电源管理范文

导语：如何才能写好一篇电源管理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：数字电源；电源管理；电源模块；Intersil；英飞凌；Wolfson

如今，低碳经济成为全球时髦之词，我国是世界碳排放第二大国，电源输出效率的提高和有效管理，成为了节能环保的重要环节之一。电源的哪些领域是增长热点?

数字电源增长可期

数字电源十年前发展起来，目前颇引人关注。据iSupplit分析，过去五年来，数字电源技术一直处于电源市场的中心，未来五年数字电源市场的年复合增长率(CAGR)为45.3％。2008年来，发生了几次重要收购，英飞凌收购了Primarion公司，Intersil收购了Zilker Labs，TI收购Ciclon公司，Exar收购了FyreStorm的知识产权。

2008年刚刚收购专业数字电源厂商zilker Labs的latersil对数字电源的发展非常乐观：“我相信数字电源总有一天会取代模拟电源。不过。这将是一个很漫长的过程。因为这里涉及到很多因素，包括成本，还有所有模拟电源的性能是不是数字电源全部能够做到，使得最后模拟电源无法跟数字电源比拟。”Intersil公司中国区总经理陈宇说。

电源领域现在受到了很多不同于传统的挑战，其中最重要的几个方面有：

・在高密度的应用上所面临的散热和占板空间的挑战，例如在多电压域或宽负载范围内仍要保持高效、快速的瞬态响应，墙上电源有限等问题。

・复杂的电源管理需求。现在的工程师在设计时，会大量采用DSP、ASIC、FPGA等，这就对电源管理提出了排序要求、上升沿控制要求和系统可靠性的要求等等。

・系统可靠性的关注。

数字电源可谓解决这些问题的一个很好的途径。

一个芯片，多种方案

今天，有两种形式的数字电源主导市场：

・数字电源管理器(DPM)，使用数字信息来管理电源系统及其中电源的整体运作；

・电源数字控制器(DCP)，使用数字技术来控制电源单元内部的功率开关功能。目前DCP已经成为了主导技术。

例如，Intersfl-ZilkerLabs提供了一个智能化的数字电源管理解决方案，产品很有特点体现在：首先，可以在负载很宽的范围内提供高达90％的工作效率；其次，解决方案非常灵活。可为客户提供了一个完全数字化的电路，客户可以根据自己的需求在芯片内部做配置，Intersil-zilker Labs也可以根据客户的要求在生产芯片的时候就为客户完成这个配置；最后，产品具有高集成度(如图1)。

具体来说，在高集成度方面，传统的模拟解决方案一般都需要限流电路、回路补充电路、时钟同步、高精度的检测电阻和输出电压的配置等周边电路或器件。但在数字电源解决方案中，上述功能可全部数字化后集成在一块芯片中。

数字电源解决方案的另外一个优势是设计简单：同一块IC可以适合很多不同的应用，从3A到40A，只需要把输出端的MOSFET和电感电容调整好就行。所以当工程师做出一套解决方案之后，可以很容易地扩展到其他规格要求的解决方案上。所以可实现“一个产品设计，多套解决方案”的目标，可以大幅缩短产品开发时间。

数字电源目前适合高端应用

iSuppli认为，数字电源增长最快的领域将是高端服务器、数据通信和电信市场，预计笔记本电脑和显示卡等低端计算市场将随后加快增长。

“尽管数字电源能够为客户减少元件的数量，因此整体的成本会更便宜，”Intersil亚太区业务副总裁Kent Chon认为，“但这并不意味着数字产品要比目前的模拟产品总体成本低。Intersil有两种模拟产品，都是非常低端的模拟产品，特点是低功耗，价格在0.5-1美元之间。”Intersil-Zilker Labs的数字产品一股针对的不是这类低端模拟应用，而是高端电源模块，如3A、6A、10A和40A。在低端产品上，数字电源产品要比低端的模拟电源产品贵。

“在瞬态响应、输出的精度方面，数字电源和模拟电源还有些差距，”陈宇补充道，原理上，模拟可以做得非常精准。所以客户在选择模拟与数字时，需要有个评判：更在乎空间小，还是更加精准，还是成本。

高功率晶体管的发展趋势

英飞凌(Infineon)6月在华首发了高性能功率晶体管CoolMOS c6，比较注重成本的降低。英飞凌是高功率晶体管的领先厂商、其产品特点具有一定代表性。英飞凌科技奥地利有限公司全球开关电源高级市场经理ThomasSchmidt介绍了600Vc6的特点。

首先，c6的成本比c3低，成本主要取决于芯片尺寸的大小，CoolMOSc6硅片变得更小，并采取新的封装技术来降低成本。在单位封装方面，以T220封装为例，其他品牌类似产品的导通电阻大约是380mΩ，而英飞凌c6现在做到最好的是99mΩ。如果竞争对手为实现同样的导通电阻需要应用TO-247封装，成本将会增加。英飞凌在TO-247封装方面能做到45mΩ，而其他品牌难以做到这么低。在硅片方面，尺寸和功率往往成正比，如何平衡两者的关系?要做到小硅片，英飞凌通过做到降低损耗来达到平衡。如果损耗跟之前一样，那是没有竞争力的。

其次，在电源工作频率方面，英飞凌的MOSFET开关频率可以提高到2S0kHz-400kHz。如果用其他品牌的超级结结构的MOS，会产生大的损耗。但如果采用CoolMOS，可以实现频率超过2sokHz。当然开关频率越高，损耗越高，例如超过450kHz以上，就要采用零电流、零电压等软开关架构，英飞凌的方法是配合二极管去实现。

英飞凌的c6主要替代c3，特点是成本更低。英飞凌没有C4系列，因为4在中文里有不好的寓意；英飞凌把其c5系列实际命名为CP。CP的开关损耗是最低的，所以c6不能代替CP，CP更适合在更高效的电源产品中。

篇2

电池顾虑

我们都知道，锂电池是存在最大充电放电次数寿命的（笔记本电池大约300～500次），为了延长电池的寿命，很多用户在办公室或家里都习惯卸下电池再插上电源给本本供电。但是，对联想Yoga这种无法拆卸电池的超极本来说，又该如何保证电池的寿命呢？

 

尝试解决

带着这个困惑，我首先查看的是笔记本和系统自带的电源管理系统。但很遗憾，即使是Windows 8的电源管理系统，也未发现只给系统供电、不给电池充电之类的设置。打开联想的电源管理软件Energy Management（图1），发现电池设置有两个模式选项：

 

“最长续航时间”模式：电源接通时，只要电池电量低于100%就会给电池充电，保证电池的电量始终处于比较高的状态，以便拔下电源时能够获得最长的电池续航时间。

“最佳电池寿命”模式：勾选此选项时，界面提示此模式能够获得最佳的电池寿命，并且主屏幕右下角的电源图标显示“电源已接通，未充电”—这也许正是我所需要的：电源已接通，未充电，说明了此时笔记本的工作完全依靠外接电源供电，并且还未给电池充电。但此时我又产生了一点疑虑：如果接通外接电源把电池充满电以后，再选择“最佳电池寿命”的模式，此时系统工作只依靠外接电源供电，电池不也同样能够保证较长的续航时间吗？

 

