电源设计范文第1篇
摘 要：针对现有汽车远光灯需要司机通过自身对路况的判断来完成手动操作，从而可能造成行车时因违规使用车灯而发生交通事故的问题，完成了基于不同路况和周围环境自动调节远光灯照射方式的矩阵式LED远光灯智能辅助控制系统的设计与实现。首先，根据车辆行驶特点及相关交通法规，针对不同的车前路况，提出矩阵式LED远光灯辅助系统的智能控制策略;然后，对系统的软硬件进行设计与实现，硬件部分主要包括主控制器模块、LED电源驱动模块以及矩阵开关控制模块的选型与电路设计，软件部分主要包括驱动电路控制、矩阵开关控制以及智能控制策略等功能模块;最后，在实验室环境下通过搭建完整的实验系统进行了功能测试。实验测试结果表明，所提方法控制结果准确、实时性好、可靠性高、易于实现，达到了预期目标。
关键词：矩阵式LED;远光灯辅助控制;智能控制策略;LED电源驱动;矩阵开关控制
文献标志码：A
Key words： matrix LED; high-beam assistant control; intelligent control strategy; LED power driver; matrix switch control
0 引言
隨着汽车保有量的不断增长，人们对于汽车安全的重视程度日益提高。据统计，在车辆夜间行驶中，LED远光灯的不当使用是造成事故发生的一大原因[1-2]。这主要是由于现有的汽车远光灯开关操作均由司机通过自身对于路况的判断来手动完成，其操作准确性很大程度上依赖于司机的注意力和经验，同时远光灯的滥用也会造成车外人员产生“炫目”从而引起严重事故。若汽车在行驶过程中能够通过其自身的判断主动进行LED远光灯控制，将会大幅提升汽车的主动安全性[3-4]。近年来日渐出现的基于矩阵光柱技术的矩阵式LED远光灯从本质上可提高汽车的主动安全性。该类远光灯由一定数量的光段组成，每个光段都由控制系统进行独立开通或关断控制。在这些光段的照射范围内，不同的车前位置被分为不同的区;在远光灯射程内，当车前目标进入远光灯的可控区域时，相应光段会自动关闭，其余光段仍保持开通，从而实现LED远光灯的自动控制[5-6]。
然而，矩阵式LED远光灯自动控制技术目前只在部分国外高端进口车型如奥迪A8高配[7-8]及奔驰CLS[9]等中有所应用，相关技术对我国仍处于未公开阶段，但其广阔的应用前景却引起我国相关车企及汽车备件生产厂商的广泛关注。近年来国内相关企业和机构相继开展自主研发，取得了初步成果，如：以飞思卡尔S9S08DZ60F2MLF为主控制器的矩阵式LED汽车前照灯电路的设计方法[10];由多个LED矩阵管理器构成矩阵管理单元以增加LED数量最多可达96颗[11];以TPS92661为LED驱动器件的矩阵式LED灯的亮、灭控制以及对光源矩阵的故障检测和管理方法[12]。上述方法主要完成了对LED矩阵灯亮、灭的自动控制，而如何根据不同路况和周围环境实时调整LED相关控制策略并未涉及。
为此，本文根据矩阵式LED远光灯的工作机理，结合现有汽车对远光灯的常规控制原理与方法，完成了矩阵式LED远光灯辅助控制系统的硬件、软件以及智能型LED照射控制策略的设计与实现，以期为国产车辆车灯的改进提供应用参考，同时也对部分进口车辆车灯的国产化维保提供技术支持。
1 矩阵式LED远光灯控制策略设计
1.1 远光灯辅助控制系统总体设计思路
矩阵式LED远光灯智能辅助控制系统实现的功能为：根据安全驾驶规范，判断当前路况，针对会车、前方有车、避让行人等情况，在保证安全的前提下，根据实时路况主动调节远光灯的开关控制，同时最大限度使用远光灯照明，从而提升汽车安全的主动性，改善驾驶舒适性。基于此，所提系统的总体设计结构如图1所示，主要由图像采集和处理模块（本设计不涉及）、系统硬件模块、系统软件模块和矩阵式LED远光灯控制策略组成。
1.2 辅助控制系统远光灯控制策略总体流程
根据汽车远光灯的实际应用可知，远光灯的自动控制主要需实现高速公路、会车、前方有车或行人等不同情况下矩阵式LED的自动开通和关断。为此，结合远光灯使用的相关法规，所提系统所设计的矩阵式LED远光灯控制策略总流程如图2所示。下文将针对前方有车、前方有人、高速公路自动模式三种典型情况分别对远光灯自动控制策略进行设计。
1.3 不同路况时远光灯自动控制策略设计
1.3.1 光段及LED状态变量定义
由于LED的电流强度（亮度）由驱动模块进行控制，故远光灯自动控制策略主要实现对LED光段和每个LED的亮灭控制。
為便于描述，假设控制对象为由50个LED组成的汽车前远光灯，该远光灯两侧对称分布，即左右两侧各25个LED。根据矩阵光柱形成原理可知，该远光灯的50个LED通过排列组合可形成25个独立光段，每个光段里可包含多个LED，且每个LED也可属于不同光段。若远光灯LED排列方式如图3所示，其中：数字1～50为每个LED的序号，则相应的25个光段分布示意如图4所示，且每个光段与LED的对应关系如表1所示。由表1可见，所有光段中除13号光段外，其余每个光段均对应3个LED，且呈“V”字型排列;而第13号光段由于位于最中间，故其对应中间位置的4个LED，序号分别为23、25、26、29 。
为了直观地描述每个LED光段的亮灭状态与各个LED亮灭状态间的关系，现分别定义三个变量：光段状态变量Si（i=1，2，…，25），LED分状态变量Lj，k（j=1，2，…，50;k=1，2），LED总状态变量Lj（j=1，2，…，50），各个变量具体含义及相互间的逻辑关系如下：
2）由于每个LED可能存在于多个光段中，故分别在某个光段变量内定义相应的LED分状态变量。Lj，k即表示第j号LED的第k个分状态变量，一个LED最多包含在两个光段内，故k的取值为1或2。例如第2号LED，同时包含在第1、2号光段内，则第2号LED在光段1中的分状态变量为L2，1，在光段2中的分状态变量为L2，2。当第i号光段为灭即Si=0，Si对应的所有LED分状态变量均为0;当第i号光段为亮即Si=1，Si对应的所有LED分状态变量均为1。
