導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電源電路設(shè)計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞： 相控陣?yán)走_(dá)； 靈敏度； 電源故障； 保護(hù)電路

中圖分類號： TN86?34； TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0168?03

0 引 言

隨著相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展，相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)被廣泛用于地面防御系統(tǒng)中。然而，在目前有源相控陣?yán)走_(dá)中去掉了傳統(tǒng)雷達(dá)中的大功率發(fā)射機(jī)電源，由原來的大功率發(fā)射機(jī)電源改為向各個T/R組件供電，雷達(dá)的二次電源數(shù)量明顯增多， 電源系統(tǒng)越來越復(fù)雜，故障率明顯增多。由于軍用雷達(dá)常常工作在惡劣環(huán)境下，雷達(dá)電源的常見故障如過壓、欠壓、過熱、短路、缺相等，往往難以避免[1]。因此，對雷達(dá)電源系統(tǒng)故障的快速定位、電源保護(hù)、故障報警成為獲取電源故障信息，保證電源系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。國內(nèi)采用的保護(hù)技術(shù)，解決方案多數(shù)是在線路入口處設(shè)置斷路器，當(dāng)線路過壓或欠壓時切斷線路，而當(dāng)電壓恢復(fù)正常時需手動使斷路器復(fù)位[2]。本文在分析了相控陣?yán)走_(dá)陣面電源的特點(diǎn)以及傳統(tǒng)雷達(dá)電源保護(hù)電路基礎(chǔ)上，設(shè)計了簡單實用的雷達(dá)電源保護(hù)電路，實現(xiàn)了雷達(dá)一次電源故障中的過、欠壓保護(hù)和二次電源缺相保護(hù)。該電源保護(hù)電路具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)?？蓪崿F(xiàn)集成化自復(fù)位電源故障報警功能，提高了雷達(dá)電源系統(tǒng)的可靠性及靈敏度。

1 電源系統(tǒng)簡介

雷達(dá)主電源系由康明斯30 kW柴油發(fā)電機(jī)組、總控配電機(jī)柜、50 kW變頻發(fā)電機(jī)組（兩臺）與變頻機(jī)控制柜、ATS切換柜、電力變壓器、發(fā)電機(jī)組本機(jī)控制柜、通信及監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。在電源系統(tǒng)中，柴油發(fā)電機(jī)組與市電互為備份，當(dāng)市電不能正常使用的時候開啟柴油發(fā)電機(jī)對雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行工頻供電，控制系統(tǒng)分為手動方式和自動方式（手動系統(tǒng)享有最高優(yōu)先級）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 基本參數(shù)確定

2.1 門限電壓定義

2.2.2 報警電路靈敏度

當(dāng)輸入電壓采樣問題成功解決后，此過程為，設(shè)計人員拿預(yù)先設(shè)定的保護(hù)基準(zhǔn)電壓與采樣電壓進(jìn)行數(shù)值比較。[IC1B]輸出低電平時異名端的電平比同名端高。當(dāng)設(shè)計一個電源電壓保護(hù)電路時，電源系統(tǒng)正常工作時需要重點(diǎn)考慮如下問題，送到[IC1B]的電壓經(jīng)過采樣器分壓電路之后，3腳的電壓值必須低于的[IC1B]2腳的電壓。（1腳為輸出端，3腳為同名端，2腳為異名端）。只要采樣得到的電壓小于設(shè)置的基準(zhǔn)電壓，[IC1A]就會產(chǎn)生欠壓保護(hù)信號，同理如果采樣電壓大于設(shè)置的基準(zhǔn)電壓，[IC1B]就會產(chǎn)生過壓保護(hù)信號。需要注意設(shè)計人員在計算采樣電壓時，一定要同時考慮和分析過壓與欠壓基準(zhǔn)電壓值。

被檢測電源經(jīng)過整流電路后，就可以分別與被測電源基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，若被監(jiān)測的電源電壓均在正常工作的窗口電壓之內(nèi)，則系統(tǒng)工作正常無需要報警。如果被測電源突然出現(xiàn)故障（不論過壓或欠壓）比較電路的輸出端便立即送出報警信號，以便在毫秒級內(nèi)完成故障排除故障。

4 輸入缺相保護(hù)電路設(shè)計原理

5 結(jié) 語

本文在分析了相控陣?yán)走_(dá)陣面電源的特點(diǎn)以及傳統(tǒng)雷達(dá)電源保護(hù)電路基礎(chǔ)上，結(jié)合雷達(dá)電源系統(tǒng)的研制，設(shè)計了簡單實用的雷達(dá)電源保護(hù)電路。該電路可實現(xiàn)雷達(dá)一次電源故障中的過、欠壓保護(hù)和二次電源缺相保護(hù)。實際應(yīng)用表明，該保護(hù)電路工作穩(wěn)定可靠，靈敏度高，能夠準(zhǔn)確地對變頻發(fā)電機(jī)組與柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行過、欠壓報警，同時對陣面電源（二次電源）進(jìn)行缺相保護(hù)，虛警率≤3%，故障報警率≥98%，故障隔離率≥96%，達(dá)到了對雷達(dá)電源保護(hù)的要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹才開.開關(guān)電源保護(hù)電路的研究[J].繼電器，2007，35（z1）：462?466.

[2] 尤大千，尤永清.中性線點(diǎn)位偏移保護(hù)斷路器及其應(yīng)用[J].建筑電器，1995（4）：11?17.

[3] 陳善華.無人機(jī)合成孔徑雷達(dá)接收機(jī)開關(guān)電源研制[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2005（9）：78?80.

[4] 賁德.機(jī)載相控陣火控雷達(dá)[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2001（1）：1?5.

[5] 鞠文耀，楊春，訾少波.陣面電源自動測試技術(shù)研究[J].電子工程師，2008，34（5）：5?7.

[6] 吳偉賓.一種三相電源逆相、缺相檢測電路[J].電子產(chǎn)品世界，2012，19（5）：66?68.

篇2

作者：陸召振 周樹艷 陸偉宏 王寧 單位：無錫油泵油嘴研究所

共軌系統(tǒng)通常正常工作電壓選擇28~30V，即需要滿足Ur≧30V。2）最小擊穿電壓UbUb分為5%和10%兩種。對于5%的Ub來說，Ur=0.85Ub；對于10%的Ub來說，Ur=0.81Ub。當(dāng)電壓高于此值后，TVS發(fā)生雪崩擊穿，此后，TVS兩端電壓將一直保持在鉗位電壓Uc。3）最大鉗位電壓Uc當(dāng)TVS管承受瞬態(tài)高能量沖擊擊穿后，管子中流過大電流，峰值為IP，端電壓由Ur值上升到Uc值就不再上升了，從而實現(xiàn)了保護(hù)作用。Uc與Ub之比稱為鉗位因子，一般在1.2~1.4之間，計算多代入為1.3。其他諸如反向漏電流、結(jié)電容等參數(shù)也需要考慮電路靜態(tài)電流以及信號頻響等因素進(jìn)行擇優(yōu)選擇。最大允許瞬時功率Pp根據(jù)車用電源系統(tǒng)電路抗干擾標(biāo)準(zhǔn)要求須至少大于6000W。防反接保護(hù)電路設(shè)計防反接保護(hù)使用一個普通二極管就可以實現(xiàn)，或者采用其他MOS管防反接電路。普通二極管防反接保護(hù)電路優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，器件少，但由于受二極管額定功耗的限制，這種防反接不能承受長時間的反接故障。圖3為防反接保護(hù)二極管在電路中的設(shè)計位置，二極管選擇時考慮ECU的整體功耗，選擇正向?qū)娏鞔笥谡９ぷ髯畲箅娏鳎瑫r防反接保護(hù)二極管盡量選擇低壓降快恢復(fù)二極管，反向耐壓滿足電路要求。過電流保護(hù)電路ECU電源電路在過載或者負(fù)載短路等故障發(fā)生時，需要在外部線束中或電源處理電路回路中設(shè)計過流保護(hù)電路，否則電路將損毀不能正常工作。通常在開關(guān)電源設(shè)計中采用自恢復(fù)熔斷絲串聯(lián)在回路中，或設(shè)計電路采樣閉環(huán)控制電路等。

從以上自恢復(fù)熔斷絲的原理可以看出，當(dāng)電路發(fā)生過流時，可能存在大量熱量的產(chǎn)生，由于ECU通常安裝在相對封閉的空間內(nèi)，熱量無法快速消散，因此可能會對ECU其他電路的工作產(chǎn)生影響，再加上自恢復(fù)熔斷絲存在不好安裝及精度不高的問題，因此ECU過流保護(hù)電路通常不選用這種方案。圖4為一種閉環(huán)電流采樣控制保護(hù)電路，T1用來檢測負(fù)載電流IL，采樣電阻R1產(chǎn)生成比例的電壓。電流過載發(fā)生時，電容C1充電電壓會增加到穩(wěn)壓二極管Z1的導(dǎo)通電壓，此時三極管Q1導(dǎo)通，集電極輸出信號關(guān)閉后續(xù)電路的控制級，從而切斷電源電路的工作。類似過流保護(hù)電路設(shè)計時，需要注意變壓器的設(shè)計選型，由于車用ECU對成本的要求越來越高，此電路設(shè)計成本較高，且占用ECU體積大，目前在ECU上采用較少。綜上，我們似乎沒有非常完美的過流保護(hù)電路方案，幸運(yùn)的是目前世界上一些著名半導(dǎo)體公司都提供帶有過流自動保護(hù)的電路控制芯片。比如美國國家半導(dǎo)體公司的汽車DC/DC控制芯片，德國英飛凌公司的汽車級LDO電源處理芯片，這些芯片都能提供過流自動保護(hù)功能。因此在ECU電源電路設(shè)計時，盡量選用類似集成芯片作為電路核心元件，這些芯片通常都經(jīng)過汽車等級的測試，可以放心采用。共模抑制電路設(shè)計ECU電源系統(tǒng)電路通常采用共模扼流圈設(shè)計共模抑制電路。共模扼流圈，也叫共模電感（Com-monmodeChoke），是在一個閉合磁環(huán)上對稱繞制方向相反、匝數(shù)相同的線圈。