问题出现

大约半小时以后，点击主屏幕右下角的电源图标，虽然依然显示“电源已接通，未充电”，但发现电池的电量却已经从刚才的100%下降到了90%，这是怎么回事？难道电源已接通，未充电，笔记本工作消耗的是电池的电量吗？既然此模式消耗的是电池的电量，电池的电量消耗完毕不是一样需要再次充电吗？又何谈“最佳电池寿命”模式呢？随着时间的延长，电池电量依然在下降，看来此模式也不是想象中的理想模式。

 

柳暗花明

约两小时以后，电池电量下降到60%。又过了15分钟左右观察发现，电量依然保持在60%，此时提示依旧是“电源已接通，未充电”。这15分钟电池的电量没有消耗，还是此时已经转入由外接电源供电了呢？通过网上查询无数资料后，答案终于明朗了。

 

原来，Yoga在“最佳电池寿命”模式下存在55%～60%的充电阀值：接通电源时如果电池电量大于60%就不会给电池充电，而是先耗费电池电量，直至电池电量降到60%后才转入到外接电源供电。只有当电池电量低于55%时才开始充电，但截至60%就会停止充电。这是因为电池不使用或者偶尔使用的情况下，电池经常处于100%的状态下会出现电池寿命衰减加快的情况。系统自动将充电容量限制在60%以下，可以改善电芯衰减，延长电池寿命。

 

总之，在“最佳电池寿命”下电池的最高电量就是60%，不可能像“最长续航时间”那样，拔下电源时电池能处在100%状态。

期待改进

对于Yoga这类超极本而言，如果你确认短期内没有外出的计划，就可以选择“最佳电池寿命”模式给笔记本供电，这样就避免了电池经常处于100%的状态下，延长了电池使用寿命。但是，一旦出现需要临时外出的情况，60%的电池电量能否够用就不好说了。如果你出差和外出已成惯例，那就不要吝啬电池寿命了，选择随时能让电池保持在100%电量的“最长续航时间”才最靠谱。

 

总之，从Yoga的电源管理中我们不难发现它缺乏足够详细的说明，而且将55%～60%作为充电阀值也不太合理。对无法更换电池的超极本而言，最需要的就是像ThinkPad笔记本那种可以自定义充电阀值的电源管理功能（图2）。

 

希望包括联想在内的所有笔记本/超极本厂商可以重视电源管理系统的开发研究，解决此类不可更换电池的笔记本的寿命隐患，真正把用户的需求放在首位，让用户能根据自己的使用习惯，在最长续航时间和最佳电池寿命之间找到平衡点。

 

扩展阅读 如何用好充电阀值

包括ThinkPad在内的很多产品都提供了针对电池充电阀值的设置功能，而这类功能也必将成为未来很多超极本的标配，所以我们还是有必要简单探讨一下最合理的自定义充电阀值的大小。

 

对于支持自定义充电阀值功能的笔记本来说，为了兼顾电池保养而又不影响笔记本正常使用，分如下三种类型提出使用建议：

1. 对于经常临时外出使用笔记本的用户，可以自定义阈值范围70%～90%。相对于Yoga现有55%～60%的阈值范围，不仅可以延长临时外出时笔记本的续航时间，而且阈值范围的变宽也能延长放电时间，降低充电次数，兼顾电池的使用寿命。

 

2. 对于很少外出使用笔记本的用户，可以自定义阈值范围10%～100%。在插上外接电源的情况下，开机时不放电，关机时少放电，能保证每次100%至10%的放电时间持续一个月以上，大大减少充电次数。

篇3

【关键词】电力通信电源；管理；维护

一、引言

通信电源对电力通信是最重要的环节，所以如果通信电源出现了故障，那么不仅仅是通信设备中断，而且还会引起通信电路的中断，进而导致一些重要的信息不能进行正常的传输。随着经济的不断发展，电网的规模也越来越大，通信技术也不断的进步，这都极大地促进了电力通信事业的发展。因此加强对通信电力电源的管理与维护更有着重要的意义，也对电力通信网络安全平稳工作有着直接的影响。

二、电力通信对电源的要求

通过长期的统计分析发现，造成电力通信网络中断的原因主要有两个，一是通信设备本身出现问题，二是通信电源发生了故障造成网络的中断。随着通信技术的不断进步与发展，虽然通信设备的可靠性有所增强，本身出现故障的概率不高，但是关于电力通信电源仍然是导致电力通信不能正常运转的主要原因。根据统计发现，因为电源系统错误导致的电力系统故障占通信总故障的70%以上，所以说通信电源已经成为影响电力通信网络正常运转的关键。电力通信对电源的要求主要有以下几个方面：

第一是可靠性。电力通信必须时时刻刻保障通畅，这不仅仅要求提高通信设备的可靠性，同时，还必须提高电源系统的可靠性，电力通信电源不能有一刻的间断。一般情况下，电源会给多个通信设备供电，所以如果电源系统出现了故障会给通信带来很大的影响。为了保证供电的可靠性，应该优先使用整流器和电池并联浮充的供电方式以实现对通信系统的供电。此外，对开关的整流器应该采用多个整流模块并联工作的方式，这样即使一个模块出现了错误，也不会给其他通信的供电造成影响。

第二是稳定性。通信设备的正常运转离不开一个稳定的电压，所以通信设备电源的电压不能超过一个允许的范围，电压过高会使通信设备的原件造成损伤，电压不够又会导致设备不能够正常的运转。同时，对于通信设备中的电源电压的脉动，也必须要求其杂音在规定的允许范围内，不然会对通信的质量有所影响。

第三是小型性。随着科技的不断进步，集成电路也朝着小型化和集成化前行，为了满足通信设备的要求，电力电源也必须朝着小型化和集成化的方向发展。同时，各种移动设备以及航空航天装置中的通信设备也要求电源装置的体积不能超过一定的限度，保证质量必须轻。为了减少电源的体积和质量，集成稳压器和无功频率变压器得到了越来越多的重视，同时被应用到电源中。据了解，近几年在通信设备中大量的采用工作频率高达几百赫兹而且体积较小的诺振型开关电源。

第四是频率高。随着科技的不断变化发展，通信设备也越来越先进化，最明显的表现为通信设备的容量日益增加，电源系统承载的负荷也不断增加。因此为了节省电源，我们在日常的工作运行中必须提高电源的利用率和工作效率。提高电源工作效率的方式主要是采用高效率的通信电源设备，在过去相当长的一段时间中，我国大部分的通信设备电源采用的是控型整流器，电源的效率比较低，而且对变压器的损耗较大。而相比之下，高频开关电源效率最高可达90%以上，因此现阶段大部分的通信电源都采用的是高频开关电源，从而节省能源，减少不必要的浪费。

三、电力通信电源系统的常见配置与特征

电力通信网中主要包括以下几个内容：电力载波通信站、光纤通信站、微波通信站以及各级调度通信中心。

（一）通信站通信电源系统典型配置

第一是电力载波通信站方面，随着时代的发展，电力载波通信站已经不再作为通信的主要手段；第二是光纤通信站，地调和变电站以及电厂内一般都会设有管线通信站，一些超长的光线电路中还会存有中继站，中继站中主要是采用的DC-48V直流电源。电源系统通常是有一路或两路的交流电源，通过交流配电器送达高频开关电源，再通过高频开关电源整流之后对两组蓄电池进行浮充，同时对设备进行供电。第三是微波通信站，目前微波通信站仍然采用的是数字微波电路，所以微波站的数量多，分布的也比较广泛。微波中继站一般是无人站，部分甚至是修建于高山上，运行环境也较差。第四是调度通信中心机房，调度通信中心机房主要包括省调、地调的通信机房，机房中设备较为齐全，供电的要求也较高。通常情况下，调度通信中心的条件较好，有可靠的交流电，有多个直流配电屏可以满足不同地方的通信设备的需求。

