電路設計的方案范文

導語：如何才能寫好一篇電路設計的方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞： 發射機； 語音壓控； VCA

中圖分類號： TN773文獻標識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）07-0037-01

一、語音壓控電路

在現代通信發射機中，數字化的中頻處理之前需要有一穩定的采樣信號輸入，而且這一信號在一定范圍內還要有較好的線性響應特性，所以為了保證后續信號處理結果的可靠性，在發射機中頻電路中，通常要設計一個可變增益控制電路，使得發射機的輸入信號幅度可以完全可控。

二、SSM2165芯片簡介

SSM2165是AD公司的一款具有可變增益和噪聲門限的音頻前置放大器。該芯片工作電壓為4.5V~5.5V，工作溫度-40℃~+85℃，可通過一個外接電阻方便調節壓縮比率，比率可調整范圍為1∶1～15∶1。預置噪聲門限為-64dBu（500μV）。若結合外置放大器調整輸入與輸出值，就可組成一個完整的語音壓控電路。其特性曲線如圖（1）：

三、應用電路設計

SSM2165有－1及－2兩款芯片，有不同的拐點電平及輸出電平。因為本應用要求輸入電平低，增益高，比較而言本應用電路選取了SSM2165－1，其拐點電平為40 mV（-25.7 dBu）， VCA增益達18 dB。為使控制過程較為平滑，采用1∶1壓縮比設置。在SSM2165前端加入一級由ON公司的MC33178構成的放大器，用以調整輸入電平。電路設計如圖（2）：

四、電路實驗

電路中前一級放大倍數選為16倍，SSM2165的1和2腳之間選擇10ìF電解電容，5腳到地接22ìF電解電容，測量6腳到地不同阻值時，SSM2165的輸出效果。測量結果見表（1）。

結果中顯示調節SSM2165的6腳阻值，起控幅值隨阻值增大而增大，起控后輸出平穩；通過示波器觀察其輸出波形無任何明顯失真。

在實際設計中，為取得較早的起控幅值，設計選擇了820Ω的阻值，在其后接入AD采樣輸入端，但由于其噪聲門限值固定，設計前級的MIC輸入采用了抗噪話筒，達到了很好的設計效果。

五、結束語

雖然該芯片有一些自身的不足，但是還是可以滿足實際使用的需要的，而且成本較低，適合批量使用。為滿足有的設計對噪聲門限可調功能的要求，其后續系列SSM2166也提供了相關控制功能。為語音壓控電路的設計提供了一個十分可行的解決方案。

參考文獻：

[1] 沈琪琪，生.短波通信[M].北京：西安電子科技大學出版社，2001.

篇2

【關鍵詞】覆冰；輸電線路；設計方案；解決措施

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

引 言

由于自然環境的惡化，全球氣候進入災害事件多發期。嚴重覆冰會導致輸電線路機械和電氣性能急劇下降，從而導致覆冰事故的發生。在我國湖南、湖北、貴州、江西、四川及云南等省都曾發生過輸電線路覆冰事故[1]。覆冰事故已嚴重威脅了我國電力系統的安全運行，并造成了巨大的經濟損失[1]，另外，停電給鐵路、交通運輸亦造成嚴重影響。因此，在對覆冰進行長期觀測和研究的基礎上，總結覆冰監測方法和防止覆冰事故的措施，希望能對減少我國輸電線路冰害事故和冰害損失有益。

1、冰雪災害對輸電線路的危害

如2008年，我國華中電網，特別是湖南、湖北地區，遭遇歷史上時間跨度最長，范圍最廣的嚴重覆冰災害。數千公里長的電網設施出現覆冰現象，一些地段覆冰厚度達到80～100mm，嚴重超出了10～20mm的設計標準(如圖1所示)。

圖1 鐵塔和導線上的覆冰

1.1機械危害

線路覆冰直接的危害就是導線、金具和支架負載，隨著覆冰厚度的增加輸電線路的水平負荷也在增加，嚴重的覆冰會導致導線、地線斷裂，桿塔倒塌和金具損壞；不均勻的覆冰或者不同期脫冰會引起張力差，容易造成導線舞動，會造成導線斷裂、桿塔橫桿扭曲變形、絕緣子損傷和破裂[2]。

1.2電氣危害

絕緣子覆冰或被冰凌橋接后，絕緣強度下降，泄漏距離縮短，容易引起絕緣子閃絡；融冰過程中冰體表面的水膜會溶解污穢物中的電解質，提高融冰水或冰面水膜的導電率，引起絕緣子串電壓分布的畸變，從而降低了覆冰絕緣子串的閃絡電壓，形成絕緣子閃絡。導線舞動時還可能造成相間短路故障。

1.3線路過荷載事故

當覆冰積累到一定體積和重量之后, 輸電導線的重量倍增, 弧垂增大, 導線對地間距減小, 從而導致閃絡事故的發生。同時, 在風的作用下, 兩根導線或導線與地之間可能相碰,會造成短路跳閘、燒傷甚至燒斷導線的事故。

有資料顯示,以400 mm導線為例,當覆冰厚度由10 mm 增加至15 mm、20 mm、30mm和50 mm時,桿塔承受的垂直、水平和縱向荷載對應關系如表1 所示。

表1 覆冰厚度與桿塔載荷的關系

覆冰厚度/mm 垂直荷載/% 水平荷載/% 縱向荷載/%

10 100 100 100

15 130 120 120

20 160 480 180

30 240 620 320

50 450 900 660

2、高壓輸電線路對冰雪災害的設計方案

2.1優化設計，提高規劃設計水平

對線路經過區域進行氣象資料、環境資料和環境特征等收集和分析，盡量避開覆冰區域；對于不能避開的覆冰區域，應合理設計抗冰厚度，確保桿塔及導線、地線強度能滿足特殊地形和氣象條件要求[3]。

據觀測，覆冰首先在導線迎風面上成長，當迎風面達到某一覆冰厚度時，導線因重力作用而產生扭轉，從而出現了新的迎風面。這樣，導線通過不斷扭轉而使覆冰逐步增大，最終導線上形成圓形或橢圓形的覆冰。除了風速的大小對覆冰有影響外，風向與導線平行時，或當與導線之間的夾角小于45°或大于150°時，覆冰較輕；風向與導線垂直或風向與導線之間的夾角大于45°或小于150°時，覆冰比較嚴重。

2.2提高輸電線路事故預防

2.2.1持續低溫天氣發生后，應加強對氣象預報資料的收集，提前做好預控措施，有針對性的進行特殊巡視，一旦發現線路有覆冰現象，必須立即采取有效的措施除冰，必要時應申請對線路進行停電除冰；

2.2.2加強對運行和檢修人員的技能培訓，及時在惡劣天氣來臨前對輸電線路的隱患和缺陷進行全面的消缺工作，積極了解和學習科學、先進的除冰方法和工藝，購置必要的機械除冰裝置或工具；

