电源模块的发展篇1

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

电源模块的发展篇2

l生产制造工程

l汽车工业

l通用机械制造

l专用机械制造

l各种类型的专用机床OEM

l塑料加工

l包装工业

l食品和饮料工业

l工艺过程工程（例如，供水、排水、建筑服务设施等）

S7-300具有以下显著特点：

l循环周期短、处理速度高

l指令集功能强大、可用于空间有限的场合

l模块化结构、适合密集安装

l有不同档次的CPU、各种各样的功能模块和I/O模块可供选择

l100%免维护

l已检定合格的、可在恶劣气候条件下露天使用的模块类型

S7-300是由各种模块部件所组成，各模块能以各种不同方式组合在一起。这表明可将控制系统设计成完全符合应用的需要。

除了模块之外，用户其他所需要的就是一种DIN标准导轨。各模块安装在导轨上，并用螺丝固定。这种结构形式既可靠又电磁兼容。

背板总线集成在各模块上，通过将总线连接器插在模块机壳的背后，使背板总线联成一体。最多8个模板可一起装在一个机架上（中央控制器/扩展单元）。

4.3PLC模块简介

（1）CPU模块

CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。S7-300/400将CPU模块简称为CPU。

（2）信号模块

输入（INPUT）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，开关量输入、输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入、输出模块简称为AI模块和AO模块，它们统称为信号模块。信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电动机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。

开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。

CPU模块内部的工作电压一般是DC5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，例如DC24V或AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块的元器件，或使PLC不能正常工作。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。

（3）功能模块

为了增强PLC的功能，扩大其应用领域，减轻CPU的负担，PLC厂家开发了各种各样的功能模块。它们主要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的控制任务。

（4）接口模块

CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。接口模块用来实现中央机架与扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。

（5）通信处理器

通信处理器用语PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于实现点对点通信等。CPU模块集成有MPI通信接口，有的还集成了其他通信接口。

（6）电源模块

PLC一般使用AC220V电源或DC24V电源，电源模块用于将输入电压转换为DC24V电压和背板总线上的DC5V电压，供其他模块使用。

（7）编程设备

S7-300/400使用安装了编程软件STEP7的个人计算机作为编程设备，在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，可以实现远程编程和传送。编程软件还具有对网络和硬件组态、参数设置、监控和故障诊断等功能。

