導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇電源電路設(shè)計(jì)方案，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：公路 設(shè)計(jì) 選線 方案

引言

臺(tái)山核電廠淡水水源工程的新松水庫(kù)位于臺(tái)山市赤溪鎮(zhèn)的曹沖河，水庫(kù)距臺(tái)山市約60km，距臺(tái)山核電廠約15km。壩址距新臺(tái)高速浮石立交出口約28km，距西部沿海高速都斛出口約18km，現(xiàn)有外部交通條件較好。臺(tái)山核電廠淡水水源工程通過(guò)在曹沖河建設(shè)水庫(kù)，用輸水管道將淡水輸送至核電廠淡水廠，擬建進(jìn)庫(kù)道路連接水庫(kù)壩址與臺(tái)山核電廠的進(jìn)場(chǎng)道路。目前，從舊赤溪鎮(zhèn)到水庫(kù)壩址，只有一條長(zhǎng)約8km的簡(jiǎn)易泥結(jié)石道路可走。但該現(xiàn)有簡(jiǎn)易道路等級(jí)低，平面彎道多、轉(zhuǎn)彎半徑小、會(huì)車時(shí)錯(cuò)車?yán)щy，不能滿足本工程施工期與運(yùn)行管理期的交通使用要求，故須對(duì)進(jìn)庫(kù)道路進(jìn)行配套建設(shè)。

1進(jìn)庫(kù)道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定

1.1道路等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

進(jìn)庫(kù)道路是臺(tái)山核電廠淡水水源工程的專用道路。經(jīng)過(guò)對(duì)樞紐日常交通量的分析，對(duì)于設(shè)計(jì)水平年，預(yù)計(jì)對(duì)外交通道路的雙向通行交通量小于1000輛/日。雙車道四級(jí)道路可滿足本工程施工高峰期的最大交通量。考慮工程的建設(shè)規(guī)模、重要性和施工期車輛交通情況，根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，經(jīng)綜合分析，進(jìn)庫(kù)道路按四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

1.2路線主要設(shè)計(jì)指標(biāo)確定

進(jìn)庫(kù)道路按四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為20km/h，設(shè)兩車道，路面寬為6.0m，每側(cè)土路肩寬為0.5m，路基寬7.0m。根據(jù)交通量組成與項(xiàng)目交通量、地質(zhì)條件及主體工程施工的具體特點(diǎn)，施工期間行駛施工運(yùn)輸車輛較多，故采用高級(jí)路面。汽車荷載等級(jí)按公路等級(jí)采用公路-Ⅱ級(jí)，并采用施工運(yùn)輸車輛的實(shí)際最大荷載（約50t）進(jìn)行復(fù)核。路基設(shè)計(jì)洪水頻率參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30-2004）的規(guī)定，路基設(shè)計(jì)洪水頻率為1/25。

1.3道路橫斷面結(jié)構(gòu)型式

進(jìn)庫(kù)道路路面結(jié)構(gòu)：采用水泥混凝土路面。路塹挖方邊坡根據(jù)地質(zhì)報(bào)告資料，按巖體風(fēng)化程度不同來(lái)選取相應(yīng)的開(kāi)挖坡比值。挖方邊坡高度大于10m時(shí)，采用分級(jí)邊坡，第一級(jí)邊坡高度為8m，其余每級(jí)均為10m。路堤填方邊坡填筑坡比值根據(jù)路基填料種類、地形等條件而定。第一級(jí)邊坡坡比采用1:1.5，第二級(jí)至起其坡比采用1:1.75。地面橫向坡度較陡路段在路堤下方設(shè)置擋墻，其中涵洞則與擋墻結(jié)合。

2進(jìn)庫(kù)道路路線方案設(shè)計(jì)比選

2.1選線原則

選擇路線方案進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)需要充分利用地形、地勢(shì)，盡量少出現(xiàn)回頭彎；

選擇地質(zhì)穩(wěn)定、水文地質(zhì)條件好的地帶通過(guò)，避開(kāi)軟基、泥沼、排水不良的低洼地等不良地段，避免穿過(guò)密集居民區(qū)、村莊；少占耕地、少拆遷，多利用山地，有條件的地方結(jié)合現(xiàn)有道路，使路線總里程較短、地形坡度較平緩、轉(zhuǎn)彎舒順；減少開(kāi)挖量，避開(kāi)高邊坡等地段，減少水土流失；結(jié)合主體工程建筑物布置。

2.2路線方案布置

根據(jù)以上選線原則，及道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的約束，結(jié)合核電廠規(guī)劃進(jìn)場(chǎng)道路、主體工程建筑物布置及現(xiàn)場(chǎng)地形等具體情況，本階段初步擬定設(shè)計(jì)了2條進(jìn)庫(kù)道路路線方案，其示意圖見(jiàn)圖2.2-1。

圖2.2-1進(jìn)庫(kù)道路路線方案示意圖

路線1：從核電廠規(guī)劃進(jìn)場(chǎng)道路東陽(yáng)村南曹沖小學(xué)附近接入，經(jīng)約0.2km海邊蝦蟹塘邊后，沿曹沖河約2.2km，繞過(guò)新松村沿曹沖河約1.5km，經(jīng)西坑，沿山邊爬坡約0.8km至水庫(kù)壩址左壩頭，經(jīng)大壩沿庫(kù)邊0.9km至輸水隧洞進(jìn)口。該路線全長(zhǎng)約5.6km，其中0.2km為海邊路，3.7km為原河邊村路改造，1.7km為新建山邊公路。

路線2：從核電廠規(guī)劃進(jìn)場(chǎng)道路南陽(yáng)村南附近接入，經(jīng)約0.2km海邊蝦蟹塘邊后，沿原村路約1.4km至山邊村，過(guò)村后沿山邊小路0.8km，沿山邊爬坡約0.7km至水庫(kù)右岸埡口，沿庫(kù)邊經(jīng)0.65km至壩址右壩頭；另從埡口修支路0.25km至輸水隧洞進(jìn)口。該路線全長(zhǎng)約4.0km，其中0.2km 為海邊路，2.2km為原村路改造，1.6km為新建山邊公路。

依據(jù)確定的道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)選線原則對(duì)兩個(gè)路線布置方案在已有1：2000地形圖上進(jìn)行設(shè)計(jì)并計(jì)算路面工程、路基土石方工程、路基防護(hù)工程等主要工程的工程量并形成工程量清單，對(duì)各路線方案估算其投資。