3）LED总状态变量取决于对应分状态变量，与实际LED的开关状态对应。当第j号LED的所有分状态变量全为0时，其LED总状态变量为0，该LED为灭;否则其LED总状态变量为1，LED为亮。第j号LED的总状态变量Lj与分状态变量Lj，k的关系如式（1）所示：
基于上述各个变量的定义及每个LED光段的亮灭状态与各个LED亮灭状态间的关系，下面对不同路况下的矩阵式LED远光灯自动控制策略进行设计。
1.3.2 前方有车
众所周知，会车时司机一般会关闭远光灯来防止对方司机产生“炫目”，但若将其全部关闭则会使远光灯无法得到最佳使用。为此，若在前方有车时（包括超车、会车等情况）欲合理地使用远光灯，可关闭前方车辆所处位置的光段，保持其他光段处于打开状态。这样既能防止其他车辆炫目，又能保证驾驶者视野清晰，减轻夜间行驶的心理压力和惶恐感，从而提高夜间行车的安全性，如图5～6所示。
为此，相应的矩阵式LED远光灯自动控制策略设计步骤如下：
1）车前车辆识别。在车辆行驶过程中，基于图像采集和处理模块实时识别前方车辆。
2）车前车辆定位。根据实时识别所获取的数据对前方车辆进行定位，实时获得前方车辆的位置信息，并基于此确定此刻前车所处位置对应的LED远光灯光段号。
3）远光灯控制。根据上述计算而得的LED光段号，分析全部LED的当前状态，实现矩阵式LED远光灯中每个LED的亮灭控制。
4）重复上述步骤1）～3），直至前车驶出远光灯照射范围。
下面通过实例就上述控制策略对矩阵式LED远光灯的自动控制效果进行分析。
如图7所示，假设在t1时刻前方车辆位于距离本车较远的位置A处，首先通过图像采集和处理模块检测并识别到该车所处位置后，经计算可得其对应LED远光灯光段为第8～10号，为此应使该光段状态变量内所有LED分状态变量全为0，其余光段内的LED分状态变量为1，即关闭第8～10号光段，最终可确定LED总状态变量L16～L20=0，即关闭第16～20号LED。
假设在t2时刻，前方车辆位于距离本车较近的位置B处，如图8所示。同样经过图像采集和处理后，计算分析可得该车对应LED远光灯光段为第4～8号，即关闭第4～8号光段，最终可确定关闭第7、9、10～15、18号LED。
1.3.3 前方有行人
夜间光线较暗，司机视野窄，视线模糊，更不易看清路边行人[13]，对矩阵式LED实现闪烁控制，可警示司机和行人，提升安全性。相应的自动控制策略设计步骤如下：
1）车前行人识别。在车辆行驶过程中，基于图像采集和处理模块实时识别前方行人。
2）车前行人定位。根据实时所获取的数据对前方行人进行定位，实时获得前方行人的位置信息，并基于此确定此刻行人所处位置所对应的LED远光灯光段号。
3）远光灯控制。根据上述计算而得的LED光段号，分析全部LED的当前状态，对行人所处光段对应的LED实现闪烁控制，闪烁的周期为0.5s，即对应LED每秒钟亮灭各2次，警示行人和司机。
4）重复上述步骤1）～3），直至行人离开远光灯照射范围。
如图9所示，假设在行车过程中，图像采集和处理模块检测并识别到前方行人出现在第21～24号光段内，经过计算分析，最终实现第41～45、46、49号LED的亮灭闪烁，闪烁周期0.5s，提醒行人和司机。
1.3.4 高速公路自动模式
相比行驶在一般道路，高速公路上车辆行驶的特点是车速快，车辆密度低，侧向干扰少[14]，此时司机的视角会变窄，远光灯的照射范围也要随之收窄一些，以便与高速公路的结构特点更匹配。
本模式下的矩阵式LED远光灯自动控制策略设计思路为：高速公路模式下，当图像采集和处理模块识别到前方无车辆进入远光灯照射范围，关闭两侧的数个光段，其余光段亮起;当识别到前方有车辆进入远光灯控制范围内时，除了关闭两侧光段，其余光段的控制按1.3.2节和1.3.3节中所述的不同情况下的远光灯自动控制策略进行控制。图10为高速公路自动模式下远光灯全亮时各个光段状态与相应LED状态间的对应关系。图10（a）中，深色区域表示光段亮，白色区域表示光段灭;图10（b）中，黑色圆圈代表LED亮，白色圆圈代表LED灭。
2 智能辅助控制系统设计
2.1 系统硬件设计
2.1.1 系统硬件总体设计
根据系统的功能需求，矩阵式LED远光灯辅助控制系统硬件总体结构如图11所示，主要包括主控制器（MicroController Unit， MCU）模块、LED电源驱动模块和矩阵开关控制模块。
2.1.2 MCU控制模块设计
本系统中MCU控制模块与其他硬件模块间的接口设计如图12所示。其中，本模块电路通过串行外设接口（Serial Peripheral Interface， SPI）总线与LED电源驱动模块相连，通过I2C（Inter-Integrated Circuit）总线与矩阵开关控制模块相连。
MCU控制模块的硬件主要包括MCU接口电路、联合测试工作组（Joint Test Action Group， JTAG）调试接口电路和工作电源转换电路。具体设计时，综合考虑MCU的运行速度、成本和系统外设等需求，选取Silicon公司的C8051F410器件为系统MCU。该器件内部自带24MHz晶振，且具有UART、SPI、I2C总线接口，片上系统稳定可靠。同时，为提高系统控制的可靠性，设计中选用了DC/DC电源模块HDW10-24S3V3，用以实现直流24V到3.3V的转换及供电工作。
2.1.3 LED电源驱动模块设计
