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0 引言 Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用于機(jī)器內(nèi)部的低成本的高速傳感器網(wǎng)絡(luò)，它憑借只有5mm×5mm大小的Pyxos芯片能夠嵌入到任何一種傳感器或執(zhí)行器中，使得任何機(jī)器內(nèi)部的各個組成部分之間形成智能的數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)，因此要盡量減少Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的元器件，這樣不僅減少Pyxos網(wǎng)絡(luò)占用的空間，而且還能簡化安裝、維護(hù)工作，降低網(wǎng)絡(luò)成本。 鏈路電源技術(shù)能夠在同一媒介上既能傳輸數(shù)據(jù)信號又能傳輸24V交流或直流電，也就是說，采用鏈路電源技術(shù)的Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可以同時從通信數(shù)據(jù)線上取得工作電源，這樣避免了額外電源線的鋪設(shè)和接口終端的使用，因此降低了Pyxos網(wǎng)絡(luò)的成本、占用空間和使用的復(fù)雜性。 1鏈路供給電源模塊的設(shè)計 采用鏈路電源技術(shù)的Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)需要一個鏈路供給電源模塊，為網(wǎng)絡(luò)提供所需的24V交流或直流電。根據(jù)鏈路供給電源模塊輸出端電源的形式，又將其分為鏈路直流供給電源模塊和鏈路交流供給電源模塊。 1)鏈路直流供給電源模塊的設(shè)計 鏈路直流供給電源模塊向Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)提供24V的直流電，如果Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)單元負(fù)載小于32個且每個單元所需的電流小于35mA，那么可以根據(jù)實際應(yīng)用情況適當(dāng)降低鏈路直流供給電源模塊輸出端電壓。鏈路直流供給電源模塊由電源變壓器、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路和直流電源濾波器組成，如圖1所示。220V交流電經(jīng)過電源變壓器降壓，然后通過整流電路的橋式整流將交流電變成脈動的直流電，由于整流后的電壓還有較大的交流成分，必須通過LC濾波電路加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。經(jīng)過濾波電路后所得到的直流電壓，雖然脈動小了，但是電壓的數(shù)值仍是不穩(wěn)定的。 穩(wěn)壓電路可以保持輸出直流電壓的穩(wěn)定，使之不隨電網(wǎng)電壓、負(fù)載或溫度的變化而變化。CW7824穩(wěn)壓器中設(shè)有比較完善的保護(hù)電路，主要用來保護(hù)調(diào)整管。它具有過流、過壓和過熱保護(hù)功能。當(dāng)輸出過流或短路時，過流保護(hù)電路動作以限制調(diào)整管電流的增加；當(dāng)輸入、輸出壓差較大，過壓保護(hù)電路動作，自動降低調(diào)整管的電流，以限制調(diào)整管的功耗，使之處于安全工作區(qū)內(nèi)。過熱保護(hù)電路是集成穩(wěn)壓器獨(dú)特的保護(hù)措施，當(dāng)芯片溫度較低時，過熱保護(hù)電路不起作用；當(dāng)芯片溫度上升到最大允許值時，保護(hù)電路將迫使輸出電流減小，芯片功耗隨之減少，從而可避免穩(wěn)壓器因過熱而損壞。C2和C3防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾；C4減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾；當(dāng)輸入端短路時，VD給電容C4一個放電通路，用來防止電容C4所存儲電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。 為保證該鏈路直流供給電源模塊穩(wěn)定可靠的工作，在電壓的輸出端外加電容C5、C6，電感L2、L3，構(gòu)成直流電源濾波器，以便減少噪音對Pyxos網(wǎng)絡(luò)的干擾。 2)鏈路交流供給電源模塊的設(shè)計 鏈路交流供給電源模塊向Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)提供24V的交流電，由交流濾波電路和24VAC降壓變壓器組成，如圖2所示。交流濾波電路的壓敏電阻R1用于抵抗浪涌沖擊；L1、L2、C1和C2用來濾除串模噪音；L3、L4和C3、C4用來消除消除共模噪音，L3、L4繞在同一個磁環(huán)上，它們具有相同的匝數(shù)，一般各繞10～15匝，線徑視通過電流而定。