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簡(jiǎn) 介：對(duì)于今年參加全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽無線節(jié)能組的同學(xué)來講，在拿到無線信標(biāo)模塊的時(shí)候發(fā)現(xiàn)充電的功率可以遠(yuǎn)大于自稱的50W的限制（實(shí)際上沒有限制）。在這個(gè)過程中，就出現(xiàn)了“有的人撐死、有的人餓死”。那么這其中背后的原因是什么呢？本文根據(jù)信標(biāo)模塊提供商發(fā)送過來的測(cè)試結(jié)果以及其他相應(yīng)的信息，給大家講講在單片機(jī)開發(fā)過程中進(jìn)行不同廠家單片機(jī)軟件移植過程中需要注意的問題。

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01 無線充電到底多生猛？

今天看到一則全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽[1] 中的節(jié)能信標(biāo)組[2] 無線充電的過程。原本需要50W限制功率的充電過程，在這里顯示為高歌猛進(jìn)的火中取栗的過程。

1.法拉電容容量：12F

比如下面是通過放電電阻將60法拉（5個(gè)串聯(lián)，電容為12F）的儲(chǔ)能電容點(diǎn)釋放完畢之后，在無線充電線圈輸出經(jīng)過LCC補(bǔ)償之后獲得的充電過程。整個(gè)充電過程，從0V到9V大約花費(fèi)了16秒的時(shí)候。

根據(jù)電容容量，充電電壓，可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的沖入電荷的量。假設(shè)在此過程中，由于LCC網(wǎng)絡(luò)的作用，整個(gè)充電過程的電流是恒定的，那么充電電流就等于

▲ 60F儲(chǔ)能電容無線充電過程

在整個(gè)的充電過程中，輸出穩(wěn)壓電源顯示的電壓約為 21V～24V ，電流在4A左右，充電功率達(dá)到100W。

2.法拉電容容量：20F

下面是對(duì)于100F（5個(gè)串聯(lián)，對(duì)應(yīng)20F容量）從0V充電9V大約花費(fèi)了26秒時(shí)間。根據(jù)同樣的公式，可以計(jì)算出平均充電電流為

后期的萬用電源輸出的電能參數(shù)：

◎ 充電穩(wěn)壓電源功耗：
電壓（V）：24.1
電流（A）：4.75
功率（W）：114.5

▲ 100F儲(chǔ)能電容充電過程

3.無線電能接收電路

下面是上述無線電能接收電路，使用了 LCC無線充電補(bǔ)償回路[3] ，對(duì)于線圈產(chǎn)生的高頻電壓（150kHz）進(jìn)行電能收割。

據(jù)說原本設(shè)計(jì)是5A充電電流，但適當(dāng)增加Cp（并聯(lián)電容）時(shí)，充電電流就會(huì)大大增加。比如上面20F充電時(shí)，平均電流就達(dá)到了7A。

▲ 充電LCC補(bǔ)充電路及其參數(shù)

具TSINGHUAZHUOQING公眾號(hào)學(xué)生留言，有的隊(duì)伍通過調(diào)整LCC參數(shù)達(dá)到了可怕的10A充電電流。

02 啥原因造成功率不受控制？

1.功率不受限制

在原本無線節(jié)能組的充電發(fā)送電路[4] 設(shè)計(jì)過程中，為了遵循無線充電（電力傳輸）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定[5] ，通過內(nèi)部的輸出功率限制硬件和軟件[6] 實(shí)現(xiàn)了對(duì)于實(shí)數(shù)功率的控制。但是，最近仍然不斷有隊(duì)伍反映實(shí)際購(gòu)買到的無線充電模塊輸出功率大大超出了50W的限制。

▲ 移動(dòng)充電設(shè)備技術(shù)要求

比如在有的人撐死，有的人餓死，有的人嚇?biāo)繹7] 中，來自于杭州電子科技大學(xué)的參賽隊(duì)伍也測(cè)出高達(dá)80W的充電功率。

2.可能原因

現(xiàn)在根據(jù)無線節(jié)能驅(qū)動(dòng)模塊供貨商分析，其中最大的可能是電路中U6（也就是無線充電控制MCU）單片機(jī)的種類更換問題，由原來的STM32F030F4修改成了XM1008F6P6。

問題是，這個(gè)單片機(jī)在信標(biāo)節(jié)能電路模塊第二版本調(diào)試-無線充電-2021-3-21[8] 調(diào)試過程中，是驗(yàn)證了可以進(jìn)行功率控制的。為何現(xiàn)在他們通過調(diào)試，發(fā)現(xiàn)這個(gè)單片機(jī)在讀取電流信號(hào)的時(shí)候始終是0！

對(duì)比前后出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)問題可能出現(xiàn)在軟件下載的環(huán)節(jié)上：

在信標(biāo)節(jié)能電路模塊第二版本調(diào)試-無線充電-2021-3-21[5] 中，軟件是通過XM1008F6P6的UART1 的Bootloader下載到單片機(jī)中；在信標(biāo)提供商，他們使用J-LINK通過SWD下載的XM1008F6單片機(jī)中。為了能夠下載，他們還修改的程序的配置。

▲ 為了使得JLINK能夠下載他們修改了配置

因此，這也就給出了造成現(xiàn)在功率不受控制的原因了：修改了單片機(jī)工程配置造成了XM1008F6不能夠正確讀取電流值，從而造成了無法限制功率。

03 解決方案

沒有別的，只能選擇以下兩種方案：

還是使用STM32F030F4；或者對(duì)于XM1008F6使用Bootloader下載，這樣就可以避免修改配置文件了。

當(dāng)然了，還有一個(gè)方案，那就是不對(duì)無線充電模塊進(jìn)行功率限制，這樣整個(gè)的比賽過程就可以變得更加的緊張刺激。雖然這有可能稍微突破了關(guān)于移動(dòng)充電的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

100法拉電容充電過程

※ 分析總結(jié)

從上述分析，也解決了近些日子對(duì)于無線充電模塊中同學(xué)們反應(yīng)的功率不受限制的問題。歸根結(jié)底來自于國(guó)產(chǎn)的能夠兼容ST公司的單片機(jī)在下載的時(shí)候還是對(duì)于型號(hào)出現(xiàn)了不匹配的地方。但如果使用Bootloader進(jìn)行程序下載，可以避免由于下載器提出的錯(cuò)誤將兩種ST的單片機(jī)的執(zhí)行代碼直接下載到XM1008中去，它們?cè)诙M(jìn)制代碼級(jí)別是完全兼容的。

當(dāng)然，到現(xiàn)在為止，對(duì)于出現(xiàn)的前面的問題還只是根據(jù)現(xiàn)階段的結(jié)果進(jìn)行的分析，究其真正原因還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

參考資料

[1]

全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/110253008

[2]

節(jié)能信標(biāo)組: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/115972217

[3]

LCC無線充電補(bǔ)償回路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116272768

[4]

無線節(jié)能組的充電發(fā)送電路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/114313236

[5]

無線充電（電力傳輸）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定: http://www.cnii.com.cn/gxdt/202102/W020210219709257414546.pdf

[6]

輸出功率限制硬件和軟件: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/114597616

[7]

有的人撐死，有的人餓死，有的人嚇?biāo)? https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/115997720

[8]

信標(biāo)節(jié)能電路模塊第二版本調(diào)試-無線充電-2021-3-21: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/115040882

那么問題來了，你們認(rèn)為今年的節(jié)能信標(biāo)組是否需要功率限制呢？

100法拉電容生猛無線充電背后的原因