各路線方案特性見(jiàn)表6.5-1，各路線方案估算投資比較見(jiàn)表6.5-2。

表2.2-1進(jìn)庫(kù)道路路線方案特性表

2.3路線比選

由表2.1-1及表2.2-1可知：

從布置上看，路線1和路線2均有局部海邊道路連接核電廠進(jìn)場(chǎng)道路，距核電廠均較遠(yuǎn)，并需要進(jìn)行軟基處理。其中路線1沿曹沖河邊，目前現(xiàn)有道路高程在3m～4m之間，曹沖河10年一遇洪水位高程為6.8m，25年一遇洪水位高程為8.0m，路面高程需加高5m左右，且需要按堤防標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，涉及水利設(shè)施等其他復(fù)雜問(wèn)題；路線2長(zhǎng)度最短，并利用現(xiàn)有的村路，線路較順暢；從征地移民上看，路線1需要征用路邊田地，路線2需要拆除少量房屋；從施工條件上看，路線2最短，但道路施工有可能受當(dāng)?shù)卮迕窠煌ㄓ绊懀粡耐顿Y上看，路線2投資最少，比路線1少1810萬(wàn)元；綜上所述，路線1的其中一段經(jīng)過(guò)曹沖河邊，其路面需按堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加高，征用農(nóng)田較多，涉及水利設(shè)施等其他復(fù)雜問(wèn)題；路線2的路線需穿過(guò)村莊，但結(jié)合主體建筑物布置最合理，長(zhǎng)度最短，路線較順暢，投資最少。經(jīng)綜合比較后，推薦路線2為進(jìn)庫(kù)道路的首選方案。

3 結(jié)語(yǔ)

臺(tái)山核電廠淡水水源工程進(jìn)場(chǎng)道路外部交通條件較好，道路功能特殊，在明確道路的功能后由確定的道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照基本選線原則擬定設(shè)計(jì)出2條進(jìn)庫(kù)道路路線方案，通過(guò)方案比較發(fā)現(xiàn)路線2對(duì)結(jié)合主體建筑物布置最合理，長(zhǎng)度最短，路線較順暢，投資最少是符合本道路工程投資和運(yùn)輸效率的路線設(shè)計(jì)方案。

作 者 簡(jiǎn) 介

篇2

關(guān)鍵詞：雙極化天線；Altium Designer；信號(hào)采集；FPGA

中圖分類號(hào)：TP274+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）11-00-03

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，天線的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此在電子測(cè)量、雷達(dá)等領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)采集、傳輸速率要求的提高利于高速信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展。隨著各方面要求的提高，測(cè)試系統(tǒng)不僅要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，還要對(duì)各分系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)、分析。

傳統(tǒng)的信號(hào)采集板卡一般使用微控制器控制ADC，然而微控制器的時(shí)鐘頻率低且通過(guò)軟件編程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，難以實(shí)現(xiàn)高速、高性能的雙通道數(shù)據(jù)采集。因此本文提出一套針對(duì)雙極化天線接收雙極化信號(hào)的硬件電路設(shè)計(jì)方案[1]，并完成系統(tǒng)調(diào)試與性能測(cè)試，證實(shí)其穩(wěn)定可靠，完全滿足設(shè)計(jì)要求。本文主要從雙極化信號(hào)采集板的硬件電路設(shè)計(jì)以及FPGA的軟件設(shè)計(jì)方案方面來(lái)實(shí)現(xiàn)雙極化信號(hào)采集板的設(shè)計(jì)與測(cè)試驗(yàn)證。

1 雙極化信號(hào)采集板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該方案主要由雙極化天線接收243 MHz和406 MHz信號(hào)，通過(guò)模擬接收機(jī)得到中頻信號(hào)，AD采集板對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采集，最后經(jīng)FPGA處理。由于雙極化信號(hào)有水平極化和垂直極化之分，故采用雙通道采樣電路。ADC的性能指標(biāo)[2]必須滿足設(shè)計(jì)要求，因此選用AD9226高速A/D芯片。該芯片理論上最高采樣率可達(dá)65 MSPS，采用12位雙通道高速采集端。雙極化采樣電路主要硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 關(guān)鍵硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)衰減電路

衰減電路的作用是將輸入電壓的范圍（-5 V+5 V）變換到（1 V3 V）。電路采用145 MHz的運(yùn)算放大器AD8065，其性能優(yōu)越，且AD8065電源電壓的范圍較寬，在5 V24 V之間，它的帶寬為145 MHz，可以只用一個(gè)電源供電。由于AD8065具有0.02%的差分增益和0.02度的相位誤差等優(yōu)勢(shì)，因此AD8065是該電路的最佳選擇。該電路首先通過(guò)兩級(jí)TL072構(gòu)成的電壓跟隨器和由AD8065構(gòu)成的減法運(yùn)算電路[3]。在電路中，D4、D5起輸入電壓保護(hù)作用，由AD8065構(gòu)成的減法運(yùn)算電路的+IN接的下拉電阻R30為2 kΩ，輸入電阻R6為18 kΩ，-IN接的輸入電阻R18為2 kΩ，反饋電阻R17為

2 kΩ。V6B為兩級(jí)電壓跟隨器的最后輸出，衰減電路需滿足公式（2）。AD8065構(gòu)成的衰減電路如圖2所示。

（1）

計(jì)算可得：

（2）

2.2 采樣電路方案

在A/D轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出的數(shù)字信號(hào)是離散的，所以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入的模擬信號(hào)取樣，然后再將這些取樣值轉(zhuǎn)換成輸出的數(shù)字量[4]。我們選擇的AD芯片是AD9226，在AD9226中，VREF是基準(zhǔn)電壓輸出端口，可提供1 V和 2 V兩種基準(zhǔn)電壓，通過(guò)SENSE來(lái)選擇，當(dāng)SENSE與GND連接時(shí)，提供2 V基準(zhǔn)電壓；當(dāng)SENSE與VREF連接時(shí)，提供 1 V基準(zhǔn)電壓。我們選擇提供2 V基準(zhǔn)電壓的連接方式。在電路中利用該2 V基準(zhǔn)電壓來(lái)設(shè)計(jì)衰減電路，當(dāng)AD9226配置為單端輸入時(shí)，此時(shí)的輸入電壓為（+1 V～+3 V），在此模式下，VREF的基準(zhǔn)電壓為2 V。AD9226的配置電路如圖3所示。

2.3 電源電路

由于該電路板需要3.3 V電源以及-5 V電源，3.3 V電源可以采用5 V電源通過(guò)AMS1117獲得，由于AMS1117[5]是一個(gè)正向低壓降穩(wěn)壓器，在1 A電流下壓降為1.2 V， AMS1117內(nèi)部集成過(guò)熱保護(hù)和限流電路，是電池供電和便攜式計(jì)算機(jī)供電的最佳選擇。-5 V通過(guò)MC34063A組成電壓反向電路獲得。該器件包含了DC/DC變換器所需要的主要功能的單片控制電路且價(jià)格便宜，它由具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器、R-S觸發(fā)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)電路等組成。因此，該電源電路采用該芯片作為電源電路的設(shè)計(jì)方案。電源電路如圖4所示。

2.4 PCB電路圖布局

一塊好性能的PCB[6]離不開(kāi)優(yōu)秀的布局，在PCB設(shè)計(jì)中，只有先做好布局工作，才能完成后面的PCB布線工作。在PCB布局時(shí)，遵守以功能電路的核心組件為中心，保證零部件離電路板邊緣的距離不小于2 mm等規(guī)范。雙極化信號(hào)采集板PCB圖如圖5所示。