在電源電路設(shè)計時，采用共模扼流圈能夠有效地消除共模干擾，提高ECU電磁兼容性能。目前一些著名的無源器件生產(chǎn)廠家均提供ECU專用的電源系統(tǒng)電路共模扼流圈，比如TDK公司的ACM-V系列主要用于ECU電源線設(shè)計，TDK公司提供的這種共模扼流圈通過專用磁芯設(shè)計而成的方形閉磁路磁芯，在保持原有特性的同時實現(xiàn)了小型化，便于安裝。同時具有高阻抗特性，可發(fā)揮優(yōu)異的共模噪聲抑制效果，最大電流可高達(dá)8A。濾波電路設(shè)計共軌系統(tǒng)ECU電源電路的輸入是從汽車蓄電池直接引入的。由于汽車上所有電子設(shè)備都共用這一個電源，其他電子設(shè)備的干擾可能通過電源耦合到ECU。另外，車用蓄電池的電源高頻干擾、汽車電機(jī)的啟動停止以及負(fù)載的突然變化均會將干擾帶入ECU。在設(shè)計電源處理電路時必須設(shè)計濾波電路來濾除這些干擾。通常采用∏形濾波電路設(shè)計串聯(lián)在電源處理回路中，主要對差模干擾起到抑制作用，圖6為基本的∏形濾波電路。在實際的∏形濾波電路設(shè)計時，需要根據(jù)ECU實際使用需求進(jìn)行電感L及電容C1和C2的參數(shù)選擇，電容C3根據(jù)負(fù)載功率的大小調(diào)整容值及耐壓參數(shù)。電源系統(tǒng)設(shè)計方案總結(jié)共軌系統(tǒng)ECU電源系統(tǒng)電路設(shè)計時需要綜合以上的各種保護(hù)電路的設(shè)計，同時選擇合適的DC/DC控制芯片。控制芯片的PWM調(diào)制頻率設(shè)置需要綜合考慮電源處理的效率和EMC性能。常用的ECU電源系統(tǒng)電路設(shè)計方案如圖7所示。ECU通過點(diǎn)火鑰匙開關(guān)處理電路，將汽車蓄電池電源輸入，然后通過各種保護(hù)電路將穩(wěn)定的電壓輸入DC/DC處理電路，最后通過汽車專用低壓降線性穩(wěn)壓電源（LDO）處理成多路電源分別給ECU各電路模塊供電。

在設(shè)計電源系統(tǒng)處理電路時，不僅應(yīng)考慮基本電壓處理電路的精度和效率，還應(yīng)設(shè)計不同的保護(hù)電路，應(yīng)對各種可能出現(xiàn)的干擾和故障情況。保護(hù)電路的設(shè)計需要考慮整個電源系統(tǒng)電路的工作原理，合理的布局保護(hù)電路在整個電源系統(tǒng)電路中的位置；各種保護(hù)電路的器件選擇則需要綜合電路原理、成本、安裝及廠家品牌等諸多因素進(jìn)行合理選擇。除了本文提到的幾種保護(hù)電路設(shè)計外，或許還有其他應(yīng)對整車復(fù)雜故障情況的電路選擇，這就需要在ECU的實際使用過程中進(jìn)行不斷的積累和研究。

篇3

主要技術(shù)指標(biāo) 2．負(fù)載電容容量3133uF；

3．輸出電流2安培直流；電源容量5kW；

4．開關(guān)頻率20kHz，諧振頻率40kHz；

5．電流檢測與電壓檢測；

6．用DSP實現(xiàn)PWM控制。

主電路選型

在諧振開關(guān)技術(shù)中最適合脈沖電容充電的電路是串聯(lián)諧振開關(guān)電路,輸出近似為恒流源或稱“等臺階充電”,突出的優(yōu)點(diǎn)是充電效率高且具有固有短路保護(hù)能力[6]。其主電路如圖3-1所示。由于電源功率大，采用全橋型電路，高頻變壓器的副邊也采用二極管整流橋進(jìn)行整流。

圖3-1 電容充電電源主電路示意圖

圖中為串聯(lián)諧振電感(含變壓器漏感和線路分布電感);為串聯(lián)諧振電容。其工作原理和具體參數(shù)將在下面給出。

電路的工作原理及方式

直流電壓（由市電經(jīng)過整流得到）經(jīng)過逆變電路逆變?yōu)轭l率很高的方波交流電，此高頻方波交流電在經(jīng)高頻變壓器生壓后，由二極管整流橋整

流輸出穩(wěn)定的直流電流，向電容C進(jìn)行充電。

設(shè)為IGBT的開關(guān)頻率，為諧振頻率。

串聯(lián)諧振變換器按大小有3種工作方式： 2．方式二(/2<<) 電流連續(xù)工作,可實現(xiàn)零電流關(guān)斷。但開通時,同一橋臂上的兩個開關(guān)管存在強(qiáng)迫換流,故開關(guān)損耗較大,干擾大；

3．方式三(>) 電流連續(xù)工作,零電壓開通和硬關(guān)斷,開關(guān)損耗和干擾較大。因線路存在電感,斷時產(chǎn)生的電壓尖峰較高,極易損壞開關(guān)器件[7]。

現(xiàn)在以圖3-2的電路來分析一下串聯(lián)負(fù)載DC—DC變換器的這三種運(yùn)行方式。

（a）串聯(lián)負(fù)載DC/DC變換電路

（b）等效電路

圖3-2 串聯(lián)負(fù)載DC/DC變換電路及等效電路

由圖可知，電感和電容形成串聯(lián)諧振，并與負(fù)載串聯(lián)，經(jīng)過諧振的電流在負(fù)載端被全波整流。輸出端的濾波電容C足夠大，可以認(rèn)為電容C兩端電壓是沒有波紋的直流電壓。為了簡化分析，假定諧振電路中的電阻損耗可以忽略不計，輸出電壓可以反射到整流橋的輸入端，以表示，如果為正，，為負(fù)，。

若開關(guān)T+導(dǎo)通，電流為正時流經(jīng)T+，反之，流經(jīng)二極管D-。與此類似，為負(fù)時，若開關(guān)T-導(dǎo)通，電流流經(jīng)T+；反之流經(jīng)二極管D+。因

此，對圖3-2（a）來說，可有如下四種狀態(tài)：

1.當(dāng)>0時

T+導(dǎo)通: =+，；

D-導(dǎo)通: =，。

2.當(dāng)<0時

T-導(dǎo)通: =，；

D+導(dǎo)通: =+，。

諧振槽上的電壓取決于電流的方向以及哪個開關(guān)器件導(dǎo)通。上述方程所描述的狀態(tài)可以用圖3-2（b）所示等效電路來表示。應(yīng)該注意，使用這個等效電路時應(yīng)按不同的時間間隔來計算。在每種時間間隔內(nèi)，要確定其出使條件，并把和看作一個直流電壓。

在穩(wěn)態(tài)對稱運(yùn)行時，兩個開關(guān)器件的工作狀態(tài)是相同的，與此相似，兩個二極管的工作狀態(tài)也是相同的，因此只要對半個運(yùn)行周期進(jìn)行分析即可知道整個周期的狀態(tài)，因為另外半個周期的運(yùn)行狀態(tài)與此對稱。

此串聯(lián)諧振電路的開關(guān)頻率由電路中的開關(guān)器件來控制，它可以比諧振頻率低，也可以比諧振頻率高。根據(jù)和的不同比值，電流有連續(xù)和不連續(xù)之分，起運(yùn)行狀態(tài)可分為下面的三種情況。 應(yīng)用諧振方程可計算出電流和電壓的穩(wěn)態(tài)波形，如圖3-3所示。在時刻，開關(guān)T+開通，電感電流從零開始建立，電容電壓的初始值為，電流和電壓在各區(qū)間的等效電路示于圖3-3中。 在時刻，開關(guān)T-開通，下半周開始工作，其電流電壓波形前相同，但極性相反。

電路的開關(guān)頻率可從T+兩次開通為一個周期來計算。由圖可知，開關(guān)頻率小于諧振頻率的一半，也就是說一個開關(guān)周期內(nèi)，諧振電流已震蕩兩次，另外還有兩段停止工作時間。開關(guān)頻率的半個周期超過了諧振電流的360°，所以</2，被整流的電感電流等于輸出直流電流，負(fù)載電壓為。

圖3-3 電流斷續(xù)運(yùn)行 圖3-4為/2<<時，諧振電流連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)的波形圖。

圖3-4 電流連續(xù)運(yùn)行

由圖可知，開關(guān)T+在處開通。開通條件不是零電流和零電壓條件，開關(guān)T+導(dǎo)通時間小于180°。在處反向，電流流經(jīng)二極管D+，于是開關(guān)T+自然關(guān)斷，在處，T—開通，電流從二極管D+轉(zhuǎn)向開關(guān)T-。與斷續(xù)運(yùn)行相比，因為開關(guān)T-提前開通，所以D+導(dǎo)通時間也小于180度。這種狀態(tài)運(yùn)行，開關(guān)不是在零電壓和零電流條件下開通，所以產(chǎn)生了開通損耗。此外，為了避免對開關(guān)有過大的反向峰值電流和過大的二極管損耗，二極管必須有良好的反向恢復(fù)特性。例如，在處，開關(guān)T-開通時，原來導(dǎo)通的二極管D+不能立即關(guān)斷，于是通過D+的反向電流會給正在開通的T-開關(guān)增加了電流負(fù)擔(dān)。因為電感電流經(jīng)過開關(guān)過零，而且經(jīng)續(xù)流二極管反向，所以開關(guān)是在零電流、零電壓條件下自然關(guān)斷的。

3.1.3.3. 連續(xù)導(dǎo)通(>)

這種運(yùn)行狀態(tài)與以前討論的連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)有所不同，當(dāng)/2 <<

時，電流是連續(xù)的，其開關(guān)自然關(guān)斷，但開通并非零電流條件。當(dāng)>時，電流也是連續(xù)的，開關(guān)的關(guān)斷是強(qiáng)迫關(guān)斷，開通具有零電流和零電壓條件。

圖 3-5 電流連續(xù)>

圖3-5示出了>時的電路波形。由圖可知，T+開關(guān)在零電流條件下與處開通，且開始反向。在處，震蕩電流未達(dá)到零之前，開關(guān)T+被強(qiáng)迫關(guān)斷，正向電流被迫經(jīng)二極管D-流通。此時加在諧振槽的電壓為較大的負(fù)電壓，所以流經(jīng)二極管D-的電流很快在處減小為零。此后，電流反向，當(dāng)二極管D-開始反向?qū)〞r，開關(guān)T-立即開通。開關(guān)T-關(guān)斷之后，二極管D+導(dǎo)通。開關(guān)T+和二極管D-的導(dǎo)通時間為開關(guān)頻率的半個周期，此半個周期小于諧振頻率的半個周期。

三種方式中,方式一在絕緣柵雙極晶體管(IGBT)開通和關(guān)斷時損耗都最小,被選作恒流充電電源的工作方式，其工作時諧振電流波形見圖3-6。

忽略圖放電保護(hù)電路的影響,設(shè)為電容電壓折算至變壓器原邊的電壓,則理想情況(輸入電壓恒定,變壓器及半導(dǎo)體器件為理想器件)下:

在期間

在期間

充電電流平均值

&nb sp;

=

= （3-1）

由上式可見,在諧振參數(shù)和輸入電壓一定時,充電電流與開關(guān)頻率成正比。開關(guān)頻率恒定,則充電電流恒定。充電電流與負(fù)載電壓無關(guān),因而具有較強(qiáng)的抗負(fù)載短路能力[8]。