（二）电力通信电源的特点

1.高频开关电源的特点

高频开关电源除了效率高之外，体积小、质量轻、输出文波低而且动态响应快、控制的精度可以很高，模块可以叠加的输出。高频开关电源由于具有以上几个特点，大大减少了日常维护工作的工作量，极大地展现了通信电源维护的工作效果。高频开关电源具有模块化的机构设计，使得它的任何一块整流模块都相当于一台控制电源设备，都能够进行独立的工作，多个模块的并联，一旦其中的某一个模块发生故障，其他几个模块仍然能够正常工作。

2.VRLA蓄电池的特点

VRLA蓄电池是一种新型的直流储能电源，主要的特点是：坚固、耐用、高能量、体积小、污染少以及使用安全方便等。VRLA蓄电池如今已经被广泛地运用到通信领域中，尤其是在网络通信领域中，代替了原有的开放式铅酸蓄池。

四、电力通信电源管理方面存在的问题及解决方案

（一）电源管理存在的问题

1.通信电源在设计、配备和建设方面存在的不足

电力通信电源在设计的过程中仅仅考虑了通信设备对电源可靠性的要求，对于意外情况发生没有足够的考虑。就像我国一些通信站只有一路的交流供电，没有其他应急的备用电源方式，一旦现有的电源出现故障而且时间较长，由于缺乏应急的供电设置，那么现有的蓄电池是不足以维持通信设备正常运转的，从而影响通信设备的正常运行。另一方面，电源在设计的过程中没有进行严格的规范，电源相关设备的摆放、电源所使用的材料以及电源电缆布线等各个方面都存在着不规范的现象，这导致电源在使用后很可能会引发电源故障，严重的还会造成火灾。

2.机房环境较差，不能满足电源运转的基本要求

机房环境对电池的运转有很大的影响，但是现阶段我国大部分的电源机房除了防雷接地之外，其他方面都不满足相关的要求，“三防”工作做的也不好，温度较高所以很难达到电源设备正常运转的条件。

3.没有严格的规范电力电源系统的管理以及设计技术的章程和规范

由于在电力通信电源的设计、建设以及运行管理维护方面缺乏完善的规章制度，所以在电源系统的设计建设和管理方面根本无章可循，工作随意，给整个通信网络的正常运转带来巨大的影响。

4.通信电源管理薄弱

据调查发现，大部分的通信电源运行和维护管理基本上没有设立专门的岗位，同时也缺乏有效的技术管理，没有针对通信电源运行的特点有针对性地进行管理，也没有相关的科学维护方法。根据统计发现，在所有的电源设备事故中有70%的事故来自于电源的原因，有20%是来自于高压的原因，剩下的主要是高频开关电源事故。所以说，对电源进行科学的运行和管理可以有效地降低通信设备事故的发生。

（二）解决方案

1.从思想意识角度

通信电源的管理之所以一直处于一个无人监管的状态，主要还是电力集团方面对电力通信系统电源管理的疏忽，其表现在思想意识不高，他们大部分认为电源不是工作的重点。所以，想要加强通信电源的管理主要还是要提高电力企业对电源的重视程度，在企业的内部加强对电源重要作用的认识，进而从根本上提高通信电源的管理。

2.从技术角度

应该严格按照相关的要求对电源系统进行设计审查，不能因为资金问题就将质量降低。同时还应该建立一个可靠的且使得电源能够高效运转的机房环境，及时地掌握通信电源的运转情况，并及时对电源系统进行检查以保证电源系统的正常运转，从而保证整个通信系统的正常运转。同时应该加强机房温度的管理，由于现阶段使用的电源系统大部分集成度较高，对工作环境的温度要求会较高，因此要严格的控制机房的温度以降低电源系统老化的速度。

3.从管理角度

随着电力体制和通信系统的不断改革和完善，电力公司应该挑选一批具有相关专业知识的技术人员，建立一个独立的部门来专门负责电源的管理与维护工作。同时，要不定期地安排该部门技术人员进行相关知识的学习，加强相关工作人员在通信电源岗位专业知识的培训，尤其是当出现新的电源系统时，要及时地安排相关人员对该系统进行学习，以达到了解并熟识该电源系统的目的，这有利于以后对该电源系统管理与维护工作的开展。

参考文献

[1]李晨煜.电力通信机房电源系统供电模式探析[J].中国高新科技企业，2011（4）.

篇4

关键词：Linear；电源管理；PMIC

背景

USB技术提高了电子产品的便携性，同时需要较大的电池容量为更多功能供电。以个人媒体播放器为例，随着可下载媒体内容的爆炸性增长，人们想要将PC中的数据传送到便携式手持设备，USB使得这种传送速度更快。用同样的USB端口给设备充电也很方便。不过，用USB端口给设备的电池充电时，在功率上有一些限制。电源通路(PowerPath)拓扑集成电路解决了这些问题，为最终用户带来了各种益处，例如能够自主和无缝地管理各种不同的输入电源、电池、以及为负载供电、以最低的热量快速充电以及实现“即时接通”工作。凌力尔特公司提供的LTC3555是一种电源管理集成电路(PMIC)，片上有基于开关模式的电源通路管理器、锂离子电池充电器、3个降压型稳压器以及LDO。该器件具有很多高性能功能，有益于最终产品，其微型扁平QFN封装以及极少的外部组件可为手持式电子产品组成简单、紧凑和经济的解决方案。

主要的设计难题

在很多情况下，能够用USB端口给电池充电为用户提供了更大的方便。但是，USB规范对USB电流有一定限制。一个基于USB的电池充电器必须尽可能高效率地从USB端口抽取尽可能多的功率，以满足今天的电源密集型应用在空间和热量方面的严格限制。

在产品内管理电源通路是另一个问题。例如，今天很多由电池供电的便携式电子产品可以用交流适配器、汽车适配器、USB端口或锂离子／聚合物电池供电。不过，自主管理这些电源、负载和电池之间的电源通路带来了巨大的技术挑战。传统上，设计师们一直尝试用少量MOsFET、运算放大器和其它分立组件实现这一功能，但是一直面临着热插拔、大浪涌电流等巨大的问题。这些问题可能引起严重的系统可靠性问题。直到最近，即使分立的集成电路解决方案也需要几个芯片来实现一个实用的解决方案。