2.2.3應作好對所轄線路覆冰資料的收集，建立準確、詳細的覆冰記錄，確保在災害發生時，能夠準確出擊、有效處置。經實踐證明不能滿足重冰區要求的桿塔型號、導線排列方式應有計劃地逐步進行改造或更換；

2.3對重冰區段應嚴格按《重冰區架空輸電線路設計規定》進行設計

對于檔距較大的重覆冰地段，采取增加桿塔、縮小檔距的措施，以增加導線的過載能力，減輕桿塔荷載，減小不均勻脫冰時導線、地線相碰撞的機遇。對重覆冰區新建線路應盡量避免大檔距，使重覆冰區線路檔距較為均勻。

增加輸電線路的覆冰承載能力，還可以在不改變原有桿（塔）位置的情況下，將鋼芯鋁絞線更換為新型的鋼芯鋁合金導線，以LGJ-400型導線為例，可將其換為新型HL4GJQ-400，這樣既保證了線路的輸電能力，又滿足覆冰過載時導線的安全運行。桿（塔）的承載沒有增大，反而減小。HL4GJQ-400鋼芯鋁合金導線比LGJ-400鋼芯鋁絞線抗拉強度增大1.26倍、重量降低9.35%。在同等地理、氣象條件下，新選擇的導線、避雷線組合比原設計的導線、避雷線組合的抗覆冰性能大大改善。

當線路走向、桿（塔）位不變的條件下，導線由LGJ-400鋼芯鋁絞線更換成HL4GJQ-400鋼芯鋁合金導線后，最大使用張力由58224.5N降至57196N，每米導線覆冰時的垂直荷重由63.93N降為62.3N，避雷線規格不變，每米避雷線覆冰時垂直荷重不變，但最大使用張力由原來的47462.7N降為39275.3N，從垂直荷載和水平張力的數據顯示，桿（塔）的荷載有了明顯的降低，桿（塔）的安全儲備得到明顯提高。導線的最大使用應力相同，HL4GJQ-400的比載較LGJ-400的小，故對地距離、交叉跨越距離有所改善。導線的安全系數由2.22（按新手冊實為2.109）提高到2.6655，避雷線的安全系數由2.5（按新手冊實為2.225）提高到2.8倍，導線、避雷線的安全系數均提高1.26倍，覆冰的過載能力得到了較大提高，按50mm冰區校驗已能滿足規程要求。

3、輸電線路覆冰事故防止措施

根據國內外的現狀和經驗，防止輸電線路冰害事故可從以下幾方面入手:

(1)在線路設計時，應考慮微地形、微氣候的影響，考慮線路經過地段的地形、相對高差、山脈走向、覆冰程度等因素，合理選擇線路走向，設計合理的抗冰厚度。對于線路沿線的薄弱環節加以重視，安裝行之有效的監測裝置和防冰抗冰設備，確保線路安全運行。對已經運行的線路，特別是發生過冰害事故的線路，可以對部分重冰區線路進行改道，或對薄弱環節進行全面或局部的改造，提高其抗冰能力；對于大面積覆冰地區，宜采用除冰、融冰措施來防止冰害事故。

例如：在50千伏天蘭線的冰災改造工程中，某省電力公司在采用了最新型的抗冰閃復合絕緣子材料，大大提高了絕緣子的抗冰閃能力。此外，根據電網災后恢復重建規劃方案，在冰災電網的搶修和重建過程中，設計院按照提高抗冰能力的新標準進行技改，增強抵御嚴重自然災害的能力。

(2)對輸電線路覆冰的特點、機理進行深入觀測和研究，繪制各地區輸電線路覆冰雪分布圖，研制有效的覆冰監測裝置、防冰除冰措施和防覆冰舞動措施，制定積極有效的防止和處理冰害事故的應急對策，以盡量防止和減少冰害事故帶來的災害。

（3）加強線路日常維護管理。對于易產生導線舞動區段，采取在導線上加裝防舞動相間間隔棒或帶可旋轉線夾的導線間隔棒的措施[4]，對于重污覆冰區采取加裝防冰閃型絕緣子。

線路工區在輸電線路認真細致地搞好日常維護工作。線路巡線員在巡視高壓輸電線路時仔細觀察電力線路可能存在的問題。如拉線位置，鋼線卡螺栓的松緊，拉線的檢查，導線絕緣子的完好，線路通道內樹木的生長高度等，這樣也可以及時地發現問題，對所發現的問題進行及時的處理，避免倒塔、倒桿及斷線事故的發生。

結束語

綜上所述，為防止高壓輸電線路覆冰，導致桿塔傾覆問題的發生，應從設計上就著重考慮，加強桿塔的設計強度，注意線路路徑的選取，適當減小檔距，減小耐張段的長度，這樣就從根本上加強了線路的結構強度，就像給人打了疫苗，增加了對疾病的抵抗力一樣；另一方面，加強對輸電線路的巡視，對可能出現問題的地段，及時發現，以便在發生倒塔事故以前，采取措施，保證電力線路的安全運行，促進國民經濟的健康發展。

【參考文獻：】

[1]蔣興良,易輝.輸電線路覆冰及防護[M].北京:中國電力出版社,2002.

[2]蔣興良,易輝.輸電線路覆冰與防護[M].北京：中國電力出版社,2002.

篇3

【關鍵詞】鐵路信號；設備防雷；危害

引言

隨著我國現代化科技飛速發展，鐵路信號電氣化設備電子化程度大幅提高，先進的設備在雷雨季節能否安全穩定的運用，是擺在我們面前的一個新課題。雷擊放電誘發電磁脈沖過電壓和過電流會經電源系統、信號傳輸通道等途徑損壞信號設備，直接威脅鐵路正常的安全生產。所以，加強信號設備防雷工作尤為重要。

1　當前鐵路信號電氣化設備防雷的危害分析

1.1　雷害問題

1.1.1　直接雷：直接侵入設備或與設備相關聯的傳輸線上的雷電。但襲擊信號設備的概率很小。

1.1.2　感應雷：由于電磁感應作用，在電氣設備上感應出的雷電壓，在設備中流過感應電流。其又分為縱向和橫向感應雷兩種。感應雷發生機率高，襲擊信號的次數相當頻繁。

1.2　雷電侵入信號設備的主要途徑

1.2.1　由交流電源侵入雷電沖擊波侵入高壓電線路傳至高壓變壓器，若未裝設避雷器或其失效，容易侵入低壓設備。

1.2.2　軌道電路軌道電路用鋼軌作為傳輸線，它一般高出地面，容易遭雷擊。

1.2.3　由電纜侵入鐵路信號的室內、室外設備通過電纜連接起來，雷電從電纜侵入，并傳輸至室內設備。

1.3　縱向電壓和橫向電壓

縱向電壓指導線或設備對地電壓，每條導線上的折射電壓或反射電壓。橫向電壓指兩導線問的電位差。這兩種電壓對人身安全和信號設備的正常運行都會帶來極大的危害。縱向過電壓將使設備絕緣閃絡、擊穿，甚至起火。橫向過電壓回擊穿、燒毀信號設備尤其是電子器件。

