现阶段，智能手机、平板电脑、笔记本等电子设备几乎都采用线缆充电，不仅携带不方便，而且成本还比较高。本文给出一种基于 MSP430 单片机的无线充电器设计方案，它是一种由能量发送单元和能量接收单元两大部分组成、利用电磁感应原理实现电能无线传递的充电器。本无线充电系统采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 变化，需要在实际测试中调整，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，选择具有多种省电模式、功耗特别省、抗干扰能力特强的 MSP430 系列超低功耗单片机 MSP430F2274 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低功耗 OCM126864-9 液晶屏，以提高充电电路的能量利用效率。

一、电源切换

直流输入采用单刀双掷继电器，交流上电时常开触点闭合、常闭触点打开，实现交流优先；交流断电时继电器断电、常闭触点闭合，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，如图 2 所示。

图 2　电源切换电路

二、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，如图 3 所示。采用 NE555 构成振荡频率约为 510 kHz 的信号发生器，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 构成。振荡线圈按要求用直径为 0.8 mm 的漆包线密绕 20 圈，直径约为 6.5 cm，实测电感值约为 142 μH；当谐振在 510 kHz 时，与其并联的电容 C5、C6 约为 680 pF，可用 470 pF 的固定电容并联一个 200 pF 的可调电容，以方便调节谐振频率。

图 3　发射电路

大功率管 IRF840 最大电流为 8 A、完全开启时内阻为 0.85 Ω，管子发热量大，所以需要加装散热片。当功率放大器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。

图 4　谐振回路

三、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管 1N4148 进行全波整流、3300 μF 的电容滤波，再用 5.1 V 稳压二极管稳压，输出直流电为充电器提供较为稳定的工作电压。

图 5　充电电路

充电效率是一个不得不考虑的问题。本设计系统可以在发射、接收电路的能量传输部分作适当改进，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使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。