3 FPGA軟件設(shè)計(jì)

可編程邏輯器件FPGA為Altera公司的Cyclone iV E系列EP4CE40F23C8N型號(hào)的FPGA，其核心工作電壓為1.2 V，邏輯單元39 600個(gè)，可自定義I/O端口多達(dá)329個(gè)，記憶單元1 161 216個(gè)，鎖相環(huán)4個(gè)，全局時(shí)鐘20個(gè)。FPGA設(shè)計(jì)的軟件模塊如圖6所示。

USB

FPGA內(nèi)部功能模塊主要包括時(shí)鐘模塊、AD控制模塊、數(shù)字濾波器模塊、FIFO數(shù)據(jù)緩沖模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等。時(shí)鐘模塊由FPGA的ip核pll模塊產(chǎn)生時(shí)鐘，AD控制模塊得到時(shí)鐘，將雙極化天線的水平信號(hào)和垂直信號(hào)進(jìn)行采樣。最后通過(guò)nios配置的JTAG模塊[7]下載至開(kāi)發(fā)板，進(jìn)行在線邏輯分析。

4 測(cè)試結(jié)果

由于測(cè)試條件有限，采用實(shí)驗(yàn)室的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，該儀器產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)，頻率為456 kHz，通過(guò)AD采集板采集后送至FPGA開(kāi)發(fā)板，將控制程序通過(guò)JTAG下載至開(kāi)發(fā)板經(jīng)在線邏輯分析儀可得結(jié)果。測(cè)試圖如圖7所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)圖7可以得到，雙極化信號(hào)首先通過(guò)信號(hào)發(fā)生器模擬產(chǎn)生正弦數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò)AD采集板采集后傳入FPGA，經(jīng)FPGA主控板控制，用在線邏輯分析儀得到的數(shù)據(jù)如信號(hào)發(fā)生器所得數(shù)據(jù)。該結(jié)果說(shuō)明該雙通道的采集板具有良好的采集功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉云裳.雙極化天線的設(shè)計(jì)和測(cè)量考慮[J].中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，1985（2）：9-17.

[2]胡東方.多通道高速信號(hào)采集與傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].北京：北京理工大學(xué)，2015.

[3]華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2006：330-338.

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[5]王帥.基于FPGA的數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)[D].貴州：貴州大學(xué)，2015.

篇3

【關(guān)鍵詞】LED恒流驅(qū)動(dòng) 高壓

LED光源的穩(wěn)定性、低耗能、耐用性等特點(diǎn)比起傳統(tǒng)電源來(lái)講優(yōu)勢(shì)明顯，使得高壓LED恒流電路的研究更加具有非凡的價(jià)值。對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的研發(fā)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)芯片的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)顯得尤為關(guān)鍵。驅(qū)動(dòng)IC在研發(fā)設(shè)計(jì)中，必須考慮到電壓的不穩(wěn)定性給電路工作帶來(lái)的挑戰(zhàn)。從另一個(gè)方面來(lái)講，驅(qū)動(dòng)IC在高壓LED電路施工過(guò)程中決定著是否能研發(fā)成功。在LED工作過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的架構(gòu)都會(huì)影響電路工作的過(guò)程，對(duì)其電路的研發(fā)設(shè)計(jì)都具有很廣泛的市場(chǎng)前景。

1 高壓LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)展現(xiàn)狀

高壓LED恒流驅(qū)動(dòng)IC在整個(gè)電路的施工設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵性都使得國(guó)內(nèi)廠商在此領(lǐng)域熱情高漲。生產(chǎn)廠家為了自身的LED光源質(zhì)量的提高，對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的研發(fā)都投入了巨大的資金。跟國(guó)外產(chǎn)品比起來(lái)，從產(chǎn)品的特性、造型等方面依然有一定的差距。這也是受制于LED驅(qū)動(dòng)芯片研發(fā)周期長(zhǎng)的性質(zhì)所決定的。隨著國(guó)內(nèi)廠家研發(fā)過(guò)程的持續(xù)，這些產(chǎn)品陸續(xù)投入到實(shí)際生產(chǎn)中，高質(zhì)量的LED高壓電路驅(qū)動(dòng)芯片會(huì)不斷研發(fā)出來(lái)。

高壓LED電路在工作的過(guò)程中，其成本及能耗很大程度上取決于其驅(qū)動(dòng)IC的質(zhì)量及特性。驅(qū)動(dòng)IC的研發(fā)對(duì)降低LED光源的成本有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。驅(qū)動(dòng)IC在工作過(guò)程中主要承受40V電壓，這就必須將平常電壓220V轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)IC 能承受及工作的電壓，這就無(wú)形中提高了驅(qū)動(dòng)IC的使用成本。在這一研發(fā)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)芯片當(dāng)中的電壓轉(zhuǎn)換器及穩(wěn)定器的研發(fā)設(shè)計(jì)都是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。驅(qū)動(dòng)芯片在工作過(guò)程中，其耐壓性如何都決定了LED光源的質(zhì)量，也從一定程度上決定了驅(qū)動(dòng)電路的成功與否。

國(guó)外許多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)非常值得我們學(xué)習(xí)，這對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的研發(fā)設(shè)計(jì)是非常重要的一環(huán)。隨著LED 光源應(yīng)用越來(lái)越廣泛，LED電路驅(qū)動(dòng)IC的研發(fā)還將進(jìn)一步深入，這對(duì)建設(shè)節(jié)約型能源的社會(huì)需求是一致的。

2 高壓LED恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案

高壓LED恒流電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)工作電壓的要求相對(duì)較高。一般來(lái)講，需要將控制電壓穩(wěn)定在3.6V，這樣才能穩(wěn)定的控制高壓LED電路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在這一過(guò)程中，常用的電池供電都達(dá)不到持久的將電壓穩(wěn)定在這一范圍，這就對(duì)恒壓電路的研發(fā)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。LED光源的穩(wěn)定性取決于電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量高低，在此，穩(wěn)定的控制電壓決定了電路工作的穩(wěn)定性。對(duì)于LED光源來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案必須符合LED光源的大致需求，并且要對(duì)其穩(wěn)定性、耐壓性進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的工作數(shù)據(jù)及大量案例分析，設(shè)計(jì)出理想的工作電路。

對(duì)于LED光源的控制來(lái)講，電路設(shè)計(jì)方案的產(chǎn)生都會(huì)面臨極大的挑戰(zhàn)，電路設(shè)計(jì)是采用串聯(lián)還是并聯(lián)都或多或少的對(duì)電路的工作的穩(wěn)定性有影響。LED光源的型號(hào)、規(guī)模的多樣性，使得驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案的不同。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要對(duì)多種方案進(jìn)行必要的工作測(cè)試，這樣才能應(yīng)用到實(shí)際的LED光源當(dāng)中。

LED驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)通常為三類，下面對(duì)這幾種結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

2.1 線性結(jié)構(gòu)

線性結(jié)構(gòu)（LDO結(jié)構(gòu)）的基本構(gòu)件包括：調(diào)整管、穩(wěn)壓電源、比例電阻、誤差測(cè)算器。這種結(jié)構(gòu)往往涉及簡(jiǎn)單、易操作。并且這種結(jié)構(gòu)構(gòu)件成本較低，非常受市場(chǎng)的歡迎。但是這樣的結(jié)構(gòu)也有明顯的缺陷。線性結(jié)構(gòu)由于電路設(shè)計(jì)的特殊性只能對(duì)增壓有著明顯的效果，反之對(duì)降低電壓明顯不足。在輸出電壓的過(guò)程中，當(dāng)電壓升高時(shí)，調(diào)整管中電壓電流會(huì)明顯減小，從而降低電壓輸出，這就在一定程度上達(dá)到了穩(wěn)壓的目的。