1.4　信號設備的防雷

1.4.1　信號設備的防雷要求在有雷電活動的地區，交流電源外線、電子設備、軌道檢查裝置、遙信遙控設備等與外線連接的信號設備必須裝設防雷裝置。不同雷電活動地區，應采取相應的防雷措施。

1.4.2　信號設備雷電防護的原則防雷裝置和被防護設備之間絕緣應匹配，將雷電感應電壓限制到被保護的沖擊耐壓水平以下。正常情況下，防雷裝置不應影響被防護設備的工作，受雷電干擾時，應保證信號設備不得錯誤動作。采用多級防護時，各級防護元件應配置合理。

1.4.3　信號設備防雷元件的安裝和設備的要求外部防護用防雷元件宜安裝在線路終端。安裝應牢固可靠，便于檢測，集中安裝。

2　鐵路信號電氣化設備綜合防雷整治方法

2.1　鐵路信號電氣化設備雷電防護分析

鐵路信號電氣化設備遭受雷擊過電壓和過電流的類型主要可分為三種，即：直擊雷、感應雷和傳導雷。結合信號設備的分布特點及雷電攻擊的途徑分析，鐵路信號電氣化設備雷電防護存在以下特點。

2.1.1　信號設備占地面積較大，且很多設備分布在山區、曠野等易遭受雷電攻擊的地區。

2.1.2　鐵路的鋼軌是雷電流的良好導體，與鋼軌連接的相關鐵路信號電氣化設備，如信號機、軌道電路、電動轉轍機等較容易受到雷電流的威脅。

2.1.3　自動閉塞、半自動閉塞等信號條件線、控制線，在非電化區段大部分使用架空線，它們均架設于信號與通信混合線路或自動閉塞高壓信號線路上，由于它們暴露在曠野郊外，在雷雨季節容易遭受到雷電的襲擊，線路中的大電流會串入信號機房內部，從而引起對內部設備的損壞。

2.1.4　雷電防護的原則是“等電位”，由于機房存在多類接地系統，其沖擊接地電阻不均衡，在雷擊發生時，雷電流引起地電位差，也容易造成“地電位反擊”，使人員或設備遭受損害。

從以上分析中可以看出：為了提高鐵路信號電氣化設備安全性及機房設備、計算機的運行可靠度，整個車站信號設備的雷電防護一定要有良好的避雷設施、下引線和統一的接地網，采取完善的直擊雷、感應雷防護措施。同時必須在供電系統、信號采集傳輸系統、計算機網絡系統、機房接地系統等進行可靠有效的防護，在攔截、分流、均衡、接地、布線、布局等方面做完整的，多層次的綜合防護。

2.2　鐵路信號綜合防雷整治的原則

鐵路信號電氣化設備本身的電磁兼容性應符合規定要求。鐵路信號防雷綜合整治總的原則是：經等電位連接，使過電壓（或電流）以最直接的路徑盡快泄漏到大地，達到保護設備的目的。電磁兼容防護總的原則是：利用室內的金屬物有機地構成一個“法拉第籠”，進行接地連接。站場綜合防雷設計本著安全可靠、技術先進、經濟合理的原則，達到防御或減輕雷電災害、提高防雷安全度的目的。

2.3　鐵路信號整治方案設置

2.3.1　既有機房建筑物直擊雷防護和屏蔽

信號機械室的建筑物采用法拉第籠進行電磁屏蔽，法拉第籠由屋頂避雷網、避雷帶、引下線和接地系統構成。計算機聯鎖機房采用室內發拉第籠屏蔽。

2.3.2　室外信號設備直擊雷防護和屏蔽

包含信號設備的箱、盒、柜等殼體應具有良好的電氣貫通和電磁屏蔽性能，殼體內設專用接地端子（板）。室外信號設備的金屬箱、盒殼體必須接地，屏蔽電纜的金屬屏蔽層應接地。

2.3.3　接地系統

（1）一般要求

信號設備應設安全地線、屏蔽地線和防雷地線，上述地線均由共用接地系統的地網引出；室內信號設備的接地裝置應構成網狀（地網）；接地導線上嚴禁設置開關、熔斷器或斷路器。

（2）地網

地網由各接地體、建筑物四周的環形接地裝置相互連接構成。環形接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，應環繞建筑物外墻閉合成環，受條件限制時可敷設成“U形”或“L形”，機械室不是獨立建筑、兩側有其他建筑時，在信號樓前后設“一字形”接地裝置，但應盡可能沿建筑物周圍設置，以便與地網連接的各種引線就近連接。垂直接地體可采用石墨電極、銅包鋼、銅材、熱鍍鋅鋼材（鋼管、圓鋼、角鋼、扁鋼）或其它新型接地材料，電力牽引區段宜采用石墨接地體。

（3）貫通地線

貫通地線在信號機房建筑物一側每隔2-3m用50mm2裸銅線與環形接地裝置連接，兩端各連接兩次，設置貫通地線的區段，站內的各種室外信號設備的各種地線均應就近與貫通地線連接。

2.3.4　接地匯集線及等電位連接

（1）控制臺室、繼電器室、防雷分線室（或分線盤）、機房和電源室（電源引入處）應設置接地匯集線。接地匯集線宜采用大于30mm×3mm紫銅排，可相互連接成條形、環形或網格形，環形設置時不得構成閉合回路。

（2）電源室（電源引入處）防雷箱處、防雷分線室（或分線盤）處的接地匯集線應單獨設置，并分別與環形接地裝置單點冗余連接。

（3）室內走線架、組合架、電源屏、控制臺、機架、機柜等所有室內設備必須與墻體絕緣，其安全地線、防雷地線、工作地線等必須以最短距離分別就近與接地匯集線連接。同一排不同的金屬機架、柜之間用銅導線栓接后再就近與接地匯集線連接。

（4）走線架不得布置成環型，已構成閉合回路的可加裝絕緣。在不構成閉合回路的前提下，必須保持走線架在電氣上的連續性，接地匯集線栓接，連接螺栓采用中8mm銅質，并不得少于3枚，組合架側螺栓不少于2枚。

（5）機房面積較大時，可以設置與地網單點冗余連接的總接地匯集線。控制臺室、繼電器室、計算機房的接地匯集線可分別與總接地匯接線單點連接，也可相互連接后與總接地匯接線單點連接。

（6）機房分布在幾個樓層時，各樓層可設置總接地匯集線，總接地匯集線間應采用50-95mm2的有絕緣外護套的多股銅導線加線鼻栓接。

（7）建筑物內所有不帶電的自來水管、暖氣管道等金屬物體都必須與環形接地裝置（或與建筑物鋼筋、機房屏蔽層）做等電位連接。

篇4

[關鍵詞]激勵器 穩壓電源 恒流源電路 過流保護 解決方案

在無線電視信號的傳送過程中,電視發射機是主要設備,起著不可替代的作用。它將視頻信號與伴音信號進行載頻調制并放大到一定的功率,然后把已調波高頻振蕩經雙工器送到天線,再以電磁波的形式輻射出去,發射機的功率越大電視信號的覆蓋范圍越廣。電視發射機由激勵器、功放單元、主控單元、電控單元、開關電源、無源部件、冷卻系統組成。其中激勵器的±12V穩壓電源至關重要,穩壓電源的性能好與不好,將直接影響電視圖像和伴音的質量,影響激勵器的正常工作,也將決定發射機的故障率的高低。