便携式消费类电子产品常常采用锂离子电池和锂离子聚合物电池，因为这类电池的能量密度相对较高一与使用其它可用化学材料制成的电池相比，在给定的尺寸和重量限制条件下，它们的容量更大。随着便携式手持产品变得越来越复杂，它们消耗的功率也更多，因此对较高容量电池的需求也越来越大了，对更先进的电池充电器也产生了相应的需求。容量较大的电池需要较高的充电电流或者更多的时间才能充电至满电量。大多数消费者希望充电时间较短，因此提高充电电流似乎是明显可取的，但是提高充电电流带来了两大问题。首先，就线性充电器而言，电流增大会增加功耗，也就是热量，将典型的实际功率“最大值”降至2.1W。其次，根据主控制器协商好的模式，充电器必须将从5V USB总线吸取的电流限制到100mA(500mW)或500mA(2.5W)。这种对高效率充电的需求，加之电池充电器集成电路必须实现高水平的功能集成以及节省电路板空间和提高产品可靠性的需求，都给电池供电型电子产品设计师带来了压力。

总之，系统设计师面临的主要挑战如下：

・最大限度地提高从USB端口(可提供2.5W)获取的电流；

・管理多个输入电压源、电池和负载之间的电源通路；

・最大限度地减少热量；

・最大限度地提高充电效率；

・最大限度地减小解决方案占板面积和高度。

“富有意义地集成”的电源管理集成电路(如凌力尔特公司提供的电源管理集成电路)就可简单轻松地解决这些问题。

一个简单的解决方案：电源通路控制

电源通路控制能够自主和无缝地管理各种不同输入源之间的电源通路，如USB端口、墙上交流适配器和其他类型的交流适配器以及电池之间的电源通路，并向负载提供充足的功率。电源通路系统还能实现“即时接通”工作，因为一向电路供电，中间电压就可向系统负载供电，这允许最终产品插电后立即工作，而不管电池的充电状态。一个具有电源通路控制功能的器件既为该器件负载供电，又用电源为单节锂离子／聚合物电池充电。为了确保一个满充电电池在连接USB总线时保持满电量，集成电路通过USB总线直接向负载输送功率，而不是从电池抽取功率。一旦电源被去掉，电流就通过一个内部低损耗理想二极管从电池流向负载，从而最大限度地降低了压降和功耗。参见图1以获得详细信息，该图是一个简化的开关电源通路方框图。理想二极管的正向压降远低于普通二极管或肖特基二极管的正向压降，因此最大限度地提高了能量传送效率，而且反向漏电流也较小。微小的正向压降减少了功耗和自热，延长了电池寿命。

开关电源通路系统

第一代USB充电系统应用直接在USB端口和电池之间设置限流的电池充电器，电池直接给系统供电。第二代线性USB充电系统在USB端口和电池之间产生一个中间电压(电源通路系统)。新的第三代USB充电系统具有基于开关模式的拓扑。此类电源通路器件从一个符合USB规格的降压型开关稳压器产生一个中间总线电压，该电压被调节至一个高于电池电压的固定电压，参见图1。这种形式的自适应输出控制被凌力尔特公司称为Bat-TrackTM(电池跟踪)。稳定的中间电压仅调节到足够通过线性充电器恰当充电的电压值。不过，通过以这种方式跟踪电池电压，最大限度地减小了线性电池充电器中的功耗，提高了效率，并最大限度地提高了负载可用功率。另外，平均开关输入电流限制最大限度地提高了利用USB电源提供全部2.5W功率的能力。可选外部PFET降低理想二极管的阻抗，以实现较低的热量损耗。这种架构对具有大电池(＞1.5Ahr)的系统而言是“必须”的。

LTC3555：基于开关电源通路管理器的电源管理集成电路

LTC3555电源管理集成电路将USB开关电源通路管理器和锂离子电池充电器与3个同步降压型稳压器和LDO结合在一起，采用小型28引脚(4mm×5mm)QFN封装，可提供完整的电源解决方案(参见图2)。

恒定电流、恒定电压锂离子／聚合物电池充电器利用电池跟踪功能，通过产生自动跟踪电池电压的输入电压，最大限度地提高电池充电器的效率。独立自主工作无需外部微处理器实现充电终止。由于节省了功率，因此LTC3555允许VOUT上的负载电流超过USB端口吸取的电流，而不会超出USB负载规格；因此可从USB端口获得700mA充电电流，实现了快速充电(参见图3)。12C串行接口使得系统设计师能够彻底控制充电器和降压型稳压器，以实现在广泛的应用中改变工作模式这种终极适应性。LTC3555的3个用户可配置降压型DC／DC转换器能够向低至0.8V输出电压提供0.4A、0.4A和1A输出电流，在输出电压高于1.8V时，以100％占空比工作并具有高达92％的效率。突发模式(Burst Mode)工作以每个稳压器仅为35uA的静态电流(停机时＜luA)优化了轻负载时的效率，2.25MHz高开关频率允许使用高度不到1mm的纤巧低成本电容器和电感器。另外，稳压器用陶瓷输出电容器可稳定，实现了非常低的输出电压纹波。这个器件还提供始终接通3.3V LDO稳压器输出，能够为如实时时钟或按钮监视器等系统提供25mA电流。

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关键词：更新理论；硬盘；动态电源管理

中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)10-2419-03

Renewal Theory and Hard Disk Power Management

RAO Peng

(Technical Support Centre of ATMB of Southern and Middle China, CAAC, Guangzhou 510403, China)

Abstract: The process of hard disk from idle to low-power mode, and then turning to idle can be viewed as a renewal process. The user and hard disk construct a queuing system. The hard disk power management system is modeled by renewal theory and queue system theory.

Key words: renewal theory; hard disk; dynamic power management

从总体上讲，功耗降低技术在嵌入式系统范畴内可以分为两大类[1]：静态技术和动态技术。静态技术主要在系统初始设计过程中使用，其假设系统的功能定义和工作模式已知，而且在将来也不会改变。与静态技术相对应，动态技术则是系统在运行阶段充分利用工作负载的变化性来动态改变设备工作模式，从而达到降低系统功耗的目的[2]。动态技术本质上是一个系统级的设计方法，其最关键之处在于电源管理(Power Management，PM)单元：PM监控整个系统的工作状态，当发现系统处于低负载或者无负载状态时，就发送命令来控制目标设备的工作模式。

1 硬盘电源管理系统模型

硬盘电源管理系统模型如图1所示。系统的每一部分行为都可以用概率分布来描述。用户行为可以用请求到达间隔时间分布来描述。同样，设备的行为，可以用服务时间分布来描述。状态转换时间分布描述设备在不同状态转换的行为。请求到达间隔时间分布和服务时间分布之间的联系就描述了缓冲队列的行为。这几类概率分布就组成了电源管理系统需要解决的随机最优化问题。

1.1 用户

通过采集硬盘请求到来的轨迹可以分析用户的行为。本文采用Brigham Young大学的PEL实验室采集的硬盘请求轨迹[3]。这个硬盘轨迹是连续15天在程序开发人员的环境下采集的，包括文本编辑器，编译器，IDE，浏览器，邮件，桌面环境的使用。

用户有活动和空闲两种状态。文献[4]给出了硬盘超时策略的最佳取值2s，将这段时间有请求到来的时间视为用户活动状态（在分析中为了精确，采用了3s）。通过Matlab来分析用户活动状态请求来到时间间隔的分布，如图2。

在图2中，实验曲线是实际的用户请求来到时间间隔分布，指数曲线是用户请求来到时间间隔指数分布曲线。在用户活动状态下，请求到来间隔时间分布近似于指数分布，可以用指数分布来描述活动状态下的请求间隔时间分布。用λra来表示单位时间内请求到来的平均个数，1/λra则表示请求平均间隔时间，那么在间隔时间t内，请求到来的概率分布函数如下：

