基于嵌入式的开关电源有何系统功能

分类：应用电子技术论文发表 时间：2018-09-07 15:01 关注：(1)

　　开关电源被称为高效节能电源，已成为稳压电源的主流产品。 高频开关电源的节能问题越来越受到关注，接下来小编简单介绍一篇优秀电源电子论文。

　　文章基于当前开关电源技术背景，分析开关电源的类型及其工作原理，研究监控模块的监控原理及开关电源的监控参数，提出一种新的通过外围硬件控制的休眠节能技术，以提高整个开关电源系统的工作效率，达到节能的目的。

　　1 开关电源的技术背景

　　电源是任何电子设备都不可或缺的一部分，随着时代的发展，人们对电子电源的要求越来越倾向于高频化和节能化。在现如今的开关电源应用领域，很多企业都是采用的直流供电方式，并且考虑到整个电源系统的安全性和可靠性，在工程实施的过程中，都会采取开关电源整流模块N+1冗余配置方式，以保证开关电源的容量大于理论设计中的负载要求。这就导致在实际应用中，经常会出现整流模块长期处于较低负载率的工作状态，这在很大程度上造成了电能的大量浪费。图1所示为典型的电源整流模块在不同负载率下的效率曲线。

　　图1 开关电源整流器“负载-效率”曲线

　　从图1中反映出的变化规律可以看出，当系统中整流模块的负载率在40%-80%范围内时，工作效率较高，这样就可以通过调节整流模块的负载率的方式，使其控制在合理的范围内，进而提高工作效率以降低空载损耗，最终实现节能的目的。基于这种情况，当前国内各开关电源厂家普遍采用的是软件休眠节能技术，即根据开关整流器在不同负载下的效率特性，预先设定一个能保证较高工作效率的负载率区间，通过实时监测各个整流器的输出电流和整个系统的总负载电流，进而计算出实际需要多少整流模块工作，然后系统的控制模块会发送命令控制整流模块的开启和关闭。但是在实际的应用过程中发现，用软件实现的休眠节能方式存在着可靠性不高、无法达到最佳节能效果等缺点，基于此，我们设计出一种通过硬件控制的休眠节能系统。

　　2 系统整体构架及分析

　　整个系统的原理框图如图2所示，节能控制器通过实时检测整流器的输出电流的方式，进而控制各个继电器开关，达到动态控制整流器的负载率的目的

　　图2 硬件休眠系统原理图

　　2.1 整流模块，该模块先对市电的交流电压进行滤波，过滤掉交流电中的尖峰等杂波，再通过整流滤波得到所需的直流电压，从而为负载提供持续稳定的直流电源。

　　2.2 休眠控制模块，该模块基于PIC单片机实现，整流器输出的电流经过转换电路转换成线性变化的电压，再通过单片机的A/D模块进行检测，检测到的电压值经过单片机控制芯片的计算和判断，进而控制各个继电器开关的开启和闭合。

　　2.3 LCD显示模块，该模块用来显示系统的工作状态和整流器的负载率情况，通过实时检测和显示，用以保证系统的正常工作。

　　3 系统硬件结构

　　图3 系统硬件结构图

　　本系统的硬件结构如图3所示，主要以PIC16F877单片机控制芯片为核心，系统的外围设备主要包含有整流器电流检测接口电路、LCD、串口等模块，实现了对整个系统的电流检测、分析计算、数据传输以及状态显示等功能。

　　4 控制模块的软件实现

　　系统控制模块功能的实现是基于单片机的程序设计和编写，整个软件实现过程的流程图如图4所示。

　　图4 控制模块软件实现流程图

　　在系统开始运行时，控制模块通过A/D检测出当前输出电流的值，并判断此时的负载率是否在40%-80%之间，之后单片机发出控制命令给继电器开关对整流器模块的工作数量进行调整，实时检测和控制，以达到轮休的效果，使整流器始终工作在较高的效率上。

　　5 结束语

　　本系统对开关电源进行硬件休眠节能，基于嵌入式单片机为控制核心，采用实时A/D检测、数据计算、动态控制的方式，很好的实现了对开关电源的休眠节能目的。跟目前广泛使用的软件休眠方式相比，本套系统采用的硬件控制单元不会在其发生故障的情况下影响整流器的工作，且休眠模式的整流器完全处于断电状态，能够确保在雷击或持续电压的冲击之下不会被损坏，充分保证了整套电源系统运行的安全性。经过测试和调研，本套系统具有十分广阔的市场前景和应用价值。

　　参考文献

　　[1]宋守国，张少文.基站开关电源模块休眠技术在节能降耗中的应用[J].电信技术，2008(7)：39-40.

　　[2]普利斯曼，莫瑞.开关电源设计[M].王志强，译.3版.北京：电子工业出版社，2010.

　　[3]雷媛媛，吴胜益.试论开关电源技术[J].通信电源技术，2008.

　　阅读期刊：电源技术

　　《电源技术》(月刊)创刊于1977年，是信息产业部电源专业情报网网刊，中国电子科技集团公司第十八研究所主办，信息产业部主管，国家科技部(原国家科委)批准，属于全国性的技术类科技期刊。主要服务对象是从事化学与物理电源研究、研制、生产的科技工作者，科技管理工作者，有关专业的高等院校师生及部分用户，与电源相关行业的研究、研制、生产者。