基于嵌入式的开关电源休眠节能系统
摘 要:开关电源被称为高效节能型的电源,已经成为稳压电源的主流产品,高频开关电源的节能问题也越来越引起人们的重视。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。
关键词:开关电源;整流器;监控模块;硬件休眠
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。
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