2.2 電容式開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)

電容式開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)是以元器件電容為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的一種電路結(jié)構(gòu)，這也決定了該結(jié)構(gòu)具有體積小、高效能的特點(diǎn)。在電路的實(shí)際工作過(guò)程中，該結(jié)構(gòu)能適應(yīng)多種LED電路的結(jié)構(gòu)布置。這提高了LED光源的應(yīng)用市場(chǎng)，使得LED光源的低耗能特性得到應(yīng)用推廣。輸入電壓往往對(duì)于電路來(lái)講具有明顯的不確定性，也就是說(shuō)電壓的不穩(wěn)定性對(duì)于電容式開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)來(lái)講是種考驗(yàn)，如何在電路導(dǎo)通的時(shí)候，對(duì)電壓的穩(wěn)定性起到關(guān)鍵性的支持作用，決定了該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的成功與否。

2.3 電感式開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)

這一部分可通過(guò)3種結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別為升壓、降壓和反轉(zhuǎn)型的，不管是哪種類型的，均是為了保證電流的靈活控制和電路輸出端的及時(shí)保護(hù)。尤其對(duì)于反轉(zhuǎn)型的電感式開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，需要加入一定的反饋?zhàn)饔脵C(jī)制，促成電路反饋環(huán)形結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，在電壓調(diào)整過(guò)程發(fā)揮穩(wěn)定作用。

3 高壓LED恒流驅(qū)動(dòng)電路的驗(yàn)證分析

通過(guò)筆者對(duì)上文中LED恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步分析，并對(duì)電路中所用的芯片HV9911進(jìn)行研究可知，整體的橫流電路可以分為以下幾個(gè)部分，比如線性穩(wěn)壓器、上電復(fù)位、DC一DC電路、過(guò)爪保護(hù)等具體作用模塊。為了保證橫流電路設(shè)計(jì)的科學(xué)有效，還進(jìn)行了一定的驗(yàn)證分析。

可以說(shuō)這整個(gè)電路部分的作用機(jī)理中最為重要的就是內(nèi)部的線性穩(wěn)壓器模塊，這一部分通過(guò)對(duì)系統(tǒng)外部的高電壓進(jìn)行一定的恒壓處理，使之能夠穩(wěn)定在8.IV左右，當(dāng)然這樣一個(gè)數(shù)值仍然與我們所用芯片的具體性能參數(shù)存在著些許出入，不過(guò)已經(jīng)可以穩(wěn)定地為芯片提供電量需要，當(dāng)然為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其橫流高壓功能，還設(shè)計(jì)了斜坡補(bǔ)償電路，這部分在進(jìn)行功能驗(yàn)證時(shí)發(fā)揮重要作用。另外的電壓是基準(zhǔn)電壓模塊所產(chǎn)生的，能夠分去1.27V的壓力；而功耗最小的就是上電復(fù)位電路，在整個(gè)電路沒(méi)有耗電之前，這部分電路也處于完全無(wú)壓力狀態(tài)，不需要開(kāi)啟。

進(jìn)一步的仿真結(jié)果也充分說(shuō)明了本電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的恒流驅(qū)動(dòng)以及各種調(diào)光、保護(hù)功能，當(dāng)然還能顯示出一定的電流控制效果。除了實(shí)現(xiàn)芯片對(duì)電壓的需求外，電路整體性能也達(dá)到了預(yù)設(shè)方案的效果，證明本研究的可行性和科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)

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篇4

關(guān)鍵詞： DC?DC； 不間斷電源； LM2596； 切換電路

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）17?0107?03

0 引 言

本設(shè)計(jì)為參加學(xué)院電子制作比賽而作。指標(biāo)要求：蓄電池為4.2 V，負(fù)載為5 V。為此利用開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596進(jìn)行DC?DC變換，具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，線性較好的特點(diǎn)。該不間斷直流電源的主要特點(diǎn)如下：主電源正常時(shí)，除可以給設(shè)備供電外，還可以以不同模式給蓄電池充電，當(dāng)電壓大于4.2 V時(shí)，切斷恒流充電電路，接通恒壓充電電路；當(dāng)電壓低于4.2 V時(shí)，保持恒流充電；恒壓充電由W117和運(yùn)放LM324構(gòu)成，具有輸出穩(wěn)定，波紋小等特點(diǎn)。恒流充電由大功率場(chǎng)管IRF640和運(yùn)放LM324組成，具有輸出電流精度高，紋波小，輸出電流受負(fù)載影響小等特點(diǎn)；若主電源斷電，則自動(dòng)將蓄電池切入，保持電源不間斷。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)總體框圖

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，該不間斷直流電源具有：在無(wú)交流電源時(shí)，不間斷給設(shè)備供電；交流電源正常時(shí)，有恒壓充電和恒流充電兩種模式；綜合設(shè)計(jì)要求，形成系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.2 DC?DC變換器方案的選擇

采用開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596，能夠輸出3 A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，可固定輸出3.3 V，5 V，12 V三種電壓， 也可實(shí)現(xiàn)在1.2～37 V之間的可調(diào)輸出。

該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為150 kHz，與低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4 個(gè)外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更簡(jiǎn)化了LM2596 的使用，極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在±15%的范圍內(nèi)?？梢杂脙H80 μA 的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電；具有自我保護(hù)電路（一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過(guò)溫完全保護(hù)電路）。

DC?DC變換器電路如圖2所示。

1.3 恒壓充電電路設(shè)計(jì)

1.4 壓控恒流充電電路設(shè)計(jì)

1.5 直流升壓電路設(shè)計(jì)

設(shè)置直流升壓電路的目的是將4.2 V升壓為5 V。直流升壓器的電路如圖5所示，電路主要由新穎的DC?DC升壓變換集成電路組成。

LTC1872是一種超小型DC?DC直流變換集成電路，效率高達(dá)90%，低功耗狀態(tài)電流為270 μA，本電路實(shí)現(xiàn)輸入4.2 V直流電壓變換為輸出5 V、最大負(fù)載電流為1 A的直流電壓。該電路輸出電壓精度可為±4%。

1.6 電壓采樣電路設(shè)計(jì)

1.7 繼電器切換電路

切換電路采用繼電器控制，簡(jiǎn)潔易控，性價(jià)比高，電路如圖7所示。電網(wǎng)電壓正常時(shí)，繼電器吸合K1接通，K2斷開(kāi)，由LM2596供電；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，繼電器釋放K1斷開(kāi)，K2閉合，由蓄電池供電。選用的繼電器型號(hào)為HRS2H?S?DC5V?N，線圈額定工作電壓為5 V，觸點(diǎn)最大耐壓值直流電壓為24 V，電流為3 A。

2 系統(tǒng)測(cè)試

3 結(jié) 語(yǔ)