(1)

可以采用分析活动状态请求的方法来分析空闲状态的请求，如图3。

仍然可以用指数分布来描述空闲状态下请求间隔时间的分布。用λri来表示空闲状态下请求在单位时间到来的平均个数，1/λri表示请求平均间隔时间，那么在间隔时间t内，请求到来的概率分布可以表示为：

(2)

为什么要把用户请求分成活动状态和空闲状态来分析呢？这和用户的I/O特性是紧密相关的。用户对硬盘的I/O请求主要集中在某段时间，而且I/O请求在这段时间内来到的间隔时间几乎都是在1s中之内，如果将空闲状态请求和活动状态请求放在一起分析，空闲状态将会被忽视掉。

1.2 硬盘

硬盘的服务时间分布可以用指数分布来描述[5]。用λsp表示单位时间内硬盘服务的请求的个数即服务率，平均服务时间为1/λsp，则在间隔时间t内，硬盘服务请求的概率分布函数可以表示为：

(3)

λsp可以通过硬盘参数传输率来估算。

硬盘从idle状态转换到sleep状态的平均时间用Tts表示，Tts的值约为0.67秒；硬盘从sleep状态转换到active状态的平均时间用Tta表示，Tta的值约为1.6秒。

1.3 服务队列

队列用来描述还有多少个请求处于等待状态。通过对请求轨迹的分析，可以用大小为10的队列。

通过上面的系统描述和轨迹分析，可以获得表1的结论。

由于用户请求来到间隔时间与硬盘的服务时间在活动状态都是指数分布，用户与硬盘就组成了一个M/M/1排队系统[6]。

2 更新理论与硬盘动态电源管理

更新理论研究随机过程中存在独立同分布的间隔时间序列，其过程在每一间隔时间都可视为一个重新开始的过程；泊松过程是更新理论的一个特例，下面给出其严格定义。

随机过程{N(t),t≥0}称为一个计数过程，若N(t)表示到时刻t为止已发生的“事件”的总数。计数过程{N(t),t≥0}称为泊松过程[7]，具有参数λ，λ＞0，如果

1）N(0)=0,

2）过程有独立增量，

3）在任一长度为t的区间中事件的个数服从均值为λt的泊松分布。即对一切s,t≥0，

以X1记第一个时间来到的时刻，对n≥1，以Xn记第(n-1)个到第n个事件之间的时间，序列{Xn,n≥1}称为来到间隔分布[6-7]。泊松过程中Xn,n=1,2,…, 为独立同分布的均值为1/λ的指数随机变量。

从泊松过程的定义我们知道过程在任何时刻都重新开始，即从任何时刻起过程独立于先前已发生的一切（独立增量），且有与原过程完全一样的分布（平稳增量），也就是说过程无记忆性（指数分布）。

如果计数过程{N(t),t≥0}的来到间隔独立同分布，分布函数任意，则称为更新过程[7]。由于间隔是独立同分布的，所以在各个更新时刻此过程在概率意义上重新开始。

在硬盘电源管理系统中，用户在活动状态，空闲状态的请求来到间隔时间分布，硬盘服务间隔时间分布都是指数分布，可以视为泊松过程来研究。

硬盘从idle状态转换到其他状态，再转换到idle状态这一循环过程可以视为一更新过程[5]。当硬盘处于idle状态时，可以做决策，将硬盘转入低功耗状态，如sleep状态；硬盘进入sleep状态，如果有请求到来，硬盘转入active状态，服务完所有请求，硬盘进入idle状态，即重新进入一个更新过程。而硬盘处于idle状态，在转入sleep状态前有请求到来，硬盘将转入active状态。图4是基于更新理论的硬盘状态转换图。

3 系统建模

把等效工作时间平均分成N段时间间隔，每一等分时刻作为一个决策时刻，策略由每一决策时刻进入低功耗状态的概率集合组成。

定义S={jh|j=1,2…,N}为系统在idle状态决策时刻集合，其中Nh等于等效工作时间；

P={p(j)|j=1,2…,N }系统的策略优化决策集合，p(j)是系统在jh时刻将硬盘从idle状态转入sleep状态的概率；

E(tj)系统在jh时刻至下一个更新过程来到的时间间隔数学期望；

q(j)在E(tj)时间的性能损耗；

c(j)在E(tj)时间的能量损耗；

Pst为能量损耗约束，则可以构造在能量损耗约束的条件下，性能损耗最小的最优化问题（反之亦然），如公式4。

(4)

是能量损耗数学期望，是能量损耗约束下数学期望，能量损耗要小于等于能量损耗约束。

4 结束语

硬盘在嵌入式系统特别是移动设备如笔记本电脑等的能耗中占据相当大的比重，为硬盘提供有效的电源管理，对系统的节省能耗，延长使用时间具有重要的意义。本文研究了硬盘电源管理系统模型，硬盘从空闲状态转入低功耗状态，再转入空闲状态这一过程可以认为是一个更新过程，而用户、缓冲队列和硬盘则构成了一个排队系统。本文利用更新理论模型算法对硬盘电源管理系统进行建模。

参考文献：

[1] Rabaey J,Pedram M.Low Power Design Methodologies[M].Kluwer,1996:78-93.

[2] Lu Y H,Chung E Y,Simunic T,et al.Quantitative Comparison of Power Management Algorithms[C]//Design Automation and Test in Europe,2000:20-26.

[3] tds.cs.byu.edu/tds/.

[4] Li K,Kumpf R,Horton P,et al.A Quantitative Analysis of Disk Drive Power Management in Portable Computers[C]//USENIX Winter 1994 Technical Conference.San Francisco,1994:22-22.

[5] Simunic T,Benini L,Glynn P,et al.Event-Driven Power Management[J].IEEE Transactions on Computer-aided Design of Integrated Circuits and Systems,2001,20(7):840-857.

篇6

[关键词] 通信电源 通信系统 管理 维护

在通信系统中，电源是一个不可缺少的部分。完整的通信电源系统分为5个部分：直流配电单元、交流配电单元、蓄电池组、整流模块和监控系统，这种通信电源系统能够被广泛的应用，也适合于专网通信和公众网通信。

1.通信电源的基本要求和特点

对通信电源系统来说，最重要的要求就是可靠性和稳定性，在通信系统中，如果其他的设备出现故障，只会对局部造成一定的影响，这种影响较小，但是如果通信电源系统出现故障，那么就会造成通信系统的全面中断。所以通信电源系统必须有一个备份设备，电源设备要有备品备件，要进行双路或多路输入，直流和交流互相备用。在目前，我国对通信电源的要求是：要有完善的防雷措施、设备要能够满流输入电源范围的大幅度波动，用多重的备用设备来防止电源发生故障而导致通信的全面中断。因电网的分布和许多地方的电压波动范围很大，这就要求电源设备能够有着更宽的工作电压范围，不然就需要进行稳压装置的安装或是增添。

2.通信电源的管理

2.1提高对电源设备的认识、重视

电源设备和通信网中的其他设备在交换、传输等方面有着很大的差别。从本质上来讲，其实电源设备是属于机电设备而不是通信设备。因此，在通信业中，通信电源在很多的地方都得不到保证，无论是从机构组织上、人员资金上或是管理上，通信电源都得不到相应的保障。然而通信电源作为整个通信系统中的正常运转的保证，它的作用从整体到局部上，都占据了最重要、最关键的地位，因此，必须要引起对通信电源的重视。

