基于嵌入式的開關(guān)電源休眠節(jié)能系統(tǒng)

摘 要：開關(guān)電源被稱為高效節(jié)能型的電源，已經(jīng)成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品，高頻開關(guān)電源的節(jié)能問題也越來越引起人們的重視。文章基于當(dāng)前開關(guān)電源技術(shù)背景，分析開關(guān)電源的類型及其工作原理，研究監(jiān)控模塊的監(jiān)控原理及開關(guān)電源的監(jiān)控參數(shù)，提出一種新的通過外圍硬件控制的休眠節(jié)能技術(shù)，以提高整個(gè)開關(guān)電源系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；整流器；監(jiān)控模塊；硬件休眠

1 開關(guān)電源的技術(shù)背景

電源是任何電子設(shè)備都不可或缺的一部分，隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)電子電源的要求越來越傾向于高頻化和節(jié)能化。在現(xiàn)如今的開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域，很多企業(yè)都是采用的直流供電方式，并且考慮到整個(gè)電源系統(tǒng)的安全性和可靠性，在工程實(shí)施的過程中，都會(huì)采取開關(guān)電源整流模塊N+1冗余配置方式，以保證開關(guān)電源的容量大于理論設(shè)計(jì)中的負(fù)載要求。這就導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)整流模塊長(zhǎng)期處于較低負(fù)載率的工作狀態(tài)，這在很大程度上造成了電能的大量浪費(fèi)。圖1所示為典型的電源整流模塊在不同負(fù)載率下的效率曲線。

圖1 開關(guān)電源整流器“負(fù)載-效率”曲線

從圖1中反映出的變化規(guī)律可以看出，當(dāng)系統(tǒng)中整流模塊的負(fù)載率在40%-80%范圍內(nèi)時(shí)，工作效率較高，這樣就可以通過調(diào)節(jié)整流模塊的負(fù)載率的方式，使其控制在合理的范圍內(nèi)，進(jìn)而提高工作效率以降低空載損耗，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的?；谶@種情況，當(dāng)前國(guó)內(nèi)各開關(guān)電源廠家普遍采用的是軟件休眠節(jié)能技術(shù)，即根據(jù)開關(guān)整流器在不同負(fù)載下的效率特性，預(yù)先設(shè)定一個(gè)能保證較高工作效率的負(fù)載率區(qū)間，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)整流器的輸出電流和整個(gè)系統(tǒng)的總負(fù)載電流，進(jìn)而計(jì)算出實(shí)際需要多少整流模塊工作，然后系統(tǒng)的控制模塊會(huì)發(fā)送命令控制整流模塊的開啟和關(guān)閉。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，用軟件實(shí)現(xiàn)的休眠節(jié)能方式存在著可靠性不高、無法達(dá)到最佳節(jié)能效果等缺點(diǎn)，基于此，我們?cè)O(shè)計(jì)出一種通過硬件控制的休眠節(jié)能系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)整體構(gòu)架及分析

整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示，節(jié)能控制器通過實(shí)時(shí)檢測(cè)整流器的輸出電流的方式，進(jìn)而控制各個(gè)繼電器開關(guān)，達(dá)到動(dòng)態(tài)控制整流器的負(fù)載率的目的

圖2 硬件休眠系統(tǒng)原理圖

2.1 整流模塊，該模塊先對(duì)市電的交流電壓進(jìn)行濾波，過濾掉交流電中的尖峰等雜波，再通過整流濾波得到所需的直流電壓，從而為負(fù)載提供持續(xù)穩(wěn)定的直流電源。

2.2 休眠控制模塊，該模塊基于PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，整流器輸出的電流經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成線性變化的電壓，再通過單片機(jī)的A/D模塊進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到的電壓值經(jīng)過單片機(jī)控制芯片的計(jì)算和判斷，進(jìn)而控制各個(gè)繼電器開關(guān)的開啟和閉合。

2.3 LCD顯示模塊，該模塊用來顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和整流器的負(fù)載率情況，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示，用以保證系統(tǒng)的正常工作。

3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要以PIC16F877單片機(jī)控制芯片為核心，系統(tǒng)的外圍設(shè)備主要包含有整流器電流檢測(cè)接口電路、LCD、串口等模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電流檢測(cè)、分析計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸以及狀態(tài)顯示等功能。

4 控制模塊的軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)控制模塊功能的實(shí)現(xiàn)是基于單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)和編寫，整個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)過程的流程圖如圖4所示。

圖4 控制模塊軟件實(shí)現(xiàn)流程圖

在系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，控制模塊通過A/D檢測(cè)出當(dāng)前輸出電流的值，并判斷此時(shí)的負(fù)載率是否在40%-80%之間，之后單片機(jī)發(fā)出控制命令給繼電器開關(guān)對(duì)整流器模塊的工作數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，以達(dá)到輪休的效果，使整流器始終工作在較高的效率上。

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行硬件休眠節(jié)能，基于嵌入式單片機(jī)為控制核心，采用實(shí)時(shí)A/D檢測(cè)、數(shù)據(jù)計(jì)算、動(dòng)態(tài)控制的方式，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)開關(guān)電源的休眠節(jié)能目的。跟目前廣泛使用的軟件休眠方式相比，本套系統(tǒng)采用的硬件控制單元不會(huì)在其發(fā)生故障的情況下影響整流器的工作，且休眠模式的整流器完全處于斷電狀態(tài)，能夠確保在雷擊或持續(xù)電壓的沖擊之下不會(huì)被損壞，充分保證了整套電源系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。經(jīng)過測(cè)試和調(diào)研，本套系統(tǒng)具有十分廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]宋守國(guó)，張少文.基站開關(guān)電源模塊休眠技術(shù)在節(jié)能降耗中的應(yīng)用[J].電信技術(shù)，2008（7）：39-40.

[2]普利斯曼，莫瑞.開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].王志強(qiáng)，譯.3版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]雷媛媛，吳勝益.試論開關(guān)電源技術(shù)[J].通信電源技術(shù)，2008.

[4]李文才，魯傳峰.新一代開關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)[J].能源技術(shù)與發(fā)展，2008（5）.

[5]易序香.基站降耗通信電源休眠節(jié)能技術(shù)，通電信技術(shù)，2008，11.

作者簡(jiǎn)介：鐘安陽(yáng)（1992，6-），男，湖南岳陽(yáng)市，學(xué)歷：本科，研究方向：開關(guān)電源。