本文不間斷直流電源的設(shè)計(jì)利用LM2596和W117等芯片，較成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求的功能，電路易于實(shí)現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果表明電路性能較好，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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篇5

【關(guān)鍵詞】二線制；電源；TLC5615；MAX409A；功耗

1.引言

二線制儀表，是將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)，如溫度、壓力、速度、流量等參數(shù)，轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號(hào)，傳送到遠(yuǎn)距離外的控制室，以便于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。由于電流信號(hào)對(duì)噪聲不敏感，不易受寄生熱電偶和溫漂的影響，普通雙絞線上可以傳輸幾百米距離，利用250Ω取樣電阻就可以將4-20mA電流信號(hào)變?yōu)?-5V的電壓信號(hào)，不受傳輸線的電阻影響。同時(shí)，二線制儀表符合本安防爆的要求，即24V/20mA的電流通斷不足以引燃瓦斯爆炸，所以在化工、煤礦、石油天然氣等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。同時(shí)二線制變送器具有布線簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

由于二線制儀表，本身由電流環(huán)路供電，所以電流環(huán)僅能提供4mA以下的電流為儀表供電，所以對(duì)儀表的功耗提出苛刻要求，不能采用常規(guī)的方法進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了困難，如何能設(shè)計(jì)出高性能、高精度的二線制智能儀表，是目前國(guó)內(nèi)許多廠家迫切需要解決的問(wèn)題。

本文對(duì)二線制儀表通用的電源設(shè)計(jì)和電流環(huán)電路設(shè)計(jì)，進(jìn)行了詳盡的理論分析，結(jié)合多年的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，提供了簡(jiǎn)潔實(shí)用的應(yīng)用電路，采用此電路設(shè)計(jì)生產(chǎn)的二線制超聲波物位計(jì)，經(jīng)多家工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證，性能穩(wěn)定，產(chǎn)品輸出電流精度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.二線制變送器系統(tǒng)方框圖

如圖1所示，4-20mA電流環(huán)路輸入的24V電壓，經(jīng)過(guò)電源單元轉(zhuǎn)換為5V精密電源，為整個(gè)系統(tǒng)供電。主控單元控制超聲波的發(fā)射和回波信號(hào)處理，然后將處理的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)D/A和V/I轉(zhuǎn)換單元，輸出4-20mA電流，接收端通過(guò)負(fù)載電阻（250歐姆）取出電壓信號(hào)，同時(shí)與電流環(huán)24V電源地相連構(gòu)成回路。

圖1 二線制超聲波測(cè)量系統(tǒng)框圖

3.二線制變送器電源設(shè)計(jì)理論分析

二線制儀表的原理是利用了4-20mA信號(hào)為自身提供電能。如果儀表自身耗電大于4mA，那么將不可能輸出下限4mA值。因此一般要求二線制儀表自身耗電（包括傳感器在內(nèi)的全部電路）小于4mA。

（1）電壓條件：在儀表電流環(huán)路中，一般取樣電阻R=250Ω。當(dāng)電流I=4-20mA變化時(shí)，取樣電壓為U=1-5V之間變化?？紤]到可能會(huì)串接其他儀表，以及傳輸電纜的阻抗，線路阻抗R的最大值可取350Ω，因此在20mA時(shí)，儀表兩端電壓為（24V-20mA×350Ω）=17V.4mA時(shí)，儀表兩端電壓為（24V-4mA×350Ω）=22.6V，所以儀表的工作電壓不能大于17V。

（2）電流條件：儀表中總功耗電流要小于4mA。

（3）功率條件：

20mA時(shí)，電流環(huán)提供的功率最大：

P=20mA×17V=340mW。

4mA時(shí)，電流環(huán)提供的功率最?。?/p>

P=4mA×22.6V=90.4mW。

所以儀表消耗的功率理論上不能大于90.4mw。

4.變送器電源單元設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是降低電源電壓轉(zhuǎn)換的功耗，轉(zhuǎn)換效率要高，靜態(tài)電流要小。

將電流環(huán)儀表兩端的17V-22.6V電壓，降壓處理，有兩種方法。

第一種是直接采用線性穩(wěn)壓芯片，將輸入電壓穩(wěn)壓到5V，這樣會(huì)造成穩(wěn)壓芯片本身功耗太大，無(wú)法滿足其它電路的功率要求。

第二是采用開(kāi)關(guān)型DC/DC芯片，又稱為BUCK降壓開(kāi)關(guān)電源，電源效率一般高于85%以上，但開(kāi)關(guān)型電源芯片是利用儲(chǔ)能電感儲(chǔ)能，輸出的5V電壓是脈動(dòng)的，電壓紋波噪聲不能滿足D/A及CPU控制芯片的要求。

綜合考慮，本電路設(shè)計(jì)采用“開(kāi)關(guān)型DC/DC芯片+LDO線性穩(wěn)壓器”方式，即利用開(kāi)關(guān)型DC/DC芯片，將電流環(huán)提供的高電壓降低，然后利用低壓差線性穩(wěn)壓器來(lái)提高儀表電源的紋波抑制比。同時(shí)選擇的芯片器件要少，減少能量損耗；

設(shè)計(jì)電路如圖2所示：

圖2 電源模塊電路圖

圖2中，L1為儲(chǔ)能電感33μH，D1續(xù)流二極管，F(xiàn)B=1.25V。開(kāi)關(guān)型降壓DC/DC芯片為MAX1776，是MAXIM公司的新型低功耗芯片，靜態(tài)電流為15uA電壓轉(zhuǎn)換效率為95%以上，輸入電壓范圍：Vin=4.5V～24V，輸出電壓可以通過(guò)電阻R1和R2進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出電壓可在1.25V～Vin之間變化。

Vout=1.25×（1+R1/R2）

本設(shè)計(jì)中，MAX1776輸出電壓為7V，按電源效率95%計(jì)算，可用功率=90.4mw×95%=85.8mW。

低壓差線性穩(wěn)壓器，選擇為MAX603，是MAXIM公司的超低功耗器件，靜態(tài)電流15uA。MAX603輸入電壓范圍是2.7V-11.5V，將引腳SET接地時(shí)，典型的輸出電壓為5V，輸出電流200mA時(shí)，典型壓差0.5V，為保證穩(wěn)壓電路可靠工作，考慮脈動(dòng)成分，所以設(shè)定MAX1776輸出電壓為7V。

5.4-20mA電流環(huán)電路設(shè)計(jì)

4-20mA電流環(huán)輸出信號(hào)，是用4mA表示零信號(hào)，用20mA表示信號(hào)的滿刻度。

本部分電路由D/A和V/I變換部分組成，D/A部分選用美國(guó)德州儀器公司的具有串行接口的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC5615，它是超低功耗（1.75mW MAX）10位數(shù)據(jù)、3線串行接口，5V單電源工作，輸出電壓范圍是基準(zhǔn)電壓的兩倍，1.2MHZ更新速率的高精度D/A轉(zhuǎn)換芯片；

