一種用于單片機開關電源的節能控制系統設計

新鄉職業技術學院電子信息系 姜 坤

通過實際應用驗證，傳統單片機開關電源耗能大，且系統抗干擾能力、可靠性不足。因此需要建設節能系統，設置單片機監控模塊、節能控制模塊，以此去除異常波形，實現開關電源節能控制。此次研究主要是討論分析一種用于單片機開關電源的節能控制系統設計。

單片機開關電源具備高效性、便捷性、控制效果明顯等優勢，因此獲得使用者的青睞。現代社會大力踐行“節能減排”理念，使用者比較注重能耗問題，尤其表現在單片機開關電源上。對于傳統型開關電源來說，缺乏必要的節能控制系統，且抗干擾能力、可靠性能并不佳。在以往研究中，單片機開關電源節能控制系統的問題較多，通過可控硅整流器轉換初始電流，節能控制單片機開關電源。然而該系統的噪音比較大，可靠性不足。在研究討論中，采用脈沖寬度變頻電路，對開關電源直流電進行整流處理，雖然可以起到節能控制效果，然而整體穩定性較低。為避免上述問題，應當建設新型節能控制系統，確保其具備強抗干擾能力、高可靠性。根據試驗結果顯示，該系統的抗干擾性能、可靠性能均比較高。

1 單片機開關電源的節能控制系統設計

對于由單片機控制的開關電源，電源輸出控制主要包括以下幾種：第一，單片機輸出電壓，將其作為開關電源基準電壓；第二，單片機結合開關電源專用PWM芯片；第三，單片機直接控制型。在應用單片機開關電源時，必須做好節能控制處理。在此次研究中，優化設計節能控制系統，系統涉及到節能控制、單片機監控。其中，通過節能控制模塊，可以對關電源，實行節能化控制與操作。通過單片機監控模塊，能夠提供數據顯示功能，對開關電源進行實時化監控。

1.1 節能控制模塊設計

在節能控制模塊，主要涉及到變壓器、脈沖寬度調制電路、濾波器。模塊對單片機開關電源的初始直流電的控制效果高，可以采用低能耗直流電方式輸出。

電路節能模塊工作原理如下：開關電源獲得初始直流電，通過電路節能模塊，借助濾波器，能夠確保在獲得初始直流電時，不會出現異常波形，以此確保節能控制模塊可以正常控制開關電源。初始直流電經過濾波器處理后，可以轉化為便于方形波，方便節能控制系統進行管控，同時能夠輸出到變壓器。脈沖寬度調制電路的可靠性高，操作簡單。

脈沖寬度調制電路，能夠將初始直流電轉化為方形波，還可以針對初始直流電存在的故障電壓進行采集，以免造成電路元件受損，使節能控制系統處于正常、穩定運行狀態。工作原理如下：利用脈沖寬度調制電路，促使初始電流進入到控制器內。利用控制器，可以實現初始直流電控制與檢測，自動化水平非常高。同時可以對直流電誤差進行檢測，借助PID控制法，能夠消除誤差。之后，利用節能控制模塊、脈沖寬度調制電路，將直流電轉化為方形波。在轉換操作中，如果直流電內部出現故障電壓，則能夠自動停止轉化操作，同時采集故障電壓序列，確保其恢復正常。將恢復信息發送到控制器，完成整個轉換操作。

變壓器運行過程中，基本工作原理如下：通過物理簡諧振動，能夠降低開關電源能源消耗，避免開關電源受到高耗能影響。在運行過程中，變壓器不會出現電磁干擾，能夠確保節能控制系統應用效果。通過脈沖寬度調制電路傳輸方形波，當變壓器接收后，能夠將方向波轉化為直流電，同時做好檢測與檢查工作。通過變壓器能夠減少高耗能因素，促使開關電流初始直流電，利用低能耗方式，逐漸傳輸到監控模塊。

1.2 單片機監控模塊設計

通過節能控制系統控制單片機開關電源時，能夠對開關電源進行實時化控制。在開關電源中，電路節點異常狀態約為25個，從而導致整個節點控制的難度加大。然而通過節能控制系統，能夠對開關電源電路進行擴展處理，達到8位，建立高效的監控模塊。該模塊組成如下：顯示器、編譯器、存儲器。利用節能控制模塊，能夠在監控模塊顯示器中，顯示出低能耗直流情況，以數據信息方式顯示。使用人員利用顯示器的數據，能夠明確節能控制系統的節能效果。通過節能控制模塊，也可以實時監控單片機開關電源。