圖3-6 諧振電感電流波形

主電路的各項參數(shù)

3.1.4.1諧振參數(shù)

充電電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3-7。

圖3-7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 因，負(fù)載電容的影響可忽略不計。

故有

式中n為變壓器變比，為諧振頻率，為諧振周期，為開關(guān)頻率，為開關(guān)周期[9]。 即

>40Hz 這樣有 =41.1Hz

=6.63

輸出電流按式（3-1）計算：

==1.99 A

充電電流基本符合要求。 如圖3-8，為了使電路給逆變器提供一個穩(wěn)定的電壓，輸入整流段需進(jìn)行變壓器隔離和濾波，且在電流輸入端設(shè)置一熔斷器，為電源提供保護(hù)，防止電流過大而損害設(shè)備。

圖3-8 輸入整流電路

3.1.4.3 輸出整流

由于功率大，輸出整流采用橋式整流電路。但由于輸出電壓較高，將超過單個二極管所承受的最高反向電壓，為安全起見，下圖3-9中的每個二極管將由三個二極管串聯(lián)起來一起使用，并選用快恢復(fù)二極管。

圖3-9 輸出整流電路

3.1.4.4逆變參數(shù) 圖3-10 IGBT電流控制電路

表3-1 IGBT具體參數(shù)

項目 符號 額定值 單位

集電極電壓 1200 V

門極電壓 V

集電極

電流 連續(xù) 75 A

1ms 脈沖 150 A

連續(xù) - 75 A

1ms -脈沖 150 A

最大能量消耗 600 W

工作溫度 +150 ℃

存儲溫度 - 40到+125 ℃

絕緣電壓 交流2500（1分鐘） V

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關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；電路設(shè)計；工作原理

1 電路設(shè)計背景和目的

通過多年的教學(xué)經(jīng)驗和對中職院校的學(xué)生進(jìn)行的調(diào)研情況來看，中職院校的學(xué)生普遍文化基礎(chǔ)薄弱，對文化課、理論課不感興趣，但是大部分中職學(xué)生對實訓(xùn)課程感興趣，喜歡動手操作，能夠嘗試動手去做一些實驗，有的甚至能獨(dú)立完成一些電子產(chǎn)品的安裝與調(diào)試。例如，簡單的門鈴電路，流水燈電路等。因此，針對中職院校學(xué)生的實際情況，結(jié)合我學(xué)院電氣工程系的學(xué)生學(xué)習(xí)情況，今年，我系領(lǐng)導(dǎo)決定對學(xué)生的課程安排進(jìn)行了大膽改革，去掉純粹的理論課，所有專業(yè)課程都變?yōu)橐惑w化課程，讓學(xué)生通過動手操作掌握理論知識，真正做到在做中學(xué)，在學(xué)中做，在這樣的背景下，我嘗試了將所擔(dān)任學(xué)科《電子技術(shù)基礎(chǔ)》這門理論課程融入到《電子電路的安裝與調(diào)試》這門實訓(xùn)課程中去，變理論課實訓(xùn)課程為一體化課程。依托這樣的改革前提，我嘗試對直流穩(wěn)壓電源的電路進(jìn)行了以下設(shè)計，目的就是為了更好的適應(yīng)電氣工程系的改革實踐，同時也能夠使學(xué)生在實際動手操作過程中深刻理解相應(yīng)的電子專業(yè)理論知識，能夠培養(yǎng)學(xué)生掌握理論知識的能力，激發(fā)學(xué)生熱愛電子專業(yè)的熱情，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，最重要的是讓學(xué)生學(xué)會了技能，一技在手，更好地走上工作崗位，盡快地適應(yīng)社會。

2 電路設(shè)計實驗設(shè)備及器件

所謂巧婦難為無米之炊，電路設(shè)計同樣需要必要的實驗設(shè)施和工具，而實驗條件的好壞和選擇工具的正確與否是設(shè)計的關(guān)鍵和前提。下面我來具體闡釋我的設(shè)計思路中所需要的實驗條件、實驗工具和必要的原材料：

2.1 電路所需實驗設(shè)施和工具

本次設(shè)計的完成需要在專業(yè)的電子試驗臺上進(jìn)行，需要的工具如下：示波器、萬用表、變壓器（12v）、電烙鐵、鉗子和鑷子等，另外需要必要的焊錫和連接線。

2.2 電路所需元器件清單

元器件清單如下：

1A二極管IN4007，V1、V2、V3、V4，4只；發(fā)光二極管V5，1只；熔斷絲FU 參數(shù)為1A1只；100uF 50 V電容C1，1只；10uF25V電容C2，1只；500uF 16V電容C3，1只；2200uF電容C4，1只；開關(guān)SW，1只；2.7KΩ電阻R1，1只；190Ω電阻R2，1只；280Ω電阻R3，1只；1KΩ電位器R4，1只；三端集成穩(wěn)器CW7812 U（可調(diào)范圍1.25V～12V），一只；可調(diào)電阻RW，1只。

3 電路設(shè)計思路

直流穩(wěn)壓電源又稱為直流穩(wěn)壓器，其作用就是將交流電轉(zhuǎn)化成相應(yīng)用電器所需要的穩(wěn)定電壓的直流電。其關(guān)鍵是輸出直流電壓的穩(wěn)定性，所以我們設(shè)計電路的著眼點(diǎn)就是電路轉(zhuǎn)化的穩(wěn)定性。

3.1 直流穩(wěn)壓電源的工作原理

直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，其組成框圖如圖1：

直流穩(wěn)壓電源各部分的作用

（1）電源變壓器：主要是降壓器，用于把220V的交流電轉(zhuǎn)換成整流電路所需要的交流電壓Ui。（2）整流電路：利用整流二極管單向?qū)щ娦裕呀涣麟奤2轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電。（3）濾波電路：利用濾波電容將脈動直流電中的交流電壓成分過濾掉，濾波電路主要有橋式整流電容濾波電路和全波整流濾波電感濾波電路。（4）穩(wěn)壓電路：利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，用于將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成較穩(wěn)定的直流電壓。

3.2 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法

直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，是根據(jù)其輸出電壓UO、輸出電流IO等性能指標(biāo)的要求，確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的相關(guān)性能參數(shù)，選擇出這些元器件。

具體設(shè)計方法分為三個步驟：第一步：根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO、最大輸出電流IOMAX，確定出穩(wěn)壓器的型號及電路形式。第二步：根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui，確定出電源變壓器二次側(cè)電壓U2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流IOMAX，確定出流過電源變壓器二次線圈的電流I2和電源變壓器二次線圈的功率P2；再根據(jù)P2，確定出電源變壓器一次線圈的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇合適的電源變壓器，一般為12v。第三步：確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓URM和濾波電容的容量值以及耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇合適的整流二極管和濾波電容。

4 電路設(shè)計步驟

電路設(shè)計思路想出后，考慮實際電路具體設(shè)計步驟，完整的設(shè)計步驟是整個電路的核心部分，因此在設(shè)計過程中實際設(shè)計步驟顯得尤為重要，具體步驟為以下幾步：

4.1 電路圖設(shè)計方法

電路圖設(shè)計使用PCB制圖軟件制作

4.2 電路原理圖的設(shè)計

電路原理設(shè)計使用Protel2000制圖軟件設(shè)計電路原理圖如圖2。

4.3 直流穩(wěn)壓電源實物設(shè)計

如圖3所示安裝直流穩(wěn)壓電源電路的前半部分整流濾波電路，然后從穩(wěn)壓器的輸入端加入直流電壓UI？燮12V，調(diào)節(jié)RW，如果輸出電壓也跟著發(fā)生變化，說明穩(wěn)壓電路工作正常。用萬用表測量整流二極管的正、反向電阻，正確判斷出二極管的極性后，先在變壓器的二次測線圈接上額定電流為1A的保險絲，然后安裝整流濾波電路。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不能接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用示波器或萬用表檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為正，則說明整流電路連接正確，然后斷開電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路連接起來。然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，如果輸出電壓滿足設(shè)計指標(biāo)，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作。

5 電路設(shè)計總結(jié)

通過論述直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計過程，強(qiáng)化了本人所教學(xué)科《電子技術(shù)基礎(chǔ)》中模擬電路部分知識和《電子電路的安裝與調(diào)試》實驗部分知識。所設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源電路，廣泛運(yùn)用于生活中，例如手機(jī)的充電電源、冰箱的穩(wěn)壓電源等。同時，也通過查閱參考書，網(wǎng)上資料等拓寬了自己專業(yè)方面的知識面。論述過程中，通過邊教學(xué)邊調(diào)研邊實踐的方式使本人對直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計過程有了一些新的認(rèn)識，特別是強(qiáng)化了自己的教學(xué)能力，增強(qiáng)了所教專業(yè)學(xué)生掌握理論知識的能力，提高了其動手操作的能力。通過一段時間的教學(xué)效果來看，我所教授專業(yè)的學(xué)生對學(xué)院的此種教學(xué)改革適應(yīng)快，容易接受，對教師所設(shè)計的教學(xué)模塊感興趣，并且激發(fā)了繼續(xù)探究這一教學(xué)模塊的動力，這也充分證明了學(xué)院提出的此種教學(xué)改革是可行的。

參考文獻(xiàn)

[1]郭S.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.

[2]王建.維修電工技能訓(xùn)練（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.

篇5

關(guān)鍵詞:EDA仿真;負(fù)載能力;擴(kuò)流設(shè)計;仿真對比驗證

中圖分類號:TN702文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)19-199-02

Research and Application of IC Test Instrument Power Circuit Simulation Design

SUN Chengting,ZHU Chunjiang

(Lianyungang Technical College,Lianyungang,222006,China)

Abstract:According to the problems of certain lab IC test instrument not being perfect on power circuit design and the system halted or restoration not being unusual on lower load capacity,the power circuit design and current-amplification circuit are being improved based on the original circuit,the contrastive verificafion is used for improving circuit with EDA simulation technique,and the problem in practical application is also solved.

