基于MSP430的無(wú)線(xiàn)充電系統設計

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

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)充電;MSP430單片機;超低功耗;電磁感應

21世紀是信息時(shí)代，人們對隨時(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(xiàn)充電技術(shù)也逐漸融入到生活當中。隨著(zhù)3G、4G的不斷發(fā)展與深入，手機也越來(lái)越智能化。在手機不斷智能化功能更強大的同時(shí)，手機耗電量也在逐漸的增大。過(guò)去待機時(shí)間的需求只局限于少部分用戶(hù)群，但是現在逐漸發(fā)展成一種普遍需求。手機待機時(shí)間的長(cháng)短很大程度上取決于電池的性能。然而，根據市場(chǎng)調研，在短期內，手機電池的技術(shù)不會(huì )有重大進(jìn)展，燃料電池還沒(méi)有真正達到實(shí)用化的階段。增加電池的體積，雖然增加了手機待機的時(shí)間，但是同時(shí)也使手機的便攜性下降。因此，人們對于無(wú)線(xiàn)充電方案的興趣愈加濃厚。

針對于無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，文章設計了以電磁感應為原理，用MSP430G2253單片機為核心控制芯片的無(wú)線(xiàn)充電系統。經(jīng)試驗測試可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電功能。

1 系統原理及組成

1.1 感應式無(wú)線(xiàn)充電的原理

無(wú)線(xiàn)充電是發(fā)射端(充電器)和接收端(手機等)各有一個(gè)線(xiàn)圈，發(fā)射端把電能通過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈轉換為磁場(chǎng)，發(fā)射線(xiàn)圈的磁場(chǎng)穿過(guò)接收端線(xiàn)圈，根據基礎物理的法拉第電磁感應定律，在接收線(xiàn)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(xiàn)充電電路組成

1.2.1 系統的總體設計

無(wú)線(xiàn)充電系統主要運用電磁感應原理，通過(guò)線(xiàn)圈實(shí)現能量的傳遞。如圖2所示。系統工作時(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)振蕩電路轉換成高頻交流電經(jīng)發(fā)射電路供給初級線(xiàn)圈。次級電感線(xiàn)圈耦合獲得能量，接收初級線(xiàn)圈傳送的電流后，輸出的電流通過(guò)接收轉換電路轉化為成直流電對電池充電。

1.2.2 單元電路的設計

1)發(fā)射電路

通電時(shí)，Q2導通V+電壓經(jīng)Q1到L1，形成電容C2反向充電(左-右+)，給Q2B級一個(gè)負電壓，Q2截止;Q2截止，Q1也截止，C2再次充電(左+ 右-)，給Q2B級一個(gè)負電壓。如此反復，Q1導通/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)接收轉換電路

二極管4148起半波整流作用。因為MSP430G2553的工作電壓是3.3 V，所以用3.3 V穩壓二極管進(jìn)行穩壓。如圖4(a)、(b)所示。

3)檢測電路

當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單片機的P1.1和P1.2端口進(jìn)行控制檢測。如圖5(a)、(b)所示。

1.3 影響穩壓值大小的因素

1.3.1 線(xiàn)圈間距

隨著(zhù)發(fā)送線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間的距離越來(lái)越大，漏磁現象越來(lái)越嚴重，造成了能量的損耗，導致穩壓值越來(lái)越低。

1.3.2 輸入電壓

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

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

2 結論

無(wú)線(xiàn)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，初級線(xiàn)圈和次級線(xiàn)圈的尺寸、材料、位置等都影響著(zhù)無(wú)線(xiàn)充電系統的傳輸效率。通過(guò)用Multism仿真和實(shí)驗，文章設計的系統，試驗結果與理論基本相符，達到系統預先設定的目標，實(shí)現了5 V到3.3 V的無(wú)線(xiàn)能量傳輸。