4.4电源模块的选择

PS307电源模块（5A）具有以下显著特性：

l输出电流5A

l输出电压24VDC；防短路和开路保护

l连接单相交流系统（输入电压120/230VAC，50/60HZ）

l可靠的隔离特性，符合EN60950

l可用作负载电源

4．5数字量输入模块的选择

表4-2数字量输入模块特性

SM321；DI32×24VDC数字量输入模块具有以下显著特性：

l32个输入点，带隔离，16点为一组

l额定输入电压24VDC

l适用于开关和2/3/4线BERO（接近开关）

4．6数字量输出模块的选择

表4-3数字量输出模块特性

数字量输出模块SM322；DO32×24VDC/0.5A（6ES7322-1BL00-0AA0）具有以下显著特性：

l32个输出点，带隔离，8点为一组

l0.5A输出电流

l24VDC额定负载电压

l适用于电磁阀、直流接触器和指示灯

4．7数字量输入输出模块的选择

表4-4数字量输入输出模块特性

数字量输入/输出模块SM323；DI8/DO8×24VDC/0.5A（6ES7323-1BH×1-0AA0）具有以下显著特性：

l8个输入点，带隔离，8点为一组

l8个输出点，带隔离，8点为一组

l额定输入电压24VDC

l额定负载电压24VDC

l输入适用于开关和2/3/4线接近开关（BERO）

l适用于电磁阀、直流接触器和指示灯

4．8接口模块的选择

表4-5接口模块的特性

（1）接口模板IM360具有以下特性

l用于S7-300机架0的接口

l通过连接电缆368将数据从IM360传送到IM361

lIM360与IM361之间的最大距离为10米。

（2）接口模板IM361具有以下特性

l24VDC电源

l用作S7-300机架1到机架3的接口

l通过S7-300背板总线的最大电流输出为0.8A

l通过368连接电缆将数据从IM360传送到IM361或从IM361传送到IM361

lIM360和IM361之间的最大长度为10米

lIM361和IM361之间的最大长度为10米

5低压电气元件的选择

5．1选择原则

电器元件选择的基本原则如下：

（1）按对电器元件的功能要求确定电器元件的类型。

（2）确定电器元件承载能力的临界值及使用寿命。根据电器控制的电压、电流及功率的大小确定电器元件的规格。

（3）确定电器元件预期的工作环境及供应情况，如防油、防尘、防水、防爆及货源情况。

（4）确定电器元件在应用中所要求的可靠性进行选择。

（5）确定电器元件的使用类型。

5．2按钮的选择

按钮主要根据所需要的触点数、使用场合、颜色标注以及额定电压、额定电流进行选择。

按钮颜色及其含义。国标GB5226-85《机床电气设备通用技术条件》对按钮的颜色做了如下规定。

（1）“停止”和急停按钮必须是红色。当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。

（2）“启动”按钮的颜色是绿色。

（3）“启动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得用红色和绿色。

（4）点动按钮必须是黑色。

（5）复位按钮（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时，则必须是红色。

5．3限位开关的选择

当生产机械运动速度不是太快时，通常选用一般用途的行程开关；而当生产机械行程通过的路径不宜装设直动式行程开关时，应选用凸轮轴转动式的行程开关；而在工作效率很高、对可靠性及精度要求也很高时，应选用接近开关。

接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。接近开关具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。

行程开关分PNP和NPN两种

PNP输出行程开关一般应用在PLC或计算机作为控制指令较多，NPN输出行程开关用于控制直流继电器较多，在实际应用中要根据控制电路的特性进行选择其输出形式。

现选择如下：

夹紧臂张开位行程开关（原位、PNP二线制）

切枪限位接近开关（终位、PNP二线制）

小车行程开关（原位、前位、PNP二线制）

5．4交流接触器的选择

接触器分交流与直流两种。应用最多的是交流接触器。

当线圈通电后，线圈中因有电流通过而产生磁场，静铁心在电磁力的作用下，克服弹簧的反作用力，将动铁心吸合，从而使动、静触头接触，主电路接通；而当线圈断电时，静铁心的电磁吸力消失，动铁心在弹簧的反作用力下复位，从而使动触头与静触头分离，切断主电路。

选择时主要考虑主触点的额定电压与额定电流、辅助电流触点的数量、吸引线圈的电压等级、使用类别、操作频率等。选择交流接触器，其主触点的额定电流应等于或大于负载或电动机的额定电流。

式中

—接触器的额定电压；

—负载的额定线电压；

—接触器的额定电流；

—接触器主触点电流；

—电动机功率；

—电动机额定线电压；

K—经验常数，K=1～1.4。

故选施耐德交流接触器

LC1-D0910N5C9A220V

N5—电压编号C—合资产品

5．5继电器的选择

继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力（有触头式）或使输出状态发生阶跃变化（无触头式），从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。根据转化的物理量的不同，可以构成各种各样的不同功能的继电器，以用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，从而控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。

被转化或施加于继电器的电量或非电量称为检点器的激励量（输入量），当继电器被激励，从一个起始位置达到预定的工作位置，并完成电路的切换动作，称为继电器的工作特性，包括吸合、不吸合、保持与释放状态。施加于继电器的激励量或高于它的吸合值或低于它的释放值，可以是电量如交流或直流电的电流、电压等，也可以是非电量如位置、时间、温度、速度、压力等。当输入量变化到高于它的吸合值或低于它的释放值时，继电器动作，对于有触头式继电器其触头闭合或断开，对于无触头式继电器其输出发生阶跃变化，以此提供一定的逻辑变量。