Keywords:EDA simulation;load capacity;current-amplification design;simulation contrast verification

0 引 言

集成電路測試儀可用來測量集成電路的好壞,在電子實驗室中應(yīng)用廣泛。在實際使用中,發(fā)現(xiàn)部分廠家生產(chǎn)的測試儀存在一些問題,如電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載加重后容易出現(xiàn)死機(jī)或復(fù)位不正?，F(xiàn)象,這對實驗進(jìn)程和實驗室管理有很大影響,也是困擾實驗指導(dǎo)老師的常見問題,必須予以解決。本文通過某一種測試儀電源電路的改進(jìn)的試驗,會給實驗室管理者以借鑒。

在電路設(shè)計中用到EDA(Electronics Design Automation,電子設(shè)計自動化)技術(shù)。在進(jìn)行電路改進(jìn)前,從電路參數(shù)設(shè)計,電路功能仿真驗證等都在計算機(jī)上先用EDA軟件完成,不但縮短了電路設(shè)計時間,而且大大地節(jié)約了成本。

EDA 技術(shù)是隨著集成電路和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一種高級、快速、有效的電子設(shè)計自動化工具。它經(jīng)歷了計算機(jī)輔助設(shè)計(Computer Assist Design,CAD)、計算機(jī)輔助工程設(shè)計(Computer Assist Engineering Design,CAE)和電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation,EDA)三個發(fā)展階段[1]。利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計,具有以下幾個特點(diǎn)[2]:用軟件的方式設(shè)計硬件;用軟件方式設(shè)計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動完成的;對設(shè)計電路功能是否正確可進(jìn)行仿真分析。

目前流行的EDA軟件有Protel 99 SE,EWB,Multisim,PSpice等幾種[3]。本文運(yùn)用Protell 99 SE 中的Advanced SIM 99仿真功能對所改進(jìn)的電路進(jìn)行仿真和應(yīng)用。

1 EDA仿真在測試儀電源電路設(shè)計中的應(yīng)用

學(xué)校電工電子實驗室有多臺LM-800C數(shù)字集成電路測試儀,在使用中有時會出現(xiàn)死機(jī),復(fù)位不正?，F(xiàn)象。通過研究,發(fā)現(xiàn)電源電路存在問題:電源擴(kuò)展能力差,帶負(fù)載能力弱。筆者根據(jù)其PCB(Printed Circuit Board,印制電路板)繪制出其電源電路原理圖,如圖1所示。

圖1 LM-800C數(shù)字集成電路測試儀電源電路圖

圖1中,78M05為5 V三端穩(wěn)壓器[4],RL為測試儀負(fù)載,實際上是待測集成電路。

限于篇幅,只繪制主要部分,電源線路濾波器在圖中未畫出。通過研究,發(fā)現(xiàn)電源電路存在問題:電源擴(kuò)展能力差,帶負(fù)載能力不強(qiáng),有時會出現(xiàn)死機(jī)、無法復(fù)位現(xiàn)象。通過對其電源電路的改進(jìn),增加了擴(kuò)流電路,從而解決了實際使用中存在的問題。

1.1測試儀電源電路的擴(kuò)流設(shè)計

為了節(jié)約成本,不能對原來電路進(jìn)行全新設(shè)計,只能在原來電源電路基礎(chǔ)上,通過增加部分電路來增強(qiáng)其帶負(fù)載能力。

改進(jìn)中需要考慮的問題[5]:

(1) 選擇合適的濾波電容。電源輸出直流電壓要穩(wěn)定,紋波小。

(2) 增加了擴(kuò)流電路,當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定或測試系統(tǒng)負(fù)載增大時,電源帶負(fù)載能力強(qiáng),輸出電壓穩(wěn)定。

圖2為經(jīng)過改進(jìn)的帶擴(kuò)流功能的電路,帶負(fù)載能力較強(qiáng),能擴(kuò)大電路的輸出電流。Q1為外接擴(kuò)流功率三極管,R1為Q1的偏置電阻。該電路帶負(fù)載能力與Q1的參數(shù)有關(guān)。C1,C4為濾波電容,C2為0.33 μF,可抵消輸入接線的電感效應(yīng),C3可防止高頻自激,消除高頻噪聲,改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)[6,7]。

圖2 帶擴(kuò)流功能的電路

電源電路擴(kuò)展輸出電流的工作原理:

二極管D1用于消除三極管Q1的發(fā)射結(jié)Ube對輸出電壓的影響(相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電壓0.7 V),并提供電容C4的放電回路。設(shè)三端穩(wěn)壓器78M05的最大輸出電流為Imax,則晶體管的最大基極電流Ib=Imax-IRL,因而負(fù)載RL上電流的最大值I可表示為:

I=(1+β)(Imax- IRL)

一般三極管的基極電流Ib很小,與Imax相比可忽略不計,I比Imax大許多,可見輸出電流提高了,從而可提高電源的帶負(fù)載能力。

1.2 兩種電路帶負(fù)載能力的仿真對比驗證

可用Protell 99 Advanced SIM 99[6,7]對原電路(圖1)和改進(jìn)后的電路(圖2)進(jìn)行仿真分析,以驗證二者的帶負(fù)載能力。

(1) 仿真參數(shù)設(shè)置

首先進(jìn)行仿真參數(shù)設(shè)置,進(jìn)行瞬態(tài)分析與傅里葉分析[8,9],仿真參數(shù)設(shè)置對話框如圖3所示。

圖3 仿真參數(shù)設(shè)置對話框

為了突出顯示,顯示器上只顯示兩個波形,其中in為輸入端,out為輸出端。

(2) 仿真波形對比分析

用Protell 99 Advanced SIM 99對圖1所示電路進(jìn)行仿真,發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)載變重,超過78M05最大輸出電流(0.7 A)時[10],將使輸出電壓的紋波增大,輸出電壓(out)下降且不穩(wěn)定,out波形有明顯的波動,5 V下降為4 V左右,且輸出(out)波形不平滑,紋波大。負(fù)載變重后的仿真波形如圖4所示。

圖4 負(fù)載變重后的波形

為了增大電源的帶負(fù)載能力,在原電路的基礎(chǔ)上加擴(kuò)展電流三極管Q1后,帶同樣的負(fù)載,輸出電壓很穩(wěn)定(5 V),仿真波形如圖5所示。

圖5 加擴(kuò)流三極管后仿真波形

從輸出波形(out)可以看出,電壓很穩(wěn)定,沒有紋波。

1.3 設(shè)計電路的應(yīng)用效果

經(jīng)改進(jìn)后的電源電路,在實驗室的實際使用中,再未發(fā)現(xiàn)死機(jī)或不能正常復(fù)位現(xiàn)象,證明通過EDA仿真所設(shè)計的電路在使用中獲得成功。

2 結(jié) 語

用EDA仿真技術(shù)能方便電路設(shè)計,并可驗證電路

設(shè)計的正確性。通過對兩種電路的仿真對比,說明改進(jìn)后電源電路帶負(fù)載能力強(qiáng),這在實際使用中得到驗證。

參考文獻(xiàn)

[1]王濤.數(shù)字集成電路的故障診斷和故障仿真技術(shù)的研究 [D].成都:電子科技大學(xué),2005.

[2]National Instruments.The Measurement and Automation Catalog 2004[Z].2004.

[3]伏家才.EDA原理與應(yīng)用 [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[4]周紹慶.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:北京交通大學(xué)出版社,2007.

[5]羅敏.專用集成電路邏輯測試儀系統(tǒng)總體實現(xiàn)[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2006.

[6]Cheng K T,Jou J Y.Functional Test Generation for Finite State Machines [A].Proc. ITC[C].2006:160-168.

[7]陳松.電子設(shè)計自動化[M].南京:東南大學(xué)出版社,2005.

[8]朱勇.Protel DXP范例入門與提高[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

篇6

1.1TEC工作原理

半導(dǎo)體制冷器（TEC）是以帕爾貼效應(yīng)為基礎(chǔ)研制而成，其最基礎(chǔ)的元件是利用一只P型半導(dǎo)體和一只N型半導(dǎo)體連成的熱電偶。當(dāng)通電后在兩個接頭處就會產(chǎn)生溫差，電流從N流向P，形成制冷面；電流從P流向N，形成制熱面。若干組熱電偶對串聯(lián)就構(gòu)成了一個簡單的半導(dǎo)體制冷器。在制冷面或制熱面增加一個熱交換器就可以完成半導(dǎo)體制冷器與外界環(huán)境的能量交換。

1.2半導(dǎo)體激光器溫控電路設(shè)計

1.2.1半導(dǎo)體激光溫控電路原理

高穩(wěn)半導(dǎo)體激光器一般都有內(nèi)置半導(dǎo)體熱電制冷器（TEC）和溫度傳感器等相關(guān)的溫控元件來保證激光器管芯溫度可控。半導(dǎo)體激光器內(nèi)置溫控系統(tǒng)基本工作原理如圖1所示。將溫度傳感器（常用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻）與激光器管芯安置在同一熱沉上，起到實時監(jiān)測激光管芯溫度的作用。在常溫25℃時（在25℃時激光器的整體性能最為優(yōu)良），通過調(diào)節(jié)由R1和R2組成的電阻網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)定比較器的參考電壓值，在這里稱之為基準(zhǔn)電壓。以25℃為參照，若LD管芯溫度相對升高，則熱敏電阻的阻值變小，比較器的負(fù)輸入端電壓相對變小，輸出電壓也隨著變化。TEC驅(qū)動源將驅(qū)使電流從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體形成制冷面，實現(xiàn)對LD管芯進(jìn)行制冷。若LD管芯溫度相對降低，則熱敏電阻的阻值變大，比較器的輸入電壓相對變大，輸出電壓也隨著變化，TEC驅(qū)動源將驅(qū)使電流從P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體，形成制熱面，實現(xiàn)對LD管芯制熱。

1.2.2TEC驅(qū)動源類型

半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)需要滿足溫度控制精度高、響應(yīng)速度快且穩(wěn)定性高的要求，同時要能實現(xiàn)制冷和制熱雙向控制，以適應(yīng)外界溫度變化和半導(dǎo)體激光器本身工作條件變化。一般情況下，TEC驅(qū)動源按驅(qū)動工作模式可以分為線性工作模式和脈寬調(diào)制工作模式（PWM）兩種類型。TEC驅(qū)動源線性工作原理：通過控制三極管的開關(guān)狀態(tài)可以控制驅(qū)動TEC的電流大小和方向，這種驅(qū)動方式的效率一般低于50%，需要為三極管提供良好的導(dǎo)熱通道，且有控溫“死區(qū)”。但這種模式有噪聲低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。TEC驅(qū)動源脈寬調(diào)制（PWM）工作原理：在PWM方式下，三極管工作在飽和狀態(tài)，而不是線性區(qū)域，只有當(dāng)需要向負(fù)載供電時才導(dǎo)通。電路通過4個三極管來控制電流的方向和大小，電路結(jié)構(gòu)呈H橋型。PWM方法可以有效地提高效率和降低功率部件的熱量，工作效率一般大于80%，能實現(xiàn)無“死區(qū)”溫控。但這種模式有著噪聲高和可靠性低等缺點(diǎn)。兩種驅(qū)動源在實際使用中各有利弊，具體采用何種驅(qū)動方式需要根據(jù)實際情況來最終確定。

2航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計方案

2.1MAX1968功能及其特點(diǎn)