在實際工作應用中,我們發現激勵器±12V穩壓電源電路存在兩個問題:一是其恒流源電路運行不穩定;二是其“過流保護”時而干擾正常工作。

原發射機的±12 V穩壓電源原理圖如圖1所示。

圖中的BG6、BG7、BG8組成恒流源電路,作為差分放大器BG13的負載電阻,同時也是復合調整管中BG10上的偏置電阻。在實際工作中, BG7、BG8(3CG1D)很容易損壞,致使±12V穩壓電源故障率高,工作也極不穩定。由于在電路中BG6(2DH100)為恒流管,用萬用表的電阻檔測量其兩個管腳的正反向電阻時,呈現二級管正反向電阻特性。BG6(2DH100)在電路連接中,相當于二極管“正極”的那個管腳接低電位,二極管“負極”的那個管腳接高電位,所以BG6在電路中工作時所呈現的內阻為無窮大,又由于BG6為恒流管,BG6的輸出電流在數值上也是恒定不變的,正因此,造成BG7、BG8(3CG1D)很容易損壞。

圖1

解決方案:基于以上分析,將BG7、BG8從電路板中焊下,將BG6改接在BG10的集電極和基極之間,相當于二級管正極的那個管腳接BG10的集電極,二極管負極的那個管腳接BG10的基極,這樣不僅避免了對BG7、BG8的損壞,也使恒流源電路運行更安全穩定。

如圖2所示。

激勵器±12V穩定壓電源在工作中還存在著開機瞬間或連續撥動電源開關時,經常出現電源本身發生“過流保護”現象,致使電源面板上的電表的表針反打,使發射機無法正常播出。經過對電路原理(如圖1)的分析和反復實踐,終于找到原因,是由于

圖2

過流保護電路中的C3上的電壓來不及泄放,致使BG11的基極處于高電位,使限流保護電路誤動作造成的。所以,當每一次發生故障的時,將C3用短路線短路一下,放一下電,±12V穩壓電源即可正常。

篇5

關鍵詞：可靠性仿真技術；課改要求；任務驅動；電路設計

1基于可靠性仿真技術的電路設計需求分析

基于可靠性仿真技術的電路設計主要是以虛擬儀器設備替代現實電子元器件，從而為電子電路的實踐教學提供有效支撐，從而更好了踐行“理實一體化”的教學理念，促進學生實踐技能的提升，促使課程回歸教學的本質。1.1實踐性教學開展的內在需求。基于可靠性仿真技術的電路設計，學生可以參與擬訂設計方案、仿真模擬等環節，從電路的設計方案、仿真模擬等環節，能夠將晦澀難懂的理論知識與實踐知識相結合，幫助學生提升實踐技能。1.2實現層次化和差異化教學的必然選擇。關涉電路設計的技術型教學內容涉及的元器件較為繁雜，且不同元器件性能、參數、封裝形式、價格、功耗等存在較大區別，在教學過程中需要反復的實驗、測試，這增加了設備投資成本，而且因為學生個性化差異，學習、接受能力各不相同，加之電子元器件復雜程度的不同，應該據此分層次設定目標，以貼近生活、學生所喜愛的教學內容，以“任務驅動”的形式引導學生進入知識和技能的學習，但這勢必增加電子元器件的投入，而仿真模擬電路的設計可以利用仿真軟件呈現電子電路的操作面板和功能，并通過交互式操作完成相應測試任務，不僅滿足了教學需求，而且控制了教學成本。

2基于可靠性仿真技術的電路設計方案

2.1電路設計的整體流程。可靠性仿真技術可以檢驗電路存在的故障并發現設計的薄弱環節，從而有針對性的進行改進，為了遵循由簡入繁的原則，以有效調動學生學習熱情和積極性，本文以典型電路電源模塊設計為例，設計過程中首先應該進行可靠性仿真實驗，其具體的流程如圖1所示。2.2電路設計的具體步驟。2.2.1設計信息采集。為了實現電源電路的優化設計，應詳細搜集其應用環境和使用方法等信息，具體包含所采用的元器件、原材料特性2.2.2數字樣機建模。電路設計中數字樣機建模須采用專業軟件實現，但因為學生學習、接受能力存在差異，應該目標層次，將設計過程進行分解，并以“任務驅動”的形式，將不同設計知識分配到各個任務之中，讓學生通過分步設計完成理論知識的實踐應用，由此才能確保電路設計學習的效果，通常存在熱設計信息和振動設計信息兩類建模方式，具體的建模步驟為：首先根據將所獲取的電路信息進行簡化，完成CAD數字樣機模型的構建，并依據熱設計信息建立CFD數字樣機模型，而后依據振動設計信息建立FEA數字樣機模型。其次，為確保CFD數字樣機與物理樣機的一致性，須對其進行修正與驗證，利用對電源模塊工作狀態熱測量的方式，獲取其關鍵元器件點溫度測試數據，并根據所得結果修正電源模塊CFD數字樣機的邊界條件、期間參數，由此實現對CFD數字樣機的修正。再次，同理，也須采用相同的方法對FED數字樣機進行修正，且測試過程中，應該在約束條件下對電源模塊重點部位，關鍵元器件進行模態分析，并依據結果完成修正。2.2.3應力分析。溫度應力分析選用MentorGraphics公司的FloTherMV90分析計算電源模塊CFD數字樣機模型，經過分析可知，電源模塊設計中如元器件排布不合理，則會導致電路設計存在熱分布過度集中的缺陷。分析中，平臺環境溫度70℃設定為第一參考溫度條件，電源模塊表層軍溫度72℃設為第二參考溫度條件，經過分析，為電源模塊所在分級提供5V工作電源的功率器區域，是熱分布較集中的部位，需要修正電路設計方案。而對于振動應力分析，則選用ANSYS公司的ANSYSWorkbench12.1分析計算電源模塊FEA數字樣機模型，分析結果顯示，電源模塊中元器件數量和重量排布、安裝方式設計不合理，使得電源模塊產生局部共振的設計問題，應該據此進行及時修正，以優化電路設計。

3結束語

本文將可靠性仿真技術引入電路設計之中，將電路細化分類，并根據學生個體差異由簡入繁、逐步引導，實現了教學目標的分層實現，也將培養學生的實踐技能真正落實到實處。

作者:宋月麗 劉立軍 單位:遼寧機電職業技術學院

參考文獻

[1]王朝新,任斌,陳潔,董緒.基于虛擬實驗平臺的模擬電子技術課程設計開發與仿真[J].電子設計工程,2012,14:44-47.

