一种用于单片机开关电源的节能控制系统设计

新乡职业技术学院电子信息系 姜 坤

通过实际应用验证，传统单片机开关电源耗能大，且系统抗干扰能力、可靠性不足。因此需要建设节能系统，设置单片机监控模块、节能控制模块，以此去除异常波形，实现开关电源节能控制。此次研究主要是讨论分析一种用于单片机开关电源的节能控制系统设计。

单片机开关电源具备高效性、便捷性、控制效果明显等优势，因此获得使用者的青睐。现代社会大力践行“节能减排”理念，使用者比较注重能耗问题，尤其表现在单片机开关电源上。对于传统型开关电源来说，缺乏必要的节能控制系统，且抗干扰能力、可靠性能并不佳。在以往研究中，单片机开关电源节能控制系统的问题较多，通过可控硅整流器转换初始电流，节能控制单片机开关电源。然而该系统的噪音比较大，可靠性不足。在研究讨论中，采用脉冲宽度变频电路，对开关电源直流电进行整流处理，虽然可以起到节能控制效果，然而整体稳定性较低。为避免上述问题，应当建设新型节能控制系统，确保其具备强抗干扰能力、高可靠性。根据试验结果显示，该系统的抗干扰性能、可靠性能均比较高。

1 单片机开关电源的节能控制系统设计

对于由单片机控制的开关电源，电源输出控制主要包括以下几种：第一，单片机输出电压，将其作为开关电源基准电压；第二，单片机结合开关电源专用PWM芯片；第三，单片机直接控制型。在应用单片机开关电源时，必须做好节能控制处理。在此次研究中，优化设计节能控制系统，系统涉及到节能控制、单片机监控。其中，通过节能控制模块，可以对关电源，实行节能化控制与操作。通过单片机监控模块，能够提供数据显示功能，对开关电源进行实时化监控。

1.1 节能控制模块设计

在节能控制模块，主要涉及到变压器、脉冲宽度调制电路、滤波器。模块对单片机开关电源的初始直流电的控制效果高，可以采用低能耗直流电方式输出。

电路节能模块工作原理如下：开关电源获得初始直流电，通过电路节能模块，借助滤波器，能够确保在获得初始直流电时，不会出现异常波形，以此确保节能控制模块可以正常控制开关电源。初始直流电经过滤波器处理后，可以转化为便于方形波，方便节能控制系统进行管控，同时能够输出到变压器。脉冲宽度调制电路的可靠性高，操作简单。

脉冲宽度调制电路，能够将初始直流电转化为方形波，还可以针对初始直流电存在的故障电压进行采集，以免造成电路元件受损，使节能控制系统处于正常、稳定运行状态。工作原理如下：利用脉冲宽度调制电路，促使初始电流进入到控制器内。利用控制器，可以实现初始直流电控制与检测，自动化水平非常高。同时可以对直流电误差进行检测，借助PID控制法，能够消除误差。之后，利用节能控制模块、脉冲宽度调制电路，将直流电转化为方形波。在转换操作中，如果直流电内部出现故障电压，则能够自动停止转化操作，同时采集故障电压序列，确保其恢复正常。将恢复信息发送到控制器，完成整个转换操作。

变压器运行过程中，基本工作原理如下：通过物理简谐振动，能够降低开关电源能源消耗，避免开关电源受到高耗能影响。在运行过程中，变压器不会出现电磁干扰，能够确保节能控制系统应用效果。通过脉冲宽度调制电路传输方形波，当变压器接收后，能够将方向波转化为直流电，同时做好检测与检查工作。通过变压器能够减少高耗能因素，促使开关电流初始直流电，利用低能耗方式，逐渐传输到监控模块。

1.2 单片机监控模块设计

通过节能控制系统控制单片机开关电源时，能够对开关电源进行实时化控制。在开关电源中，电路节点异常状态约为25个，从而导致整个节点控制的难度加大。然而通过节能控制系统，能够对开关电源电路进行扩展处理，达到8位，建立高效的监控模块。该模块组成如下：显示器、编译器、存储器。利用节能控制模块，能够在监控模块显示器中，显示出低能耗直流情况，以数据信息方式显示。使用人员利用显示器的数据，能够明确节能控制系统的节能效果。通过节能控制模块，也可以实时监控单片机开关电源。