MAX1968是MAXIM公司研制生產(chǎn)的一款高度集成具有紋波噪聲抑制功能的脈寬調(diào)制TEC驅(qū)動芯片，調(diào)制頻率為500kHz/1MHz；單電源供電，供電電壓范圍為3~5.5V；能夠?qū)崿F(xiàn)最大3A雙向TEC驅(qū)動電流，完成對LD管芯的制冷或制熱。MAXIM公司研制生產(chǎn)的MAX1968芯片具有體積小、效率高、價格低和可實現(xiàn)雙向無死區(qū)溫控等優(yōu)點(diǎn)，但也存在封裝材料簡單（塑料器件）和工作溫度范圍較窄等缺陷。

2.2MAX1968芯片設(shè)計電路及失效分析

2.2.1MAX1968芯片設(shè)計電路分析

MAX1968芯片資料有應(yīng)用芯片電路推薦，從推薦電路應(yīng)用方案來看，電路的設(shè)計在濾波、抑制紋波噪聲、LC濾波諧振電路等都做了詳細(xì)的考慮。在COMP引腳與GND之間焊接了0.01μF的電容，確保電流控制環(huán)的穩(wěn)定工作。FREQ引腳接高電位，即內(nèi)部振蕩器的開關(guān)頻率選擇為1MHz，這樣可以減小電容和電感值。按芯片資料推薦電路搭建芯片電路，將芯片使能引腳（SHDN）直接連接高電位，即當(dāng)MAX1968芯片上電后芯片就需要工作，根據(jù)CTLI引腳的電壓輸入情況判斷TEC需要制冷或制熱，并立即實施。在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，在給該溫控電路上電瞬間，時有MAX1968失效的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為電源輸出電流急劇增大。

2.2.2MAX1968芯片失效分析

用立體顯微鏡、金相顯微鏡和晶體管特性圖示儀等儀器對兩只失效的MAX1968芯片進(jìn)行了詳細(xì)分析，失效的情況完全相同，都是芯片的第5、6端之間以及第23、24端之間存在異常電應(yīng)力，導(dǎo)致這幾端之間的鋁條燒壞短路所致。使用晶體管特性曲線圖示儀對這兩塊芯片進(jìn)行引腳間特性測試，發(fā)現(xiàn)兩電路第6、8、10端（LX2）與第5、7端（PGND2）之間短路，第19、21、23端（LX1）與第22、24端（PGND1）之間短路。第9端（PVDD2）與第5、7端（PGND2）之間未見短路現(xiàn)象。將這兩塊芯片進(jìn)行開蓋，在開蓋過程中，由于內(nèi)部芯片尺寸較大，電路個別引腳經(jīng)腐蝕后脫落，但經(jīng)測試，短路現(xiàn)象依然存在，未破壞原始失效現(xiàn)象。在金相顯微鏡下，對兩塊芯片表面進(jìn)行仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)兩塊芯片第5、6端以及第23、24端之間存在燒毀現(xiàn)象，如圖2所示。芯片為多層金屬化結(jié)構(gòu)，從燒毀形貌分析，可能是下層鋁條燒毀后，導(dǎo)致上層鋁條燒毀短路。由于兩塊芯片失效現(xiàn)象一致，因此可以排除器件偶然缺陷導(dǎo)致失效的可能，應(yīng)該是芯片失效與外部異常電應(yīng)力導(dǎo)致內(nèi)部場效應(yīng)管擊穿。

2.3航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計方案

2.3.1完善MAX1968芯片電路設(shè)計

通過上述分析，結(jié)合芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和TEC驅(qū)動源脈寬調(diào)制（PWM）工作原理，我們基本能判斷是芯片內(nèi)部燒毀的通道發(fā)生在場效應(yīng)管上。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，芯片失效是一個慢性漸變的過程，可以用14引腳（OS2）、15引腳（OS1）分別與GND的阻抗R和R'來表征，隨著上電次數(shù)逐漸增多，R和R'的阻值從開始的兆歐數(shù)量級慢性漸變到歐數(shù)量級，并最終失效。失效的原因認(rèn)為是MAX1968芯片上電后，芯片就根據(jù)CTLI引腳電壓輸入情況判斷TEC需要制冷或制熱，并立即進(jìn)行工作，上述過程在上電的一瞬間就會完成。這種輸入與輸出同時實施勢必會導(dǎo)致芯片內(nèi)部有大的紋波電壓或大電流產(chǎn)生，因發(fā)熱而導(dǎo)致芯片失效。通過完善MAX1968芯片電路設(shè)計，在MAX1968的使能引腳中引入了毫秒級的延時，致使MAX1968芯片完成加電后再實施輸出工作。具體新的設(shè)計電路方案如圖3所示。通過大量的試驗證明阻抗R和R'的阻值不衰退，這說明對MAX1968芯片電路的完善是有效的。

2.3.2MAX1968新設(shè)計方案電路試驗驗證

根據(jù)完善電路特性搭建了對電路性能驗證比較的試驗平臺，試驗的基本思路是讓兩種電路（完善前和完善后）在帶同樣負(fù)載的情況下，分別對完善電路和未完善電路進(jìn)行上下電連續(xù)沖擊，上、下電頻率同為13Hz，如圖4所示。在兩組電路的驗證中，完善之前的設(shè)計電路在經(jīng)過約32min之后電源輸出電流突然增大，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)MAX1968芯片已經(jīng)失效。完善之后的設(shè)計電路在經(jīng)過28天之后，測試MAX1968芯片的電性能依舊正常。由此可見對MAX1968設(shè)計電路的完善是有效的。

2.3.3航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計工程驗證

航天高穩(wěn)激光源溫控電路，在某項航天測試（包括振動、沖擊、熱循環(huán)和熱真空等試驗）中各項指標(biāo)都正常，最終順利完成了航天相關(guān)試驗。

3結(jié)束語

篇7

關(guān)鍵詞：大功率　LED路燈　驅(qū)動電源　設(shè)計

引　言

所謂“綠色照明”是指通過可行的照明設(shè)計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，改善提高人們的生活品質(zhì)。完整的“綠色照明”內(nèi)涵包括高效、節(jié)能、安全、環(huán)保等四項指標(biāo)，不可或缺。作為“綠色照明”之一的半導(dǎo)體照明是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一，它具有高效、節(jié)能、安全、環(huán)保、壽命長、易維護(hù)等顯著特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有可能進(jìn)入普通照明領(lǐng)域的一種新型第四代“綠色”學(xué)源。2003年6月17日，我國正式啟動“國家半導(dǎo)體照明工程”。隨著“綠色照明”理念的提出和推廣，以半導(dǎo)體材料制作的LED光源被逐漸的應(yīng)用到了景觀照明方面，與此同時大功率的LED路燈引起了人們的廣泛關(guān)注。大功率LED路燈的工作原理是，通過直流低壓對大功率LED組進(jìn)行點(diǎn)亮，從而滿足人們的照明需求。大功率LED路燈不僅具有亮度高和顯色性好的優(yōu)勢，并且因為LED路燈的需要輸入的電能是低壓直流，所以對電能的要求少。隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，由于大功率LED路燈對電能的要求少，使得太陽能LED路燈作為未來道路的照明方式成為可能。在目前的LED應(yīng)用過程中，由于大功率LED所需要的必須是低壓直流電源，所以普通的家用交流電無法滿足大功率LED的要求，即使經(jīng)過了普通降壓和穩(wěn)壓的電源也必須通過重新改良過后才能用于為大功率LED驅(qū)動電能。本文通過對大功率LED的工作特性深入探析理解，并對目前常用的一些驅(qū)動電源進(jìn)行簡要分析，對高效的發(fā)揮出大功率LED的優(yōu)勢驅(qū)動電源必須具備的哪些條件提出了多個設(shè)計要素。

一、LED驅(qū)動電路研究的意義和價值

LED路燈是低得罟、大電流的驅(qū)動器件其發(fā)光的強(qiáng)度由流過LED的電流決定電流過強(qiáng)會引起LED的衰減電流過弱會（dian4　liu2　guo4　ruo4　hui4）影響LED的發(fā)光強(qiáng)度因此LED的驅(qū)動需要提供恒流電源以保證大功率LED使用的安全性同時達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。用市電驅(qū)動大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC（功率因素校正）和恒流問題還需有比較高的轉(zhuǎn)換效率有較小的體積能長時間工作易散熱低成本抗電磁干擾和過溫、過流、短路、開路保護(hù)等。本文設(shè)計的PFC開關(guān)電源性能良好、可靠、經(jīng)濟(jì)實惠且效率高在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。

LED由于節(jié)能環(huán)保、壽命長、光電效率高、啟動時間按短等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為了照明領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速。由于LED獨(dú)特的電氣特性使得LED驅(qū)動電路也面臨更大的挑戰(zhàn)，LED驅(qū)動電路關(guān)系到整個LED照明系統(tǒng)性能的可靠性。因此為防止LED的損壞，這些都要求所設(shè)計系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)控制LED輸出電流。目前采用的穩(wěn)壓驅(qū)動電路，存在穩(wěn)流能力較差的缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致LED壽命大為縮短。

當(dāng)前，直流輸入LED驅(qū)動電源已經(jīng)發(fā)展了較長的一段時間，電路已比較成熟，而用于市電輸入照明的LED驅(qū)動電路，很多采用交流輸入電容降壓及工頻變壓器降壓，電源體積過大，輸出的電流穩(wěn)定性差，性能很低。目前針對市電輸入的降壓驅(qū)動電路是當(dāng)前LED驅(qū)動市場的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。LED照明時一種綠色照明，其驅(qū)動電源的輸出功率較小，在此情況下實現(xiàn)電源的高效率是另一大難點(diǎn)。同時，由于LED的使用壽命理論上長達(dá)10　萬小時，這要求驅(qū)動電源很高的可靠性。

二、設(shè)計方案

HV9910　應(yīng)用恒定頻率峰值電流控制的脈寬調(diào)制（PWM）　方法，采用了一個小電感和一個外部開關(guān)來最小化LED驅(qū)動器的損耗。不同于傳統(tǒng)的PWM控制方法，該驅(qū)動器使用了一個簡單的開/　關(guān)控制來調(diào)整LED的電流，因而簡化了控制電路的設(shè)計。

2.1　電路的特點(diǎn)

1）無需電解電容及變壓器，這樣增加了電源的使用壽命。如果LED驅(qū)動器理有電解電容，那壽命主要取決于電解電容，電解電容的使用壽命有一個大家公認(rèn)的近似計算法則：即溫度每下降10　度使用壽命增加一倍。比如說標(biāo)稱105　度2000　小時的電解電容，在65　度下使用壽命大約是32000　小時。

2）高效率。這款靈活簡單的LED驅(qū)動器IC效率超過93%，可減少相關(guān)元件的數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)成本。HV9910　可將調(diào)整過的85V至265Vac　或8V至450Vdc　電壓源轉(zhuǎn)換為一個恒流源，從而為串連或并聯(lián)的高亮LED提供電源。