2.2加强专业化管理

对通信电源的管理上，要求通信网的各个网点都要有专门的、独立的电源管理机构和人员，因为相对于通信网络来说，通信电源是另外的一个专业，而且是一个包含了多种学科和系统的大专业。因此，通信电源的管理要配备专业的管理人员，由其他专业的人来兼管通信电源是一种不科学的行为。

2.3从技术上规范

在管理过程中，对运行维护中存在的问题要进行及时、有效的研究，经常分析运行参数，对故障的发生进行预测，并及时的排除，尽量把设备的平均故障修复时间缩短。建立排除电源故障有效的应急措施，保证可靠的供电。建立健全管理规章制度，以适应新形势下的管理需要。

2.4智能化管理

随着通信设备的集成化、小型化，通信电源设备也开始向标准化、智能化的方向发展，符合开放式的通信协议。同时，因供电方式从集中供电向分散供电的转变，导致了人工监控的模式难以实现有效的管理。所有，实施集中监控管理是通信电源管理的一个必然的管理趋势，是现代化通信网的必然要求。

3.通信电源系统的维护和检修

3.1做好电源故障的清查

当通信电源系统出现故障时，必须首先清查原因，分清是因为负载还是因为电源系统，是主机或是电池组，虽然说通信电源系统主机有着一定的故障自检功能，但是这种坚持功能是一种面的坚持，而不是对点的，对于配件的更换会很方便，但是要想进行故障点的维护，还需要对故障进行大量的分析和检测工作。另外如果是自检部分出现故障，那么自检出来的内容也肯定是错误的。在主机出现击穿、烧毁器件或断保险等故障，一定要先查明故障的原因，并在故障排除后再进行重新启动，否则就会接连出现相同的故障，这样就会严重的减少设备使用寿命。不要因为高智能而忽略了本应该做的维护工作，预防措施在任何条件下都是对通信系统正常、安全运行的重要保障。

3.2做好除尘工作

高频开关电源设备在正常的使用情况下，一般出现的维护工作较少，主要是进行定期的除尘和防尘。特别是在一些气候干燥的地区，一般空气里面所含的灰粒会很多，如果不进行必要的防尘和定期的除尘，就会造成灰尘在机器里面沉积，如果再遇到空气变得潮湿，就会引起主机控制的紊乱，造成主机工作失常，并不断发出一些不准确的警告。另外大量的灰尘还对器件散热产生严重的影响，所以要在每个季度开展一次全面、彻底的灰尘清理。其次在进行除尘时，要对各个连接件和插接件进行检查，主要检查是否出现了松动或是接触不牢等情况。

3.3做好电池组的维护工作

蓄电池除了有进行直流电能的储存功能外，其等效电容量的大小也和蓄能电池容量大小成正比关系，因此在维护过程中，进行蓄电池的维护和检修也是一项非常重要的工作，虽然说蓄电池组现在一般都采用了免维护电池，但这只能够免除以往的配比、测比以及定式添加蒸馏水等几项工作。但是工作状态对电池的影响并没有发生改变，不正常工作状态对电池的影响也没有发生改变，所有蓄电池的工作全部都处在浮充状态。对这种情况，要求在每年进行一次电池的放电，放电前要对电池组进行均衡的充电，让全组电池达到一个平衡状态。放电过程中，如果一只电池达到了放电终止电压，就要停止放电，想要继续放电就必须先排除落后的电池再进行放电。注意要关注、发现并进行落后电池的处理，通过对落后电池的处理后再进行核对性放电试验，这样可以有效的防止事故发生，以免在放电过程中，落后电池变成反极电池。在平时每组电池中至少要有8只电池来作为标示电池，作为了解电池组工作状况的参考，对这些标示电池要进行定期的测量，并在测量后做好记录工作。还要注意在日程维护中要做好电池组的清洁，并对电池两端的电压、温度、连接处松动和腐蚀情况、连接条压降、电池外观是否完好、是否有渗漏、极柱和安全阀周围是否有酸雾逸出以及主机设备是否正常等进行检查，对于免维护电池要做好日常的运行维护和管理，保证设备的安全、政策运行，从而延长设备的使用寿命。

4.结束语

篇7

关键词：双电源正确操作；双电源的风险；反向送电；自动转换开关双电源

中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-01

从19世纪末第二次工业革命的爆发，标志着电气时代的来临。人们的生产生活随着电力产生发生变化，电力开始日益融入人们生活中来，在各行各业中发挥着非常重要的作用。当人们遇到不可抗力的停电状况时，例如：企业无法生产、医院无法救人等因为停电无法进行常规的操作；于是人们开始想办法来解决因为停电造成的损失。因此双电源应运而生，解决了许多人们因为停电而无法进行工作的窘境。而大多数使用双电源客户是国家用电客户的重要组成部分，它们用电状况直接影响电网的安全稳定，所以国家对于双电源用户就有严格的要求，并提出了四项条件限制，而符合条件的用户必须需要向电力部门申请，并由电力部门监督进行安装备用电源，杜绝反向送电情况发生。

一、双电源的供电性质

双电源的供电性质是引自两个性质不同的电源，馈电线路是两条；有一用一备两个电源。双电源重要的作用就是一旦发生停电，用户启动双电源可以减少很多损失。例如：如果医院在手术的过程中发生停电现象，医生无法进行正常的手术，所以双电源的启用就会解救了生命垂危的患者让手术继续进行。但是，事物的发展是双面，有好的一面也有坏的一面，要辩证看待双电源的问题，看到我们多大多数人不会了解的危害与性质。

用户在使用备用电源时，有些都未经电业部门许可，就擅自在停电时借来一台备用发电机使用，只会些简单基本的操作。大多数用户为了恢复电力完全没有注意到，在使用备用电源不与电力部门的人联系，根本无法保证个人所使用的备用电源是否安全，常常做出违规操作还不自知，而且他们在操作过程中无法保证在启动自备发电机时是否断开公用电源，是否会发生反向送电的危害。这样不恰当的操作不仅给将来维修作业的电力维修人员带来危害，也给自身安全带来了不确定。

二、双电源管理存在的风险

（一）双电源的安装时留下隐患

一些企业在安装双电源时草草而行，不认真检查在安装过程，不按照国家电力部门颁布的条例进行安装。

企业安装双电源是为了在停电时避免损失，因此用户在安装双电源时要严格按照该用户所在的地区电业部门的要求进行申请安装，并向电力部门提交装修方案、装修队资料和地点等详细资料进行审核，严格按照此地电业部门的要求进行装修，避免留下隐患。双电源应设在一个变电所或配电室内，其进线开关要有明显断开点，并设有安全可靠的联锁装置，防止倒送电。良好的双电源配置能够避免重大事故的发生，严格准守要求能够避免在安装过程中遗漏，这也是企业用户保护自己财产的方法。

