超低功耗MSP430無線充電電路詳解

　　本文無線充電系統(tǒng)的設計是用線圈耦合方式傳遞能量，使接收單元接收到足夠的電能，以保證后續(xù)電路能量的供給。由于無線傳電電壓隨能量發(fā)送單元和接收單元耦合線圈的間距D在測試中需要改變，而充電時間相對固定，便于控制，所以充電方式上選擇固定電流充電的恒流充電方案。在器件選擇上選擇有多種省電模式，功耗特別省，抗干擾力特強的 MSP430(＄2.0250)系列超低功耗單片機MSP430F2274(＄2.5312)作為無線傳能充電器的監(jiān)測控制核心芯片，電壓和充電時間顯示采用低功耗OCM126864—9液晶屏，以提高充電電路的能量利用效率。

　　無線充電系統(tǒng)主要采用電磁感應原理，通過線圈進行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞。如圖1所示，系統(tǒng)工作時輸人端將交流市 電經全橋整流電路變換成直流電，或用24V直流電端直接為系統(tǒng)供電。當接收線圈與發(fā)射線圈靠近時，在接收線圈中產生感生電壓，當接收線圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時產生諧振，電壓達最大值，具有最好的能量傳輸效果。通過 2個電感線圈耦合能量，次級線圈輸出的電流經接受轉換電路變化成直流電為電池充電。

　　電源切換

　　直流輸入采用單刀雙閘繼電器，交流上電常開閉合，常閉打開實現(xiàn)交流優(yōu)先，交流斷電繼電器斷電，常閉閉合，實現(xiàn)自動切換。在切換時，時間很短，C1可提供一定時間的電量，可以實現(xiàn)不斷電切換，不影響充電。見圖2所示 。

　　發(fā)射及接收電路

　　發(fā)射電路由振蕩信號發(fā)生器和諧振功率放大器兩部分組成， 見圖3所示。采用NE555(＄0.0700)構成振蕩頻率約為510KHZ信號發(fā)生器 ，為功放電路提供激勵信號；諧振功率放大器由Lc并聯(lián)諧振回路和開關管IRF840(＄0.6202)構成。振蕩線圈按要求用直徑為0.8mm的漆包線密繞2O圈，直徑約為 6.5cm，實測電感值約為142uH ， 當諧振在510KHZ時，與其并聯(lián)的電容c5、c6 約為680P，可用470pF的固定電容并聯(lián)一個200PF的可調電容，可方便調節(jié)諧振頻率。大功率管TRF840最大電流為8A、完全開啟時內阻為0.85歐，管子發(fā)熱量大，所以需要加裝散熱片。當功率放大器的選頻回路的諧振頻率與激勵信號頻率相同時，功率放大器發(fā)生諧振，此時線圈中的電壓和電流達最大值，從而產生最大的交變電磁場。當接收線圈與發(fā)射線圈靠近時，在接收線圈中產生感生電壓，當接收線圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時產生諧振，電壓達最大值。構成了如圖4所示的諧振回路。實際上，發(fā)射線圈回路與接收線圈回路均處于諧振狀態(tài)時，具有最好的能量傳輸效果。

　　
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　　充電電路

　　如圖5所示，電能經過線圈接收后，高頻交流電壓經快速二極1N4148(＄0.0054)進行全波整流，3300F的電容濾波，再用5.1v壓二極管穩(wěn)壓，輸出直流電為充電器提供較為穩(wěn)定的工作電壓。為了準確控制充電時間，我們在設計中采用恒流充電的方法，可以保證充電電流大致為一常數(shù)I，上述電容電壓與時間的關系可表示為：根據(jù)題設要求，充電時間應滿足快充小于30s，慢充控制在100到140S ， 計算出快充、慢充所需 電流大小快I1慢I2： 分別為，圖 5中二極管 D1、 D2的導通電壓基本不變，故可作為電壓基準?？梢娫诤懔鞒潆婋娐分?，充電電流僅由電阻R1、R2確定。計算中約定U=0.7充電電流Ic（ 三極管集電極電流）Ie，計算出快充、慢充所需電阻R1、R2分別，設計中采用可調電阻， 可調節(jié)充電電流的大小 。

　　整機電路原理圖

　　充電效率是一個不得不考慮的問題。設計系統(tǒng)可以在發(fā)射接收電路的能量傳輸部分做適當改進，以獲得更高的效率和更遠的距離；也可以設計充電設備檢測電路，在沒有能量接收電路時能量發(fā)送部分處于睡眠狀態(tài)，當能量接收電路靠近發(fā)送部分時，激活發(fā)射電路開始充電。本設計系統(tǒng)達到了設計要求，具有無線充電、攜帶方便、成本低、無需布線等優(yōu)勢，有著廣泛的應用前景。

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