在本设计中，拟驱动25个白光LED，故对驱动电源芯片的要求较高：输入电压范围较大;LED负载串联所导致的输出电压范围较大;恒流驱动，输出电流检测基准小;可脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation， PWM）调光[15-16];耐受汽车级温度（-40℃～125℃）。综合上述要求，本设计选用安森美公司的NCV78763作为远光灯的驱动电源芯片。NCV78763是先进的智能电源镇流器及双通道LED驱动器，提供高能效的单芯片汽车照明方案，其内部DC-DC拓扑为Boost-Buck拓扑结构，具有两个Buck电路，能够驱动电压达60V的两串LED，每路最大能够输出1.6A的直流电流。内置电流模式电压升压控制器，能对输入电流滤波。内置PWM调光功能，频率可达4kHz，此外还提供PWM直接馈送选择，用于从外部微控制器进行完整频率及精度范围的控制。
为此，本文中LED电源驱动电路的硬件设计主要包括NCV78763的Boost电路、Buck电路和SPI接口电路，电路设计原理图如图13所示。其中Boost、Buck电路在完成接口电路设计的基础上还需根据设计需求对其外围接口电路的各个参数进行计算和设计。
2.1.4 矩阵开关控制模块设计
由于本设计中LED采用串联连接方式来保证电流的一致性，为了实现单个LED的亮灭控制，本设计采用开关并联在LED两侧的方式来实现单个LED的亮灭控制。开关打开，LED正常亮起;开关闭合，LED因被短路而熄灭。因此，矩阵开关控制模块的设计思路是，根据接收到的MCU控制模块的控制信号，对单个开关进行动作，通过将开关与LED进行并联，直接控制并联LED的亮灭。考虑设计需求和开关芯片的经济性，选择凌力尔特公司的LT3965作为矩阵开关芯片。
LT3965芯片内有8个独立的NMOS开关，每个开关可作用于1～4个LED，具有可编程的开路和短路故障报警，支持I2C传输，拥有4位可配置的I2C地址，一条I2C总线上最多可以接入16个LT3965芯片。输入电压范围宽，可以为8～60V，与驱动电源芯片NCV78763支持的输入电压范围基本匹配。本设计中共有25个LED，故選用4个LT3965芯片。
MCU接口连接图如图12 所示，矩阵开关控制电路与MCU通过2路I2C总线相连，分别为时钟线SCL和数据传输线SDA。本设计中，4个LT3965芯片的SCL和SDA接口同时与MCU的SCL和SDA接口相连，MCU可以通过地址匹配准确控制不同LT3965，即控制每个LED开关，使得对应LED完成亮灭动作。矩阵开关控制电路示意图如图14所示。
2.2 系统软件设计
2.2.1 系统软件总体设计
MCU系统控制软件设计包含三部分：1）与图像采集和处理模块的通信软件设计（本文不涉及）;2）LED电源驱动模块控制软件设计;3）矩阵开关模块控制软件设计。图15为矩阵式LED远光灯智能辅助控制系统的总体软件设计架构。
如图15所示，MCU系统控制软件的功能是，接收图像采集和处理模块的目标检测结果信号，再分别对LED电源驱动模块和矩阵开关模块进行控制，从而调节LED远光灯的亮度和照射区域;对LED电源驱动模块的控制过程包括判断车前路况，计算LED驱动电路的各参数，计算NCV78763寄存器设置参数，从而通过SPI串口通信实现控制信号传输;对于矩阵开关模块的控制过程包括判断车前路况，计算所有LED状态变量，计算LT3965寄存器设置参数，从而通过I2C串口通信实现控制信号传输。
2.2.2 LED电源驱动控制模块软件设计
驱动控制即根据当前的路况信息来设置驱动电源芯片NCV78763，若当前进入夜间照明状况较差的道路，且远光灯自动控制模式打开，即可按照远光灯自动控制下的驱动要求对驱动模块进行设置。设置方式为通过SPI通信接口来设置NCV78763相关的寄存器，相应的对 NCV78763的控制软件流程如图16所示。
由图16可知，MCU经过SPI初始化后，开启全局中断，当接收到路况信息后，MCU计算LED驱动电路输出情况是否需要更新。若需更新，则计算LED驱动电路在当前路况下所需的电流、电压输出值，并将其转换成NCV78763芯片控制寄存器的参数设置值，再将此参数值通过SPI串口传输至NCV78763相应的寄存器中，传输结束后释放SPI中断。
本控制软件主要设计函数有：
1）char ModeDetect （void）。主要用于当MCU根据接收到的路况信息来判断电路是否需要更新驱动电路输出。
2）void LEDDRIVERcalculate （void）。主要用于驱动电路输出需要改变时，根据检测到的道路情况，计算LED驱动电路参数。
3）void NCVREGISTERcalculate （void）。主要用于计算NCV78763相关寄存器的参数值。
4）void SPISendReceive （void） interrupt 1。定时中断函数，主要用于MCU与NCV78763的SPI传输。
2.2.3 矩阵开关控制模块软件设计
矩阵开关控制软件的功能为根据图像目标检测信息来控制开关芯片状态，从而实现LED远光灯的亮灭控制。MCU从图像采集和处理模块接收25个光段的状态，分析计算该信息，确定25个光段内50个LED的开关状态，再通过I2C通信将控制信号发送给开关芯片LT3965，从而控制每个LED的亮灭。图17为矩阵开关控制软件流程。
3 实验系统搭建与调试分析
3.1 实验系统搭建
在实验室环境下搭建的实验系统硬件实物如图18所示，主要包括：输入直流电源（1）、MCU控制和LED驱动电路板（2）、LED开关控制电路板（3）、LED矩阵（4）及上位PC（5）。
3.2 结果分析
实验测试系统搭建完成后，在实验室環境下，对不同路况下矩阵式LED远光灯的控制策略进行实验测试。
4 结语
本文针对矩阵式LED远光灯辅助控制系统完成了相应的设计，在实验室环境下实现功能测试与验证。与现有相关方法相比，本文所提方法的优越性主要体现为：1）提出了基于不同车前路况和周围环境的自适应矩阵式LED远光灯智能控制策略。2）在确保实现LED智能照射控制的前提下，简化并优化了系统软硬件设计：硬件方面的核心器件如MCU、LED电源驱动模块分别选用了集成度高、主频速度快、功能强大、外围接口资源丰富的新型器件，性价比高，电路实现简单，易于扩展;软件设计更加关注控制结果的准确性、实时性与可靠性。3）从实验室测试结果可知，该方法易于实现，复杂度尚可，具有良好的工程应用前景。然而，在实际工业应用场合，如何在各种复杂、不同车前路况下保证系统稳定检测车前运动目标的前提下进一步协调优化系统控制的响应速度与灵敏度还需开展进一步的研究。