3）電路簡單，僅需一個芯片HV9910　的實現(xiàn)就能實現(xiàn)所有的功能，沒有用到變壓器，提高了功率的效率，減少了空間，增加了系統(tǒng)的可靠性。

2.2　電磁兼容，高PFC、過EMI

采用高PFC　功能電路設(shè)計的室外LED　路燈電源，內(nèi)置完善的EMC電路和高效防雷電路，符合安規(guī)和電磁兼容的要求。再用電壓環(huán)反饋，限壓恒流，效率高，恒流準(zhǔn)，范圍寬，實現(xiàn)了寬輸入，穩(wěn)壓恒流輸出，避免了LED正向電壓的改變而引起電流變動，同時恒定的電流使LED得亮度穩(wěn)定。整機(jī)元件少，電路簡單。

2.3　電源的PCB設(shè)計

本文在PCB　布局過程中，將易受干擾的元器件、輸入與輸出元件、具有較高的電位差的元器件或?qū)Ь€間距離盡可能加大，提高電路的抗干擾能力。

本文遵守以下原則進(jìn)行PCB布線：

1）盡量避免相鄰的線平行排列，平行走線的最大長度小于3cm，避免線間電容使電路發(fā)生反饋耦合和電磁振蕩；

2）為避免高頻回路對整個電路的影響，盡可能減小其面積，并使用較細(xì)的導(dǎo)線；

3）合理設(shè)計PCB導(dǎo)線的寬度，電源進(jìn)線線寬1.5mm，開關(guān)電源輸入線的相線與中線間距3.5mm，電源地與輸出地間距、變壓器的初級與次級間距均大于8mm；

三、可靠性設(shè)計

要在照明領(lǐng)域中大量使用大功率白光LED，只有保證大功率白光LED驅(qū)動電源安全可靠地工作，才能保證大功率白光LED的長壽命和發(fā)光亮度穩(wěn)定。

3.1過壓過流保護(hù)

在實際使用中，會出現(xiàn)負(fù)載短路或者空載的情況，會造成整個驅(qū)動電源的破壞，所以在驅(qū)動電源設(shè)計的時候，需要增加過壓與過流保護(hù)。

3.2隔離保護(hù)

LED是低電壓的產(chǎn)品，當(dāng)驅(qū)動電源的開關(guān)損壞時，也不能有危及負(fù)載的高電壓出現(xiàn)。所以要求電路的負(fù)載電路做到隔離保護(hù)。

3.3浪涌保護(hù)

在實際應(yīng)用中，電網(wǎng)很不穩(wěn)定，尤其是雷雨季節(jié)，會有浪涌電壓存在，所以在驅(qū)動電源設(shè)計時，要考慮到整個產(chǎn)品的防雷，盡量避免在異常時造成永久性的破壞。

3.4散熱設(shè)計在大功率LED應(yīng)用中，LED能承受的電流與溫度有一定的關(guān)系，所以在驅(qū)動電源設(shè)計時，需要考慮大功率白光LED的散熱問題和驅(qū)動電源本身的散熱問題。

篇8

摘 要：該文根據(jù)高壓電機(jī)定子繞組的特點(diǎn)，針對現(xiàn)有方法只能判斷一相定子繞組的局部放電量，無法具體定位絕緣薄弱點(diǎn)這一問題，設(shè)計了聲電復(fù)合信號處理電路，配合已有的脈沖電流法來判斷局部放電位置，從而實現(xiàn)脈沖電流法進(jìn)行定相、聲電復(fù)合傳感器定位的目的。

關(guān)鍵詞：定子繞組 絕緣薄弱點(diǎn)定位 信號調(diào)理

中圖分類號：TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0042-03

高壓電機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的核心部分，其可靠性對工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)作起著重要作用。高壓電機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的因素是很多的，但是其定子繞組的絕緣問題是其主要因素之一。由于電機(jī)的長期運(yùn)轉(zhuǎn)，其定子繞組開始慢慢老化，久而久之出現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)。因此，分析高壓電機(jī)定子繞組老化過程、研究定子繞組局部放電的物理化學(xué)現(xiàn)象和研制定子繞組絕緣薄弱定位裝置對高壓電機(jī)的可靠運(yùn)行和減少維修成本起著重要的作用。

該課題的主要研究內(nèi)容是利用局部放電下絕緣薄弱點(diǎn)產(chǎn)生的電磁信號和超聲信號，設(shè)計一種具有抗干擾的前段聲電信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，配合上位機(jī)軟件顯示繞組絕緣薄弱點(diǎn)局部放電下的電磁信號和超聲信號。

1 聲電信號調(diào)理電路結(jié)構(gòu)框圖

聲電傳感器所接受到的兩路電信號存在信號強(qiáng)度小、噪聲大等問題，所以首先需要信號處理電路對這兩條路電信號進(jìn)行放大和濾波處理。如圖1所示，前段聲電信號調(diào)理電路包括：阻抗匹配電路、前置放大電路、積分電路、電磁信號傳感器的積分電路、帶通濾波電路、后級放大電路和電源模塊組成。因為電磁信號探頭所輸出的電信號是原信號的微分形式，通過積分電路可以還原成原始信號，提高信號采集的準(zhǔn)確度。

2 阻抗匹配電路與共模干擾抑制

2.1 阻抗匹配電路

該課題采用Burr-Brown公司的OPA2132UA運(yùn)算放大器。OPA2132UA運(yùn)放內(nèi)部有兩個放大單元，采用雙電源供電，具體特性如以下幾點(diǎn)。

（1）帶寬范圍：8 MHz。

（2）高轉(zhuǎn)換率：20 V/μs。

（3）輸入電壓：±2.5～±18 V。

（4）低噪聲：（1 kHz）。

（5）低失真率：0.00008%。

超聲信號傳感器的通帶范圍為40～100 kHz，電磁信號傳感器的通帶范圍為100kHz～1 MHz。圖3為OPA2132UA運(yùn)放的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)，所以選用的運(yùn)算放大器在上述兩個通帶內(nèi)具有低噪聲、高靈敏度、相位變化平穩(wěn)的特點(diǎn)。

2.2 雙芯屏蔽線共模干擾信號的抑制

圖2為雙芯屏蔽線傳輸信號的原理圖。其中，電阻R1、R2，電容C1、C2以及與放大器C相連的屏蔽線組成的電路是雙芯屏蔽線的等效電路，Uc為共模干擾信號，放大器A、B、C是用OPA2132UA構(gòu)成阻抗匹配電路，放大器D為前置差分放大芯片。

當(dāng)共模干擾信號是直流信號作用在傳輸線上時，Uc1=Uc2，經(jīng)過電壓跟隨器A與B后可得，UA=UB，因為放大器C是差分放大，所以U0無電壓輸出，由此可見前置放大電路具有初步的抗共模干擾的作用。

當(dāng)共模干擾信號是交流信號時，UC1與UC2的電壓為式1與式2。當(dāng)R1C1=R2C2時，UA=UB，UO無電壓信號輸出；當(dāng)R1C1≠R2C2時，UA≠UB，而Ug=（UA +UB）/2，Uc3=Ug，所以Ug=（UA +UB）/2。此時，屏蔽線上等電位勢為Uc3，電容C1與C2上就會形成電勢差，UC1和UC2會分別趨向于UC3，即UC1與UC2的差距越來越小，UA≈UB，U0無明顯電壓信號輸出。

綜上所述，雙芯屏蔽線能有效抑制傳輸線上的共模干擾信號。

3 電磁信號傳感器的積分電路

3.1 確定時間常數(shù)τ

積分電路的積分速度由時間常數(shù)τ所決定，其中τ=RCf。電磁信號傳感器所接受到的局部放電信號是一系列的脈沖信號，放電間隙短，信號頻率高，因此，在τ值的確定上選擇較小的值就行。同時τ值也不能小于放電間隙時間，導(dǎo)致積分電路飽和。這里取τ=1。由于積分電路的輸入電阻為R，所以往往希望R的值大一些，這里取R=10 kΩ，因此，Cf=0.1μF。

3.2 確定Rp

電阻RP為運(yùn)放的平衡電阻，用于平衡運(yùn)放的偏置電流，一般取Rp=R=10 kΩ。

3.3 確定Rf

通常在積分電路的輸入輸出端并聯(lián)電阻Rf，其目的是避免積分電路漂移導(dǎo)致信號的失真。為了減小誤差，取Rf≥10R=100 kΩ。

3.4 選擇運(yùn)算放大器

榱巳躉運(yùn)放放大器對積分電路的影響，選擇寬帶范圍廣，低噪聲和低失真率的運(yùn)算放大器。該課題選用和阻抗匹配電路相同的運(yùn)算芯片OPA2132UA。

OPA2132UA運(yùn)算放大器帶寬范圍：8 MHz；轉(zhuǎn)換率：20 V/μs；低噪聲：（1 kHz）；低失真率：0.00008%，符合上述要求。

4 帶通濾波器的電路設(shè)計

如圖3所示為帶通濾波器的基本結(jié)構(gòu)，其中低通部分的截止頻率為f1，高通部分的截止頻率為f2，在設(shè)計時應(yīng)f1>f2，此時帶通濾波器的通帶為f=f1-f2[1]。

該課題選用Linear（凌力爾特）公司的濾波芯片LTC1560-1和LT1364CS8。其中，LTC1560-1為低通芯片，LT1364CS8為高通芯片。

LTC1560-1具有如下特點(diǎn)：

（1）信噪比（SNR）：75 dB。

（2）通帶紋波（fCUTOFF）：±0.3 dB。

（3）阻帶衰減大于60 dB。

（4）截止頻率可調(diào)為500 kHz和1 MHz。

圖4為電磁信號通道的帶通濾波濾波器原理圖。低通濾波器LTC1560-1芯片的5號引腳接-5 V電源時截止頻率為1 MHz，高通濾波器LT1364CS8截止頻率為30 kHz。

超聲信號通道的帶通濾波濾波器原理圖。低通濾波器LTC1560-1芯片的5號引腳接5 V電源時截止頻率為500 kHz，高通濾波器LT1364CS8截止頻率為30 kHz。

5 前置放大和后級放大電路

電磁信號通道的帶寬為30 kHz～1 MHz，所以x擇儀器放大器INA217。INA217是一種低噪聲、低失真的儀器放大器，采用電流反饋的INA217有著較寬的通帶和在通帶范圍內(nèi)有著良好的動態(tài)響應(yīng)。具體參數(shù)如下：

（1）低噪聲：1.3 nV（在1 Hz處）。

（2）寬通帶：800 kHz，G=100。

（3）高的共模抑制：>100 dB。

放大器INA217的放大倍數(shù)為：

這里取RG=1 kΩ，G=11。此時，電磁信號通道的前置運(yùn)算放大器和后級運(yùn)算放大器相同。

超聲信號通道的帶寬為30～500 kHz，選擇低漂移、低功耗儀表放大器AD620AR。AD620AR是一款低成本，高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為1～10 000。此外，該課題采用的是8引腳SOIC封裝，尺寸小，功耗低，非常適合做放大電路使用。主要的特性如以下幾點(diǎn)。

