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电教多媒体设备的节能电源设计与实现

发布时间:2019-03-11 02:15:01 文章来源:工具之家    

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范鋆 何明胜

摘 要: gongdian模kuai是dianjiao多meitishebeideji础dan元为了降didianjiao多meitishebeigonghaojinxingjienengdianyuanshejiti出一种基yufensankongzhixi统dejienengdianyuansheji方案caiyongdigong耗deSTM32F11xx芯pian作为微chuliqizhong央kongzhi单元jienengdianyuan系统模kuai包括gong率fang大模块驱动模块、guoliu过yabaohumo块he接口部fen;采用xiandaiMOSji术jin行过liu过yabaohushe置数字隔离qiti高dianyuangongnengde稳yaxingneng;采用DCS分散kongzhijiang低射频干扰shi现jie能电yuanyouhua设计实yanjie果biao明设计de电jiao多meiti设备de节能电源juyoujiao高deshu出电yafeng峰值gonghaojiao低,供电稳定性jiao强,节能效果较好。

关键词: 电jiao多meiti设备; 节能电源; 过压bao护; 分散kong制系统

中图分类hao: TN86?34; TM762 wen献标识码: A 文章编hao: 14?373X(2017)16?0180?03

Abstract: The power supply module is a basic unit of the electrified?education multimedia equipment. In order to reduce the power consumption of the electrified?education multimedia equipment and design the energy?saving power supply, an energy?saving power supply design scheme based on distributed control system (DCS) is proposed. The low?power consumption STM32F101xx chip is taken as the central control unit of the microprocessor. The energy?saving power supply system module includes the power amplification module, driver module, overcurrent and overvoltage protection module, and interface module. The modern MOS technology is used to conduct the overcurrent and overvoltage protection. The digital isolator is set to improve the voltage stabilization performance of the power supply. The DCS is adopted to reduce the radio frequency interference, and realize the optimization design of the energy?saving power supply. The experimental results show that the designed energy?saving power supply of the electrified?education multimedia equipment has high peak?to?peak value of output voltage, low power consumption, strong power supply stability, and good energy?saving effect.

Keywords: electrified?education multimedia equipment; energy?saving power supply; overvoltage protection; distributed control system

随着多mei体教学de推广he普及,电教多媒体设备zai中小学及高deng教育教学中得到广泛应用,电教多媒体设备是保障多媒体教学de机电一体hua设备,包括了电动mu布的启动系统、投影仪控制系统、音箱功fang控制系统以及yuan程多媒体教学控制系统等。zhe些设备xu要一套稳定持续的电源供电支持,由于电教多媒体设备的使用周期较长,对供电电yuande持续性和稳定性要qiu较高,yanjiu电教多媒体设备的节能电yuanshe计对促jin设备的稳定运行具有基础性意义,xiang关的电源设计方案shou到人们的极大重视[1]。为了降低电教多媒体设备功耗ben文提出一种基于分散控制系统(Distributed Control System,DCS)的节能电源设计方案,实现电源优化设计。

1 电源zheng体设计与结构分析

电教多媒体设备的节能电源设计中,首先对shuru的220 V电yuanjin行收发转huan控制和功率fang大处理,tong过chuan口RS 232进行总xian控制,进行系统的总体模型设计。系统的功能模块主要包括了外部I/O设备、shu入200 V电源接入、功率放大模块、DCS分散控制模块、过压保护控制模块和上wei机通信模块等,采用低功耗的STM32F101xx芯pian作为微处理器中央控制单元[2]。系统要实现对电教多媒体设备的电源稳压、 串口RS 232通信和功率放大功能。根ju上shu设计思想和原理分析de到本文设计的电教多媒体设备的节能电源系统的整体结构模型如图1suo示。

结he图1所示的节能电源的整体设计图进行节能电源工作liu程和功能模块化分析,分别描述如下

(1) 220 V接入电源提供整个电教多媒体设备的初始电源,为整个节能电源的设备控制提供供电shuru。

(2) 功率放大模块满zudian教多媒体设备的VXI总xian数据触发和功率放大功能,采用电容式传感器设备进行电源输入的jian波设计,主要作用是实现fanglei击接地保护控制。采用双lu电流输出型D/A转换芯片,zai末级放大器输出交流信hao,变换cheng只有zheng半轴有值的信号,提高电源的输出功率增益[3]。endprint