V/I變換部分采用MAX409A芯片，是美國(guó)MAXIM公司的單電源、微功耗精密單運(yùn)放，是現(xiàn)今唯一能以1.2μA供電電流工作的運(yùn)算放大器。MAX409A主要參數(shù)：?jiǎn)坞娫垂╇?.5V-10V，增益帶寬積150，穩(wěn)定增益10，工作時(shí)靜態(tài)電流1.2μA。

電流環(huán)輸出模塊原理圖如圖3所示：

圖3 4-20mA電流輸出電路

工作流程如下，主控CPU芯片將超聲波測(cè)量單元，測(cè)得的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過(guò)D/A變換為0.5V～2.5V直流電壓值，分別代表量程0和滿量程，然后通過(guò)V/I變換電路實(shí)現(xiàn)4-20mA電流信號(hào)輸出。

V/I變換原理：設(shè)定TLC5615輸出電壓為V，R3與R5的節(jié)點(diǎn)電壓為V1，根據(jù)運(yùn)放虛短原理及輸入阻抗為無(wú)窮大，MAX409A的輸入端電壓為零電位，有，由于V1=-I×R5當(dāng)R2=200KΩ，R5=50Ω，，通過(guò)調(diào)整R3阻值（80KΩ），將0.5V-2.5V輸出電壓轉(zhuǎn)換成4-20mA電流輸出；

經(jīng)產(chǎn)品測(cè)試，采用此電路的超聲波物位計(jì)的測(cè)量精度達(dá)到0.2%。

6.結(jié)論

二線制儀表的設(shè)計(jì)，是工業(yè)設(shè)計(jì)的一大難題，本文通過(guò)對(duì)二線制儀表的理論分析，提供了實(shí)用的電源設(shè)計(jì)方案，以及電流環(huán)的應(yīng)用電路，通過(guò)采用超低功耗新型芯片，電路簡(jiǎn)潔，器件少，極大地降低了功耗，為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供了保證。采用此電路的二線制超聲波物位計(jì)，經(jīng)過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，性能穩(wěn)定，精度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

參考文獻(xiàn)

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篇6

【關(guān)鍵詞】高中實(shí)驗(yàn)；電路知識(shí)；電路設(shè)計(jì)

引言

高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)是同學(xué)們較難掌握的一系列知識(shí)點(diǎn)。很多同學(xué)反映由于知識(shí)結(jié)構(gòu)不清晰，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的把握不到位，往往對(duì)于老師講過(guò)的內(nèi)容不能形成一個(gè)系統(tǒng)整體的認(rèn)識(shí)，而對(duì)其中需要注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題又經(jīng)常做不到全面考慮，導(dǎo)致理論知識(shí)不清晰，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作就不容易把握。因此，學(xué)習(xí)理解電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要從練習(xí)掌握必要的知識(shí)，熟悉常見(jiàn)問(wèn)題，關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和步驟入手。在諸多電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，電阻的測(cè)量是一個(gè)主要實(shí)驗(yàn)方面，下面就舉例陳述測(cè)量電阻中的一些知識(shí)問(wèn)題。

1.電路實(shí)驗(yàn)需要的基本知識(shí)

1.1選擇合適的元件

在進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，首先要選擇適合的元件，其中包括元件的量程、型號(hào)。主要是電源和電表的選擇，電源和電表的量程選擇首先考慮要大于電路的最大電流或電壓，然后在不超過(guò)量程的前提下，盡量選擇小量程以提高精確度。

1.2準(zhǔn)確把握各個(gè)電路元件的使用方法和規(guī)則

電表的讀數(shù)是一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)，因其表盤(pán)的特殊性，兩個(gè)量程的讀數(shù)在同一表盤(pán)上，在讀數(shù)時(shí)容易看錯(cuò)量程和估讀值?；瑒?dòng)變阻器的使用也需要注意，下面兩個(gè)加上面一個(gè)接線柱是分壓接，一下一上是限流接，分壓時(shí)使用的是全部電阻，限流時(shí)只使用部分電阻，其余是閑置的。而由于電流表的分壓作用和電壓表的分流作用，電表的讀數(shù)并不總是準(zhǔn)確的，在不可避免的誤差前，我們需要通過(guò)計(jì)算分析，選擇誤差產(chǎn)生較小的方案，于是電流表什么時(shí)候需要外接，什么時(shí)候需要內(nèi)接，都需要具體分析。在待測(cè)電阻阻值遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻阻值時(shí)，可以忽略電壓表的分流作用，選擇電流表外接電路，而在待測(cè)電阻阻值遠(yuǎn)大于電流表內(nèi)阻時(shí)，電流表的分壓作用就可以忽略，于是選擇電流表內(nèi)接電路。

1.3熟悉電路構(gòu)成，加強(qiáng)對(duì)特殊電路的記憶與理解

伏安法測(cè)電阻的電路是非常重要的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，其中涉及分壓電路的選擇和使用。這里展開(kāi)分壓式的適應(yīng)情況和不適情況，一般來(lái)說(shuō)，限流式電路更為簡(jiǎn)單有效，而分壓式電路誤差更小，用途更廣，在一些特定情況下必須要選擇分壓式電路設(shè)計(jì)。必須選擇分壓式電路的情況有：當(dāng)要求電路中的電壓或電流從0變化時(shí)；當(dāng)待測(cè)電阻的估計(jì)值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大量程時(shí)；當(dāng)限流的最小值仍大于待測(cè)電阻的額定最大值時(shí)。在這些情況下都是必須選擇分壓式。而在沒(méi)有這些特殊要求時(shí)，一般來(lái)說(shuō)限流分壓都是可以選擇的。

1.4常用測(cè)量方法

測(cè)電阻的常用方法主要有：歐姆表，替代法，伏安法，比例法，半偏法等。歐姆表是最直接的方法，在多個(gè)電阻的測(cè)量中最常用。替代法也是很有效的一種方法，基本思想是等效替代，可以采用電流等效也可以采用電壓等效原則，在有合適電阻箱的情況下可以很容易測(cè)量出電阻值。伏安法是最常用最重要的一種方法，原理是歐姆定律，這種方法可以有多種變式，如可以選擇限流法和分壓法電路，在只有一個(gè)電表時(shí)，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻代替，如果已知了電表內(nèi)阻，還可以把電流表當(dāng)做電壓表使用，把電壓表當(dāng)做電流表使用而只需進(jìn)行一些簡(jiǎn)單變式計(jì)算。比例法的思想在許多地方都有應(yīng)用，如曹沖稱象，原則是在已知標(biāo)準(zhǔn)量的情況下，找出待測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量之間的比例關(guān)系，就可以得出待測(cè)量的具體數(shù)值。

2.電路設(shè)計(jì)的一般思路

2.1確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前，前提是首先確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?shí)驗(yàn)?zāi)康慕o了設(shè)計(jì)者一個(gè)目標(biāo)和方向，更是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是否成功的對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有目的的實(shí)驗(yàn)是沒(méi)有意義的。

2.2選擇設(shè)計(jì)方案

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，依?jù)相關(guān)的物理知識(shí)選擇實(shí)驗(yàn)方案并作出原理結(jié)構(gòu)圖。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中要進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算分析，這些對(duì)于電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，元件的選擇都是必要的。包括電流表應(yīng)設(shè)計(jì)內(nèi)接還是外接，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采取分壓式接法還是限流式接法，路結(jié)構(gòu)原理選擇伏安法還是半偏法等等。