继电器的用途很多，一般可以归纳如下：

（1）输入与输出电路之间和隔离；

（2）信号转换（从断开到接通）；

（3）增加输出电路（即切换几个负载或切换不同电源负载）；

（4）重复信号；

（5）切换不同电压或电源负载；

（6）保留输出信号；

（7）闭锁电路；

（8）提供遥控。

因此，继电器选择如下：

欧姆龙G2A-432A-N1型

欧姆龙G2AK-232A型

5．6控制变压器的选择

控制变压器用来降低辅助电路的电压，以满足一些电器元件的电压要求，保证控制电路安全可靠地工作。控制变压器的选择原则如下：

（1）控制变压器一、二次侧电压应与交流电源电压、控制电路和辅助电路电压相等。

（2）应能保证接于变压器二次侧的交流电磁器件在启动时可靠地吸合。

（3）电路正常运行时，变压器温升不应超过允许值。

控制变压器容量的近似计算公式为

式中，—变压器容量的储备系数，=1.1～1.25

1.1×6×220≈1452KVA

所以选择额定容量为1500KVA的JBK3-1500变压器

5．7自动开关的选择

低压断路器俗称自动空气开关，是低压配电网中的主要电器开关之一，它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。主要用在不频繁操作的低压配电线路或开关柜（箱）中作为电源开关使用，并对线路、电器设备及电动机等实行保护，当它们发生严重过电流、过载、短路、断相、漏电等故障时，能自动切断线路，起到保护作用，应用十分广泛。较高性能型万能式断路器带有三段式保护特性，并具有选择性保护功能。高性能万能式断路器带有各种保护功能脱扣器，包括智能化脱扣器，可实现计算机网络通信。低压断路器具有的多种功能，是以脱扣器或附件的形式实现的，根据用途不同，断路器可配备不同的脱扣器或继电器。脱扣器是断路器本身的一个组成部分，而继电器（包括热敏电阻保护单元）则通过与断路器操作机构相连的欠电压脱扣器或分励脱扣器的动作控制断路器。

5．8直流稳压电源

5.8.1稳压电源的作用

电子设备一般是由整流器供电的。当交流电网电压或负载电流变化时，整流器输出电压也会随之发生变化。但是，许多电子设备，比如精密的电子测试仪器、自动控制装置和电子计算机等，都要求直流电源电压稳定不变，否则，将造成测量和计算误差，或引用自动控制装置工作不稳，甚至根本无法工作。为了供给稳定的直流电压，必须采用直流稳压电路。直流稳压电路与整流器和滤波器合在一起，构成直流稳压电源，其方框图如图3.7所示。

图5.2直流稳压电源方框图

5.8.2直流稳压电源的种类及选用

直流稳压电源按习惯可分为化学电源，线性稳压电源和开关型稳压电源，它们又分别具有各种不同类型：

开关型直流稳压电源

它的电路形式主要有单端反激式、端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态；开关电源因此而得名。

开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说波纹较大（一般≤1%VO（P-P），好的可做到十几mV（P-P）或更小）。它的功率可自几瓦-几千瓦均有产品。价位为3元-十几万元/瓦，下面就一般习惯分类介绍几种开关电源：

（1）AC/DC电源

该类电源也称一次电源，它自电网取得能量，经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦-几千瓦均有产品，用于不同场合。属此类产品的规格型号繁多，据用户需要而定通信电源中的一次电源（AC220输入，DC48V或24V输出）也属次类。

（2）DC/DC电源

在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。

（3）通信电源

通信电源其实质上就是DC/DC变换器式电源，只是它一般以直流-48V或-24V供电，并用后备电池作DC供电的备份，将DC的供电电压变换成电路的工作电压，一般它又分中央供电、分层供电和单板供电三种，以后者可靠性最高。

（4）电台电源

电台电源输入AC220V/110V，输出DC13.8V，功率由所供电台功率而定，几安几百安均有产品。为防止AC电网断电影响电台工作，而需要有电池组作为备份，所以此类电源输出一个13.8直流电压外，还具有对电池充电自动转换功能。

（5）模块电源

随着科学技术飞速发展，对电源可靠性、容量/体积比要求越来越高，模块电源越来越显示起优越性，它工作频率高、体积小、可靠性高，便于安装和组合扩容，所以越来越被广泛采用。目前，国内虽有相应模块生产，但因生产工艺未能赶上国际水平，故障率较高。

DC/DC模块电源目前虽然成本较高，但从产品的漫长的应用周期的整体成本来看，特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看，选用该电源模块还是合算的。

