其中ARR与频率之间的关系为：
f0=48×106ArrHzf_0 = {{48 \times 10^6 } \over {A_{rr} }}\,\,\,\,Hzf0=Arr48×106Hz

其中的48×10648 \times 10^648×106是单片机的时钟频率。

（1）ARR与空载电流

测量条件：

工作电压12V
空载工作

^{▲ ARR与空载电流}

从上述曲线来看，ARR=320，对应输出频率为150kHz时，LCC补偿效果最好。

（2）不同ARR下线圈电压波形

下面是在ARR=340时输出电压波形：

^{▲ 线圈上的电压}

测量半桥的输出，可以看到此时电压也出现了非常大的变化。

^{▲ 半桥输出电压波形}

3.查找驱动故障原因

（1）驱动现象

将输出负载撤销，上管的驱动电压波形：

^{▲ 测量驱动波形}

会发现驱动出现了高低不同的情况。

^{▲ 输出为空载的时候半桥上管G极波形}

为什么会出现这种情况？

（2）原因查找

通过更换U7，取消R13，改变CB2等等都无法解决问题，最终怀疑到是底线铺设的问题。

^{▲ 原来的共地点与增加的共地点}

^{▲ 增加的共地点}

增加共地点之后，再重新测半桥上MOS管栅极电压信号，则恢复正常了。

^{▲ 修改后的上桥MOS栅极信号}

但是也存在一个问题：将焊接的锡桥重新焊开，恢复到原来的情况，但是半桥上MOS管的栅极信号依然是上面的情况，并没有返回到原来的凌乱情况。

4.重新测量频率与空载电流

重新测量ARR的水城与空载电流之间的关系。

通过实际测量，在ARR超过350之后，输出的电压波形还是出现了严重的跳跃的情况。

^{▲ ARR与空载电流}

5.测量传输功率

测量条件：

工作电压： +24V
工作电流：1.6A
负载电阻：10Ω
输出整流电压：16.43V

效率计算：

输入功率：24×1.6=38.4W
输出功率：16.34²/10=26.7W
传输效率：26.7/38.4=69.5%

^{▲ 测量无线功率传输}

▌03 测试新的电感

1.密封电感

^{▲ 密封电感}

电感测量参数：

电感量：L0=4.533uH
等效串联点租：R0=47.36mΩ

2.前面实验所使用的电感

将前面实验使用的自制电感拆下，经过测量发现与 原来设计的 的5.16uH有了较大的差异。

^{▲ 前面测试电感}

3.测量ARR与空载电流数据

对比自行绕制的电感，会发现出现的工作电流增大了。

^{▲ ARR与空载电流}

在+24V下进行实验。实验数据：

电源电流：1.6A
输出电压：16V

对比前面实验结果可以看出，传输的功率与效率相近。

密封电感出现温度急剧升高。

4.自绕电感

仍绕使用在 无线节能信标调试说明-2021-3-3 相同的蓝色磁环，使用200股Litz线绕制8匝，形成Lp电感。

实测电感参数：

电感量：L0=4.556uH
串联电阻：R0= 30mΩ左右

^{▲ 使用200股铜线自绕电感}

在电源+24V下，进行测试无线功率传输。

测量数据：

电源输出电流：I0=3.24A
接收整流后电压：Uout=23V
负载电阻：10欧姆

传输效率：

输入功率：Pin =24×3.24=77.76W
输出功率：Pout=23²/10=52.9W
传输效率：Pout/Pin=68%

5.使用软磁磁环绕制

使用 T94-2国产软磁磁环 绕制Lp电感。

^{▲ T94-2磁环}

^{▲ T94-2软磁磁粉磁环}

磁环基本参数：

外径：24mm
内径：14mm
宽度：7mm

使用100股Litz线，绕制大约需要23圈，电感量达到4.7uH。

^{▲ 自行绕制高频线圈}

测量传输功率：

测量数据：

电源输出电流：I0=3.62A
接收整流后电压：Uout=25.5V
负载电阻：10欧姆

传输效率：

输入功率：Pin =24×3.62=86.88W
输出功率：Pout=25.5²/10=65.03W
传输效率：Pout/Pin=74.9%

^{▲ 增加散热片之后的无线功率部分}

▌结论

通过实验，对于 无线节能信标调试说明-2021-3-3 无线功率电路进行测测试以及参数调整。主要的结论如下：

通过增加功率底线PGDN与控制底线GND之间的连接点，改善驱动芯片TPS28225 的输出脉冲信号；
使用T94-2国产软磁磁环绕制LCC补偿电感，可以大大提高传输效率，减少磁环工作热量；
通过实验验证，在输出10欧姆功率电阻上65W功率时，整体能源转换效率大约在75%。

通过以上测试结果，无线功率部分基本满足要求。

■ 相关文献链接:

第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则
无线节能信标调试说明-2021-3-3
节能信标灯设计第一版本：预备实验
DM3068数字万用表
T94-2国产软磁磁环

※ 附件

1.测量ARR与空载电流程序

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2021-03-04
#
# Note:
#============================================================
from headm import *
from tsmodule.tsvisa        import *
from tsmodule.tsstm32       import *
arr = linspace(280, 360, 50)
cur = []
for r in arr:stm32cmd('arr %d'%int(r))time.sleep(1)curr = dh1766curr()printff(r, curr)cur.append(curr)tspsave('meas', arr=arr, cur=cur)
stm32cmd('arr 320')
plt.plot(arr, cur)
plt.xlabel("ARR")
plt.ylabel("Current(A)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()
#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

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1.测试背景

2.上次调试故障

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1.故障检测

2.测试输出

（1）没有加输出线圈

（2）增加发送线圈

3.频率与空载电流

（1）ARR与空载电流

（2）不同ARR下线圈电压波形

3.查找驱动故障原因

（1）驱动现象

（2）原因查找

4.重新测量频率与空载电流

5.测量传输功率

▌03 测试新的电感

1.密封电感

2.前面实验所使用的电感

3.测量ARR与空载电流数据

4.自绕电感

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▌结论

※ 附件

1.测量ARR与空载电流程序

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