（1）高增益：G=1～10 000。

（2）輸入電壓噪聲：9 nV（1 kHz）。

（3）帶寬：120 kHz（G=100）。

（4）共模抑制比：100 dB（最小值，G=10）。

放大器AD620AR的放大倍數(shù)為：

取RG=4.94 kΩ，G=11。此時，超聲信號通道的前置放大器和后級放大器相同。

6 結(jié)語

該文主要講述了前段聲電信號調(diào)理電路的構(gòu)成，前段聲電信號調(diào)理電路分為兩個通道，分別為電磁信號傳感器通道和超聲波傳感器通道。

這兩個通道所用的電路基本相同，電磁信號傳感器通道多了一個積分電路。由于電磁信號和超聲信號的頻率不同，所以在芯片的選型和電路的設(shè)計中兩通道存在一些差異。該文中的每種電路不僅介紹了怎樣選擇芯片型號，而且還給出了計算電阻電容方法。經(jīng)該系統(tǒng)處理后的兩路信號再傳輸?shù)降谒恼碌臄?shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，對這兩路信號進(jìn)行程控放大和AD轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理。

為了減小共模信號的干擾，在傳感器和信號處理電路之間采用了雙芯屏蔽傳輸線，并在信號處理電路中增加一組運(yùn)放電路，在共模干擾通過信號處理電路時可以很好地消除干擾信號。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳和平，程志芬.關(guān)于我國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的思考[J].節(jié)能技術(shù)，2003（4）：3-4.

[2] 高文安.蘭州電機(jī)股份有限公司品牌戰(zhàn)略研究[D].蘭州大學(xué)，2012.

[3] 仇寶云，馮曉莉，袁壽其，等.南水北調(diào)東線工程梯級泵站機(jī)組變工況方式選擇[J].水力發(fā)電學(xué)報，2006（3）：121-124.

篇9

【關(guān)鍵詞】數(shù)字頻率計；單元電路設(shè)計

1.引言

數(shù)字頻率計是直接用十進(jìn)制碼來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。作為一種基礎(chǔ)測量儀器，已在教學(xué)、科研、高精度儀器測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用。

在模擬電路和數(shù)字電路實驗中，信號源可產(chǎn)生各種頻率范圍的信號，如果能直接讀出其頻率，可以給實驗者帶來很大的方便。所以頻率計是實驗箱中很重要的組成部分，而購買設(shè)計好的頻率計成本較高，所以設(shè)計了一個簡易的頻率計，完善了實驗箱的功能，具有較好的使用價值。

實驗中使用信號的頻率不是很高，所以要求設(shè)計的頻率計測量的頻率范圍在1Hz---10MHz之間。能夠測量任何該頻率段內(nèi)的周期信號的頻率，延時要小，測量迅速，以十進(jìn)制數(shù)顯示，便于讀數(shù)，單位以Hz或KHz顯示，自動轉(zhuǎn)換單位。

2.整形電路設(shè)計

整形電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換成二值信號，即只有高電平和低電平的離散信號。所以我們選擇電壓比較器作為模擬電路和數(shù)字電路的接口電路，將非矩形信號變換成矩形信號。對比較器的選擇主要從以下幾個方面考慮：

（1）傳播延遲時間：這是選擇比較器最重要的參數(shù)，延遲時間包括信號通過元器件產(chǎn)生的傳輸延時和信號的上升時間與下降時間，顯然只有延遲時間短了，才能使整個處理時間縮短；

（2）電源電壓：傳統(tǒng)的比較器需要±15V雙電源供電或高達(dá)36V的單電源供電，這些產(chǎn)品在工業(yè)控制中仍有需求，但是，從市場發(fā)展趨勢看，目前大多數(shù)應(yīng)用需要比較器工作在電池電壓所允許的單電源電壓范圍內(nèi)，而且，比較器必須具有低電流、小封裝的特點(diǎn)，有些應(yīng)用中還要求比較器具有關(guān)斷功能；

（3）功耗：對于所有器件來說，當(dāng)然功耗越低越好，但在此需要權(quán)衡比較器的速度與功耗，找到兩者的最佳結(jié)合；

（4）門限電壓：可以通過設(shè)置器件來確定門限電壓的大小，門限電壓越大電路抗干擾能力越強(qiáng)，但是靈敏度就會變差，因此，要根據(jù)具體需要確定門限值大小。

考慮到以上因素，這里選擇使用TI公司的芯片LM311，其引腳圖如圖1。

輸入信號通過電阻R1接入LM311的引腳2，這樣不至于使引腳2因輸入電流過大而燒壞芯片。當(dāng)輸入電壓大時，為了不毀害芯片，需要在引腳2上接二極管來保護(hù)芯片。引腳3是負(fù)輸入端，但如果直接接地，在引腳2上即使有微小的波動（干擾信號）也會導(dǎo)致輸出端輸出脈沖。因此，引腳3不可直接接地，通過在引腳3和8腳接分壓電阻，設(shè)置門限電壓。引腳8接+5伏電源，電阻R3、R4分壓，R4：R3≈1：20，即門限電壓為0.25V（R3=4.7K，R4=220），當(dāng)輸入電壓小于0.25V時，輸出不變，從而使電路具有了一定的抗干擾能力。LM311輸出電路為集電極開路的門電路（OC門），因此還需在輸出腳7加上拉電阻R5。從而可得整形電路如圖2。

3.計數(shù)電路設(shè)計

整形后，對于低頻信號，其上升沿變化比較緩慢，且疊加有高頻信號，計數(shù)電路可能將此抖動誤認(rèn)為輸入脈沖對其計數(shù)，為避免這種錯誤計數(shù)，可使低頻信號經(jīng)低通濾波器，從而消除上升沿的抖動，而對高頻信號，經(jīng)濾波器后被濾除。因此在濾波前就應(yīng)把低頻和高頻分開，在這里使用反相器74HC14（Philips公司產(chǎn)），使高頻信號不經(jīng)反相器，而低頻信號經(jīng)反相器后濾波，得到較規(guī)則的矩形信號。

得到的矩形信號要輸入到單片機(jī)中，這里使用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051單片機(jī)，它是一種低電壓、高性能的CMOS　8位單片機(jī)，管腳少，體積小，且功能強(qiáng)。片內(nèi)含2KB的可反復(fù)擦寫的只讀FLASH程序存儲器和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，有兩個16位的定時/計數(shù)器，T0、T1，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工的串行通信口，內(nèi)置一個精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。

AT89C系列與MCS-51系列單片機(jī)相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)程序存儲器采用閃速存儲器，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路的體積更小。AT89C2051的管腳圖如圖3。

AT89C2051的1腳為復(fù)位信號輸入端，高電平有效，單片機(jī)運(yùn)行時，在此引腳上加持續(xù)時間大于兩個機(jī)器周期的高電平時，就可完成復(fù)位操作。復(fù)位電路常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。這里采用上電自動復(fù)位。它是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要VCC的上升時間不超過1mS，就可實現(xiàn)自動上電復(fù)位。這里時鐘頻率選擇12MHz時，C取10uF，R取10k。

在此使用AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部的定時/計數(shù)器測量頻率，基本測量過程為：定時/計數(shù)器1（T1）的計數(shù)寄存器清0，運(yùn)行控制位TR置1，啟動定時/計數(shù)器工作；同時運(yùn)行定時/計數(shù)器0（T0）定時1s，T0定時1s時間到TR1清0，停止計數(shù)。當(dāng)外部輸入信號產(chǎn)生由1到0的負(fù)跳變時，計數(shù)器加1。每個機(jī)器周期的S5P2期間對外部輸入引腳采樣，如果在第一個機(jī)器周期中采得的值為1，下一個機(jī)器周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個機(jī)器周期的S3P1的期間計數(shù)器加1。因此確定一次負(fù)跳變要花兩個機(jī)器周期，即24個振蕩周期，這就要求外部輸入的計數(shù)脈沖的最高頻率為振蕩器頻率的1/24。這里單片機(jī)選用12MHz的晶振，允許的最高輸入頻率為500KHz，對于在高的頻率，單片機(jī)無法正確計數(shù)。

要想對高頻信號測量頻率，就需要先分頻。單片機(jī)根據(jù)頻率的大小選擇對信號進(jìn)行100分頻或10分頻或不分頻，從而實現(xiàn)自動換檔。這里選用ST公司生產(chǎn)的芯片74HC390，整形后的信號，低頻送入反相器74HC14，高頻送入分頻器74HC390，先進(jìn)行10分頻，10分頻后在經(jīng)過另一片74HC390輸出經(jīng)100分頻后的信號，這樣理論上單片機(jī)就可以對500K×100即50MHz的信號測頻。頻率小于500KHz的信號不需要分頻就可測量頻率值，頻率范圍在500KHz―5MHz內(nèi)的信號要經(jīng)過10分頻才能測量頻率，頻率范圍在5MHz―50MHz內(nèi)的信號要經(jīng)過100分頻才能測量頻率。由于頻率值可能超過計數(shù)器的最大計數(shù)值65535而使計數(shù)器溢出，這里定時器只定時100mS，技術(shù)完成后通過對數(shù)據(jù)處理，得到信號的真正頻率值。具體的單片機(jī)是對不分頻的信號測頻，還是對10分頻的信號測頻，還是對100分頻的信號測頻，就要通過數(shù)據(jù)選擇器選擇。這里選用ST公司生產(chǎn)的芯片74HC253作為數(shù)據(jù)選擇器選擇出輸入到單片機(jī)的信號。不分頻的信號輸入到74HC253的10腳，10分頻的信號輸入到74HC253的11腳，100分頻的信號輸入到74HC253的12腳，通過單片機(jī)的P1.5和P1.6位控制數(shù)據(jù)選擇器的地址位A和B。計數(shù)模塊的硬件電路如圖4。

4.顯示電路設(shè)計

最后要把處理完的數(shù)據(jù)在顯示電路中顯示。這里選用6位8段共陽LED數(shù)碼管顯示。LED顯示方式有兩種，靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。雖然靜態(tài)顯示亮度高，接口編程也比較容易，但占用的口線較多，六位顯示就需要6個鎖存器，這樣電路所用的器件較多、連線比較繁瑣，所以采用動態(tài)顯示方式。這就需要首先確定位選，對該位送段碼顯示，然后延時一定時間，選定下一位，再送段碼顯示，如此循環(huán)。