（6）特种电源

高电压小电流电源、大电流电源、400HZ输入的AC/DC电源等，可归于此类，可根据特殊需要选用。

根据需要，选用模块电源

西门子6EP1436-1SH01

5.9电气元器件目录清单

6线路装置

线路装置主要由导线及支持物件所组成，它起着传输电能的作用。线路装置种类很多，按其电压等级分，有特低电压线路、低压线路、高压线路及超高压线路；按供电性质分，有单相线路、三相线路和直流输电线路；按安装方式分，有架空线路、电缆线路及户内外配电线路等。

线路装置必须按规程装设，并符合安全技术要求，否则，就极易发生触电、电气火灾及其他各种电气事故。对线路装置的基本要求是：安全可靠、布线合理、安装牢固、便于维护、美观整齐。低压线路装置严禁利用大地或与大地连接的保护导线（PE线）作中性线（N线）。

导线截面选择

导线截面的选择，必须同时满足：导线的安全载流量（即导线允许载流量）、导线允许的电压降、导线的机械强度和导线与熔体的额定电流（或低压断路器的整定电流）相配合。

6.1导线安全载流量

导线和电缆在通过电流时会发热，当通过正常最大负荷电流时产生发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。如果符合太大，导线将会过热，可能造成停电或火灾事故。

6.1.1电力负荷

（1）单台电动机

（A）

式中：—电动机的额定电流

（2）多台电动机

式中：—功率最大一台电动机的额定电流

—其余各台电动机的计算负荷电流

计算负荷电流在工程中的常用的计算方法

（1）统计所有装接设备的额定功率之和（KW）；

（2）把全部功率换算成电流；

（3）考虑同一时间内的最大需用量（即需用系数）；

（4）考虑发展因数，一般加20%左右宽裕度（即发展系数）。

在三相四线或二相三线的配电线路中，当用电负荷大部分分为单相用电设备时，其N线或PEN线的截面不宜小于相线截面；以气体放电灯为主要负荷的回路中，N线截面不应小于相线截面；采用可控硅调光的三相四线或二相三线配电线路，其N线或PEN线的截面不应小于相线截面的2倍。单相线路中性线的截面应与相线截面相同。

在采用多相供电时，同一建筑物、构筑物的导线绝缘层颜色选择应一致，即保护导线（PE）应为绿/黄双色线，中性线（N）线为淡蓝色；相线应为—黄色，—绿色、—红色。

我国电缆产品型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，其含义见表6-1

如型电缆，表示铝芯纸绝缘铅包钢带铠装电力电缆。

型电缆，表示铝芯纸绝缘分相铅包裸钢带铠装电力电缆。

参考文献

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电源模块的发展篇3

【关键词】升压器恒流源变压器

步入21世纪后，白炽灯、荧光灯等一些传统的照明设备正在逐步的被新型的高效节能环保长寿以及高可靠性的半导体固体照明所取代，同时随着材料的发展和工艺的改进，LED的发展势头十分迅猛。因此开发对于不同情况下的LED驱动芯片就具有十分重要的意义，也具有相当大的市场前景。

1系统概述

本系统的目的是设计一种LED闪光灯电源，该电源的核心为直流-直流稳流电源变换器，它将电池的电能转换为恒流输出，驱动高亮度白光LED发光。电源有连续输出和脉动输出两种模式，并具有输出电压限压保护和报警功能。

系统输入为3.0-3.6V电压信号，通过升压电路进行升压，通过电流串联负反馈电路实现恒流输出，并利用单片机对系统输出进行测试与控制，以实现限压，报警与脉动模式等功能。系统包括：升压模块，恒流模块，控制模块三部分组成。

2各模块的设计与实现

2.1升压模块方案及电路设计

系统输入电压为3.0-3.6V，输出恒流时，电压限幅不超过10.5V，因此需要对输入电压进行升压，系统的升压模块采用DC-DC变换芯片。升压模块以XL6007为核心，其原理图如图1所示。

