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0 引言 Pyxos嵌入式網絡是一種應用于機器內部的低成本的高速傳感器網絡，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行器中，使得任何機器內部的各個組成部分之間形成智能的數字控制網絡，因此要盡量減少Pyxos嵌入式網絡中的元器件，這樣不僅減少Pyxos網絡占用的空間，而且還能簡化安裝、維護工作，降低網絡成本。 鏈路電源技術能夠在同一媒介上既能傳輸數據信號又能傳輸24V交流或直流電，也就是說，采用鏈路電源技術的Pyxos嵌入式網絡上的節點可以同時從通信數據線上取得工作電源，這樣避免了額外電源線的鋪設和接口終端的使用，因此降低了Pyxos網絡的成本、占用空間和使用的復雜性。 1鏈路供給電源模塊的設計 采用鏈路電源技術的Pyxos嵌入式網絡需要一個鏈路供給電源模塊，為網絡提供所需的24V交流或直流電。根據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計 鏈路直流供給電源模塊向Pyxos嵌入式網絡提供24V的直流電，如果Pyxos嵌入式網絡上的節點單元負載小于32個且每個單元所需的電流小于35mA，那么可以根據實際應用情況適當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、穩壓電路和直流電源濾波器組成，如圖1所示。220V交流電經過電源變壓器降壓，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，但是電壓的數值仍是不穩定的。 穩壓電路可以保持輸出直流電壓的穩定，使之不隨電網電壓、負載或溫度的變化而變化。CW7824穩壓器中設有比較完善的保護電路，主要用來保護調整管。它具有過流、過壓和過熱保護功能。當輸出過流或短路時，過流保護電路動作以限制調整管電流的增加；當輸入、輸出壓差較大，過壓保護電路動作，自動降低調整管的電流，以限制調整管的功耗，使之處于安全工作區內。過熱保護電路是集成穩壓器獨特的保護措施，當芯片溫度較低時，過熱保護電路不起作用；當芯片溫度上升到最大允許值時，保護電路將迫使輸出電流減小，芯片功耗隨之減少，從而可避免穩壓器因過熱而損壞。C2和C3防止穩壓器產生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾；C4減小穩壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾；當輸入端短路時，VD給電容C4一個放電通路，用來防止電容C4所存儲電荷通過穩壓器放電而損壞器件。 為保證該鏈路直流供給電源模塊穩定可靠的工作，在電壓的輸出端外加電容C5、C6，電感L2、L3，構成直流電源濾波器，以便減少噪音對Pyxos網絡的干擾。 2)鏈路交流供給電源模塊的設計 鏈路交流供給電源模塊向Pyxos嵌入式網絡提供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繞在同一個磁環上，它們具有相同的匝數，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網絡網絡的單元負載為32個，那么為使網絡正常工作，變壓器的額定容量至少為55VA，若單元負載小于32個，可適當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 鏈路節點電源模塊的設計 由于Pyxos嵌入式網絡采用鏈路電源技術，因此在Pyxos節點中的鏈路節點電源模塊的電源輸入端外加低通濾波器，使之數據信號不能通過，只允許24V直流或交流電進入鏈路節點電源模塊，另外在節點中的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，只允許數據信號通過。圖3所示的是節點電源的開關電路，二極管構成生物橋式電路對輸入電源進行整流濾波或無極性轉換，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100mA，通過穩壓管U202和光電耦合器的U20l的反饋作用，開關電源的頻率可以根據電源的負載變化而變化，在重載時，開關電源的頻率可以達到50kHz，輕載時，電源的頻率可以達到150kHz。開關電源具有重量輕，體積小等特點。另外，由于功耗小，節點溫升低，從而提高了整個節點的穩定性和可靠性。 3 鏈路節點距離的設計 由于Pyxos嵌入式網絡所使用的通信電纜存在內在阻抗的原因，因此采用鏈路電源技術的Pyxos節點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、網絡拓撲結構、鏈路供給電源模塊輸出電源的形式以及節點在網絡上的分布狀況決定。網絡節點越多，則節點與鏈路供給電源模塊的距離越小；反之，節點與鏈路供給電源模塊的距離越大。合理地在網絡上分配Pyxos節點可以提高網絡性能。實際工程應用中通常根據下面的經驗公式來確定： N為Pyxos網絡上的節點數目； 當節點需要35～100mA的電流時，Pi=l，當節點需要的電流的電流小于35mA時，Pi=1／2； const為網絡常數(根據網絡節點數在Pyxos芯片技術手冊中確定)； 4 結束語 鏈路電源技術利用數據信號和電源信號頻率不同的特點實現了Pyxos嵌入式網絡的雙絞線通信電纜在傳遞數據信號的同時，可以從通信數據線上取得工作電源，且允許網絡采用星型、環形、菊花鏈型、總線型等結構。實際應用表明這是方便經濟且可靠的技術，特別適合在那些不能為設備提供本地供電方式的應用場合，不僅降低了Pyxos節點的成本、尺寸和使用的復雜性，還降低了設備的安裝時間和成本。但是節點在網絡中的分布必須合理分布，否則會降低網絡的可靠性。 |