工作過程為：

首先確定位選：由單片機(jī)的P1.2、P1.3、P1.4作為3-8譯碼器74HC138的輸入，74HC138的輸出決定了數(shù)碼管的選擇位。每個數(shù)碼管的公共端與一個接有高電平的PNP三極管的集電極相連，三極管的基極與3-8譯碼器的輸出相連，通過軟件編程設(shè)置單片機(jī)的P1.2、P1.3、P1.4位，就設(shè)置了3-8譯碼器的輸入，3-8譯碼器的輸出只有一位為低電平，與這一位連接的三極管就處于飽和狀態(tài)，集電極與發(fā)射極間的飽和管壓降只有0.7V，三極管的集電極電壓為：5V-0.7V（二極管壓降）-0.7V（飽和管壓降）=3.6V，與這一個三極管連接的數(shù)碼管就被選中；3-8譯碼器的其它位輸出高電平，三極管處于截至狀態(tài)，集電極為低電平，相應(yīng)的數(shù)碼管不被點(diǎn)亮，所以三極管在這里起到了開關(guān)的作用。

其次送斷碼：選中數(shù)碼管后，單片機(jī)就可以通過串行口將要在該位數(shù)碼管上顯示的數(shù)的段碼送入鎖存器74HC164。由于74HC164的最高輸出電壓可達(dá)電源電壓，而數(shù)碼管中的發(fā)光二極管的最大電流為20MA，所以要在其輸出端加限流電阻，其大小為：VCC÷Imax≈200

顯示模塊的硬件電路如圖5。

5.其它電路

（1）電源電路

（2）單位顯示部分電路

P1口可輸出達(dá)20MA的電流，所以可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管。一般發(fā)光二極管工作電流取10毫安，最多不超過20毫安，P1口輸出最大電壓為2.4V，所以可計算得限流電阻為：2.4V÷20MA≈100，電路如圖7。

（3）濾波電路：

為濾除各芯片內(nèi)的噪聲，可在每個芯片的電源和地之間接入濾波電容。

至此，單元電路已設(shè)計完畢，可得到頻率計的硬件電路，如圖8。

6.總結(jié)

此數(shù)字頻率計單元電路的設(shè)計，通過測試，很好地達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，符合設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)

[1]張永瑞，劉振起等.電子測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，1994年12月.

[2]張毅剛，彭喜元等.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計[M].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003年7月.

[3]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2002年5月，

[4]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2004年4月.

[5]王廷才.電子線路輔助設(shè)計PROTEL99SE[M].北京：高等教育出版社，2004年8月.

篇10

【關(guān)鍵詞】電氣；控制線路；設(shè)計

隨著社會不斷的發(fā)展，人們越來越需要使用大量的電氣控制設(shè)備，電氣控制設(shè)備的使用需要電力系統(tǒng)的支持，優(yōu)化電氣控制線路設(shè)計就是優(yōu)化電氣控制設(shè)備使用的電力系統(tǒng)設(shè)計，只有優(yōu)化電氣控制設(shè)備，電氣控制設(shè)備才能正常的使用。

1電氣控制線路設(shè)計基礎(chǔ)的原則

1.1標(biāo)準(zhǔn)化原則

應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化原則進(jìn)行設(shè)計的目的有兩個：（1）便于工作人員進(jìn)行管理和維修，如果設(shè)計方法或使用的設(shè)備不標(biāo)準(zhǔn)，那么工作人員進(jìn)行維修時，就需要花費(fèi)大量的時間、精力來探索線路的設(shè)計原理及內(nèi)在機(jī)理，這不利于工作人員開展電氣控制線路的維護(hù)及管理工作。（2）便于拓展，如果設(shè)計的線路或使用的設(shè)備不標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)進(jìn)行拓展可能會存在難題，比如工作人員要升級換代設(shè)備，可能會出現(xiàn)購買不到相應(yīng)設(shè)備的問題。

1.2經(jīng)濟(jì)化原則

電氣控制線路既要具有拓寬性，又要具有經(jīng)濟(jì)性。電氣控制線路設(shè)計的內(nèi)容包含電力輸送、電力輸送控制、電力能源供給這三項內(nèi)容的設(shè)計。三項內(nèi)容的設(shè)計都必須滿足經(jīng)濟(jì)化的原則，否則電力控制系統(tǒng)在應(yīng)用時會耗費(fèi)大量的能源，從而既帶來自然能源消耗多的問題，又帶來電力控制系統(tǒng)使用耗費(fèi)成本大的問題。

1.3穩(wěn)定性原則

電氣控制線路必須具有穩(wěn)定性。這是因為如果電氣線路穩(wěn)定性不足，不僅會給用戶帶來不良的體驗，還會引發(fā)各種安全事故。比如斷路會引發(fā)火災(zāi)事故，電壓過高會帶來人生安全事故等，電氣控制線路設(shè)計要優(yōu)化線路設(shè)計方案確保電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

2電氣控制線路設(shè)計基礎(chǔ)的方法

2.1設(shè)計理念

設(shè)計理念的核心為簡化線路。如果線路過于復(fù)雜，會帶來以下的問題：（1）成本損耗的問題，線路越長，意味著電力輸送時，能耗消耗得越多，無論從環(huán)保的角度，或從節(jié)省成本的角度，都應(yīng)盡可能縮短輸電線路。（2）智能判斷的問題，如果線路分叉過多，線路判斷可能易出現(xiàn)故障，為此，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)線路交叉、循環(huán)、寄生等問題。（3）線路耦合的問題，線路傳輸時，會產(chǎn)生電磁場，雖然線路外會套上絕緣管套，避免電磁場造成的干擾，但是由于種種原因，干擾的問題還是不可避免的，如果線路過于復(fù)雜，就會出現(xiàn)電磁干擾嚴(yán)重的問題。綜合以上的原因，電氣控制線路要盡量簡單。

2.2設(shè)計方法

2.2.1設(shè)計內(nèi)容電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容主要包括兩個方面：（1）與控制對象有關(guān)的內(nèi)容，它包括設(shè)備的類型、型號、容量等。（2）根據(jù)控制的需求設(shè)計控制線路、電器元件、設(shè)計電氣原理圖、地裝圖、互連圖。以上的設(shè)計過程要依序進(jìn)行，順序如下：分析控制對析，分析電氣設(shè)計任務(wù)書確定傳輸方式及控制方案選擇電動機(jī)設(shè)計電氣原理圖列出電器元件清單設(shè)計操作系統(tǒng)計控制方法控制元件繪制安裝圖及位置圖編寫一系列操作文本。2.2.2設(shè)計條件確定設(shè)計內(nèi)容后，要讓設(shè)計條件一一齊備，為后續(xù)的設(shè)計打好基礎(chǔ)。電氣設(shè)計的條件如下：設(shè)計供電系統(tǒng)，讓電壓、頻率、容量、電流等條件滿足后續(xù)的設(shè)計要求，這是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)；確定操作需要的元?dú)饧O(shè)備，它們是操作系統(tǒng)設(shè)計的對象；設(shè)計操作系統(tǒng)，以PLC為例，要設(shè)計PLC的輸入控制、輸出控制、安全系統(tǒng)等，這是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)；設(shè)計電力拖動數(shù)據(jù)，包括電力設(shè)備的數(shù)量、負(fù)荷、調(diào)速、控制等方案，為電氣控制系統(tǒng)設(shè)計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。確定以上設(shè)計條件后，繪制電氣控制系統(tǒng)設(shè)計圖，標(biāo)明每項內(nèi)容的參數(shù)。2.2.3設(shè)計要點(diǎn)結(jié)合設(shè)計原則完成線路設(shè)計；結(jié)合項目差異性進(jìn)行設(shè)計，部分電氣控制系統(tǒng)通用性較強(qiáng)，可以依照常規(guī)的設(shè)計方案來設(shè)計；部分電氣控制系統(tǒng)有特殊的要求，需要依照特殊的需求作專門的設(shè)計；控制的復(fù)雜程度影響線路的設(shè)計，線路的設(shè)計必須滿足控制的需求；在滿足項目功能需求的前提下，要考慮線路設(shè)計的工藝性。

3電氣控制線路設(shè)計基礎(chǔ)的要點(diǎn)

3.1負(fù)荷的設(shè)計

負(fù)荷的設(shè)計是電氣控制線路設(shè)計的重點(diǎn)。比如如果一味加大電氣控制線路的負(fù)荷量，那么雖然一定能滿足用戶的需求，但是卻會損耗大量的電能，帶來電力使用成本增加的問題；在設(shè)計負(fù)荷量的時候，如果設(shè)計負(fù)荷過小，則會出現(xiàn)各種使用故障，甚至帶來安全隱患。在設(shè)計電氣控制線路時，要在滿足需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合拓展性，合理的設(shè)計線路負(fù)荷。負(fù)荷設(shè)計的要點(diǎn)為：以電氣控制線路需求為基礎(chǔ)，在分析電源能源需求總量、電力輸送損號、元器件使用及拓展的基礎(chǔ)上，科學(xué)的設(shè)定負(fù)荷。

3.2線路的設(shè)計

線路的設(shè)計包含穩(wěn)定性與安全性兩方面的內(nèi)容。線路應(yīng)從簡化線路、電氣控制線路對穩(wěn)定性和安全性要求極高，這是由于電氣控制線路如果出現(xiàn)故障，會影響電氣設(shè)備運(yùn)作的緣故，為此，電氣設(shè)計人員要從整體設(shè)計上保持電氣控制的安全性。比如當(dāng)電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障以后，電氣線路需能自動閉合出現(xiàn)故障的線路，讓整個系統(tǒng)能正常運(yùn)行；或者線路能自動閉合出現(xiàn)故障的線路后，開啟另一條線路，讓整條線路依然能成為一條閉合線路。線路設(shè)計是否穩(wěn)定和安全決定了電氣控制線路設(shè)計的實用性。

3.3調(diào)頻的設(shè)計

有些電氣設(shè)備在運(yùn)行時，運(yùn)轉(zhuǎn)的速度會發(fā)生變化，如果只有一條線路，就不能滿足電氣設(shè)備的調(diào)頻需求，為了發(fā)揮設(shè)備的調(diào)頻功能，電氣控制線路也要具有調(diào)頻性。電氣控制線路可以應(yīng)用將設(shè)備分級的方式完成調(diào)頻。即設(shè)備提出一個調(diào)頻需求后，線路可立即切換到滿足設(shè)備運(yùn)行的電氣線路上。

4總結(jié)

電氣控制線路設(shè)計的方案是靈活多變的，然而它的設(shè)計也有其規(guī)律性。設(shè)計人員要把握電氣控制線路設(shè)計的原則，優(yōu)化設(shè)計的方法、強(qiáng)化設(shè)計的要點(diǎn)，只有把握好這三方面的設(shè)計內(nèi)容，才能設(shè)計出合理的電氣控制線路。

參考文獻(xiàn)

[1]唐亦敏.電氣控制線路設(shè)計的相關(guān)問題及解決策略[J].電子技術(shù)與軟件工程,2014(16).

[2]劉鵬羽.電氣控制線路的設(shè)計方法探析[J].黑龍江科技信息,2013(04).