2.3選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材

確定了實(shí)驗(yàn)的目的和方案，就可以依據(jù)計(jì)算和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行器材的選擇了。器材的選擇要遵循幾個(gè)原則，分別為安全性原則，準(zhǔn)確性原則，操作實(shí)用性原則。安全原則主要是避免燒毀現(xiàn)象，需要考慮到哪些部分可能會(huì)出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，一般最主要的是看量程和電路結(jié)構(gòu)的合理性。準(zhǔn)確性原則是為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最大可靠性，盡量減少實(shí)驗(yàn)器材引起的誤差，包括選擇更精確的量程電表。操作實(shí)用性原則是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案需要考慮實(shí)際操作，如滑動(dòng)變阻器的選擇中，當(dāng)使用限流式電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器的一部分是使用不到的，這時(shí)候如果選用不適合的滑動(dòng)變阻器，就會(huì)出現(xiàn)電阻變化不易控制的問(wèn)題，這種問(wèn)題在設(shè)計(jì)方案時(shí)是不需要考慮的，但在器材選擇中就需要注意了。

3.結(jié)束語(yǔ)

電路實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是對(duì)于電學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)也是一種深化。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的前提是知識(shí)的掌握，而設(shè)計(jì)的成功需要同學(xué)們?cè)陬^腦中形成一個(gè)清晰的知識(shí)脈絡(luò)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的一個(gè)整體反映，設(shè)計(jì)的思路是來(lái)源于知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的。正如你需要了解電路結(jié)構(gòu)和原理，才能去選擇合適的方法，你能夠計(jì)算出測(cè)量的理論數(shù)值，才能夠去選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材。因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)首先要扎實(shí)知識(shí)基本功，這一點(diǎn)是同學(xué)們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要時(shí)刻牢記的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王心應(yīng).高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電路設(shè)計(jì)分析[J].中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2015-04-20

篇7

關(guān)鍵詞：連續(xù)可調(diào)；直流電源電路；軟啟動(dòng)；電壓補(bǔ)償；LM317

中圖分類號(hào)：TN710

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004―373X(2008)04―012―03

1 引 言

電子電路要正常工作，電源必不可少，并且電源性能對(duì)電路、電子儀器和電子設(shè)備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負(fù)載的電路和設(shè)備(如電機(jī))中，對(duì)電源的性能要求更高。在很多應(yīng)用直流電機(jī)的場(chǎng)合中，要求為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供1個(gè)其輸出能從0 V開(kāi)始連續(xù)可調(diào)(0～24 v)的直流電源，并且要求電源有保護(hù)功能。實(shí)際上就是要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，其要求是輸出電壓從0 V開(kāi)始連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達(dá)到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。此外，電路還必須簡(jiǎn)單可靠，能夠輸出足夠大的電流。

2　電路的設(shè)計(jì)

符合上述要求的電源電路的設(shè)計(jì)方法有很多種，比較簡(jiǎn)單的有3種：

(1)晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖1所示，該電路中，輸出電壓Uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓u1。發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓Uo為恒定值(穩(wěn)壓值)。因輸出電壓要求從0 V起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0 V開(kāi)始調(diào)節(jié)。

單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡(jiǎn)單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。

(2)采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2所示，他采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從0 V起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，需設(shè)計(jì)一軟啟動(dòng)電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。

(3)用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級(jí)調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片LM317，LM337作為第二級(jí)調(diào)壓元件，通過(guò)AT89CS51單片機(jī)控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，從而改變調(diào)壓元件的參數(shù)，并加上軟啟動(dòng)電路，獲得0～24 V，0.1 V步長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)1 A，同時(shí)可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。

正、負(fù)端壓差控制電路的作用是減少LM317和LM337輸入端和輸出端的壓差以降低LM317和LM337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317(負(fù)壓用LM337)及器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。電壓電流采樣電路由單片機(jī)控制實(shí)時(shí)對(duì)當(dāng)前電壓電流進(jìn)行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路用以保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值，可以方便用戶在重新上電后不用設(shè)置，而且也不會(huì)因?yàn)殡妷褐颠^(guò)高損壞用戶設(shè)備。

該電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出±24 V范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復(fù)雜，成本較高，使用于要求較高的場(chǎng)合。在實(shí)際中，如果對(duì)電路的要求不太高(這種情況較多)，多采用第二種設(shè)計(jì)方案。

3　實(shí)際電路的設(shè)計(jì)

電路采用三端集成穩(wěn)壓器電路方案，電路原理圖如圖4所示。其中IC為三端集成穩(wěn)壓器。晶體管T，阻R3和電容器C組成軟啟動(dòng)電路。電阻R4和二極管D組成電壓補(bǔ)償電路。電容C2為輸出濾波電容。

(1)三端集成穩(wěn)壓器LM317及其調(diào)壓原理。圖4中IC采用了LM317系列三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓調(diào)節(jié)范圍可達(dá)1.25～37 V，輸出電流可達(dá)1.5 A，內(nèi)部帶有過(guò)

(3)軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)。軟啟動(dòng)電路由晶體管T，電阻R3，R和電容器C組成。其作用是使電路輸出電壓U0有一個(gè)緩慢的上升過(guò)程，以適應(yīng)感性負(fù)載(如直流電機(jī))的啟動(dòng)特性。當(dāng)輸入電壓U1接入時(shí)，因C上的電壓不能突變，故T因基極電位較高而飽和導(dǎo)通，使U2(LM317的2腳電位)和U3都很低，故U0很小，隨著C的充電，T的基極電位下降，其集電極電位(即U2)升高，使U3升高(因U32為一穩(wěn)定電壓)，所以U0也升高。當(dāng)C充滿電時(shí)，T被截止，啟動(dòng)電路失去作用，U0也達(dá)到設(shè)定值。啟動(dòng)的時(shí)間可以通過(guò)改變C和R的值進(jìn)行調(diào)整。

(4)改進(jìn)方案。由于該電路的輸出電壓的調(diào)整完全依賴電電位器R2的改變，因此R2的改變范圍較大，這樣在輸出電壓的調(diào)整過(guò)程中，容易調(diào)過(guò)頭或調(diào)不足，要準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)0～24 V寬范圍的電壓任一電壓有些調(diào)整比較麻煩，必須反復(fù)調(diào)整，只依賴R2是比較困難的，如果將電位器R2用一個(gè)電位器R′2和電阻R檔串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電阻R檔的改變從而改變輸出電壓的范圍，并在所選擇的輸出電壓范圍內(nèi)通過(guò)改變電位器R′2的阻值得到所需要的準(zhǔn)確的直流電壓輸出。電路如圖6所示。

篇8

關(guān)鍵詞：Atmega16單片機(jī)；DA轉(zhuǎn)換器；開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓芯片；BUCK電路