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电源设计范文第2篇
摘 要：针对电源的远程监测及控制，提出了基于TCP/IP协议的远程电源管理方法。叙述了远程管理电源的系统硬件、软件设计。提出了由STM32F103 32位ARM微控制器为主控，W5500以太网控制器为通讯单元，有源以太网为控制电源。提出了利用TCP/IP协议方式进行信息的远程传输，构建远程管理系统的Internet接口，利用网络实现电源的远程监测及控制。
关键词：STM32F103;W5500;CH340;POE供电;TPS23753;TCP/IP协议;远程管理电源
0 引 言
弱电系统工程又称智能建筑工程，主要指通讯自动化（CA），楼宇自动化（BA），办公自动化（OA），消防自动化（FA）和保安自动化（SA），简称“5A”。在弱电系统工程中，需要使用大量直流24 V、12 V等集中供电电源，这些传统的集中供电电源并没有远程管理功能，要检查电源是否正常工作，需要维护人员亲自到现场检测。弱电系统工程中，有些正在正常使用的设备比如摄像机、门禁读卡机、门禁控制器等可能需要进行复位重新启动，此时，也只能依靠维护人员到现場对该设备进行手动复位。如果给这些集中供电电源增添远程管理功能，则可以实现电源的远程监测，也可以对远程电源实行开/关控制，从而让设备断电/上电重新启动，实现了设备复位功能的远程控制。电源添加了远程管理功能后，既减少了维护人员的工作量，又提高了弱电系统工程设备维护的效率。
1 总体方案设计
本设计采用TCP/IP协议传输数据。TCP/IP协议是可以在多个不同网络间传输数据的协议簇，不需要依赖特定的硬件或者操作系统，具有开放的协议标准，就算在不使用Internet的情况下，应用TCP/IP协议也可以使硬件和软件的结合变得较为容易。
现今弱电系统工程中所使用的传统式集中供电电源，技术成熟，质量稳定。本设计基于广州市康讯动力科技有限公司生产的12 V 20 A集中供电电源为基础，在原电源电路上加上基于TCP/IP协议的远程管理功能模块。模块采用有源以太网（Power Over Ethernet，POE）供电方式，无须额外提供电源。系统结构设计如图1所示。
如图1所示，数据通过RJ45网络接口，经过W5500以太网控制器处理，送到STM32F103 MCU（下文MCU均代表型号为STM32F103的微控制器）。220 V市电输入主电源电路，变成输出12 V20 A的直流电源。主电源电路与MCU连接，实现远程开/关控制及电流电压检测。POE交换机输出的直流电源，通过RJ45网络接口，进入POE电源转换器，转换成MCU及W5500以太网控制器需要的5 V、3.3 V电源电压。
2 系统设计分析
2.1 硬件设计
2.1.1 主电源部分
主电源部分为220 V市电输入，输出电压12 V，电流20 A的开关电源电路，主电源驱动采用成熟的TL494电源管理芯片，电源变换器使用半桥拓扑结构。
2.1.2 主电源电流与电压采集
电流检测使用了Allegro公司一种基于霍尔效应的线性电流传感器IC芯片ACS712，ACS712具有2.1 kV RMS电压隔离和低电阻电流导体的全集成。Allegro的ACS712可以为工业，商业和通信系统中的AC或DC电流感应提供经济、精确的解决方案[1]，特别适合要求电气隔离的电流采样方式。电流、电压检测原理图如图2所示。
如图2所示，12 V正电压经U1的1、2脚输入，从U1的3、4脚输出，U1检测到的电流信号Iv送到MCU电流检测输入端。输出的电压12V+o经过R4、R5分压，得到1/10的比例电压Vf，送到MCU电压检测输入端。
2.1.3 主电源开/关控制
主电源的开/关可以通过MCU、W5500以太网控制器实现远程控制，其控制原理图如图3所示。
如图3所示，主电源正常工作为开时，12V+o的输出电压通过R7提供给Q1基极偏置电流，Q1导通，E3两端电压为0 V，TL494第4脚DTC的死区电压为0 V，TL494驱动输出为开启状态。当MCU收到W5500以太网控制器的远程关电源信号时，MCU电源控制脚驱动U2光耦导通，R7提供给Q1基极偏置电流为0 V，Q1截止TL494第14脚的5 V基准电压Vref通过R6给E3充电，当E3充满电后，电压通过D2加到TL494第4脚，TL494第4脚有死区电压时，TL494驱动封锁，输出为关闭状态，主电源停止工作。图3的电路除了具备开/关机功能，还可以实现主电源开/关的软启动和输出短路保护功能。
2.2 TCP/IP协议网络控制部分
以STM32F103 32位ARM微控制器做主控，W5500以太网控制器做网络通信单元，网络控制电源使用POE有源器件控制器TPS23753芯片。
2.2.1 主控电路
TCP/IP协议处理的数据量比较大，需要使用高速、容量大的微控制器为主控。STM32F103xx集成了以72 MHz频率运行的高性能ARM Cortex-M3 32位RISC内核，高速嵌入式存储器（闪存存储器最高128 kB，SRAM最高20 kB）[2]。芯片集成定时器Timer，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等多种外设功能，时钟频率达到72 MHz，为同类产品中性能最高。内部包含大容量只读程序存储器，具有丰富的引脚结构以及在线系统编程（ISP）功能，可以满足本设计的需要，故选用STM32F103微控制器为该系统的主控制电路。系统的主控制电路如图4所示。