其中：U1选用DC-DC升压控制芯片XL6007；C1，C3选用1uF，耐压25V瓷片电容；C2选用47uF钽电容；C4选用220uF钽电容；二极管选用PMEG3010型肖特基二极管。电感选用低等效电阻的33uH屏蔽电感。

2.2恒流模块方案及电路设计

恒流模块可选用的方案主要有：三端可调式集成稳压器、数控稳压器、电流串联负反馈等。本系统采用恒流模块采用电流串联负反馈方案。其原理图如图2所示。

其中采样电阻选用0.5欧锰铜丝电阻；三极管采用MJE3055型晶体管，该晶体管最大输出电流可达到3A，最大功率可达75W；运算放大器使用运算放大器芯片TL082，该芯片具有高增益，300uV的低输入失调电压，1.5nA的低失调电流，2.5uV/℃的低噪声电压；基准电压源采用LM399型基准电压芯片来输出6.95V基准电压。

2.3控制模块

控制模块以单片机为核心，在恒流模块中的大功率晶体管通发射极插入MOS管开关控制电路，通过单片机IO端口电平，控制输出回路的通断；通过A/D采集器对电路的输出电压进行采集，当超压时，控制MOS关断，并控制LED灯闪烁。同时在脉动模式下，通过以一定的频率驱动MOS开启与关断，从而发生脉动模式的电流。

这里采用的单片机为STC15W4K61S4，该单片机是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，是宽电压，高速，高可靠，低功耗，超强抗干扰的新一代8051单片机，内部集成高精度时钟电路，8路10位A/D转换器，8路10位PWM，能够在2.5V-5.5V电压下工作。由单片机集成A/D转换器对恒流源模块输出电压由电位器进行衰减后进行采集，当电压超过10.5V时，通过单片机IO电平变高控制MOS管开关电路，关断恒流模块输出。

3测试结果与分析

测试系统结果与分析表1所示。

4结语

通过测试表明，当电压输入为3.0V-3.6V时，系统输出100mA，150mA，200mA恒流，及300mA，450mA，600mA脉动电流时，输出电流误差均小于1%，并实现了限压10.5V及报警功能。

参考文献

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作者简介

史俊冰（1985-），男，山西省临汾市人。硕士研究生学历。现为太原学院助教。主要研究方向为人工智能。

电源模块的发展篇4

绿色环保节能设计

凭借数十年积累的丰富经验，结合先进的设计理念，意大利先控不断创新产品，满足市场和用户不断变化的需求。为了拓展中国以及亚洲的新兴市场，意大利先控把绿色电源模块化UPS产品的生产基地定在了中国，旨在更好地贴近和服务亚洲市场。

据统计，由电源污染导致的用电设备故障占整体故障的60%以上，而电力污染源中真正由公网供电带来的污染不到5%，其主要污染是来源于内部电力使用者，所以倡导全社会创建绿色电力能源，是每一个企业及用电者应承担的社会责任和义务。

意大利先控紧随国际产业发展潮流，率先倡导和鼓励产品绿色节能环保。从产品研发到产品的整个生命周期，全面考虑用户的利益和对环境的影响。先控最新推出的新一代模块化系统，率先采用了“模块休眠技术”及“内置分配电系统”，大大提升了节能环保的效果，具备同行业领先水平。整个系统体积小、噪音低、配置灵活、维修方便，特别是与传统UPS相比输入电流谐波低、输入功率因数大，整机效率大大提高，是一款真正意义上的节能环保新产品，也成为符合国际潮流和满足绿色环保理念的市场主流产品。