（二）操作人员对电力知识不了解

许多企业用户在操作备用电源时并不了解详细过程，无法保证安全措施是否到位，在连接电源时是否将备用电源与公用电源断开，没有明确的安全步骤，不知自己的操作能否导致反向送电。所以用户在设置双电源时一定要严格按照政府的要求，制定出明确的故障维修制度、安全检查规章、安全防火措施和安全可靠的绝缘工具等等，最重要的是双电源的操作人员和维修人员一定要是具有基本电气知识，并且是通过电力管理部门考试合格，取得电力管理部门颁发的《电工进网作业许可证》，这样才能尽可能的避免工作人员发生意外和因错误操作引发倒送电的危险。

不按要求操作的用户在使用备用电源时，无法保证自己的操作是否正确，无法保证在切换备用电源时关闭公用电源，常常会导致反向送电，造成不可估量的危害，轻则设备损坏，重则人员伤亡。

（三）双电源的品质

大多数安双电源的企业都会选择现在市面上流行的自动转换开关的双电源，这种双电源可以用来检测被监测电源（两路）工作状况，当被监测的电源发生故障时，控制器发出动作指令，开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源。当故障电源恢复正常时根据不同的工作方式（根据不同的工作需要提前设置），决定是否由现工作电原返回到原供电电源。而市面上的自动转换开关双电源有两种：电动机型的双电源和电磁驱动一体化双电源，虽然这自动转换开关的双电源很方便安全，但是一旦出现问题也不好解决，所以一定要选择正规厂家出产的自动转换开关的双电源，因为这样才有良好的维修检查的售后技术支持，减少机器故障的发生。

而大多数私营小企业未向电力部门申报，自行用一些手动柴油发电机来供电，这种手动柴油发电机不仅污染环境而且运行过程中的噪音和电波辐射也会对环境造成污染，甚至危及人体健康。所以选一款安全的双电源电源很是重要，不仅仅是对自己的负责也是对他人健康还有自然环境的负责。

三、结束语

综上诉述，企业在双电源的使用过程中一定要谨慎，双电源在操作不当的情况容易产生反向送电，带来不可估计的后果。企业在使用的时候一定要遵守国家电力部门关于双电源的规章制度，并在具有电气知识的专业人员进行操作，有条理有规则的进行备用电源与公用电源的切换。而作为未能符合申请标准的商家不能乱用后备电源，因为操作不当引发的后果是商家无法承受的。

参考文献：

[1]田伟，庄立，田俊红.谈县级电网双电源的管理[J].电源技术应用，2013（08）：61-63.

篇8

在讨论云计算技术的同时，我们也应该看到日益紧张的能源消耗对于云计算应用前景的威胁，数据中心的电源管理将与“云”紧密相关。

电源是云计算的重要核心

我们投资建设了很多的数据中心，但为什么这些数据中心不足以成为云计算中心？实际上，不论是IaaS、PaaS还是SaaS，当前的数据中心都可以支持这样的服务。但是，如果与真正意义上的云计算数据中心相比，传统数据中心在效率和能源成本方面的差距就会显现出来。

借助虚拟化技术，云计算数据中心能够充分利用计算资源、网络资源和存储资源。借助桌面虚拟化技术，人们还可以将这种能力延伸到PC机接入端。虚拟化技术的应用，是为了让数据中心降低运营成本。而因能源消耗造成的运营成本才是今天数据中心面临的最大挑战。如今越来越多的用户关注数据中心的能源消耗。根据相关统计，数据中心的电力消耗已占到了全球能源电力消耗的8%。更为可怕的是，数据中心电力消耗正在以每3年翻一番的速度迅猛发展。在用户每年的IT投资成本中，运维成本已远远超过IT设备的采购成本，电源消耗已经成为了用户的痛点。

所以，云计算中心必须采用大量绿色节能技术以减少能源开支，降低运维成本。在这个基础之上构建的云计算服务，才能在价格、稳定性、可靠性等各方面具有竞争力，而所有这一切都离不开电源管理。

加强电源管理要从细处入手

对于如何加强云计算数据中心的电源管理，具体问题还要具体分析。其中，获得细化的用电数据是一个关键。以虚拟化为例，其中一个功能就是在业务低谷期，通过虚拟机迁移，把业务集中到少数服务器，关闭剩余的物理机，达到最大的节能效果。但在具体操作时，就需要数据的支撑。如果不能了解每一台服务器消耗电力的情况，何谈相应的管理策略？

在这一领域，美国Raritan（以下简称力登）公司对于数据中心的电力消耗问题显示出了敏锐的洞察力。“很多用户希望通过准确、连续的电源监控来抓住电源问题的核心，例如：找出减少能源成本的方法、有效地对机架进行冷却以及优化容量，并且希望获得先进的远程开关切换和电源排序功能，而我们正是瞄准了这一目标。” 力登公司CEO徐清一说。

根据徐清一介绍，数据中心能耗的快速发展并不是产业发展的正常结果，而是由长期不合理的规划、设计和使用所造成的。以制冷为例，每消耗1W电力，制冷设备至少可以带走3W IT设备所产生的热量。在实际应用中，超量制冷是普遍存在的问题，导致国内大多数数据中心的PUE值均在2.6以上。即便如此，局部热点所导致的数据中心故障依旧时有发生。

篇9

【关键词】便携 电源管理 电源应用

1 引言

便携式仪表凭借轻巧的体积、易用的操作，在野外测试中的应用日益广泛。便携式仪表与台式仪表相比，优势在于可以在无外接电源的情况下，在一定的工作时间内仍能正常工作。某便携式仪表要求提供5V充电，设备功耗3W，无外接电源情况下工作4h以上。

2 方案及硬件设计

2.1 方案

电源管理主要实现对电池组工作状态、充电/放电过程的管理，通过电源管理保证电池组及其充放电过程安全、有效、可靠。通过监测电池组的表面温度来判断电池组工作状态是否异常；充电过程中，通过监测电池组的电压，防止出现过充引发危险；放电过程中，通过监测电池组的电压和电流，防止出现过放、过流，降低电池组寿命。

电源管理主要由可充电电池组、充电模块、充放电保护模块、电量监测模块、电源上电和掉电模块等5个部分组成，其功能框图如图1所示。供电电池是整个便携式仪表的重要组成部分，承担整个系统的电源供给。充电模块产生恒定电压或恒定电流供给可充电电池组，对电池组进行充电。充电保护模块和放电保护模块对充放电过程的电压、电流和电池组的温度进行监测，充放电异常则断开充放电回路，保证整个系统的安全。电量监测模块对电池组的电量进行实时监控，系统通过I2C接口实时获取电池组的电量信息，以便及时对电池组进行充电。上电/掉电模块控制系统供电通路的通断，保证系统的正常运行与关断。

图1 功能框图

2.2 硬件设计

2.2.1 可充电电池组

目前，便携式仪表的主流供电电池包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂聚合物电池等。锂离子电池具有高单体电池电压、高比能量、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应、低放电率等优点。

设备功耗3W，要求无外接电源情况下工作4h以上。本方案选择18650锂离子电池ICR18650E作为供电电池，采取4节单体电池并联形成电池组的方式对设备进行供电。单节ICR18650E额定工作电压3.6V，一般工作电压范围为3.0～4.2V，额定容量2.2Ah，最大放电电流4.4A，工作温度-10℃～60℃。电池组的容量为8.8Ah，可提供至少26W功率，常温下可以确保正常工作8小时左右。温度越低，电池容量越小。-10℃时电池的容量约为额定容量的89%，可确保正常工作7小时左右，满足设计要求。