为方便该系统与电脑连接，实现编程及调试，使用USB接口CH340G芯片。电路原理参看图4中U7 CH340G USB接口芯片部分。
2.2.2 以太网控制器
W5500芯片是硬连线的TCP/IP嵌入式以太网控制器，可使用串行外围接口（SPI）为嵌入式系统提供更便捷的Internet连接。使用单个芯片实现TCP/IP堆栈，10/100 Mbps以太网MAC和PHY，最适合需要高稳定性互联网连接的用户。W5500使用32 kB内部缓冲区作为其数据通信存储器，用户可以通过使用简单的套接字程序而不用处理复杂的以太网控制器来实现所需的以太网应用程序。提供SPI（串行外设接口）以便与MCU轻松集成。W5500的SPI支持80 MHz速度和新的高效SPI协议[3]，因此用户可以实现高速网络通信。以太网控制原理图如图5所示。
2.2.3 以太網控制电路的电源
以太网控制电路的电源，使用POE供电方式。POE供电是一种可以在以太网中透过双绞线来传输电力与数据到设备上的技术。POE供电能借以太网获得供电，无需额外的电源插座，能省去配置电源线，使成本相对降低。POE不需要更改以太网的缆线架构即可运作，采用POE系统既节省成本易于布线安装又能够实现远程通电、断电的功能[4]。
本设计的电源属于受电端设备PD，PD的核心部分为电源管理芯片，采用TI的芯片TPS23753，该芯片技术成熟，性能稳定。POE电源模块原理图如图6所示。
2.3 软件程序设计
本设计采用TCP/IP协议实现对数据的传输。TCP/IP协议划分为应用层、传输层、网络层、链路层的4层模型结构。TCP/IP模型及协议[5]，如表1所示。
为节省资源，提高运行速度和效率，本设计采用UDP方式传输。W5500以太网控制器已经集成了TCP/IP协议栈，只需要选择UDP工作方式即可，不需要对其编程，因此，只需要对MCU编写程序。
设备启动，MCU给W5500加载网络参数，选择工作方式，W5500完成初始化后，等待网络数据，收到远程网络请求时，请求MCU接收数据，MCU发出许可指令后，W5500把数据发给MCU，MCU将收到的数据作指令解释，执行指令，MCU将主电源电压、电流值采集，按格式打包数据送至W5500，由W5500通过网络发送给远端请求的设备（电脑）。如果MCU收到的是开启/关闭主电源的指令，通过图4中的主电源远程开/关控制接口，控制主电源的开/关状态。
3 电路板设计及调试
为了在弱电系统工程中方便安装工作，将整个电源设计成导轨安装方式，分两块电路板，上下层结构，嵌装在一个带导轨支架的铝质外壳内。经过优化布线设计的PCB电路板如图7所示。
如图7所示，图7（a）为主电源板，包含有TL494电源驱动，高频变换器，半桥拓扑结构。图7（b）中电路板由以太网控制部分、主电源的市电输入EMI滤波部分、直流12 V输出滤波部分构成。以太网控制部分有RJ45网络接口，USB编程接口，方便在线编程调试。在Keil编译器上使用C语言进行编程，通过USB编程接口，将程序写到MCU中。使用通用的TCP/IP调试工具，可以实现调试、设置及远程操作。
4 结 论
本文对基于TCP/IP协议远程管理电源的实现进行了分析，利用STM32F103微控制器为主控，基于TCP/IP协议进行数据传输，采用POE网络供电方式，实现了电源的远程管理，并对外观、电路板设计进行了描述。该系统有效降低了弱电工程维护人员的工作量，提高相应设备维护的效率，具有良好的实用价值。
参考文献：
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[3] WIZnet. W5500 Datasheet v1.0.9-English [EB/OL].（2019-05-22）.http：//wizwiki.net/wiki/doku.php？id=products：w5500：datasheet.
[4] 维基百科.以太网供电 [EB/OL].（2018-12-18）.https：//zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%BD% 91%E4%BE%9B%E7%94%B5.
[5] 陈欣.基于TCP/IP协议的通信电源监控系统的研发 [J].电源技术，2015，39（8）：1760-1761.
作者简介：刘木泉（1968—），男，汉族，广东肇庆人，研发部工程师，研究方向：电子电源、自动化控制。
电源设计范文第3篇
1 电源谐波的来源
1.1 变压器的谐波
非正弦波形是变压器的励磁电流所具有的特征, 因而变压器谐波是由磁路非线性电感引起的。对于尖顶波和平顶波来讲都含有奇次谐波, 且两者中含有的次谐波量最大。主要是由于磁路的非线性产生了正弦波磁通所致。然而, 变压器的谐波含量与工作状态有关系。变压器在正常工作时谐波含量不会太大。额定电压在空载或在轻载时, 铁心工作就会进入饱和区, 变压器的感应电动势便会在励磁电流产生压降的情形下含有谐波成分。但是在额定的电压负载之下, 因变压器中的励磁电流很少, 励磁电流形成的电流波接近于正弦波, 便可忽略波形畸变。
1.2 电力电子变流装置的谐波
家用电器、电力电子设备的广泛使用给电力系统带来了大大小小的谐波源。由于设备本身的结构和工作性质决定了电力设备产生的谐波含量, 所有这种设备都可以看作是恒定的谐波源。当谐波电流进入电力系统后, 会在电力系统内产生谐波压降, 这些压降很容易造成系统中电压产生畸变。所以, 电力电子变流装置也是重要的谐波污染源之一。
1.3 低压电器的谐波
在现代建筑中使用的电器设施大多数都是由低压电网供给电源的, 由于很多电器设施都带有小容量的变压器和整流装置, 使得电器中的励磁电流在总电流中占的比例较大, 即使单个电器的容量小, 可能只有十几瓦, 大的也只有几千瓦, 然而其数量太大, 产生的高次谐波会对建筑电力系统造成严重的影响。