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但隨著技術的不斷發展，出現了混合集成電路設計的概念，從而克服了采用分離器件設計電路所存在的問題。混合集成電路DC/DC系統相對于傳統的用分離器件設計的電源變換電路系統來說，具有高性價比、高可靠性、高速度、設計周期短等一系列的優點。

本文結合Fairchild公司設計的系列產品，對混合集成電路DC/DC變換器的設計原理、性能及應用等進行了分析研究。

混合集成電路DC/DC變換器的集成化設計方案

根據用戶需求和設計的目的不同，Fairchild公司推出的混合集成電路DC/DC變換器主要采用兩種設計方案。而每一種設計方案，電路的設計上又有細微的差，可以滿足不同用戶的需要。

1　混合集成電路DC/De變換器設計方案1

在混合集成電路DC/DC變換器中，內部電路集成了控制器、驅動器和MOSFE了等三種離散器件。對于每一類產品，其內部電路設計采用的離散器件可以包括三種離散器件中的全部或部分，具體的設計可根據用戶的實際需要進行設計。混合集成電路DC/DC變換器設計方案l的電路原理如圖1所示。

從混合集成電路DC/DC變換器設計原理圖可以看出，該電路中主要包括控制器、驅動器和MOSFE了等有源器件模塊。在實際使用時，電源輸出端需要外接電感、電容等器件對輸出電壓信號進行濾波，同時，輸出的電壓信號需要接到電路的反饋引腳上，以保證電路的正常工作。

采用本方案設計的混合集成電路DC/DC變換器含有控制器、驅動器和MOSFE了等有源器件，其整機效率可以高達95％，電源變換系統性能高，相對于標準模塊具有更高的性價比。

采用本方案設計的混合集成電路DC/DC變換器產品有FAN5029、FAN5069等。器件寄生效應低，輸出電壓紋波低，溫度范圍寬。

2　混合集成電路DC/DC變換器設計方案2

混合集成電路DC/DC變換器設計方案2是在一片混合集成電路DC/DC的設計中采用了兩片專用或優化了MOSFET的同步BU CK電源轉換拓撲結構，其電路原理如圖2所示。

采用方案2設計的混合集成電路DC/DC變換器中，兩個MOSFET器件具有互補的作用，以降低開關損耗，而這兩個器件的設計位置可根據設計者的實際需要進行布局。該芯片還內置直通保護電路，可以有效防止電路上下橋臂的直通，大大地提高了電路的可靠性。在驅動電路設計部分，不僅比常規的電源變換設計增加了驅動能力，減少MOSFET的開通關斷損耗，還把Boost-trap二極管也集成在芯片內部，以簡化外部用戶系統電路的設計。

DC/DC變換器的電壓輸出端需要外接電感和電容，對輸出電壓信號進行濾波，以滿足用戶系統電路的需要。變換器輸出的電壓信號需要接到芯片的反饋引腳上，以保證電路的正常工作。

采用此方案設計的混合集成電路DC/DC變換器產品有FDMF6700、FDMF8700等。器件中采用驅動集成電路加兩個功率MOSFE了的設計方法，寄生效應極低，輸出電壓紋波低，工作溫度范圍寬，且節省了大量的板空間。

接口設計

采用Fairchild公司DC/DC變換器方案設計的電源變換器具有較大的電壓輸入范圍，可根據需要在3.3～24V之間調整，該公司DC/DC變換器的輸出電流可達到30A，輸出電壓范圍根據需要可設計為高到輸入電壓的90％或低到O.8V。

Fairchild公司的DC/DC變換器除了基本的電壓輸入、輸出端口外，一般還有HDRV(上橋臂MOSFET驅動引腳)、LDRV(下橋臂MOSFET驅動引腳)、GLDO(門驅動信號引腳)、DISB(禁止信號引腳)、PWM(脈寬調制信號引腳)、BOOT(反饋信號引腳)等信號端口，具體到各型器件則會有微小的差異。

功耗情況

消費類電子產品由于使用環境以及自身條件的限制，用戶對所選用器件的功耗要求非常苛刻，尤其是電源變換器等便攜式設備。

以Fairchild公司的產品為例，其混合集成電路DC/DC變換器采用集成化方案設計，并力求減小MOSFET的開通關斷損耗，整機效率可高達95％。由于該變換器具有較高的轉換效率，因此內部電路熱損耗低，在實際使用中只需要使用較小的散熱器或不用散熱器，從而可以降低系統電路的總體設計成本。

封裝形式與尺寸

由于數碼相機、攝像設備、媒體播放器、桌面電腦等電子設備的外型力求小巧，因此這類產品對內部電路設計中器件的選用也同樣要求小巧而高效。

很多電源公司都采用了更小更薄的封裝形式，以節省系統電路的設計空間。如Fairchild公司的FAN5069采用了SSOP-16封裝形式，尺寸僅為1.1mm×5mm×6.4mm，FDMF8700采用SMD封裝形式，尺寸僅為O.8mm×8mm×8mm。

混合集成電路DC/DC變換器的在系統應用

混合集成電路DC/DC變換器在系統電路中應用時，需要提供必要的外接器件和控制信號。

在變換器的輸入端，需要輸入合適的控制信號及直流電壓，以保證電路內部的各分離器件按設計的意圖工作。同時，為了濾除輸入電壓信號上的噪聲，建議在輸入電壓和地之間接入旁路電容，其容值應大于1μF。

在變換器的電壓輸出端需要接入合適參數的電感、電容，以濾除輸出電壓上的噪聲。混合集成電路的輸出電壓需要通過自舉電容接到電路的反饋引腳，以保證電路能夠正常工作。

混合集成電路FDMF8700為Fairchild公司推出的采用混合集成電路設計方案2的一種產品，其特點有：輸入電壓典型值12V，開關頻率最大可達500kHz，輸出電流最大可達30A，器件內在的適應性門驅動，內部集成的自舉二極管，器件最高效率大干90％，低壓鎖定，輸出電壓可禁止，采用微型SMD封裝形式，產品制造使用無鉛材料。FDMF8700電源變換器的典型應用電路如圖3所示。

圖3的電路中，DISB端為輸出禁止信號，可以方便地開關整個電源。PWM端為脈寬調制信號，用來驅動上橋臂和下橋臂的MOSFET，VIN和VCIN端為輸入電壓信號，VOUT端為輸出電壓信號，輸出電壓通過自舉電容CBOOT反饋到變換器的BOOT端。詳細電路設計請參照該芯片的技術說明書。

