基于MSP430單片機的無線傳能充電器設計

陳中瑾

摘 要：本系統設計的是一款以MSP430單片機作為控制器的無線傳能充電器，主要由能量發送單元和能量接收單元組成。本系統采用MSP430低功耗單片機，顯示充電電壓當前狀態和當前充電時間，并實現30秒以內的快速充電時，可在6cm的距離以內對電池進行無線充電的功能。

關鍵詞：無線傳能；低功耗；MSP430

中圖分類號：TM910.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0093-02

Abstract： This system designs a wireless energy transmission charger based on MSP430 MCU， which is mainly composed of energy transmitting unit and energy receiving unit. The system uses MSP430 low power single-chip microcomputer to display the current state of charging voltage and current charging time， and realize the function of wireless charging the battery within 30 seconds of rapid charging， within the distance of 6cm.

Keywords： wireless power transmission； low power consumption； MSP430

1 系統總體設計

如圖1所示，本系統以MSP430單片機作控制器，主要由能量發送單元和能量接收單元組成。能量發送單元主要包括電源電路、功率放大電路、頻率震蕩電路和發送線圈；能量接收單元主要有單片機控制電路、充電電路和接收線圈。

能量發射單元采用20V/50Hz交流和24V直流兩種電源供電，經電源模塊輸出的直流電通過2MHz的有源晶振為功率放大電路的場效應管輸入一個激勵信號，再經初級線圈和電容組成的并聯諧振回路起振后，經初級電感耦合線圈發射出去；接收單元再通過次級電感耦合線圈將輸出的高頻交流電壓經快速二極管全波整流、穩壓后變成所需的直流電，再通過充電方式的選擇來控制電池的快充和慢充，最后通過MSP430單片機實時檢測電池兩端的電壓，并在液晶屏上實時顯示其充電電壓、充電時間以及充電進度條。當充電電壓大于3V時，MSP430單片機發出指令進行自動斷電控制。

2 硬件電路設計

2.1 電源切換電路設計

交直流電源切換采用繼電器來實現，其設計電路圖如下圖2所示：

此電路的工作原理如下：220V/50HZ的交流電通過整流橋，把它變成20V/50HZ的交流電。交流接通時，繼電器線圈得電，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現了交流優先；交流斷電時，繼電器斷電，常閉閉合，從而實現了自動切換。在切換時，時間很短，C2可提供一定時間的電量，可以實現不間斷電源切換，不影響充電。

2.2 發射電路設計

發射電路由震蕩電路和功率放大電路組成。220V的交流電，通過整流、濾波后，再通過 LM7812、LM7805輸出一個+5V的電壓。電路原理圖如圖3所示。

2.3 諧振電路設計

為了使能量接收單元獲取更大的電壓，使之能夠在更遠的距離工作，能量發送和接收單元同時采用LC并聯諧振回路，如圖4所示。

2.4 充電電路設計

電能通過線圈接收后，高頻交流電壓經全波整流，3300uF的電容濾波，再經過5.1V的穩壓管進行穩壓，輸出直流電為充電器提供較為穩定的工作電壓。其電路原理圖如圖5所示。

3 系統軟件設計

本設計的接收端采用低功耗的MSP430單片機實時檢測電池兩端的充電電壓，當充電電壓大于3V時，單片機發出指令進行自動斷電控制，并在LCD上顯示充電指示，主程序的流程圖如圖6所示。

4 結束語

根據測試結果，本系統設計主要實現了以下功能：（1）20V/50HZ交流供電和24V直流供電，交直流自動切換，交流優先；（2）無線充電設計了兩種充電方式，慢充和快充。慢充時間控制在100s-140s以內，快充時間控制在30s以內；（3）線圈距離范圍在2.5cm-6cm，一般無線傳能線圈距離設計在4cm-5cm以內，本設計在距離上有一定的突破。

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