(3) DCS主控dianlu模块。其主要作用是对运放电源输入的I/O动tai功耗进xingfan相放大,把检波器输chude接地保护信号变换成直流信号,在驱动模块中进行睡眠、停机和dai机三种模式的选择控制。

(4) 自动增yikong制的主要作用是通过设计PCI总xian及桥接电lu,根据采yang值幅度调整直流放大器输出的直流信号大小,而自动改变电教多媒体设备的供电输入功率I/O端口,读取的采样zhizai自动增益控制进行信号幅值检ce滤波,实现了自动增益控制,满足电教设备的低电压启动需qiu。另外,在电源设计中,还需要设置数字隔离器提高电源功能的稳压性能[4],采用DCS分散控制,提高电压保护能力。根据上述功能分析,得到本文设计的电教多媒体设备的节能电源工作流程图如图2所示。根据上述对电教多媒体设备的节能电源的总体设计hejie构分析,进行节能电源的低功耗设计。

2 电源硬件设计

2.1 节能电源的功耗最优化分析

结he图1和图2所述的总体框图构jia与系统工作流程,进行电教多媒体设备的电源硬件设计,本文提出一种基于分散控制系统的节能电源设计方案,采用低功耗的STM32F101xx芯片作为微处理器中央控制单元,进行电教多媒体设备的节能的输入功率和功耗控制。在硬件设计时,使用低功耗技术,有效地消chu直流偏置[5],考虑节能电源的嵌入式DCS的输入控制信号幅值较低,频率处于低频,采用静态功耗yizhi方法,进行功率因数修正,进行节点电源的静态功耗和动态功耗的匹配,电源的静态功耗[Pspc]和动态功耗[Pdpc]计suan公式分别为:

2.2 节能电源的电lu设计

节点电源电路设计主要是对功率放大模块、驱动模块、guoliu过压保护模块和接口部分的电路进行集成设计。在电源的功率放大模块设计中,STM32F101xxgei予相应的jing振,当电教多媒体设备进入低电流待机模式,采用复位电路实现总线与电源及地之间的短路保护,确保电源输入节点到总线的电器隔离,CAN总线加载电路由2 片16 bkuandu的32 MB SDRAM 组成,由此实现功率放大模块电路设计,如图3所示。

在电源的驱动模块设计中,通过ADUM1201guan脚接47 kΩ,运放供电12 V和-12 V。输入电源首先通过一个瞬态二极管进行电源滤波,隔离电源要求扼制电流突变和滤除高频噪声,降低射频干扰。采用防电磁辐射的隔离CAN收发器得到5 V输出接口电源,为了消除CAN电源上的瞬态冲击,采用晶振芯片82C250进行电源驱动设计,使得节能电源免受过流的冲击,得到驱动电路模块设计如图4所示。

过流过压保护模块用现代MOS技术进行设计,采用直插式开关电容低通滤波器设计过流保护隔直流电路,其中低通截止频率[fc]的变化范围为40~20 kHz,阻带衰减大于51 dB正电源输入端与BUFFIN端相连,通过BUFFOUTduanshu出开关电容滤波电压。在过流过压保护模块设计中,电教多媒体设备节能电源的输出电压是经由二极管[D2]传送到输出端,当输出电压[Vo]不为零对应于[D1]的截止zhuang态。综上描述,得到过流过压保护电路设计如图5所示。在接口电路中,采用DCS分散控制,实现了电教多媒体设备的节能电源优化设计。

3 实验测试分析

在电路调试实验中,起控点是由直流放大器输出的直流电平来控制,输入电压Vipp的范围为150~230 V,测试输出电压的峰峰值为[Vopp],计算输出功率增益,得到测试结果jian表1。

图6给出了不同方法设计的电源进行电教多媒体设备供电的输出电压峰峰值响应曲线。

分析表1和图6的结果得知,采用本文方法设计的电源具有较高的输出增益,消耗的功耗较低,输出电压的稳定性较强,说明电源的可靠性较高,实现节能设计。

4 结 语

本文提出一种基于分散控制系统(DCS)的节能电源设计方案,采用低功耗的STM32F101xx芯片作为微处理器中央控制单元。重点对功率放大模块、驱动模块、过流过压保护模块和接口部分进行设计。采用DCS分散控制,降低射频干扰,实现节能电源优化设计。测试表明,设计的电教多媒体设备的节能电源具有较高的输出电压峰峰值,功耗较低,供电稳定性较强,节能效果较好,使用价值较高。

参考文献

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现代电子技术 2017年16期

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