基于嵌入式的開關電源休眠節能系統

摘 要：開關電源被稱為高效節能型的電源，已經成為穩壓電源的主流產品，高頻開關電源的節能問題也越來越引起人們的重視。文章基于當前開關電源技術背景，分析開關電源的類型及其工作原理，研究監控模塊的監控原理及開關電源的監控參數，提出一種新的通過外圍硬件控制的休眠節能技術，以提高整個開關電源系統的工作效率，達到節能的目的。

關鍵詞：開關電源；整流器；監控模塊；硬件休眠

1 開關電源的技術背景

電源是任何電子設備都不可或缺的一部分，隨著時代的發展，人們對電子電源的要求越來越傾向于高頻化和節能化。在現如今的開關電源應用領域，很多企業都是采用的直流供電方式，并且考慮到整個電源系統的安全性和可靠性，在工程實施的過程中，都會采取開關電源整流模塊N+1冗余配置方式，以保證開關電源的容量大于理論設計中的負載要求。這就導致在實際應用中，經常會出現整流模塊長期處于較低負載率的工作狀態，這在很大程度上造成了電能的大量浪費。圖1所示為典型的電源整流模塊在不同負載率下的效率曲線。

圖1 開關電源整流器“負載-效率”曲線

從圖1中反映出的變化規律可以看出，當系統中整流模塊的負載率在40%-80%范圍內時，工作效率較高，這樣就可以通過調節整流模塊的負載率的方式，使其控制在合理的范圍內，進而提高工作效率以降低空載損耗，最終實現節能的目的。基于這種情況，當前國內各開關電源廠家普遍采用的是軟件休眠節能技術，即根據開關整流器在不同負載下的效率特性，預先設定一個能保證較高工作效率的負載率區間，通過實時監測各個整流器的輸出電流和整個系統的總負載電流，進而計算出實際需要多少整流模塊工作，然后系統的控制模塊會發送命令控制整流模塊的開啟和關閉。但是在實際的應用過程中發現，用軟件實現的休眠節能方式存在著可靠性不高、無法達到最佳節能效果等缺點，基于此，我們設計出一種通過硬件控制的休眠節能系統。

2 系統整體構架及分析

整個系統的原理框圖如圖2所示，節能控制器通過實時檢測整流器的輸出電流的方式，進而控制各個繼電器開關，達到動態控制整流器的負載率的目的

圖2 硬件休眠系統原理圖

2.1 整流模塊，該模塊先對市電的交流電壓進行濾波，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，從而為負載提供持續穩定的直流電源。

2.2 休眠控制模塊，該模塊基于PIC單片機實現，整流器輸出的電流經過轉換電路轉換成線性變化的電壓，再通過單片機的A/D模塊進行檢測，檢測到的電壓值經過單片機控制芯片的計算和判斷，進而控制各個繼電器開關的開啟和閉合。

2.3 LCD顯示模塊，該模塊用來顯示系統的工作狀態和整流器的負載率情況，通過實時檢測和顯示，用以保證系統的正常工作。

3 系統硬件結構

圖3 系統硬件結構圖

本系統的硬件結構如圖3所示，主要以PIC16F877單片機控制芯片為核心，系統的外圍設備主要包含有整流器電流檢測接口電路、LCD、串口等模塊，實現了對整個系統的電流檢測、分析計算、數據傳輸以及狀態顯示等功能。

4 控制模塊的軟件實現

系統控制模塊功能的實現是基于單片機的程序設計和編寫，整個軟件實現過程的流程圖如圖4所示。

圖4 控制模塊軟件實現流程圖

在系統開始運行時，控制模塊通過A/D檢測出當前輸出電流的值，并判斷此時的負載率是否在40%-80%之間，之后單片機發出控制命令給繼電器開關對整流器模塊的工作數量進行調整，實時檢測和控制，以達到輪休的效果，使整流器始終工作在較高的效率上。

5 結束語

本系統對開關電源進行硬件休眠節能，基于嵌入式單片機為控制核心，采用實時A/D檢測、數據計算、動態控制的方式，很好的實現了對開關電源的休眠節能目的。跟目前廣泛使用的軟件休眠方式相比，本套系統采用的硬件控制單元不會在其發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，能夠確保在雷擊或持續電壓的沖擊之下不會被損壞，充分保證了整套電源系統運行的安全性。經過測試和調研，本套系統具有十分廣闊的市場前景和應用價值。

參考文獻

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作者簡介：鐘安陽（1992，6-），男，湖南岳陽市，學歷：本科，研究方向：開關電源。