上圖應用電路中輸入信號和各外接器件參數的選取可根據用戶實際需要來具體確定。

結語

本文以Fairchild推出的系列產品為例對混合集成電路DC/DC變換器的設計與應用進行了分析研究。

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>> GIS開關油壓監控系統硬件電路設計 基于小型高效直流開關電源的控制電路設計 針對反激式開關電源箝位電路設計分析 電路設計與開關 開關電源設計 開關電源系統穩定性補償電路的設計 開關電源無源PFC電路優化設計探析 開關電源電路分析與技術改進 硬件電路設計流程與方法 開關電源模塊并聯供電系統設計 超聲波導盲系統硬件電路設計 MPEG－4的解碼系統硬件電路設計 網絡型停車場控制系統硬件電路設計與實現 基于M51995A開關電源保護電路的設計 開關電源并聯均流系統 數字機開關電源輸出電路檢修方法與實例 基于反激式開關電源電路實現與測試分析 開關電源EMC設計實例 通用開關電源的設計 開關電源電磁兼容設計 常見問題解答 當前所在位置：

關鍵詞：開關電源；UCC3895；測控系統

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012

引言

大中功率直流開關電源一般采用移相全橋DC/DC變換器 。實現全橋變換器的移相控制主要有以下三種方法：（1）采用分立器件進行邏輯組合；（2）采用DSP或CPLD實現數字控制；（3）采用專用集成控制芯片 。采用分立器件進行邏輯組合構成的模擬控制電路結構復雜，不利于開關電源小型化；采用DSP或CPLD實現數字控制的成本較高，且存在數字電路延遲；采用專用的集成控制芯片電路簡單且成本較低。第三種方法中可以采用UCC3895芯片來產生PWM控制波形，UCC3895是一款優良的移相全橋控制芯片，有電壓和電流兩種控制模式，占空比可從0%～100%， 且可以為零電壓開關（ZVS）提供高效高頻的解決方案。國內外常用的移相全橋反饋模式為電流模式 ，但其雙閉環控制電路復雜，不易實現。

由于單電壓環反饋模式簡單有效的優點，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環加限流環的反饋模式和單片機相結合設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統，詳細設計了閉環系統、控制器參數、保護電路，顯示電路，調壓電路，并對測控系統進行了實驗。

系統方案

采用應用廣泛的TI公司生產的UCC3895芯片與單片機相結合的方案設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統。如圖1所示，利用UCC3895對DC/DC變化器主電路進行PWM移相控制，并與單片機相結合來實現對主電路的檢測與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護。其中，所選單片機型號為美國微芯公司生產的PIC16F873單片機。PIC16F873共28個引腳，內部自帶5個10位A/D通道，2個定時計數器，2個脈寬調制（PWM）通道。

UCC3895電路設計

如圖4所示，UCC3895的EAN腳為內部誤差放大器反相輸入端，E A O U T腳為誤差放大器輸出端，R 3、R 4、R 6、C 1、C 2、C 3構成了閉環控制系統的電壓調節器，輸出電壓Vo經過電阻分壓接到電壓調節器反相輸入端構成反饋電壓，改變可調電阻R2的值可以改變電源輸出電壓。RT、CT可以實現開關頻率的設定，A D S腳為自適應延遲死區時間設置端，接地表示輸出延遲死區時間設為最大。限流調節器輸出端也接到UCC3895的EAOUT腳，故障保護電路接到CS腳實現電源系統的故障保護功能。

故障保護電路設計

UCC3895的CS腳有過流保護功能，當CS腳電壓高于2.5V時，UCC3895芯片將會被軟關斷，驅動脈沖被封鎖，CS腳低于2.5V，芯片將進入下一個軟啟動過程。如圖5所示，保護電路的設計就是基于CS腳的過流保護功能，正常情況下保護電路的輸出為低電平，一旦出現輸出過壓、過流、過溫等故障，相應的電壓比較器輸出高電平，同時故障信號被單片機檢測，通過單片機數字控制也可使電壓比較器輸出為高電平，開關管T1導通，輸出一個高于2.5V的高電平至CS腳，使芯片封鎖驅動信號，從而使主電路停止工作，實現電源系統的數字模擬雙重保護功能。

限流值可調的限流環電路設計

單片機與電路設計

單片機部分電路和電源狀態顯示電路分別如圖7和圖8所示。單片機部分引腳功能分配如下：AN0腳是限流信號檢測，AN1腳是輸出電壓檢測，AN2腳是輸出電流檢測，AN4腳是溫度檢測，其中AN0、AN1、AN2、AN4腳均為A/D轉換端口。CCP2腳（PWM端口）提供可調的限流調節器的限流參考值，CCP1腳（PWM端口）提供可調的電壓調節器的輸出電壓參考值，SCK、SDO、RB4腳用于電源狀態顯示，RB1腳（I/ O口）為單片機數字控制。單片機通過SPI（同步串行通訊）向移位寄存器SN74HC164發送電源當前工作狀態數據，由移位寄存器把串行數據轉換為并行數據并輸出給顯示模塊。單片機RB4腳（I/O口）控制發光二極管的供電電壓，在剛開機還沒有采集工作狀態之前，保證所有二極管不工作。單片機SCK（時鐘）腳接在三個移位寄存器的脈沖輸入口（CLK）作為脈沖輸入。單片機SDO（SPI通訊數據輸出）腳接到移位寄存器的數據輸入口（A、B腳），并把三個移位寄存器接到一起串聯使用。通過數碼管實時顯示輸出電流值，通過4個LED燈圖11 突加突減負載電壓波形的亮滅表示電源當前的工作狀態，其中發光二極管D4（綠燈）燈亮表示電源正常工作，D3（紅燈）燈亮表示輸出過壓故障，D2（紅燈）燈亮表示輸出限流，D1（紅燈）燈亮表示過溫故障。

調壓電路設計

單片機CCP1腳為PWM波端口，可以通過調節PWM波的占空比產生不同的電壓。如圖9所示，PWM信號經過濾波電路由數字量轉變為模擬量輸入到由運放5構成的電壓跟隨器進行緩沖與隔離，該模擬電壓與參考電壓VDD疊加構成分壓電路，分壓信號輸入到由運放6構成的電壓跟隨器正向輸入端。輸出端經過濾波電路接到UCC3895芯片電壓調節器參考電壓端（EAP）。改變CCP1的PWM波占空比即可調整電壓調節器參考電壓，進而改變電源輸出電壓。圖中由R2、R3、R4構成的分壓電路可以設定PWM占空比為最低時電壓調節器參考電壓的最低值，保證電源電壓的最低輸出。可調電阻R2的作用是調節電壓調節器參考電壓的范圍，改變R2的值，在輸出占空比范圍不變的情況下，輸出參考電壓的范圍可以進行調整，進而改變電源輸出電壓的范圍。圖12 過載限流波形

實驗及結果

圖10是直流開關電源上電輸出電壓瞬態波形，上電輸出瞬態電壓的超調量為1.1%，調整時間為50ms，穩態誤差為0.5V。圖11是直流開關電源突加突減負載輸出電壓瞬態波形，突加突減負載輸出瞬態電壓的恢復時間為30ms，電壓動態降落為22%。圖12是突加過載限流波形，過流后限流環起作用，通過調節輸出電壓，使得電流很快限制在限流值上。