产品特点

先控模块化UPS系统，由显示通讯模块、静态开关以及最多可由36个UPS功率模块构成。各模块之间均是智能独立运行，除了包含传统UPS的整流、滤波、充电、逆变器装置外，还采用了平均电流控制整流技术、同步控制技术和三阶正弦波逆变的新型技术。即使显示通讯模块、静态开关故障，UPS模块也可以维持正常输出，而不会出现停机的状况。各UPS模块可随意热插拔在线更换，按照客户需求来增加模块数量，构成N+X的冗余配置。UPS机柜中的所有功率模块平均负担系统负载，各并联模块皆为内置冗余的智能型独立个体，无需监控单元对并联系统集中控制。任何模块发生故障后（包括监控单元），它的冗余设计便会充分发挥效用，全面保障设备正常运转，最大限度地实现故障冗余，同时用户可根据需要选择超过一次容错率的冗余。系统借助功能强大的监控单元，全面独到的双向互动式监控技术，可自动对电池组进行均浮充转换和限流充电，并设置均浮充电压和充电限流值，同时具备温度补偿和自放电检测功能，可协助客户全面掌控系统运行状况，灵活方便快捷地对系统危机做出即时处理。配合每个功率模块内部专门设置的充电整流器，可靠性高，无高频杂波，避免高频波对电池寿命的影响，避免电池在充电时过热，延长了电池的使用寿命。智能化的冗余设计，不仅减少了系统本身和负载的风险系数，而且使外部负载受UPS保护时间全面延长。

在传统UPS产品中，一直存在着单台UPS容易出现单点故障的问题，为保障供电稳定，用户唯一的安全保障措施是采用“1+1”或“N+1”的安全防范格局，该措施不仅造成较大的经济浪费，而且容错率低。理论上每台单机UPS最大带载量小于50%，实际使用中，通常每台单机带载仅为20%～30%，导致实际使用效率很低，造成不必要的能源浪费。先控休眠技术借鉴了汽车发动机的“可变汽缸管理技术”，是根据UPS电源实际带载量，使每一模块能自动配载，其余模块进入在线待机“休眠”状态。只有当过载或带载模块故障时，系统自动“唤醒”相应“休眠”模块，确保实际整机工作效率始终保持≥95%，最终实现负载容量与整机实际效率的完美结合。

先控内置分配电系统，减少了传统上外接输出分配电装置。在UPS输出的一级中，每增加一个分电屏其内耗将会增加500mV，同时多了一级故障点。传统塔式UPS采用的是集中多级分电方式，将会产生1%～2%的能耗。而模块化UPS采用的是相对集中供电，在确保供电可靠性的前提下，可有效避免线间的损耗，从而进一步提高节能效果。所以它是一个真正意义上的绿色模块电源，既有效提升了系统的稳定性和可靠性，又方便用户的系统升级，同时降低了扩容成本。

专家评选

电信业一直以来都是UPS市场上最大的应用行业之一，伴随着通信网络规模和用户规模的不断扩大，通信行业的电费是除网络建设、运营维护、市场开发以外的第四大成本支出。通信运营企业响应国家节能减排的号召，充分意识到节能不仅对环境保护、创建可持续发展社会有着积极意义，同时也是运营商削减运营成本的重要途径。因此各大通信运营商现在普遍关注的是UPS的效率、谐波含量及电池充放电等技术指标的实现。广西电信互联网数据中心拥有广西最大的IDC机房，直接并入国家骨干通讯网络。因此，网络的安全和稳定运行至关重要。为此，广西电信公司专门成立了IDC扩容改造项目的招标小组，对各个电源厂家提出的解决方案认真研究和反复评议，经过多轮综合评选后，先控模块化UPS竞标成功。

吸引各评委的还是先控产品在节能方面的突出表现。先控CMS150系列模块化UPS在信息产业部泰尔检测中心测试的结果是THDI指标为2.6，而UPS效率更是达到≥0.999。它的系统结构极具弹性，功率模块的设计概念是在系统运行时可随意移除和安装而不影响系统的运行及输出，使投资规划实现“随需扩展”，让用户随业务发展实现“动态成长”，既满足了后期设备的随需扩展，又降低了初期购置成本。

IDC用户在预计UPS容量时，时常会出现低估或高预计情况，尤其是在寸土寸金的IDC机房，模块化UPS可有效解决尽量减少设备占地面积、噪音辐射等问题，帮助用户在未来发展方向尚不明确的情况下分阶段进行建设和投资。当用户负载需要增加时，只需根据规划阶段性的增加功率模块即可。更值得电信行业注意的是UPS还可配接通信和电力行业现有的48V/110V/220V的电池组，大量节省用户对电池组的投资和维护。

