基于MSP430的無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著科技的發(fā)展，無(wú)線電技術(shù)越來(lái)越廣泛應(yīng)用到生活中。文章采用電磁感應(yīng)式手機(jī)充電原理，在發(fā)送和接收端各有一個(gè)感應(yīng)線圈，發(fā)送端連接有線電源，通過(guò)振蕩電路使得發(fā)送線圈產(chǎn)生振蕩電磁波信號(hào)，接收端線圈感受該信號(hào)，經(jīng)過(guò)整流濾波電路，將振蕩信號(hào)變成直流量，進(jìn)行電池的充電。同時(shí)采用CN3068芯片，設(shè)計(jì)了電流充電的監(jiān)控電路，使用MSP430G2553超低功耗單片機(jī)作為無(wú)線充電系統(tǒng)的檢測(cè)控制核心，電能充滿后給出充滿提示且自動(dòng)停止充電。

關(guān)鍵詞：無(wú)線充電;MSP430單片機(jī);超低功耗;電磁感應(yīng)

21世紀(jì)是信息時(shí)代，人們對(duì)隨時(shí)隨地保持信息交流的移動(dòng)通信服務(wù)要求越來(lái)越高，同時(shí)無(wú)線充電技術(shù)也逐漸融入到生活當(dāng)中。隨著3G、4G的不斷發(fā)展與深入，手機(jī)也越來(lái)越智能化。在手機(jī)不斷智能化功能更強(qiáng)大的同時(shí)，手機(jī)耗電量也在逐漸的增大。過(guò)去待機(jī)時(shí)間的需求只局限于少部分用戶群，但是現(xiàn)在逐漸發(fā)展成一種普遍需求。手機(jī)待機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短很大程度上取決于電池的性能。然而，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，在短期內(nèi)，手機(jī)電池的技術(shù)不會(huì)有重大進(jìn)展，燃料電池還沒有真正達(dá)到實(shí)用化的階段。增加電池的體積，雖然增加了手機(jī)待機(jī)的時(shí)間，但是同時(shí)也使手機(jī)的便攜性下降。因此，人們對(duì)于無(wú)線充電方案的興趣愈加濃厚。

針對(duì)于無(wú)線充電技術(shù)，文章設(shè)計(jì)了以電磁感應(yīng)為原理，用MSP430G2253單片機(jī)為核心控制芯片的無(wú)線充電系統(tǒng)。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電功能。

1 系統(tǒng)原理及組成

1.1 感應(yīng)式無(wú)線充電的原理

無(wú)線充電是發(fā)射端(充電器)和接收端(手機(jī)等)各有一個(gè)線圈，發(fā)射端把電能通過(guò)發(fā)射線圈轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)，發(fā)射線圈的磁場(chǎng)穿過(guò)接收端線圈，根據(jù)基礎(chǔ)物理的法拉第電磁感應(yīng)定律，在接收線圈中將產(chǎn)生電場(chǎng)，最后通過(guò)接收端輸出。原理如圖1所示。

1.2 無(wú)線充電電路組成

1.2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

無(wú)線充電系統(tǒng)主要運(yùn)用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)線圈實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。如圖2所示。系統(tǒng)工作時(shí)輸入端將交流電經(jīng)橋式整流電路變換成直流電，或直接用5 V直流電源為系統(tǒng)供電。通過(guò)電源管理模塊后輸出的直流電經(jīng)過(guò)振蕩電路轉(zhuǎn)換成高頻交流電經(jīng)發(fā)射電路供給初級(jí)線圈。次級(jí)電感線圈耦合獲得能量，接收初級(jí)線圈傳送的電流后，輸出的電流通過(guò)接收轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為成直流電對(duì)電池充電。

1.2.2 單元電路的設(shè)計(jì)

1)發(fā)射電路

通電時(shí)，Q2導(dǎo)通V+電壓經(jīng)Q1到L1，形成電容C2反向充電(左-右+)，給Q2B級(jí)一個(gè)負(fù)電壓，Q2截止;Q2截止，Q1也截止，C2再次充電(左+ 右-)，給Q2B級(jí)一個(gè)負(fù)電壓。如此反復(fù)，Q1導(dǎo)通/截止，兩個(gè)三極管組成一個(gè)自激振蕩電路。電路如圖3(a)、(b)所示。

2)接收轉(zhuǎn)換電路

二極管4148起半波整流作用。因?yàn)?strong>MSP430G2553的工作電壓是3.3 V，所以用3.3 V穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓。如圖4(a)、(b)所示。

3)檢測(cè)電路

當(dāng)6管腳為低電平時(shí)，Q3不通，不通被拉高，拉高表示充電完成，否則表示充電未完成。當(dāng)7管腳為低電平時(shí)，Q4不通，不通被拉高，拉高表示正在充電，否則表示不在充電狀態(tài)。6、7管腳通過(guò)430單片機(jī)的P1.1和P1.2端口進(jìn)行控制檢測(cè)。如圖5(a)、(b)所示。

1.3 影響穩(wěn)壓值大小的因素

1.3.1 線圈間距

隨著發(fā)送線圈與接收線圈之間的距離越來(lái)越大，漏磁現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，造成了能量的損耗，導(dǎo)致穩(wěn)壓值越來(lái)越低。

1.3.2 輸入電壓

發(fā)射線圈與接收線圈相當(dāng)于一個(gè)變壓器。隨著輸入電壓的減小，發(fā)射線圈電壓減小，所以接收線圈電壓減小，所以半波整流之后穩(wěn)壓值越來(lái)越小。

最后，選取線圈距離1 mm，輸入發(fā)射電路5 V，當(dāng)發(fā)送線圈和接收線圈為平面空心線圈且平行放置時(shí)，穿過(guò)次級(jí)線圈的磁力線最多，耦合程度較高，實(shí)現(xiàn)了3.3 V的電壓傳輸和轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)論

無(wú)線充電技術(shù)是很有前途的非接觸的能量傳輸技術(shù)，由發(fā)送端和接收端兩部分組成，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的尺寸、材料、位置等都影響著無(wú)線充電系統(tǒng)的傳輸效率。通過(guò)用Multism仿真和實(shí)驗(yàn)，文章設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果與理論基本相符，達(dá)到系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了5 V到3.3 V的無(wú)線能量傳輸。