2.2.2 充电模块设计

根据锂离子电池的特性，选择TP4056来实现锂离子电池组的充电管理。TP4056具有高达1A的可编程充电电流，可以多颗并联使用，以增大充电电流，提高充电速度。每个芯片的充电电流都可以单独设置，互不干扰。本方案采用4片TP4056并联的方式给锂离子电池充电组充电。充电电流通过一个连接在PROG引脚与地之间的电阻器来设定。设定电阻器和充电电流采用下列公式来计算：

RPROG=1200/IBAT………………………………（1）

IBAT充电电流，取为780mA时，RPROG为1.5k。充电时间可采用下列公式来粗略计算：

tCHRG=（CBAT/CCHRG）×2…………………………（2）

CBAT为电池组额定容量，CCHRG为充电器每小时的充电容量。四片TP4056并联，每片采用780mA的充电电流，每小时可提供3Ah的容量。常温下电池组充电大致需要5～6个小时。

2.2.3 充放电保护模块设计

本方案选择R5402N163KD来实现锂离子电池组的充放电保护。R5402N163KD设定过充电压4.28V，过充释放电压4.1V，过放电压3.0V，过放释放电压3.2V，过流检测电压0.1V，过流保护延时时间12毫秒，短路保护检测电压0.9V，短路保护延时时间为300微妙。

在正常状态下电路中R5402N163KD的“COUT”和“DOUT”脚都输出高电压3.7V左右，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，3.7V导通电压下导通阻抗20毫欧左右，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。

电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，出现过充现象，当控制IC检测到电池电压达到4.28V时，其“COUT”脚将由高电压转变为低电压，使V2由导通转为关断从而切断充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。

电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至3.0V时，其“DOUT”脚将由高电压转变为低电压，使V1由导通转为关断，从而切断放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。

电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使U>0.9V时，控制IC则判断为负载短路，其“DOUT”脚迅速由高电压转变为低电压，使V1由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短，为300微妙。

篇10

关键词：防腐电源监控节点单片机

金属发生腐蚀的现象随处可见。腐蚀给金属材料造成的直接和间接损失是巨大的，以至造成灾难性的破坏事故，引起严重的环境污染。研究表明，因腐蚀造成的损失一般占国民生产总值的3％～4％，其中约有15％是可以通过现有的防腐技术避免的，而阴极保护技术的发展又是与防腐技术的进步分不开的。

防腐电源是阴极保护技术中最为关键的设备。由于易腐蚀的金属构件大部分分布在野外或者地下，并且分布范围广，如石油管道、输电线路、海上平台等，所以必然要求发展可靠性高、智能化的新型防腐电源，并且要求通过工业网远程采集现场数据，进行计算分析，实现远程控制，从而提高现场设备的可靠性，实现无人管理。

1防腐电源系统的结构组成

阴极保护技术简单地说就是测量被保护金属构件的电位(即管地电位)，并根据其大小变化，调节补偿保护电流大小，起到对金属构件的保护作用。图1是远程监控防腐电源系统示意图。

很显然，防腐电源是阴极保护系统中最核心的设备，其监控系统要能对其电位、电流、电压等运行参数进行检测与控制，实现网络化监控，满足实时、快速响应的要求。

2监控节点的硬件设计

系统硬件由两块电路板组成。一块为模拟板，主要对来自防腐电源的测量信号进行滤波、放大、采样保持，以及自动选择放大倍数等；一块为数字板，主要完成采样信号的模／数转换、计算(消除噪声并还原信号)、参数设置和数据传输[1]等。监控系统的总体框图如图2所示。

监控系统直接测量的是防腐电源现场的电信号，包括电压信号和电流信号。防腐电源的现场环境恶劣，待测信号中夹杂着诸多干扰信号。前置调理电路包括差模放大电路和有源滤波电路，用来抑制现场信号中的共模干扰信号和高频干扰信号。系统通过485总线与上位机进行通讯，使用约定的协议交换数据。

2．1模拟电路设计

模拟电路框图如图3所示，其中Vinl、Vin2、Iinl、I-in2为从防腐电源现场采集的信号。由于待测信号比较微弱，现场环境又比较恶劣，待测信号中叠加了很多干扰信号，为了从噪声中提取出有用的信号，采用差模调理电路和有源滤波电路相结合的调理电路对输入信号去干扰，然后通过电压分档电路估算信号的范围，提供给单片机。单片机根据给定的信号计算出合适的放大倍数，进而控制可编程放大器AD526的放大倍数，将已调理的信号放大到有效范围，输入到数字板上的AD574进行模／数转换。

2．1．1信号调理设计

通过试验对现场信号进行分析，发现干扰信号主要来自电源线的耦合干扰、电源的瞬态电压干扰和外部电磁辐射干扰。因此，这部分电路的作用有两个：一是根据干扰信号的频率特点设计滤波电路，有效地滤除干扰信号；二是对输入信号适当放大，完成阻抗转换。

2．1．2自动增益调节电路的设计

调理好的信号通过多路模拟开关进行逐一选定和处理。信号通过模拟开关后，一路进入分档电路测定范围，另一路进入放大单元放大到合适的工作范围。

AD526是专用五级变增益运放，增益级数为G＝1、2、4、8、16，增益控制输入脚有三个。设计中将两个AD526串联，这样就构成了1～256增益的放大单元，变增益放大电路如图4所示。

该电路由8个电压比较器构成分档电路，单片机读取其输出信号，根据得到的分档信号设定合适的放大倍数，控制放大单元的工作，实现自动调整增益，保证每路信号都能放大到A／D的最佳工作范围，满足高精度、宽范围的设计要求。

2．2数字电路设计

数字电路框图如图5所示。单片机80C51是本系统的核心，通过扩展ROM增加系统的数据存储容量。A／D为数据采集模块，D／A为标准电流控制信号输出模块，MAX485是与上位机进行通讯的模块，Vin为模拟部分的输出信号。

2．2．1通讯接口设计

系统通过485通讯接口与上位机通讯，交换数据。RS-485采用的是一对平衡差分信号线，为半双工通讯方式。RS-485对于多站连接是十分方便的，其标准允许最多并联32台驱动器和32台接收器，这足以满足一个中型构件的多点防腐系统的要求。总线两端接匹配电阻，提高了抗干扰能力。RS-485传输速率最高为10Mbit／s，最大电缆长度为1200m。考虑到现场工作环境的恶劣性，使用TVS管实现了防雷功能，保护系统不受瞬间高压破坏，提高了运行的可靠性。

2．2．2标准控制电流输出设计

上位机将接收到的数据进行处理，运用一定的控制算法得出所需要的反馈控制信号。由于防腐电源为模拟器件电路，无法直接接收数字控制信号，因此必须通过单片机转换成模拟信号，才能控制电源工作。

系统中采用的AD421是一种单片高性能数／模转换器。它由电流环路供电，16位数字信号以串行方式输入，5～20mA电流输出，可实现远程智能工业控制。其数字输入信号通过光电隔离保证信号的准确有效，输出为标准的电流信号，具有较强的抗干扰能力，可以直接驱动相关的模拟器件。

3监控节点的软件设计

为了提高程序编写效率，采用了目前广泛使用的MCS-51单片机高级语言C51作为软件开发工具[4]。