智能电源控制模块硬件概要设计方案v1.1

目录

1 引言 (2)

2 开发项目说明 (5)

3 历史及修改原因 (5)

4 功能与性能指标 (5)

5 系统结构框图 (5)

5 单板命名 (6)

6 关键技术 (6)

6.1 电源输出端口控制 (6)

6.2 电压的监控 (9)

6.3 温度的测量 (10)

6.4 (13)

7 关键器件 (13)

8 可靠性、安全性、电磁兼容性设计 (13)

9 电源设计 (13)

10 工艺结构设计 (13)

10.1 造型设计方案 (13)

10.2 结构设计方案 (13)

10.3 安装设计方案 (13)

10.4 结构热设计方案 (14)

10.5 结构EMC设计方案 (14)

10.6 可生产性设计准则 (14)

10.6.1 单板/背板可装配性准则 (14)

10.6.2 整机/配线可装配性准则 (14)

10.7 产品生产方式 (14)

10.8 工艺继承性 (14)

10.9 产品制造方案和质量控制点方案 (14)

10.10 关键工艺的解决方案 (14)

11 测试设计 (14)

12 开放性设计 (15)

12.1 开放的标准硬件接口 (15)

12.2 开放的体系结构 (15)

13 评审报告 (15)

智能电源控制模块硬件概要设计方案

关键词：

摘要：

缩略语清单：

参考资料清单：

1引言

这个智能的电源控制模块首先从成本上考虑，采用单片机实现成本较低，但flash和ram有限，工作速率较低，一般为8位，16位；最大的flash有256kB，ram有32kB，需要综合考虑软件架构的需求；采用通用的嵌入式cpu，如arm内核，freescale的coldfire内核系列，mips内核系列相关的芯片等，都可以实现，但是大部分都成本较高，而且需要外接内存芯片，如flash，sdram等；

选择主芯片还有以下要求：

A．考虑到要能够支持远程控制和管理，该所以单片机需要较好的支持TCP/IP,SNMP等网络协议；标准51单片机指令系统复杂，指令过多，有111条指令，执行一条指令需要12～48个时钟周期，内部RAM太少，只有256B；51采用CISC指令系统，寻址方式多样，可以较容易的设计出复杂功能的程序，但多数指令执行时间不均等，单位时间的执行效率低；由于SNMP 的编解码需要占用很多CPU时间,并且在单片机上还要实现A/D数据采集转换、以太网通信、串口通信等功能,这就使得协调各个功能非常困难,因此, RISC单片机比较适合我们的需求；B．由于需要支持本地和远程的控制，单片机要求集成了10/100M以太网口，没有的话，也必须容易扩展出以太网口；如果要实现冗余用网口，也就是双网口，那么单片机至少需要自带一个网口；

C．抗干扰能力要强，可靠性，稳定性以及使用寿命要求较高，而且工作温度范围要宽；

通过上述要求的筛选，符合要求的单片机并不多，大多数单片机都不带10/100M以太网

口，外部扩展也有难度，在TCP/IP，WEB 功能上的支持力度都不是很好满足上述要求的单片机主要就是Freescale的几款芯片：

（1）．Freescale有一款16bit的单片机，带10/100M以太网口,能很好的支持TCP/IP协议，不过成本较高，而且输入电压要求在3.1-3.5V，管脚较多，分别采用LQFP112和TQFP80封装；

这款芯片由于工艺较老，故成本较高，大约在70￥左右（1k量）

（2）．飞思卡尔半导体又在其广泛的32位ColdFire®系列产品基础上新增了10款高度集成的微控制器（MCU）；其中MCF5223X系列的主要功能免费以太网堆栈支持ARP、IP、ICMP、UDP、TCP、DHCP、BOOTP 和TFTP，符合RFC标准，V2 ColdFire内核在50 MHz能达到46 Dhrystone (2.1 MIPS)，32 KB SRAM；256 KB闪存，带集成Ethernet PHY的10/100 Ethernet MAC，提供同步取样的8信道10位数模转换器，串行接口：3x UART，1x 排队SPI 和2x I2C，带32kHz振荡器的实时时钟(RTC)，多达56个通用I/O；经寻价最便宜的

MCF52232，cpu速率50Mhz，总线速率25Mhz，处理能力在40mip以上，128KB闪存，

16KBSRAM，建议零售价50￥左右（1k量）；MCF52236，cpu速率50Mhz，总线速率25Mhz，处理能力在40mip以上，256KB闪存，32KBSRAM，建议零售价55￥左右（1k量）

通用的嵌入式CPU有很多种，曾经使用过的主要有三种，分别是三星的S3C4510B，Micrel的KS8695，以及MARVELL的88E6218,其中S3C4510B是ARM7内核，内部没有集成PHY，需要外部扩展；KS8695和88E6218都是ARM9的内核，内部都集成了多口PHY，芯片工作速率都可达166M；通过上述资料及数据，可以得出下表

2开发项目说明

正式名称：

正式型号：

3历史及修改原因

4功能与性能指标详见下表：

5 系统结构框图

5单板命名

6关键技术

6.1电源输出端口控制

（1）端口输出电流测量

普通电源插座的电路图如下：

要实现远程检测并控制电源插座输出，就必须知道输出的状态，并可通过继电器对输出进行控制；电路图如下

当继电器导通时，所有输出的电压是相等的，所以不能通过测量某输出端口的电压来检测负载的工作状态是否正常；而通过检测各输出端口火线或零线上的电流，就可以知道所挂负载是否工作，以及分别使用了多少功率，是否超过阀值；并且可通过比较火线或零线上的电流大小，可以知道是否地线漏电以及其他错误状态；当然这样会增加cpu工作量，所以也可以考虑只检测火线或是零线电流；

见下图（只描述一路输出）

如果只测一路电流，可采用电流互感器，见下图