基于热—电转换的CPU能量馈送装置

彭世辰

随着经济的高速发展，电子计算机在国民生活中的普及率越来越高，但是其能量消耗也成为一个不可忽视的因素，因此本文对于CPU的能量馈送装置进行了研究，希望通过散热器来把CPU的热能转化为电能，使其能够馈送给电网，这样就使得能量利用率提升，减少了能源的消耗。

【关键词】热-电转换 CPU 馈送

1 引言

电子计算机是我们生活中的常见办公用品，且耗电量较大，因此我们可以采用适当的方式将其所产生的CPU热能回馈给电网，这样就提升了能量的再利用率。CPU在进行供电时，整个线路在全天的损耗下表现出一些特征来，主要有以下几点：CPU在没有进行供电时，整条线路的负载情况较好，负载损耗率较低，在此情况下，如果变压器的，空载损耗率有所提升，那么整个线路的损耗也会增加。在给CPU进行供电时，线路负载率增加，可以使得空载的损耗率减少，在CPU的回馈率达到40%时，整条线路的负载损耗等于变压器的空载损耗，整条线路的负载率较好，线路可以长久的稳定运行，但是当CPU的数量较多，已经超过一半以上时，线路的损耗率就较高了，这样整条线路的运行成本较高，推广难度较大。因此我们应当对相关的能量回馈装置进行研究，使其能够更好的采用热电转换的方式来将电能输回到电网，使得国家的能源消耗减少。

2 CPU能量馈送装置分析

2.1 系统结构

CPU热-电转换能量馈送监测器，包括感应过压，接地电流，电流方向判断检测模块：包括罗氏线圈，积分器电路，数据采集器，CPLD，存储器，CPU处理器，RS485数据传输部。接地电阻检测模块：包括内置非接触传感器，激励脉冲信号发生单元，电流检测单元，电压检测单元，数据处理器，RS485数据传输部。由于被监控的信号是模拟信号，这些信号并不能直接被处理器所分析与处理，故此需要ADC来将模拟信号转换为数字信号，最终传输给处理器。

CPU热-电转换数据监视器，包括感应过压，接地电流，电流方向判断检测模块：包括罗氏线圈，积分器电路，数据采集器，CPLD，存储器，CPU处理器，无线数据传输部。接地电阻检测模块：包括内置非接触传感器，激励脉冲信号发生单元，电流检测单元，电压检测单元，数据处理器，无线数据传输部。

CPU热-电转换终端通信管理单元，包括RS485接口转SDH的2M。CPU热-电转换终端在线式无线通信管理单元，包括无线转RS485接口，RS485接口转SDH的2M。CPU热-电转换前端在线式通信管理单元，包括SDH的2M转RS485接口，RS485接口转USB接口。CPU热-电转换在线式监测系统服务器程序，包括实时显示感应过压，接地电阻，接地电流，电流方向，告警信息，曲线图，数据记录，拓扑图，历史数据导出。

2.2 运行方式

这种用于将计算机CPU或GPU热能回馈电网的方法，主要包括如下步骤：

（1）将散热器安装在计算机的CPU或GPU芯片表面；

（2）散热器翅片上安装一种温差驱动的活塞式机械结构，内部具有温差工作的介质；

（3）活塞机构在热能的驱动下往复运动，通过皮带或链条带动小型发电机转动；

（4）发电机发出的交流电通过整流装置整流后变为直流电源；

（5）通过小型逆變器将发出的直流电源逆变为交流电源，接入电网，将能量回馈。

可以将CPU或GPU工作时的热能通过温差驱动装置产生动能，动能通过驱动活塞机构作往复运动带动发电机工作，将发电机发出的电通过整流和逆变装置回馈到电网中。

3 能量馈送监视系统分析

利用STC89C52单片处理模块将电压计测风电压转换“X00.0，000#”文本格式，其中X为电压计放置的方向代码，00.0为电压值，000为角度值。单片机以0.2s一次的频率将数据从串口输出。由于被采集的信号是模拟信号，这些信号并不能直接被处理器所分析与处理，故此需要ADC来将模拟信号转换为数字信号，最终传输给处理器。A/D转换器是数据采集的最为关键的一环，转化速度的快慢与精度的高低直接影响到数据采集系统的好坏。A/D转换器具有很多类型，本次设计所用的A/D转换器是逐次逼近型的A/D转换器。此芯片转换速度快，精度高，对于实时采集数据非常有利，为以后的主控芯片分析数据提高了效率。

连接单片机串口的433MHZ无线传输模块将电压数据以广播形式外发。安装在机械设备上的智能电压监视仪通过433MHZ无线传输模块的串口接收电压和热量数据。智能电压监视仪将接收到“X00.0，000#”格式的电压、热量数据转换具体值显示在智能电压监视仪屏幕上。智能电压监视仪对监测到达电压数据进行比较，将每次热能等级变化自动保存，用于设备操作人员查询和分析。检测分为两个模块，一种可以将电压进行相位检测，另一种控制选择电压电流的大小其中之一来进行检测。PC机数据采集和查询管理模块对监测到达电压数据进行比较，将每次热量等级变化自动保存，用于查询和分析。

能量回馈系统但是对于稳压部分的要求更高。如果稳压模块不够合理，那么短时间内造成电压值出现大幅波动，这种现象的主要危害在于，可能因为瞬时电压故障而导致线路与设备不可逆的损坏，处理方法主要有提供不间断电源、电压整流器等。采用不间断电源（UPS）、无功功率补偿器（SVG）等设备可以有效地减轻电压波动对于设备带来的影响，起到平波的作用，同时也减轻了对于线路的损耗，是相对科学有效的办法。

4 总结

加强能量回馈技术是极为重要的，技术工程人员需要掌握现代的电子技术、对于电子系统的设计有着较高的处理效率，计算机、英语能力较强，工程经验的价值举足轻重。通过自动控制原理与现代控制理论的综合应用，工程技术人员将同时具有微电子技术与通信技术的实践能力，兼具创新意识和能力，成为建设国家电子信息产业的新一代工作核心和中坚力量。

参考文献

[1]李密.蓝牙芯片功耗管理单元（PMU）的设计与实现[D].东南大学，2016.

[2]粟勇.无线Mesh网多跳预约协议的研究与实现[D].东南大学，2016.

[3]奚宏亚.手机基带芯片处理器负载计数器的设计与验证[D].西安电子科技大学，2016.

作者单位

成都市外国语学校 四川省成都市 611731