▌01 無線信標核心板

針對 第十六屆全國大學智能汽車競賽競速比賽規則 中的節能信標組的控制板，在前期做了測驗：

• 信標節能電路模塊第二版本除錯-無線充電-2021-3-21
• 無線信標功能初步測驗
• 無線節能信標除錯說明-2021-3-3
• 無線信標功能除錯-2021-3-9-HALL檢測與主控介面
• 無線信標功能除錯-2021-3-9-輸出功率恒定限制

今天上午收到了龍邱公司發送的第四版的控制器以及相關的定型組件，它們包括有：

• 核心控制板
• 發送線圈
• 接收線圈
• 核心板上的功率T254MOS管（10支）

下面對于相關器件進行初步測驗，

1.線圈引數

（1）發送線圈

使用手持SmartTweezer測量線圈的基本引數，

線圈的基本引數：

電感（uH）：30.58
電阻（Ω）：0.108
重量（g）：88.2
尺寸：內徑：17.5cm；外徑：20.8cm
匝數：9匝

注意：這個發送線圈的電感比起 之前第一版本測驗所使用的發送線圈 的電感量（29uH）大了一些，

（2）接收線圈

線圈的基本引數：

電感（uH）：13.79
電阻（Ω）：0.068
重量（g）：47
尺寸：內徑：7.1cm；外徑10.9cm
匝數：10匝

2.線圈互感

（1）大線圈與小線圈互感

互感測量引數：

同相串聯電感：Ls= 52.57 uH
反向串聯電感：Lr= 35.94 uH
互感M= 4.16 uH
互感系數：k=0.203

（2）大線圈與大線圈

互感測量引數：

同相串聯電感：Ls= 111.7 uH
反向串聯電感：Lr= 10.15 uH
互感M= 25.39 uH
互感系數：k=0.83

（3）小線圈與小線圈

互感測量引數：

同相串聯電感：Ls= 47.63 uH
反向串聯電感：Lr= 4.605uH
互感M= 10.76uH
互感系數：k=0.78

3.板上LCC引數

• 串聯電感Ls： 4.236uH， Rs=0.053Ω
• 并聯電容Cp： 246.9nF
• 串聯電容Cs： 46.87nF

測量的時候，需要將Ls焊開，將發送線圈焊開進行測驗，否則測量的引數不準，

根據 無線節能信標除錯-2021-3-3 中的計算方法，在150kHz的作業情況下，LCC的引數為：

對比一下，Ls對應的引數與理論值偏小了，

4.將MOS與電路板壓緊

為了改善功率MOS管的散熱條件，使用絕緣墊片將功率MOST254與電路板壓緊在一起，借助與電路板本身對功率管提供一定的散熱能力，

下圖顯示了將功率MOS管使用絕緣墊片與電路板壓緊固定情況，

5. 電路板器件

（1）電路板電解電容

電路板上的電解電容并沒有使用固態電解電容，這部分需要通過后面電路板滿功率輸出時，測驗電解電容的溫升；

（2）U6芯片

電路中的F030F4芯片被替換成了XM1008F芯片了，這部分與 信標節能電路模塊第二版本除錯-無線充電-2021-3-21測驗時所使用的型號相同，

▌02 上電初步測驗

1.測驗電路板電源

測量條件：

電源電壓：12V
限流：1A

測量結果：

作業電流：38mA
+8V電源：7.98V
+3.3V電源：3.301V

上電后，兩個MCU指示燈閃爍，說明寄送的測驗電路中的MCU已經下載了正確的韌體了，

將輸入作業電壓調整到+24V，電路仍然正常作業，靜態作業電流降低到18.9mA，

2.連接發光碟

將發光碟連入電路，測驗對于電磁鐵的是否能夠感應，

（1）初次測驗故障

使用磁鐵感應發光碟HALL器件，MCU U6并沒有進入發送狀態，反而是作業LED指示燈停止震蕩，此時發送線圈開始震蕩，

不過這種情況，不知什么原因消失了，也就是電路可以正常作業了.

