實驗室智能弱電供電管理論文

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1基于STM32的中央智能管理單元設(shè)計

中央單元的主要功能有數(shù)據(jù)采樣、運算處理、反饋控制、顯示輸出等。數(shù)據(jù)采樣功能是指通過AD轉(zhuǎn)換端口或相關(guān)電路采集相關(guān)端口的電壓和電流、負(fù)載數(shù)量、即時功率、故障等數(shù)據(jù)并傳遞給MPU。運算處理功能是指通過MPU的指令系統(tǒng)將實時數(shù)據(jù)傳入程序函數(shù)進行運算，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序進行處理，或者自主產(chǎn)生特定的信號，比如產(chǎn)生脈寬調(diào)制（PWM）波形，以供給其他功能模塊。反饋控制功能基于MPU得到的運算結(jié)果，通過GPIO端口輸出到各個相關(guān)控制電路，使相關(guān)模塊產(chǎn)生相應(yīng)動作以實現(xiàn)實時、快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、高效的控制。顯示輸出功能可以將系統(tǒng)當(dāng)前運行狀態(tài)、即將執(zhí)行動作等信息通過屏幕顯示出來，也可以傳輸?shù)接嬎銠C中進行顯示和控制。過載檢測和保護電路共同協(xié)調(diào)，對于輸入、輸出電壓、電流和模塊運行溫度數(shù)據(jù)進行分析和處理，產(chǎn)生相應(yīng)動作，保障電源

2大功率開關(guān)電源轉(zhuǎn)換單元設(shè)計

開關(guān)電源轉(zhuǎn)換單元設(shè)計開關(guān)頻率為30kHz，采用脈寬調(diào)制（PWM）全橋隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。整流電路使用大功率整流模塊，根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)，最大輸入功率為10kW，最大輸入電流應(yīng)為46A，基于安全經(jīng)濟等考慮，應(yīng)選用工作電流100A、耐壓1000V的整流橋堆。全橋逆變整流電路采用英飛凌公司的100A/600V大功率IGBT模組。全橋IGBT驅(qū)動電路采用IR2133集成驅(qū)動芯片。高頻變壓器采用鐵氧體磁芯，原副邊變換比為10∶1。同時設(shè)計了濾波、保護、穩(wěn)壓等附屬電路。脈寬調(diào)制（PWM）波形由STM32微處理器產(chǎn)生，通過調(diào)節(jié)脈寬占空比，就可以控制輸出功率，既可控制系統(tǒng)用電效率，也可以提高整體運行安全性。開關(guān)電源到用電終端之間還可選擇連續(xù)可調(diào)電壓輸出應(yīng)用模塊或固定分立電壓輸出模塊。檢測保護部分可以采用UC3895控制芯片實現(xiàn)動態(tài)控制。

3應(yīng)用端口分布式設(shè)計

實驗室智能弱電供電管理系統(tǒng)應(yīng)用端口采用分布式、模塊化設(shè)計，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖3。供電線路從總分線器出發(fā)，分別接駁到實驗室各個房間的端口，再連接到房間內(nèi)部的輸出端子上。各個接插部分采用標(biāo)準(zhǔn)化即插即用型部件，有利于根據(jù)需要更改、擴充相應(yīng)端口數(shù)量。每個端口具有獨立的檢測、保護裝置，并可以根據(jù)需要在0～30V范圍內(nèi)調(diào)整供電電壓。該文設(shè)計的智能弱電供電管理系統(tǒng)可以依托原有實驗室供電系統(tǒng)（220V市電）線路管道布線，并適當(dāng)對現(xiàn)有實驗臺供電插口進行改裝，或者加裝新式弱電端口，即可正常使用，實現(xiàn)起來比較方便。

4結(jié)語

智能弱電供電管理系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)合理、安裝實施方便、投入成本不高、控制管理有效，從根本上解決了實驗室的用電安全問題，為實現(xiàn)實驗室全面安全管理奠定了重要基礎(chǔ)。但由于不兼容現(xiàn)有大部分實驗設(shè)備的供電標(biāo)準(zhǔn)，目前僅適用于需要弱電電源進行支持的分立式儀器儀表的組合實驗。當(dāng)然對于現(xiàn)有實驗儀器來說，通過努力更改內(nèi)部電源電路以直接使用弱電電源供電也是可行的。

作者：陸大偉 單位：沈陽工業(yè)大學(xué)遼陽校區(qū)