Y?CN總線供電及通信系統
1 總線電壓的選取
1.1 距離影響
標準XY001組成的從站接收電路的極限工作電壓為10.5 V,總線使用RVl.5雙絞線為介質,其千米阻抗為30Q左右,我們只有考慮系統在最大工作電流下末端電壓大于10.5 V即可。如果供電時間比為3:5(有3/5的時間供申),則總線電壓計算公式如下:
N為節(jié)點個數,L為雙絞線長的,Ii為i節(jié)點電流。
按以上公式,如果將所有節(jié)點設備均安裝在2000 m處標準系統,總線最大輸出電流為:
(24―10.5)/(0.05*2C)00)=O.135(A)=135(mA)
也就是說標準系統在監(jiān)視狀態(tài)下(130 mA),可全部工作在2000 m處。該計算也可以看出,系統是不能這樣應用的,因為設備動作后會使靜態(tài)電流增大。
1.2 設備功耗影響
XY?CN總線為主機供電方式,為設計需要備電工作的系統提供了極大的方便。但一些系統功耗較大,這時總線電壓的選用就會完全考慮滿足系統對電源功率的要求。如食堂、快餐店售飯系統,消防的報警顯示系統,這些系統均需要為設備提供大的電壓功率。
為解決這種系統對電源功率的要求,我們可以選用36V系統,以售飯系統為例說明的功率系統的設計方法:售飯機主要功耗是啟動16只中型數碼LED,其驅動最大電流達220 mA,啟動射頻卡可采用與數碼管分時驅動的辦法解決,因此按200 mA的平均電流計算。電源部分使用由MC34063芯片組成的低成本開關電源,按效率80%計算,25 V輸入電壓下(5 V為總線損耗),輸入電流為200/((25/3)*0.8)=30 mA。將總電流控制在600mA之內,每路總線可以安裝20臺售飯機。
注意:總線入口換向及隔離二極管采用1N5819肖特基二極管。
如果所有售飯機均在總線末端,要保持電壓25 V,使用RVl.5雙絞線該系統總線通信距離為5/(0.05*O.6)=160 m。
2 系統功率計算
2.1 輸入設備
多數的輸入設備直接使用XY001芯片的串聯穩(wěn)壓器供電,靜態(tài)功耗ISTAICT/O在O.6 mA左右,動作指示后的最大功耗IMAXI/O為1.5 mA左右。
2.2 大功率控制設備
由于該類節(jié)點設備功耗較高,多采用3 V系統及開關穩(wěn)壓電源,因此其功率計算要考慮由于長距離總線降壓引起的電流變化,以24 V系統計算,2 km的供電最大壓降達12 V,平均壓降達6 V,因此其平均的開關電源輸入電壓為24―2(電路損耗)一6=16 V,如果3 V系統需要使用200 mA顯示電流,按開關電源效率80%計算,總線供電電流IPOW為3×200×80%/16=30 mA。
2.3 分時啟動設備
由于設備是在控制器控制下分時啟動,只計算同時可啟動數量n的總電流n×ISIPTLME。
2.3.1 偶然啟動設備
使用自備電的短時供電設備,如聲光訊響器,由于該設備動作時不消耗總線能量,只需要計算其平均脈沖充電功耗ILITTIME即可。
2.3.2 系統總功率計算
主電功率一總線工作電壓×總線最大工作電流+控制器最大功率+充電功率。
備電容量一要求靜態(tài)工作時間×靜態(tài)功率+要求終止工作后最大功率工作時間×最大功率。
3 常用總線電壓的電源系統設計
XY?CN BUS系統備電設計非常簡便,只需要按系統對電源容量的要求總和在控制器上設計備電,因此低成本的大容量的鉛畜電池是備電的首選。
3.1 系統框圖
使用單輸出的AC開關電源與開關升壓電源輸出并聯作為電源輸出,因輸出并聯,不能使用同步整流器,避免二輸出相互影響。
鉛蓄電池的最高充電電壓要小于輸出電壓,這樣簡單的串聯開關恒流電路即可完成高效率充電。而備電穩(wěn)壓也只需要簡單的開關升壓穩(wěn)壓器即可,電壓系統設計簡單。
3.2 AC220V開關電源
完成交流到直流的電能轉換,電壓等于總線電壓,電流等于額定輸出電流的1.2倍。當AC輸入電壓低于154V時,該電壓要輸出主電故障信號給控制電路,控制備電升壓電路工作,并在主電正常時關閉備電升壓,根據電池狀況對電池進行充電。
3. 3 開關恒流充電電路
該電源以主電直流輸出為輸入,恒流為電池充電,系統可在單片機控制下進行間歇式充電。還可以設計定期放電、充電,保證鉛蓄電池的壽命。
3.4 開關升壓電路
將電池電壓升壓穩(wěn)壓至電源輸出電壓,保證備電工作時輸出電壓的穩(wěn)定??刂齐娐吩陔姵仉妷旱陀陔姵刈畹洼敵鲭妷簳r自動關閉升壓電路以保證電池不會過放電損壞。
3.5 電源控制
總線電源系統對電壓要求不高,紋波小于200 mV即可正常工作,因此使用單片機的A/D采樣加輸出PWM控制開關管及可滿足電源系統要求,該系統的電池升壓及恒流開關電源不會同時工作,因此使用PICl6F690及可滿足電源管理要求。
3.6 控制器控制電路電源
使用常用的LM3478完成隔離電源設計,參考電路如圖4。選擇不同的MOS管后該系統輸出功率可達10 W以上。
結 語
XY?CN總線的電源系統是總線穩(wěn)定工作的重要保證。對于這樣復雜的現場控制系統,其備電系統設計相對簡單,是您選擇該系統設計的一大優(yōu)勢。有關內容請參見http://www.sunrising-cn.com。
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