由于電源線的往返電流所產(chǎn)生的磁通，在磁芯中相互抵消，故L3、L4對串模噪聲無電感作用，抗共模噪聲則具有電感抑制作用。24VAC變壓器將濾波處理后的純凈220V交流電降壓到24V。如果Pyxos網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的單元負(fù)載為32個，那么為使網(wǎng)絡(luò)正常工作，變壓器的額定容量至少為55VA，若單元負(fù)載小于32個，可適當(dāng)降低變壓器的額定容量。另外為保障變壓器不能超載，其次級漏電感不得小于950μH。 2 鏈路節(jié)點(diǎn)電源模塊的設(shè)計 由于Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)采用鏈路電源技術(shù)，因此在Pyxos節(jié)點(diǎn)中的鏈路節(jié)點(diǎn)電源模塊的電源輸入端外加低通濾波器，使之?dāng)?shù)據(jù)信號不能通過，只允許24V直流或交流電進(jìn)入鏈路節(jié)點(diǎn)電源模塊，另外在節(jié)點(diǎn)中的Pyxos處理器的信號輸入端外加高通濾波器，使之24V直流或交流電不能通過，只允許數(shù)據(jù)信號通過。圖3所示的是節(jié)點(diǎn)電源的開關(guān)電路，二極管構(gòu)成生物橋式電路對輸入電源進(jìn)行整流濾波或無極性轉(zhuǎn)換，通過晶體管VT201、變壓器VT201和二極管VD201的降壓作用向Pyxos芯片提供3．3V的供給電壓，電流最高可以達(dá)100mA，通過穩(wěn)壓管U202和光電耦合器的U20l的反饋作用，開關(guān)電源的頻率可以根據(jù)電源的負(fù)載變化而變化，在重載時，開關(guān)電源的頻率可以達(dá)到50kHz，輕載時，電源的頻率可以達(dá)到150kHz。開關(guān)電源具有重量輕，體積小等特點(diǎn)。另外，由于功耗小，節(jié)點(diǎn)溫升低，從而提高了整個節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。 3 鏈路節(jié)點(diǎn)距離的設(shè)計 由于Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)所使用的通信電纜存在內(nèi)在阻抗的原因，因此采用鏈路電源技術(shù)的Pyxos節(jié)點(diǎn)與鏈路供給電源模塊的距離受到一定的限制，此外還受通信電纜型號、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、鏈路供給電源模塊輸出電源的形式以及節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上的分布狀況決定。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)越多，則節(jié)點(diǎn)與鏈路供給電源模塊的距離越小；反之，節(jié)點(diǎn)與鏈路供給電源模塊的距離越大。合理地在網(wǎng)絡(luò)上分配Pyxos節(jié)點(diǎn)可以提高網(wǎng)絡(luò)性能。實際工程應(yīng)用中通常根據(jù)下面的經(jīng)驗公式來確定： N為Pyxos網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)目； 當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要35～100mA的電流時，Pi=l，當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要的電流的電流小于35mA時，Pi=1／2； const為網(wǎng)絡(luò)常數(shù)(根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)在Pyxos芯片技術(shù)手冊中確定)； 4 結(jié)束語 鏈路電源技術(shù)利用數(shù)據(jù)信號和電源信號頻率不同的特點(diǎn)實現(xiàn)了Pyxos嵌入式網(wǎng)絡(luò)的雙絞線通信電纜在傳遞數(shù)據(jù)信號的同時，可以從通信數(shù)據(jù)線上取得工作電源，且允許網(wǎng)絡(luò)采用星型、環(huán)形、菊花鏈型、總線型等結(jié)構(gòu)。實際應(yīng)用表明這是方便經(jīng)濟(jì)且可靠的技術(shù)，特別適合在那些不能為設(shè)備提供本地供電方式的應(yīng)用場合，不僅降低了Pyxos節(jié)點(diǎn)的成本、尺寸和使用的復(fù)雜性，還降低了設(shè)備的安裝時間和成本。但是節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的分布必須合理分布，否則會降低網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 |