因此, 在现代智能建筑电气设计中必须治理好建筑的谐波, 解决好谐波产生的不良影响。这样对提高智能建筑的功能和效益有着十分重要的意义。
2 谐波的危害性
在现代建筑中, 非线性负荷的广泛应用会产生大量的谐波电流, 而这些谐波电流会给电力系统带来严重的电能污染, 最终会危及到建筑电力系统本身和广大的用电居民。
2.1 谐波电流会使变压器温度升高, 产生大量附加谐波损耗
谐波使变压器发热主要基于下列原因:谐波电流增加了变压器的铁损、铜损和漏磁损耗, 在增加损耗的过程中, 使得变压器更加发热。若是变压器采用的是三角形接法, 由于这种变压器会产生三倍次谐波环流, 导致变压器发热的效果就更为明显。同时, 谐波电流可使电机在运行时发出高频噪音和强烈振动, 严重时, 可与电机机座发生共振, 这样, 严重破坏了电机设备, 并产生了大量的附加损耗。
2.2 谐波会使母线过热, 甚至引发火灾
谐波电流经过电缆时, 会加重谐波产生的集肤效应, 并且电缆的分布电容放大了谐波, 这更加增大了电能的附加损耗, 使电缆过热, 损坏电力电缆。当发生接地短路故障时, 容易形成潜在的火灾隐患。例如:在建筑中大量使用电子节能气体光源照明, 因中性线电流可能达到相线电流的2倍, 致使中性线过热、烧毁, 甚至导致火灾。
2.3 谐波对建筑办公、民用低压电器的影响
现代建筑中的计算机、绘图仪、打印机和很多家用电器、灯具既是小型或微型谐波源, 又是受谐波有害影响的电器, 谐波会使计算机数据丢失, 程序出错, 甚至损坏。
当然, 谐波对建筑电力系统和用电用户造成的危害不只是以上几个方面, 还表现为谐波降低了开关设备的开断能力, 引起系统各类继电保护和自动控制装盖误动和拒动等等。
3 电气设计中谐波抑制的方法
3.1 采用组成的无源调谐滤波器
因无源调谐滤波器具有技术成熟、功率容量大, 性能好及费用低等优点, 一直被作为很好的抑制谐波的方法。它通常是由电抗器、电阻器和电容器组成。在使用无源调谐滤波器时, 它会利用电容电感形成谐振, 使谐波在很低的电阻情形下导入大地。减少对电力网谐波污染。
3.2 采用组成的有源电力滤波器
有源电力滤波器相比无源滤波器, 有以下几个优点:作为高次谐波电流源, 不会受到电力系统阻抗的干扰;不会发生共振现象;电力系统即使发生了结构上的变化, 也不会对谐波和无功的补偿效果发生影响。通过这样的对比, 可以得知, 有源电力滤波器可以弥补无源滤波器抑制谐波的不足, 它能够对变化了的谐波和无功进行补偿, 是一种抑制谐波和对无功的电力电子设备进行补偿的理想装置。比起无源滤波器更为优越。有源电力滤波器有并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器两种, 在使用并联型有源电力滤波器, 因其与谐波源的交流电压相同, 因此, 有源电力滤波器的补偿电流决定了装置的容量。于此同时, 也可以使用串联型有源电力滤波器, 在使用过程中, 要将其作为电力网的一个电阻, 但该电阻对谐波具有高阻特性, 通过对谐波的阻碍, 使谐波无法流入电网。值得注意的是, 当有源电力滤波器的负载阻抗大, 可以视为电流源时, 其补偿效果变差。单独使用并联型有源电力滤波时, 可视为并联进电网的电阻, 对谐波具有较低的阻碍, 其补偿效果也会受到不利影响。
3.3 高功率因数变流器
为使整流装置不产生谐波, 需对其进行改良, 在电流电压在同相位时, 可称其为高功率因数变流器或者高功率因数整流器。为抑制谐波产生而使用高功率因数变流器, 可采用以下几种方式:首先, 对整流电路实行多重化, 以串联方式连接几个桥式电路以减少输入的电流谐波。其次, 因矩阵式变频电路可将其输入的电流控制为正弦波, 而且各电流电压相同, 对抑制谐波比较有效, 因此, 可以试着利用矩阵式变频电路。
目前, 国家还没有制定智能建筑电能质量标准, 而政府颁布的有关电能质量标准却无法适用于现代智能建筑。并且许多建筑用户只重视无功补偿, 提高功率因数, 不重视谐波治理, 造成了严重的电能污染和经济损失。由于现代智能建筑的不断发展, 治理好谐波和无功功率问题, 对提高智能建筑在电能方面的质量和效益具有显著的意义。
摘要：电网谐波是影响电能质量的重要因素, 它不仅导致现代建筑中各种电力电子设备性能降低, 也对智能建筑的功能和效益产生了严重的影响。本文试从电源谐波的来源入手, 分析了谐波存在的危害性, 在此基础上, 提出了建筑电气设计中谐波抑制的方法。
关键词：电源谐波,电力系统,电能污染,谐波抑制
参考文献
[1] 林海雪.公用电网谐波国标中的几个问题[J].载电网技术, 2003 (3) .
电源设计范文第4篇
摘要：近些年来，随着城市化的不断推进，各地城市中的大型公共建筑如雨后春笋般兴起。公共建筑因其为人群聚集之地，因而这类建筑落成之后的使用安全问题就越来越引起人们的重视。消防隐患历来对于城市建筑来讲具有极大地威胁，而公共建筑的消防安全更是关乎公众的生命财产安全。为了降低此类建筑（包括地下部分）发生火患的可能，尽可能的降低火灾的损失，就必须完善城市建筑消防应急照明系统，保证不间断供电，并且在火灾爆炸或其他灾害发生时，电源有时不得不强行切断。在这种情况之下，为保证消防或其他人员能够及时顺利地进入险情发生地进行救援，消防应急照明的正常运行就显得尤为重要。本文就针对消防应急照明以及电源选择谈些看法。
关键词：消防应急照明 电源的选择
1 消防应急照明的分类
应急照明，主要指的就是在火灾或其他灾害发生时，一旦正常的照明系统发生故障或不得不切断电源，无法提供正常照明时，供疏散人员安全逃离或救援人员顺利施救的照明。此类照明包括三个种类：疏散照明、备用照明以及火灾事故照明。
1.1 备用照明的选择
正常照明一旦发生故障，备用照明的设置就显得十分重要和必要。以下场所就应安装备用照明：