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關鍵詞:電子電路設計；創新；路徑

科技的不斷進步和發展,電子產品逐漸的滲透到生產和生活的各個領域,成為國家科技生產水平的主要組成因素,推動者計算機技術的不斷進步,成為國家發展的動力,為技術的全面進步提供必要的條件。但是現階段我國進行電子電路設計的過程中存在一定的問題,創新能力不足,自主知識產權意識較弱,造成整體發展水平出現滯后性,因此在今后的發展中需要對電子電路設計的創新路徑進行分析,全面的掌握創新方法,保證電子電路自主研發能力的提升,促進我國科技水平的全面進步。

1電子電路設計概述

1.1電子電路設計的原則

電子電路設計需要遵循相關的原則,這樣才能更好地保證設計的科學性,首先需要對電子電路內部的各項原件相互之間的關系進行全面的分析,掌握設計的內部結構以及外部結構,整體上對原件內部的各項構造進行分析,綜合地對電子電路的各項類型進行分析,全面地掌握各項設計類型。其次需要關注設計的功能性原則,在進行設計的過程中需要將電子電路系統進行更加細致全面的劃分,掌握不同模塊的實際功能,考慮到實現這些模塊和功能的途徑,從而在設計中了解掌握原件的情況,實現電子電路設計的規范性。在進行電子電路設計的過程中需要保證各項功能的完整性,在進行設計的過程中需要針對每一個部件的實際使用效果進行分析,確定整體的設計成果符合實際使用的效果,這樣才能進一步提升設計的科學性與合理性,在實際使用中保證使用的質量。

1.2電子電路設計的技術

進行電子電路設計需要采用合適的方法,具體的方法包括遺傳算法。這種方法在進行設計的過程中將關注的焦點放在需要解決的問題上,針對性地進行代碼設計,對需要解決的問題進行相應的編程,這樣的方式可以在進行程序編制的過程中避免因為競爭機制帶來不同遺傳操作和交叉變異的問題,滿足現實情況下的管理機制,對其中較差的個體進行替代,保證代碼的使用更加符合技術的需要,不斷地滿足現實條件,對結果進行更加全面的管理,對實際問題進行整體解決。而現場可編程邏輯陣列是將邏輯電路方式進行應用,采用在線編程的方式,將存儲芯片設置在RAM內,在需要編程的過程中通過原理圖和硬件對語言進行描述,然后將數據存儲到RAM內,這樣將數據進行存儲的方式使得相關的邏輯關系得到更加科學的處理,一旦對其中的FPGA開發軟件進行斷電之后,就會出現RAM的邏輯關系空白,為整體的數據存儲節省較多的空間,提升FPGA系統的使用效率,將不同的數據流灌入到硬件系統中,提升電子電路設計的整體質量,便于對設計方法進行全面的創新。

2電子電路設計的創新基本方法

2.1對電子電路進行層次化的設計

進行電子電路層次化的設計首先需要將基本構造分成相應的模塊,對不同的模塊進行分層次的設計描述,整體設計過程中需要按照從硬件頂層抽象描述向最底層結構進行轉換,直到實現硬件單元描述為止,層次化設計在進行管理設計的過程中相比較而言較為靈活,可以根據實際特點選擇適宜的設計方式,既能夠是自頂向底的方式,也可以是自底向頂的方式,具體情況需要按照實際情況進行分析,對電子電路的設計進行全面科學的管理。

2.2對電子電路進行漸進式設計

漸進式設計也是電子電路設計中經常出現的情況,這種設計方式主要是將一些附加功能帶入到管理中,將設計的相關指標使用到設計中,其中包括高頻、低頻模擬電路、數字電子線路的結構設計,然后依據實際情況設計相應的單元電路結構,將電子電路工作的特點和運行方式融入到設計中,并將線路設計進行全面的整合,注重輸入與輸出之間的相互關系,保證電路設計的規范性,將電子電路設計得更加便于操作。同時在進行設計的過程中需要對漸進式設計的步驟進行分析,根據應用型電子電路的功能,及時地對電子電路進行組合,在進行拼裝時需要關注連接點信號連接的強度、幅度以及電壓值之間的關系,將整體電路進行更加科學的設計。

2.3硬件語言描述設計

在進行電子電路設計的過程中還可以使用基于硬件語言描述的形式,首先需要對設計目標進行全面的管理,熟悉電子設計中對信號進行控制的相關原理,保證信號處理的各項參數。在具體信息確定完成之后需要對系統進行分解,找出硬件的總體框架,之后對設計圖進行仿真設計,將較為重要的位置使用相關的記號進行標注,然后借助CAD軟件對設計進行仿真測試,保證電子電路設計的邏輯關系、正負極值、時序等的正確性,提升方案設計的規范性。

3電子電路設計的創新路徑

3.1電子電路構架設計

進行設計創新首先需要對整體的設計構架進行管理,在設計中對FPGA系統進行重新定義,在硬件單元內部建立連接,找出更加明確的構建系統,對設計途徑進行創新。在設計結束之后需要對設計目標以及設計結果進行對比,可以采用錯誤的代碼,驗證系統在進行甄別過程中的效果,對于出現問題的地方及時進行改進。在結束之后選擇適宜的子系統,其中一部分保持原本的運行狀態,一部分按照遺傳算法進行一定的修改,這樣可以對系統進行更加完善的處理,使操作的適應性更強。進行改進之后再對系統進行整體的驗證,不斷地對設計方案進行改進,使得設計更加符合方案的需要。

3.2對設計環境進行創新

在設計過程中需要對系統的環境進行創新,用于測試的環境需要將測試的硬件與顯示的FPGA構架和硬件進行全面的控制,制定適宜的仿真軟件。計算機在使用的過程中可以通過通信電纜將數據從計算機下載到FPGA系統中,使用規范化的儀器對數據采集中的硬件和軟件進行連接,對設計方案進行全面的評估,并將數據轉化進行應試實驗,對軟件進行仿真處理,提升系統整體運行環境。

4結語

電子電路設計對于科技的發展具有較為關鍵的作用,需要對系統進行全面的管理,對設計方法進行不斷的創新,使設計在多變的環境中實現自我重構,提升設計的科學性,使抽象的理論形象化、復雜的電路實際化。不僅能提高理解分析能力,而且能提高設計能力。通過設計和模擬仿真可以快速地反映出所設計電路的性能,使設計更加生動、直觀、實時、高效,更好地為人類造福。

參考文獻

[1]梁光勝.電子技術系列課程教學改革的研究與實踐[A].中國光學學會光電技術專業委員會,教育部高等學校電子信息科學與工程類專業教學指導分委員會,全國高等學校光學教育研究會.全國光學、光電和電子類專業教學經驗交流、研討會專集[C].中國光學學會光電技術專業委員會,教育部高等學校電子信息科學與工程類專業教學指導分委員會,全國高等學校光學教育研究會,2012.

[2]黃品高,葉懋,景新幸.電子電路基礎實驗教學中培養學生創新能力的基本素質的探索[A].教育部中南地區高等學校電子電氣基礎課教學研究會.教育部中南地區高等學校電子電氣基礎課教學研究會第二十屆學術年會會議論文集（上冊）[C].教育部中南地區高等學校電子電氣基礎課教學研究會,2010.