单片机监控模块存储器主要为静态随机访问存储器，存储器存储芯片可以实时监测直流电数据。在静态随机访问存储器内，存储效率非常高，通过内置片选引脚、输出使能引脚、三态输出驱动，可以对存储器电路进行扩展。在应用静态随机访问存储器时，还能够减免电量。当开关电源工作效率较低时，通过静态随机访问存储器，至少可以减少90%的电路能耗，全面满足节能控制系统应用需求。

对于开关电源来说，通过监控模块，能够将节点直流电转化为数据格式，利用静态随机访问存储器存储，此时编译器可以调用监控数据，同时做好编译处理。编译器的输出数据占有率比较低，可以使系统存储空间扩展，确保工作效率与质量的提升。通过编译器，可以为开关电源提供节点数据，在进行编码处理后，能够传输到显示器，以数据信息方式显示。显示器为LED屏幕，互动性强，画质清晰、便于安装与移动。在进行屏幕扩展，还可以实现无缝连接效果，同时实现多数据的显示功能。使用人员利用显示器，能够实时监控数据，能够对单片机开关电源运行状态进行分析。

2 节能控制系统软件设计

通过软件设施，可以对节能控制模块运行流程进行控制。当节点数据达到标准条件时，节能控制系统软件可以实行控制流程。

节能控制系统的控制流程如下：通过系统软件，可以准确计算节能控制节点数量、最大承载，利用显示器，能够实时显示出各个节点的负载量。在开关电源中，各个节点具有不同的实时负载值，所以节能控制系统在处理节点时，所用时间也不同，会使系统整体效率下降。为了提升系统处理效率，需要通过软件方式，对不同节点处理时间进行限制。如果节点实时负载量占比50%，利用软件能够随意调取节点数据，对节点负载用时的超标问题进行分析处理。如果超出标准限制，则需要提升节能控制系统工作效率。当未超出标准限制，则通过正常安装流程，能够实现节能控制操作。节能控制系统工作之前，必须考虑单片机开关电源的节能控制问题。

3 实验分析

通过实验方式，检验单片机开关电源节能控制系统的性能，具体如下：

3.1 可靠性验证

对于单片机开关电流来说，主要采用恒流电源，因此系统控制输出值也具备恒流特点，且具备较高稳定性。当系统节能控制能力比较高时，则可以提升系统整体可靠性。基于以上分析，能够检验和试验系统可靠性。

自变量为初始直流电输出值，因变量为系统低耗输出值。采用数显万用表、并联滑动电阻（5个）等实验元件。在操作过程中，对滑动电阻并联电阻值进行更改，会改变初始直流电。利用数显万用表，能够对初始直流电输出值、低耗输出值进行准确化测量和计算。结果见表1。

表1 初始直流电输出值、低耗输出值统计表

通过表1数据，可以绘制系统低耗输出值特性曲线。按照电流与电压曲线，遵循欧姆定律公式：R=U/I（R—试验电路电阻值；U—低耗电压值；I—电流值），对试验电路电阻值进行计算，同时与表1数据比较，结果显示，本文系统恒流波动率为92%，说明系统具备可靠性。

3.2 抗干扰能力检验

为了对节能控制系统的抗干扰能力进行检验，在无环境干扰、有环境干扰下，分别针对单片机开关电源实施节能控制，同时输出不同情况下，脉冲宽度调制电路波形。

在无环境干扰、有环境干扰条件下，脉冲宽度调制电路波形不存在明显差异。在有环境干扰条件下，只是在10s～20s时间段内出现微小波动，仍然处于国家标准范围内。从上述分析能够看出，本文所提出的节能控制系统的抗干扰性能显著。

结束语：综上所述，在本文研究中，基于单片机开关电源，优化设计节能控制系统，系统涉及到单片机监控、节能控制等模块。其中，节能控制模块包含变压器、脉冲宽度调制电路、滤波器。通过滤波器，能够将初始直流电中存在的异常波形消除，之后借助脉冲宽度调制电路，可以转化为方形波，同时输出至变压。利用低能耗直流电，将方形波传输到监控模块。通过单片机监控模块，能够提供低能耗直流电显示功能，以数据信息方式显示，对单片机开关电源进行标准化控制。通过软件装置，能够科学控制节能控制模块的运行里程，同时对单片机开关电源、节能控制代码进行检测。通过试验结果验证，单片机开关电源的节能控制系统的可靠性能、抗干扰性能显著。