（2）測驗LED與感應線圈

下面是原來無線節能組（630kHz頻率）測驗電感與對應的發光LED（三個LED）燈盤，其中的感應線圈與并聯諧振電容分別為：

• 接收線圈：L=51.72uH
• 諧振電容：1nF

為了將其改造成對于150kHz頻率諧振，需要將并聯諧振電容修改為：Cp=21.77nF，

下面是使用改造后的測驗接收線圈對于發送線圈發送電能進行檢測的情況，

（3）簡單測驗功耗

在作業電壓為+24V下，空載情況下，母線電流為：22mA，使用永磁鐵觸發光碟，此時母線電流為：75.9mA，

3.與總控制器相連

將控制器與核心板連接起來，控制盒的電源與核心板電源（+24V）分別提供，可以測驗，控制盒可以正確檢測到總線上的節能燈存在，

（1）存在的問題

1. 無法使用磁鐵通過光碟將觸發后的光碟停止振蕩；
2. 雖然現在還沒有功率舒適，但是LCC電感Ls有點溫升；電解電容C16溫升明顯，

（2）查找問題

將控制器更換成原來的版本，發現出現同樣的問題，也就是無法使用磁鐵將點亮的光碟熄滅，可是這個軟體是最后測驗過得，為什么也會在原來的硬體出現的同樣的問題？

（3）問題解釋

在剛才測驗程序中，由于只在控制器上掛載一個信標，因此，使用磁鐵觸發信標光碟的時候，控制器無法將其切換到另外的信標點亮，因此重新點亮該信標，所以從外部看來似乎無法使用磁鐵將光碟熄滅，

在電路板輸出埠另外掛載第二個信標燈，上述故障消失，

但是，在測驗程序中，仍然出現了幾次 在2.2.1中 初次測驗故障 的問題：即U6在光碟被磁鐵觸發的時候作業指示LED停止閃爍，只有重啟+24V電源，故障才消失，這說明在新版的電路板中，依然存在著某種不穩定的情況e.

▌03 功率測驗

1.滿功率輸出

測量條件：

• 作業電壓：+24V
• 負載電阻：10歐姆/150W

將接受線圈直接放置在發送線圈上面，

測量結果：

電源電流：2.5A
負載電壓：20.01V

此時，輸入功率:Pin=60W；輸出功率：Pout=40.8W；功率傳輸效率： η = 68 % \eta = 68\% η=68%，

注意，由于是將接收線圈直接放置在接收線圈上，此時發送模塊已經進入了限制功率狀態，使得輸出占空比不再是50%，

如果將線圈抬高，是兩個線圈之間的互感降低，此時發送電流下降到2.2A，此時對應的傳輸效率變為77.3%左右，

因此，傳輸效率受到兩個線圈之間的耦合系數的影響，

2.電路板溫度分布

讓電路就輸出45W狀態下，持續作業1分鐘，電路板逐步處于熱平衡，使用紅外相機拍攝電路板溫度分布，

可以看到電路板上的最熱的器件為：

• LCC串聯電感；
• 兩個功率MOS管；

這說明，對于功率MOS壓緊在電路板上進行輔助散熱是必須的，

3.電路板散熱條件

根據前面測驗，需要考慮到夏天比賽程序中，環境溫度更高，對于電路板熱平衡的影響，因此建議：

• 如果信標燈在場地邊緣，建議對于這部分的控制板不再使用外殼封裝，讓其自然散熱；
• 對于布置在場地中心的信標，選擇的外殼需要能夠提供一定的散熱能力，比如留有通風孔；外殼比較薄，容易散熱，

▌測驗結果

通過對于對于龍邱公司發送過來的整套無線信標套件進行測驗，初步驗證了：

• 該電路板滿足無線電能傳輸的需要；
• 該電路與主控盒之間功能連接正常；
• 該電路板連接發光碟觸發功能正常；

存在的疑問：存在幾次，無線發送程序中，U6的作業指示燈不閃爍的情況，并且此時電路空載電流上升到200多mA左右，只有重新上電問題才消失，

具體原因現在尚不可知，

■ 相關文獻鏈接:

• 第十六屆全國大學智能汽車競賽競速比賽規則
• 信標節能電路模塊第二版本除錯-無線充電-2021-3-21
• 無線信標功能初步測驗
• 無線節能信標除錯說明-2021-3-3
• 無線信標功能除錯-2021-3-9-HALL檢測與主控介面
• 無線信標功能除錯-2021-3-9-輸出功率恒定限制