[3]宋菲.電子電路設計的創新路徑分析[J].數字技術與應用,2015(6):17.

篇9

培訓內容的確定，結合職業崗位定位，選擇與實際電路產品相關的案例，面向應用，因用而學，學以致用。以丙級為例，其具體案例如：（1）時序邏輯電路設計與制作：設計制作一個數位電子鐘。（2）組合邏輯電路設計與操作：①半加減法器；②具有智能控制的2to4譯碼器；③具有優先權的4to2編碼器；④4to1多任務數據選擇器；⑤1to4多任務數據分配器。（3）CPLD設計與應用：①電子骰子控制；②二位數計時器；③紅綠燈控制。

2培訓的組織實施

培訓的實施采用面向職業崗位，以工作任務為引領，教學做一體的項目教學法進行培訓授課。如表2，即為實用丙級的實施方案示例。

3培訓的鑒定認證

培訓的鑒定認證，是參照臺灣嵌入式系統發展協會的職業能力認證考核標準，制定出包括PLD電子設計專業知識和職業技能兼具的鑒定認證系統，從專業知識和工程實踐技能兩大模塊分別進行考核鑒定。在實用丙級中，專業知識模塊由100道選擇題組成，由在線測試系統（OSTS）從題庫中以隨機方式產生，以考核學員對專業知識的掌握。而實踐技能的考評，主要包括組合邏輯電路的設計與操作、時序邏輯電路的設計與制作、綜合邏輯電路的設計與應用以及數位邏輯功能的模擬與紀錄等四個項目，規劃為二個階段來進行：第一階段主要考量學員對于傳統數位邏輯電路的設計及制作能力，其中包含邏輯化簡、電路設計、電路板規劃、組件辨識及焊接等能力；第二階段則考量有關CPLD的設計與應用能力，包含功能分析、工具使用、電路設計、程序撰寫以及功能模擬紀錄等能力。

4結束語

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【關鍵詞】三相逆變電源;DSP IC;全數字控制;設計

在當前，隨著電力電子技術的高速發展，尤其是逆變技術在多領域的廣泛應用，人們對逆變電源的性能要求也較過去有了較大程度的提高，不僅要求輸出的波形質量盡量好，而且對其穩態與動態性能的要求也日益更高。基于此，本研究成功設計了一種基于DSP IC全數字控制的三相逆變電源，現對其技術方案簡要陳述如下，以供業內人士參考。

1.本三相逆變電源的總體設計思路

在本設計方案中，主要包括的幾個部分為：

①括主控制電路;

②驅動保護電路;

③工作電源;

④三相逆變電路;

⑤輸出濾波電路;

⑥穩壓電路;

⑦前級處理電路。

其具體設計思路如圖1所示。

圖1 三相逆變電源的總體設計思路

2.硬件設計

2.1 主控制芯片的選擇及其特性簡述

本設計選用的是美國微芯科技公司生產的DSP IC數字信號控制器（DSC）為電源的主控芯片，同時該芯片為16位閃存單片機設計，其快速中斷處理能力與對設備的切斷功能均頗為強大，另還兼具了數字信號處理設備（DSP）的數據吞吐和運算功能，進而在運算速度與數字信號處理方面有非常不錯的表現，對指令的執行速度甚至超過了30MIPS。此外，該芯片還配備了自編程閃存，可耐受的工作環境溫度可達到工業級。

2.2 電源開關元件的選擇及其特性簡述

本設計采用絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為電源開關元件，IGBT不但具有效應管（MOSFET）的高速開關功能，而且還具有電力晶體管（GTR）的低通壓降優點，是一種集多方面優點于一身的復合型開關元件。

2.3 主控制電路的設計

在主控制電路的設計中，將復位、晶振、六路PWM輸出以及報警等等多項功能考慮進其中，具體詳見圖2所示。

圖2 主控制電路原理圖

2.4 逆變電源開關元件（IGBT）的驅動電路設計

IGBT的門極驅動電路在很大程度上影響著其開關時間、功耗以及承受短路電路的能力，是關系到IGBT靜、動態性能的關鍵部件，故其對應的驅動保護電路設計尤為重要，本次詳細設計如圖3所示。

圖3 IGBT驅動電路設計圖

2.5 逆變電源的保護電路設計

一旦出現輸入（出）電流與電壓不穩定以及電源開關元件溫度過度升高的情況，有可能對整個逆變系統造成破壞性的損壞，故在本設計中，分別設計了電源的輸入過流保護電路（如圖4所示）與超溫保護電路（如圖5所示），其中，以超溫保護電路為例，一旦IGBT的溫度超過了額定溫度，主控芯片立即發出故障信號并自動將所有的IGBT切斷，同時還將通過指示燈發出警報以提示已有異常發生。

圖4 輸入過流保護電路設計

圖5 超溫保護電路設計

2.6 逆變電路的穩壓電路設計

在本設計中，為便于逆變控制系統調節輸出電壓的大小及波形，繼而采用了閉環控制策略，具體詳見圖6所示。逆變電壓經變壓器降壓整流后，再經分壓電阻分壓采樣，形成閉環。

圖6 穩壓電路設計圖

3.軟件設計

綜合借助DSPIC對數字信號的處理功能及其快速的計算能力，同時采用了SPWM脈寬調制技術，對六路PWM值實時計算，再將計算的結果傳輸到內部的PWM控制模塊產生PWM波形。其中，開關頻率選用20kHz，其周期為50μs，通過軟件對所產生的PWM波形的正弦數值進行分析并生成表格，將其提前存儲到控制芯片當中。存儲正弦數字表為180個數值，根據波形的對稱性和三相相位相互差120度的特性，在0到180的正弦數值表中加入一定計算就可以得到所需要角度的對應數值。控制芯片根據回饋采樣，利用PI調節，對正弦數值表中的每個值進行重新計算后送如PWM模塊，以達到穩壓的目的。同時每1毫秒對所有輸入采樣和各種保護進行處理，若有保護信號動作，立即關閉PWM模塊，使驅動波形變為無效，進而達到及時保護IGBT的目的。此外，為了最大程度減少啟動器對器件產生的沖擊，本設計在軟件方面還特地增設了一個軟啟動程序，進而確保其輸出的電壓不會徒然升至過高。

4.實驗結果

圖7、圖8所示為經過LC濾波前后的三相逆變電壓線電壓波形，頻率為50HZ，符合設計要求。

圖7 LC濾波前的逆變電壓波形

圖8 LC濾波后的逆變電壓波形

5.結束語

本研究成功設計了一種基于DSPIC的全數字控制三相逆變電源，其樣品目前已通過檢測，檢測結果顯示，本產品采用DSPIC進行控制，其可控性、可靠性以及波形質量與帶負載能力等，均顯著優于傳統電路設計，建議將其作為新一代逆變電源產品進行批量生產并推廣應用。

參考文獻