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計

中央單元的主要功能有數據采樣、運算處理、反饋控制、顯示輸出等。數據采樣功能是指通過AD轉換端口或相關電路采集相關端口的電壓和電流、負載數量、即時功率、故障等數據并傳遞給MPU。運算處理功能是指通過MPU的指令系統將實時數據傳入程序函數進行運算，并根據預先設定的程序進行處理，或者自主產生特定的信號，比如產生脈寬調制（PWM）波形，以供給其他功能模塊。反饋控制功能基于MPU得到的運算結果，通過GPIO端口輸出到各個相關控制電路，使相關模塊產生相應動作以實現實時、快速、穩定、準確、高效的控制。顯示輸出功能可以將系統當前運行狀態、即將執行動作等信息通過屏幕顯示出來，也可以傳輸到計算機中進行顯示和控制。過載檢測和保護電路共同協調，對于輸入、輸出電壓、電流和模塊運行溫度數據進行分析和處理，產生相應動作，保障電源

2大功率開關電源轉換單元設計

開關電源轉換單元設計開關頻率為30kHz，采用脈寬調制（PWM）全橋隔離式拓撲結構。整流電路使用大功率整流模塊，根據本系統設計參數，最大輸入功率為10kW，最大輸入電流應為46A，基于安全經濟等考慮，應選用工作電流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驅動電路采用IR2133集成驅動芯片。高頻變壓器采用鐵氧體磁芯，原副邊變換比為10∶1。同時設計了濾波、保護、穩壓等附屬電路。脈寬調制（PWM）波形由STM32微處理器產生，通過調節脈寬占空比，就可以控制輸出功率，既可控制系統用電效率，也可以提高整體運行安全性。開關電源到用電終端之間還可選擇連續可調電壓輸出應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控制芯片實現動態控制。

3應用端口分布式設計

實驗室智能弱電供電管理系統應用端口采用分布式、模塊化設計，其拓撲結構見圖3。供電線路從總分線器出發，分別接駁到實驗室各個房間的端口，再連接到房間內部的輸出端子上。各個接插部分采用標準化即插即用型部件，有利于根據需要更改、擴充相應端口數量。每個端口具有獨立的檢測、保護裝置，并可以根據需要在0～30V范圍內調整供電電壓。該文設計的智能弱電供電管理系統可以依托原有實驗室供電系統（220V市電）線路管道布線，并適當對現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，實現起來比較方便。

4結語

智能弱電供電管理系統設計科學合理、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，為實現實驗室全面安全管理奠定了重要基礎。但由于不兼容現有大部分實驗設備的供電標準，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。當然對于現有實驗儀器來說，通過努力更改內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：沈陽工業大學遼陽校區