①石化产品集中场所、塑料类制品存放场所以及存放其他易燃、易爆、易泄漏有毒气体物品的场所，此类场所的操作部位、排险通道等处必须设置备用照明，以供排除险情实施救援。②一些工业（化纤、冶金等）生产流程中易因正常照明出现故障，从而导致贵重部件受损的场所，具体如：钢铁或其他金属冶炼业的熔炼炉、热处理以及精密加工车间等。③一些因正常照明出现故障会产生重大影响或造成重大损失的重要场所。具体如：公共活动场所（体育馆、音乐厅、电影院等）、国际国内重要会议中心、交通供电系统、动力供应站、广播电视等。④正常照明一旦出现故障，救援行动无法正常开展的场所，主要是消防（控制室、水泵房）、发电（自动发电机房）配电以及广播场所等。⑤正常照明一旦出现故障无法正常运转的地下建筑场所，具体如：地铁车站、各类地下商场、地下停车场、地下娱乐场所以及地下餐饮住宿场所等。
1.2 灯光疏散指示标志的选择
在一些灾害或事故现场，正常电源一旦发生故障，就会使得疏散人群如果能容易而准确无误地找到建筑物安全通道或疏散通道就能在第一时间正常有序地逃离灾难现场。因而，在下列场所应该设置醒目的灯光疏散指示标志：①人员密集度较高的公共建筑场所。具体如：大礼堂、大型会议室、影剧院、体育馆、大型展览馆、学校教学楼、医院病房楼、火车汽车候车厅、候机楼等；②宾馆、饭店等建筑③高层公共建筑,如写字楼、综合性商场楼等；④公共地下建筑；⑤特别重要的、人员众多的大型厂房等。
1.3 火灾事故照明的选择
在火灾事故现场，正常电源出现故障，保证处在危险中的人员及时安全撤离的应急照明。这类照明应该设置在建筑的封闭和防烟楼梯间、消防电梯室、控制室以及一些场所的疏散通道等部位。通常在下列场合应设置此类照明。
①公共场所，如公共娱乐性场所、学校教学楼、宾馆、商场等；②高层建筑、人防工程等；③其他一些人员聚集度比较高且容易造成人身伤亡的场所。
应急照明对于潜在危险人员及时逃离事故现场以及救援人员有效开展相关救援活动具有十分重要的意义，而根据应急照明的概念及应急照明应设置的场所，我们也很容易发现，应急照明的设置要求非常之高：一方面它既要满足做为照明的一般要求，又要满足应急作用的特殊要求，另一方面既要在紧急状态下照明，同时又要保证常年安装在建筑物内安全、可靠地处于良好的应急状态。而要达到这些要求，除了选择合适的光源外，选择安全、可靠、经久、耐用的应急照明电源也是十分重要的。
2 消防应急照明电源的选择
2.1 消防应急照明电源的种类
应急照明电源是指当正常电源不再提供正常照明需要的最低亮度的状态，即正常照明电源电压降为额定电压60％以下时，转换到应急照明电源供电。应急照明电源大致可以分为以下几种类型：
①实现电力网络与正常工作电源有效分离的馈电线路；②柴油发电机组；③蓄电池组（四种类型：照明内部自带蓄电池照明灯具、集中设置的蓄电池组、按不同分区集中设置的蓄电池组、由以上任意两种或三种电源组合而成的供电方式亦称“组合式电源”）。
2.2 应急照明转化时间的确定
事故发生时，正常电源一旦出现故障，不同类型的应急照明转换时间根据实际工程以及相关规范规定确定如下：
①15秒之内备用照明实现正常转换；②15秒之内应急疏散照明实现正常转换；③0.5秒之内火灾事故照明实现正常转换。
2.3 持续照明时间的确定
从应急照明电源的种类及转换时间的要求，不难看出应急照明持续工作时间是受到一定条件限制的。通常规定疏散照明持续工作时间不宜小于30min，根据不同要求可分为30、60、90、120、180min等几个档次。备用照明的持续工作时间应视使用场所的具体要求而定。
2.4 应急照明电源的确定
应急照明电源选择的确定，要综合考虑其种类、转化时间、持续工作时间以及电源自身的特点、实际应用场合的具体要求等诸多因素的影响。
2.4.1 不同电力来源的电源 这主要是指来自电网和正常馈电回路分开的电源。此类电源，转换时间较短，转换时间可以满足各种不同情况下的具体需要，连续工作时间长，并且工作中安全性能好。因而，此类电源广泛应用于各种场合。特别是大中城市、大中型工厂取得这种电源更为容易。在一些生产和工作场所，如果具有电网备用电源，此类电源应该成为首要选择。而对于需要继续实现生产以及消防水泵房的备用照明，应该同生产电力设备、消防泵等使用同一备用电源并通过一般自电网取得所需电量。
2.4.2 柴油发电机组电源 采用电机投入应急发電需要比较长的时间，而且往往处于备用状态的发电机组在停电时自启动时间约需15秒。因而，此类电源只适用于疏散和备用照明，不宜单独用于火灾事故照明。同时，高层建筑中为满足消防需求应设置相应发电机组。
2.4.3 蓄电池电源 蓄电池电源有三种电源类型组成，分别是灯内自带式电源、集中设置式和分区集中设置式。灯内自带式也就是自带电源型的应急灯具，这种电源方式优点是可靠性高、转换迅速、电池损坏影响面小等，缺点是需要大量投资、电池容量大小限制照明时间、管理和维护费用较高等；集中设置式或分区集中设置式优点则是可靠性好，转换迅速、投资较少、维护管理方便，缺点是空间需求大、出现故障影响面大、线路复杂且要求较高。这两种方式适用于灯具集中的规模建筑，在一些重要建筑中为了更为经济合理的考虑可与其他应急照明电源配合使用。但是，一些建筑物（计算机站等）内已有这样的电源且容量能满足要求时，可利用这种电源做为本场所内的应急照明电源。
2.4.4 组合电源 以上集中电源方式单独作用时都有这样或那样的不足之处，为了更好发挥各种电源的综合优势，最大限度的扬长避短，组合电源的应用不失为一种好的选择。此类组合电源，较之其他更为安全可靠、经济合理，优势十分明显。
当然，在实际建筑实施过程中，应急照明还要综合考虑建筑的自身因素，比如层高、使用功能、人员多少、火灾危险程度等。在此基础之上，分析选择出最科学、最实用的应急照明电源。
电源设计范文第5篇