电源模块的发展篇5

通信电源监控系统发展至今，已经可以应用到实际的工作场合中，但是，还是存在着以下几个问题：(1)大多数的监控系统都是由电源厂家适配的，存在着与其他电源系统兼容性差的问题；(2)系统配置不够灵活，底层的数据采集的通信方式大多采用CAN总线形式，一方面，不利于系统的变动和扩展；另一方面，也不能适应用户个性化的要求；(3)故障检测的可靠性不高，告警失误率高。为了解决以上的问题，本文利用WLAN来构建通信电源监控系统。该系统具有上下两层网络结构，中间由嵌入式系统来担任网关，形成了一个运行稳定可靠，配置灵活，通用性强、个性化设计简单方便的监控系统。

1通信电源系统的组成及工作过程分析

通信局站主要分为分散式电源系统和集中式电源系统，具体结构如图1及图2所示。从图中可知，不论是哪种结构，通信电源系统都主要由交流配电单元、直流配电单元、整流模块、蓄电池组、油机发电机组组成。通信电源系统的工作过程分为三种情况[1]：(1)市电正常，交流输入一部分经交流配电分配组机房照明、空调及各种交流负载，另一部分分配给整流模块，整流模块和各个蓄电池组的输出经直流配电单元分配后供给通信基站或交换机等通信设备使用。同时，监控单元实时监控交流输入、蓄电池、整流模块的状态；(2)市电异常，备用的油机发电机组开始工作，工作过程同市电输入的情况，提供给通信设备稳定的电能；(3)市电和油机发电机组同时出现异常，系统的在线备用蓄电池开始工作，供通信设备正常运行。

2系统整体设计

监控系统的主要功能是对通信电源的输入输出电压、输入输出电流、整流模块、蓄电池、环境参数等的运行数据，进行有效的实时数据采集，采集的数据进行处理后由系统进行状态判断，如果数据存在异常情况，就发出告警，并指挥相应的执行机构进行相应的操作，以保证系统的安全性和可靠性。因此，一个完整的通信电源系统应该包括以下几部分组成：数据采集模块、数据传输模块、数据处理及反馈模块。数据采集模块：实现交流输入电压、直流输出电压、整流模块输入输出电压及电流、蓄电池电流、直流负载电流、蓄电池温度、环境温度等数据的采集。在本设计，每个采集点都安装有ZigBee节点，节点采用CC2533，节点之间采用星形结构，每个节点上安有各种传感器，数据同每个节点采集后传至星形网中间的ZigBee协调器中。

数据传输模块：该模块主要利用了WLAN网来构建数据通信层。本设计的数据通信采用的是双层通信结构。上层由WLAN构成局域数据传输体系，数据传输速度快，可靠安全；下层由ZigBee节点构造星形的WSN网络，扩展性好，有利于个性化设点；两层的中间由嵌入式网关来连接，协调器通过串口连入网关，网关采用WLAN模块来实现WLAN网的数据协议的构建。数据传输模块的主要的功能是上下行数据的处理。上行数据就是协调器把从ZigBee节点传送来的底层的采集数据通过网关及WLAN网络上传至数据处理中心，以供处理中心进行数据分析；下行数据就是处理中心所产生的控制命令，通过网关下达至各控制节点，以便实现对各个电源模块的控制。数据处理及反馈模块：该模块的主要任务是对采集来的数据进行相应的处理、汇总、分析，并依据相应的处理结果下达执行命令。

3WLAN网络功能设计

WLAN的功能选用了TI公司的无线网卡模块TNET1100B来构建符合IEEE802.11b的无线信号收发功能。TNET1100B主要由射频信号处理单元、基带信号处理单元、中间接入控制单元以及嵌入式CPU、RAM、硬件接口、时钟管理模块等多个部分组成，具体结构如图3所示[2]。在本设计中，网关将基于ZigBee2007协议的底层数据转换成支持IEEE802.11b标准协议的数据，实现在WLAN网络中进行传输，而传输速度可以根据需要设置为1Mb/s或2Mb/s；射频处理单元用来完成无线信号的接收和发送，TNET1100B中的射频模块具有功率控制功能，可以有效地提高数据的处理和传输增益。