單片機監控模塊存儲器主要為靜態隨機訪問存儲器，存儲器存儲芯片可以實時監測直流電數據。在靜態隨機訪問存儲器內，存儲效率非常高，通過內置片選引腳、輸出使能引腳、三態輸出驅動，可以對存儲器電路進行擴展。在應用靜態隨機訪問存儲器時，還能夠減免電量。當開關電源工作效率較低時，通過靜態隨機訪問存儲器，至少可以減少90%的電路能耗，全面滿足節能控制系統應用需求。

對于開關電源來說，通過監控模塊，能夠將節點直流電轉化為數據格式，利用靜態隨機訪問存儲器存儲，此時編譯器可以調用監控數據，同時做好編譯處理。編譯器的輸出數據占有率比較低，可以使系統存儲空間擴展，確保工作效率與質量的提升。通過編譯器，可以為開關電源提供節點數據，在進行編碼處理后，能夠傳輸到顯示器，以數據信息方式顯示。顯示器為LED屏幕，互動性強，畫質清晰、便于安裝與移動。在進行屏幕擴展，還可以實現無縫連接效果，同時實現多數據的顯示功能。使用人員利用顯示器，能夠實時監控數據，能夠對單片機開關電源運行狀態進行分析。

2 節能控制系統軟件設計

通過軟件設施，可以對節能控制模塊運行流程進行控制。當節點數據達到標準條件時，節能控制系統軟件可以實行控制流程。

節能控制系統的控制流程如下：通過系統軟件，可以準確計算節能控制節點數量、最大承載，利用顯示器，能夠實時顯示出各個節點的負載量。在開關電源中，各個節點具有不同的實時負載值，所以節能控制系統在處理節點時，所用時間也不同，會使系統整體效率下降。為了提升系統處理效率，需要通過軟件方式，對不同節點處理時間進行限制。如果節點實時負載量占比50%，利用軟件能夠隨意調取節點數據，對節點負載用時的超標問題進行分析處理。如果超出標準限制，則需要提升節能控制系統工作效率。當未超出標準限制，則通過正常安裝流程，能夠實現節能控制操作。節能控制系統工作之前，必須考慮單片機開關電源的節能控制問題。

3 實驗分析

通過實驗方式，檢驗單片機開關電源節能控制系統的性能，具體如下：

3.1 可靠性驗證

對于單片機開關電流來說，主要采用恒流電源，因此系統控制輸出值也具備恒流特點，且具備較高穩定性。當系統節能控制能力比較高時，則可以提升系統整體可靠性。基于以上分析，能夠檢驗和試驗系統可靠性。

自變量為初始直流電輸出值，因變量為系統低耗輸出值。采用數顯萬用表、并聯滑動電阻（5個）等實驗元件。在操作過程中，對滑動電阻并聯電阻值進行更改，會改變初始直流電。利用數顯萬用表，能夠對初始直流電輸出值、低耗輸出值進行準確化測量和計算。結果見表1。

表1 初始直流電輸出值、低耗輸出值統計表

通過表1數據，可以繪制系統低耗輸出值特性曲線。按照電流與電壓曲線，遵循歐姆定律公式：R=U/I（R—試驗電路電阻值；U—低耗電壓值；I—電流值），對試驗電路電阻值進行計算，同時與表1數據比較，結果顯示，本文系統恒流波動率為92%，說明系統具備可靠性。

3.2 抗干擾能力檢驗

為了對節能控制系統的抗干擾能力進行檢驗，在無環境干擾、有環境干擾下，分別針對單片機開關電源實施節能控制，同時輸出不同情況下，脈沖寬度調制電路波形。

在無環境干擾、有環境干擾條件下，脈沖寬度調制電路波形不存在明顯差異。在有環境干擾條件下，只是在10s～20s時間段內出現微小波動，仍然處于國家標準范圍內。從上述分析能夠看出，本文所提出的節能控制系統的抗干擾性能顯著。

結束語：綜上所述，在本文研究中，基于單片機開關電源，優化設計節能控制系統，系統涉及到單片機監控、節能控制等模塊。其中，節能控制模塊包含變壓器、脈沖寬度調制電路、濾波器。通過濾波器，能夠將初始直流電中存在的異常波形消除，之后借助脈沖寬度調制電路，可以轉化為方形波，同時輸出至變壓。利用低能耗直流電，將方形波傳輸到監控模塊。通過單片機監控模塊，能夠提供低能耗直流電顯示功能，以數據信息方式顯示，對單片機開關電源進行標準化控制。通過軟件裝置，能夠科學控制節能控制模塊的運行里程，同時對單片機開關電源、節能控制代碼進行檢測。通過試驗結果驗證，單片機開關電源的節能控制系統的可靠性能、抗干擾性能顯著。