摘要：科技的不断发展，促进了我国电力系统的发展，电力通信电源作为电力通行设备的核心环节，技术上也得到了充足的发展，新型的电源技术不断推陈出新，推动着我国电力通信事业的发展。现在正是我国通信行业正处于快速发展的新时期，加强对电力通信电源新技术及其应用的研究具有十分现实的意义。本文主要分析探讨了电力通信电源新技术及应用情况，以供参阅。
关键词：电力通信;电源;新技术;应用
在科技发展的过程中，电力通信电源技术得到了充足的发展空间，也相继产生了多种新型的电源技术，为通信事业发展做出了巨大的贡献。现阶段，我国通信行业正处于快速发展的新时期，加强对电力通信电源新技术及其应用的研究具有十分现实的意义。
1电力通信电源技术原理
电力通信电源是我国电力通信设备体系的关键构成环节，通过对该环节工作模块的优化，有利于增强电力通信系统的整体工作效益。随着我国电力通信理论体系及技术体系的不断健全，各种电力通信新型电源技术不断得到应用，在这种趋势中，分散供电、组网监控等使其主要的发展方向。在电力通信电源的传统工作模块，集中式供电方法是常见的工作模式，这种模式方法具备一定的局限性。在集中供电模式应用中，需要将电力电源设备集中安装在电池室内，通过对集中式电力电源的应用，实现向其他通信设备的供电，在这个过程中，普通铅蓄电池是其重要的供电使用设备，这种电力供电设备的整体体积比较大，整体比较笨重，在工程模块中，会发出一系列的噪声，其产生的酸雾对周围的环境造成一定的污染性。在实践模块中，电力电源设备需要安装在指定的电池室内。
2电力通信电源新技术的应用
2.1免维护蓄电池的应用
传统的电力通信电源设备主要是安装一些大型的电池如开口型电池进行供电，并且在其供电过程中还需要不断对其补充蒸馏水，以免其水蒸发和充电终期分解。在此过程中，开口型电池会产生一些诸如酸雾等有害气体或物质，进而带来一定的环境污染，常常需要工作人员加大对电池的维护力度，增加了工作人员的难度。但在电力通信电源新技术的发展下，可以利用其免维护蓄电池进行供电，不仅能够有效解决传统供电模式的问题，还能不断加强电力通信电源系统运行的稳定性。免维护蓄电池的电解液和正负极板等具有较高的密封性，避免自由放电情况的发生，并且能够有效避免水分的蒸发，使电池保持较长的使用寿命。同时该电池具有良好的稳定性，在运行过程中能够有效降低故障的发生率，因此应积极使用免维护蓄电池进行供电。
2.2高频开关整流器的应用
在电力通信电源系统中，开关整流器对整个系统的可靠性具有直接的影响，同时也需要具有更大的技术含量，技术更新也较为迅速。高频开关整流器主要是将市政电经过输入滤波电路和整流滤波电路变换成较平滑的直流电曰然后利用高频整流逆变电路变换成超高频的交流电，频率可达100～500kHz曰最后通过输出整流滤波电路整流成通信设备所需要的低电压直流电源。高频开关整流器具有高功率密度以及高频化的特点，同时体积小、体重轻、能效高、噪音低、容易扩容、维护方面等，其工作效率达到75～90%，能够有效的提升电力通信电源的运行效率，增加电源系统的稳定性，对整个电力通信系统工作的质量、效率都产生积极的作用。高频开关整流器的频率越高，其体积越小，重量越轻，能效越高。目前，频率已朝着1MHz的方向发展。
2.3优化防雷网络的设置与应用
为了减少电力通信的工作故障问题，需要进行防雷网络的构建，避免雷电对电力通信设备造成一定的损害。如果不能实现防雷网络的优化，雷电会在短时间内形成一系列的高压，这严重影响电力通信设备性能的正常发挥。在这个过程中，雷击主要分为两种形式，分别是直击雷模式、感应雷模式，前者会直接击中电力通信系统的线路，沿着导线流产生一系列的雷电流，这些瞬间电压对电力通信电源设备的正常运行产生一系列的负面影响。通过对电力通信电源新技术的应用，实现了该环节防雷网络设置体系的健全，在电力通信系统运作中，避免受到雷电的干扰，实现了电力通信电源整体安全性的增强。
2.4电源集中组网监控应用
在电力通信电源新技术中，组网监控是一项较为先进的技术，能够对企业分布的电源设备的运行状态进行集中监控，并记录下相关的数据信息，以便工作人员能够根据真实具体的数据及时对电源设备的故障等问题进行排查，并加以改进。因此，在电源设备运行时，企业需不断提高电力通信电源新技術，逐渐优化集中组网监控技术，实现更加智能化网络化的监控手段，并对相关的数据进行详细记录和处理，增强电源设备的使用价值，以不断优化企业各项工作业务流程，全面提高企业工作效率。
2.5功率因数的校正
电力通信电源开关整流器的内部通常可以采用两级变换的形式，整流器在运行的过程中首先经过AC-DC整流，通过滤波电路书屋交流电，然后再将其转变为直流，通过DC-DC环节，将其转变为相应的直流电。由此可见，电力通信电源工作的过程中，其中的开关整流器就相当于一个容性负载，它会对电力通信电网的供电产生一定的不利影响。新技术下的电力通信电源具备功率因数校正的功能，能够避免电力通信电源工作的过程中由于噪音、误动作、过热、烧毁等事故加大电力通信系统和变压器的损耗，确保电力通信系统能够正常工作。
2.6其他新技术
以上是企业常应用的技术，但电力通信电源新技术中还包含着许多内容，因此在实际的应用中，还可利用交流不间断电源、通信逆变器、DC-DC变换器、接入网技术、先进的接地系统等不断改进电力企业的电力通信电源系统，以促进企业的发展。
3结束语
综上所述，随着科技的不断发展，电力通信电源在电力通信的发展下，在技术方面也有显著提升，在不断创新下，新技术具备了有稳定性、可靠性、小型化、高频率等特点。这些新技术在电力通信电源系统中的运用，有效的提升了通信系统运行的稳定与安全，为电力通信系统提供安全保障，对整个电力通信事业的发展都具有积极的意义。
参考文献：
[1]张馨丹，刘明.电力通信电源新技术及应用[J].通讯世界.2018（09）.
[2]朱瑞刚.电力通信电源新技术及应用研究[J].中国新通信.2018（12）.
[3]黄琛.电力通信电源新技术及应用研究[J].经贸实践.2018（18）.
（作者单位：国网福建省电力有限公司建瓯市供电公司）