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超低功耗MSP430无线充电电路详解

作者:时间:2017-10-28来源:网络

  本文系统的设计是用线圈耦合方式传递能量,使接收单元接收到足够的电能,以保证后续电路能量的供给。由于无线传电电压随能量发送单元和接收单元耦合线圈的间距D在测试中需要改变,而充电时间相对固定,便于控制,所以充电方式上选择固定电流充电的恒流充电方案。在器件选择上选择有多种省电模式,功耗特别省,抗干扰力特强的 ($2.0250)系列超单片机F2274($2.5312)作为无线传能充电器的监测控制核心芯片,电压和充电时间显示采用OCM126864—9液晶屏,以提高充电电路的能量利用效率。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/369090.htm

  系统主要采用电磁感应原理,通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。如图1所示,系统工作时输人端将交流市 电经全桥整流电路变换成直流电,或用24V直流电端直接为系统供电。当接收线圈与发射线圈靠近时,在接收线圈中产生感生电压,当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振,电压达最大值,具有最好的能量传输效果。通过 2个电感线圈耦合能量,次级线圈输出的电流经接受转换电路变化成直流电为电池充电。

  电源切换

  直流输入采用单刀双闸继电器,交流上电常开闭合,常闭打开实现交流优先,交流断电继电器断电,常闭闭合,实现自动切换。在切换时,时间很短,C1可提供一定时间的电量,可以实现不断电切换,不影响充电。见图2所示 。

  

  

  发射及接收电路

  发射电路由振荡信号发生器和谐振功率放大器两部分组成, 见图3所示。采用NE555($0.0700)构成振荡频率约为510KHZ信号发生器 ,为功放电路提供激励信号;谐振功率放大器由Lc并联谐振回路和开关管IRF840($0.6202)构成。振荡线圈按要求用直径为0.8mm的漆包线密绕2O圈,直径约为 6.5cm,实测电感值约为142uH , 当谐振在510KHZ时,与其并联的电容c5、c6 约为680P,可用470pF的固定电容并联一个200PF的可调电容,可方便调节谐振频率。大功率管TRF840最大电流为8A、完全开启时内阻为0.85欧,管子发热量大,所以需要加装散热片。当功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时,功率放大器发生谐振,此时线圈中的电压和电流达最大值,从而产生最大的交变电磁场。当接收线圈与发射线圈靠近时,在接收线圈中产生感生电压,当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振,电压达最大值。构成了如图4所示的谐振回路。实际上,发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时,具有最好的能量传输效果。

  

  
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  充电电路

  如图5所示,电能经过线圈接收后,高频交流电压经快速二极1N4148($0.0054)进行全波整流,3300F的电容滤波,再用5.1v压二极管稳压,输出直流电为充电器提供较为稳定的工作电压。为了准确控制充电时间,我们在设计中采用恒流充电的方法,可以保证充电电流大致为一常数I,上述电容电压与时间的关系可表示为:根据题设要求,充电时间应满足快充小于30s,慢充控制在100到140S , 计算出快充、慢充所需 电流大小快I1慢I2: 分别为,图 5中二极管 D1、 D2的导通电压基本不变,故可作为电压基准。可见在恒流充电电路中,充电电流仅由电阻R1、R2确定。计算中约定U=0.7充电电流Ic( 三极管集电极电流)Ie,计算出快充、慢充所需电阻R1、R2分别,设计中采用可调电阻, 可调节充电电流的大小 。

  整机电路原理图

  

  充电效率是一个不得不考虑的问题。设计系统可以在发射接收电路的能量传输部分做适当改进,以获得更高的效率和更远的距离;也可以设计充电设备检测电路,在没有能量接收电路时能量发送部分处于睡眠状态,当能量接收电路靠近发送部分时,激活发射电路开始充电。本设计系统达到了设计要求,具有无线充电、携带方便、成本低、无需布线等优势,有着广泛的应用前景。

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