4总结

电源模块的发展篇6

控器符合设计要求，系统稳定，实用性强，具有很好的市场推广价值。关键词：航模遥控器；ARM；STM32F103T8U6；摇杆；电源

中图分类号：TL503.5文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）11-0201-02

Abstract：Remotecontrolaircraftmodelreferstotheuseofradiowavestransmittheoperatortotheoperationoftherockerarminstructionmodel，thusinstructionrcairplanedoallkindsofflightattitude.ThispapermainlyintroducesakindofmodelaircraftremotecontroldesignbasedonARMchipcircuitdesignandsoftwaredesignofthehardwaresystemisgiven.ThecontrolleradoptstheSTM32F103T8U6asmaincontrolchip，thehardwarecircuitincludesa2.4GHzwirelesstransceivermodule，powermoduleandahandleplywiththedesignrequirements，thetestresultsshowthattheremotecontrolsystemisstable，practicalstrong，hastheverygoodmarketvalue.

Keywords：remotecontrol；ARM；STM32F103T8U6；rocker；powersource

远程控制技术又称为遥控技术，是指实现对被控目标的遥远控制，在工业控制，航空航天，家电领域应用广泛[1]。目前国内学习型遥控器大部分采用复制遥控器红外波形的思想，方法很多[2]。针对目前市面上已有的学习型遥控器都只能对一些特定的红外遥控编码进行学习的情况，本文设计了一种基于STM32的无线电波的航模遥控器，该遥控器通过对摇杆的指令传输到发射模块上发射，再由接收模块对接收到的指令进行编译，完成对航模飞机各种动作的操控。该航模遥控器具有体积小、操作简单、可靠性高、可扩展性强等优点，能够较好地满足对可靠遥控的要求，具有较大的应用推广价值。

1系统总体设计方案

本文主要研究基于ARM的航模遥控器，主要包括相关硬件电路的设计和软件设计。硬件电路设计包括：主控芯片模块，电源模块，2.4GHz无线收发模块和摇杆模块。软件设计方面包括：遥控信号的接收，存储，指示灯显示，遥控信号发射等功能。完成硬件电路各个模块的设计，通过AltiumDesigner[3]软件画好PCB版图，同时对相应的模块进行调试。软件程序方面协调硬件电路，同步进行测试分析，共同完成调试结果。

2系统硬件电路设计

航模遥控器分为四个大模块：主控芯片模块，电源控制模块，无线收发模块和摇杆模块。

如图1所示。

2.1主控芯片模块

主控芯片模块采用的是STM32103FT8U6的芯片。STM32系列的芯片优点是：采用ARM最新的，先进架构的Cortex-M3核；低功耗；集成度高；易于开发，可使产品快速进入市场[4]。主控芯片模块如图2所示。

2.2电源模块

电源模块主要为主控芯片的正常工作提供稳定的电压，模块里面的电容主要起到滤波作用，晶体振荡器的作用是为了给单片机正常工作提供稳定的时钟信号，通过基准频率来控制电路中频率的正确性。电源模块如图3所示

2.3无线收发模块

nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz～2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。RFX2401C射频前端放大芯片增加了双天线功能，不会影响输出功率和效率，也不会增加封装尺寸。拥有高性能，低的成本和最高的集成度等优点。无线收发模块如图4所示。

2.4摇杆模块

航模遥控器一般是有两个摇杆，操纵常用的升降，方向，副翼，油门四个通道，摇杆下面有四个电位，依靠电位器进行线性操作。遥控器最重要的就是这两个摇杆和四个通道还有收发系统，收发系统一般采用2.4GHz。

3系统软件设计

初始化显示灯参数，设置为熄灭状态，系统时钟设置，每隔1ms响应一次，采用STM32的ADC的某几个通道进行摇杆模拟数据进行采集，各个接口的初始化为数据传输做准备，然后通过传感器将数据传送到各个模块，即进入主循环，进行相应的数据处理。

软件设计流程图：

4结束语

通过多次实验测试，该方案设计的航模遥控器安全可靠，操作方便。同时，随着我国航模爱好者越来越多以及无线遥控器的快速发展，本次研制的航模遥控器也会随之发展，更会有很好的市场推广价值。

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