基于以太網的智能電源的設計實現

胡磊

摘要：該設計是一種基于以太網的智能開關電源，其核心技術是通過ATMEGA16來實現對輸出端電壓、電流進行實時采樣顯示及對電路保護、控制其輸出電壓電流連續可調 、主備電源的切換及通過ENC28J60與以太網實時通信。該系統由電流、電壓采樣、LCD顯示、按鍵控制系統、繼電器模塊及以太網組成，該測控系統能實現開關電源電壓連續步進可調，實時顯示當前電壓電流值及主備電源的自動切換，彌補了傳統開關電源的不足。

關鍵詞：ATMEGA16；以太網；連續步進可調；主備切換

0 引言

在測量控制領域，以單片機為核心的各種智能監控、測試系統因其高性價比等原因正得到越來越廣泛的關注。隨著計算機網絡技術的發展，尤其是隨著分布式測控制系統的提出，使得一般的電源系統難以滿足實際應用的需求，因此將單片機控制的電源系統及以太網聯系在一起以實現遠程監視與控制成為了電源發展的一種趨勢。通過以太網實現電源的智能化，網絡化及遠程控制這已成為當今電源的發展方向。

目前在空間技術、計算機，通信、雷達中的電源逐步被智能電源所取代，智能電源進入了快速的發展時期。隨著電源產業規模的不斷地在加大以及我國的科技強國的政策，隨著無數代人的努力，我國的電源產業界出現了一批技術含量較高，具有國際同等水平極具代表性的產品。這雖然使我國的電源產業有了進一步的發展，但與其它發達國家相比，還有一定的差距與不足，比如在電源的質量，開發周期及投入，工藝水平，進檢測設備、智能化、網絡化、持續創新能力等方面的差距為10-15年。在實現電源的智能化、網絡化和集成化方面的研究還不是很多。因此，該智能電源的研制就有了一定的時代意義，具有很強的實用價值。

1 系統設計

1.1. 硬件設計

主電源電路主要包括隔離變壓、輸入整流濾波，DC—DC變換器、輸出整流濾波、檢測及保護電路。隔離變換整流濾波主要是將220AC變換為12VDC。DC—DC主要是通過內部震蕩器來產生一定頻率但相位互差90度的兩路脈寬調制波來控制開關管的導通，利用脈沖變壓器來進行電氣隔離，同時并設置一定的死去時間并采用推挽式電路作為主電路，在一定程度上提高了開關電源的效率。輸出整流濾波部分采樣全橋整流，其電源利用率高，進一步提高了電源的效率。檢測電路采用傳統的方法，利用采樣電阻來實現對電壓，電流的采樣測量，通過單片機設定其保護動作值，對主電源電路進行保護。與此同時，為了滿足某些設備對電源供電連續性的較高要求情況，我們設計了輔助電源，通過繼電器來實現主備電源的切換。

1.2 軟件設計

測量控制電路主要包括電壓，電流測量模塊、顯示鍵盤模塊、保護及主備電源切換模塊、通信模塊等四個模塊。其原理是利用ATMEGA16外加一些電子電路來實現控制要求，在負載端進行電壓電流測量，通過隔離放大之后進入單片機進行A/D轉換，利用LCD1602實時顯示當前電壓電流值，與此同時，通過按鍵控制來實現輸出電壓的步進可調（調節范圍：12—18V，步進0.1V）。運行過程中，若電路出現問題，電壓或電流值大于設定值（電流>1.5A），單片機將發出高電平關斷主電源，使主電源的開關電源芯片（SG3525）不工作，啟動保護的同時驅動繼電器動作，啟用備用電源。當排除故障時，通過按鍵來手動恢復主電源供電及實現電壓的連續步進可調。與此同時，通過網絡接口ENC28J60來實現單片機與以太網之間的通信。

系統軟件主要由主程序，電壓電流測量顯示子程序，中斷子程序，PWM控制輸出電壓可調子程序，保護及主備切換子程序，通信子程序等組成。主程序主要進行分配內存單元、設置串行口等器件的工作方式和參數，為系統正常工作創造條件。

2 測試結果

2.1.測試數據如下

輸出電壓12--18v，最大輸出電流2A

2.1.1 電壓調整率：設定輸出電壓14，利用自藕變壓器控制U2變化，測試數據如表1：

2.1.2負載調整率：設定輸出電壓15v，調節滑動變阻器控制輸出電流變化，測試數據如表2：

由測試表可知，平均電壓調整率0.039，平均負載調整率為0.076，效率為70.5%。

3 結束語

該智能電源實現了輸出電壓在（12—18）V可調，可以實時測量和現實輸出電壓、電流值，具有過壓和過流保護電路，當在輸出端檢測到大于1.5A的電流時，就會啟動保護，并自動進行主備切換，故障排除后，通過手動恢復為主電源供電。該電源能很好地滿足了生產生活及一些復雜的環境對電源的需要，進一步提高了電源的供電連續性。同時，該電源的電壓調整率，負載調整率和效率較之其他電源也有所提高。另外在LCD液晶及以太網液晶顯示屏上我們可以清楚的看到電源的工作情況，并可以通過鍵盤設定需要的輸出電壓值，簡單方便，易于控制。

不足之處在于該設計雖然能在電路出現故障時啟動保護并關斷主電源，并啟動備用電源供電，雖然改善了電源的供電連續性，但并沒有明確指出是哪部分出現問題（主電源或是負載），若是負載出現問題，此時將備用電源接入，不但沒有解決問題，反到增加新的問題，此外，在以太網部分還存在一定的問題有待后人解決。

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