实验室智能弱电供电管理论文

1基于STM32的中央智能管理单元设计

中央单元的主要功能有数据采样、运算处理、反馈控制、显示输出等。数据采样功能是指通过AD转换端口或相关电路采集相关端口的电压和电流、负载数量、即时功率、故障等数据并传递给MPU。运算处理功能是指通过MPU的指令系统将实时数据传入程序函数进行运算，并根据预先设定的程序进行处理，或者自主产生特定的信号，比如产生脉宽调制（PWM）波形，以供给其他功能模块。反馈控制功能基于MPU得到的运算结果，通过GPIO端口输出到各个相关控制电路，使相关模块产生相应动作以实现实时、快速、稳定、准确、高效的控制。显示输出功能可以将系统当前运行状态、即将执行动作等信息通过屏幕显示出来，也可以传输到计算机中进行显示和控制。过载检测和保护电路共同协调，对于输入、输出电压、电流和模块运行温度数据进行分析和处理，产生相应动作，保障电源

2大功率开关电源转换单元设计

开关电源转换单元设计开关频率为30kHz，采用脉宽调制（PWM）全桥隔离式拓扑结构。整流电路使用大功率整流模块，根据本系统设计参数，最大输入功率为10kW，最大输入电流应为46A，基于安全经济等考虑，应选用工作电流100A、耐压1000V的整流桥堆。全桥逆变整流电路采用英飞凌公司的100A/600V大功率IGBT模组。全桥IGBT驱动电路采用IR2133集成驱动芯片。高频变压器采用铁氧体磁芯，原副边变换比为10∶1。同时设计了滤波、保护、稳压等附属电路。脉宽调制（PWM）波形由STM32微处理器产生，通过调节脉宽占空比，就可以控制输出功率，既可控制系统用电效率，也可以提高整体运行安全性。开关电源到用电终端之间还可选择连续可调电压输出应用模块或固定分立电压输出模块。检测保护部分可以采用UC3895控制芯片实现动态控制。

3应用端口分布式设计

实验室智能弱电供电管理系统应用端口采用分布式、模块化设计，其拓扑结构见图3。供电线路从总分线器出发，分别接驳到实验室各个房间的端口，再连接到房间内部的输出端子上。各个接插部分采用标准化即插即用型部件，有利于根据需要更改、扩充相应端口数量。每个端口具有独立的检测、保护装置，并可以根据需要在0～30V范围内调整供电电压。该文设计的智能弱电供电管理系统可以依托原有实验室供电系统（220V市电）线路管道布线，并适当对现有实验台供电插口进行改装，或者加装新式弱电端口，即可正常使用，实现起来比较方便。

4结语

智能弱电供电管理系统设计科学合理、安装实施方便、投入成本不高、控制管理有效，从根本上解决了实验室的用电安全问题，为实现实验室全面安全管理奠定了重要基础。但由于不兼容现有大部分实验设备的供电标准，目前仅适用于需要弱电电源进行支持的分立式仪器仪表的组合实验。当然对于现有实验仪器来说，通过努力更改内部电源电路以直接使用弱电电源供电也是可行的。

作者：陆大伟 单位：沈阳工业大学辽阳校区