數(shù)控直流電壓源，就是輸出電壓可控的直流電壓源。如今，電子設(shè)備己成為人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪斜夭豢缮俚囊徊糠?，而電源恰恰是電子設(shè)備的心臟，為電子設(shè)備提供所必需的能量，起著萬(wàn)分關(guān)鍵的作用。電源系統(tǒng)對(duì)安全性、可靠性、便捷性以及實(shí)用性的要求正變得越來(lái)越高，數(shù)控直流電壓源也因此逐漸受到人們的青睞。傳統(tǒng)可調(diào)電源往往通過(guò)電位器來(lái)達(dá)到目的，雖然這樣的電源有很大的輸出功率，但很難做到精確調(diào)整，效率也不高。而數(shù)控直流電壓源輸出精確可調(diào)，亦有較高的輸出功率以及轉(zhuǎn)換效率，且更加輕便。本文的目的就是研究和實(shí)現(xiàn)高效低耗的數(shù)控直流電壓源。

1數(shù)控直流電壓源基本組成及工作原理

本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控直流電壓源的基本組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)中，MCU選用AVR單片機(jī)Atmega16，它內(nèi)部資源豐富，功耗低，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。DA轉(zhuǎn)換器選用TLC5615，其基準(zhǔn)源由基準(zhǔn)源芯片REF5020產(chǎn)生。模擬電路模塊包括開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2596_ADJ，運(yùn)放芯片TL082，開(kāi)關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換芯片LMC7660以及功率電感等器件，共同構(gòu)成一個(gè)BUCK電路。輸出電壓、電流經(jīng)采樣電路采入MCU并由液晶LCD5110進(jìn)行顯示。按鍵作為輸入設(shè)備，對(duì)輸出電壓進(jìn)行設(shè)置。

本設(shè)計(jì)工作原理是將單片機(jī)與DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行SPI通信，使DA輸出可調(diào)的控制電壓，送到運(yùn)放TL082反相端。而以開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2596_ADJ為核心的BUCK電路上電后即輸出電壓，經(jīng)分壓后送到運(yùn)放同相端，此時(shí)TL082作為比較器使用以比較上述兩個(gè)電壓。運(yùn)放輸出信號(hào)經(jīng)二極管IN4148送入LM2596-ADJ的反饋腳（FB端）控制輸出電壓，由于LM2596-ADJ內(nèi)部有1.235V基準(zhǔn)電壓以及比較器，當(dāng)FB腳處電壓小于基準(zhǔn)時(shí)，會(huì)抬高輸出電壓；反之，則會(huì)降低，最終達(dá)到穩(wěn)定從而達(dá)到數(shù)控的功能。接上負(fù)載后，輸出電壓、電流經(jīng)采樣點(diǎn)路送入MCU，就能在LCD5110上顯示輸出電壓與輸出電流。當(dāng)采得電流值大于額定值，則將軟件關(guān)閉LM2596_ADJ的使能端，進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是利用最少的器件而使單片機(jī)工作的電路組織形式。 最小系統(tǒng)電路原理圖如圖2，包括單片機(jī)、振蕩電路、復(fù)位電路及供電電路。

2.2 DA轉(zhuǎn)換器及其基準(zhǔn)源電路設(shè)計(jì)

DA轉(zhuǎn)換器及其基準(zhǔn)源電路設(shè)計(jì)如圖3所示， REF5020電路簡(jiǎn)單，在其2腳（Vin）與4腳（Gnd）之間加上18V以下直流電壓，再在6腳（Vout）接小電容即可得到基準(zhǔn)電壓。TLC5615為10位DA轉(zhuǎn)換器，其1～4腳可與單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)SPI口PB4～7相連，通過(guò)收到的10位數(shù)字碼控制輸出電壓。它的5腳與8腳加上供電電壓，6腳（REFIN）接來(lái)自基準(zhǔn)源的2.048V電壓，就能在7腳獲取DA的輸出電壓。

2.3 穩(wěn)壓電路及其后級(jí)濾波電路設(shè)計(jì)

LM2596系列是降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓芯片，其電路為一標(biāo)準(zhǔn)BUCK電路。穩(wěn)壓電路及其后級(jí)濾波電路設(shè)計(jì)如圖4所示，輸入電壓從其1腳（IN）與3腳（GND）接入，輸入電壓為40V以下直流電壓。開(kāi)關(guān)信號(hào)由其2腳（OUT）輸出，加到電感與吸納二極管上。5腳（ON/OFF）為芯片使能端，低電平有效。4腳（FB）為反饋端，接入反饋信號(hào)以控制輸出電壓。圖中上半部分為5.0V穩(wěn)壓輸出，為單片機(jī)供電。下半部分為主穩(wěn)壓電路，輸出可數(shù)控的電壓。PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)，輸出電感、電容以及后級(jí)濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì)可按實(shí)際設(shè)計(jì)要求參考芯片技術(shù)手冊(cè)。

2.4 負(fù)電壓產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)

由于需為運(yùn)放提供雙電源，故需產(chǎn)生一負(fù)電壓，可利用開(kāi)關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換芯片LMC7660。負(fù)電壓產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)如圖5，在芯片8腳（V+）與3腳（GND）加入一正直流電壓，并在2腳與4腳之間串上一10～22μF電容，即可在5腳得到對(duì)應(yīng)正電壓的負(fù)電壓。

2.5 比較電路設(shè)計(jì)

比較電路設(shè)計(jì)如圖6所示，本部分電路的核心思想是將輸出電壓（經(jīng)分壓后）與DA輸出的控制電壓進(jìn)行比較，若輸出電壓小，則抬高輸出電壓；反之，則降低，使兩個(gè)電壓達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡以達(dá)到數(shù)控目的。本電路中，運(yùn)放與反相端之間的電容，與反饋端的電阻構(gòu)成一個(gè)類似積分器的結(jié)構(gòu)，當(dāng)平衡時(shí)，正負(fù)偏移量相等，故系統(tǒng)輸出將很穩(wěn)定。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件總流程圖如圖7所示，本部分設(shè)計(jì)包括單片機(jī)與DAC的SPI通信子程序、AD采樣子程序、掉電保持子程序、液晶顯示子程序以及鍵盤(pán)掃描子程序，從而達(dá)到控制DA輸出電壓、獲取實(shí)時(shí)電壓電流、掉電保持、實(shí)時(shí)顯示以及鍵盤(pán)控制等多項(xiàng)功能，具體見(jiàn)下文分析。

3.1 單片機(jī)SPI通信程序設(shè)計(jì)

AVR單片機(jī)Atmega16的標(biāo)準(zhǔn)SPI口為PB4～PB7，當(dāng)直接使用時(shí)，只需配置若干相關(guān)寄存器即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的主從機(jī)傳輸，且由于本程序無(wú)需從DA傳數(shù)據(jù)到單片機(jī)，故實(shí)際上MISO（PB6）口是不需工作的。工作時(shí)，需要配置SPI相關(guān)寄存器，即SPCR寄存器以及確定主機(jī)模式、時(shí)鐘頻率等。當(dāng)使能端（PB4）有效，將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)賦給數(shù)據(jù)寄存器SPDR，就可傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到TLC5615，完成后狀態(tài)寄存器SPSR中的SPI完成標(biāo)志位置位，在下次傳送時(shí)需軟件清零，完成后PB4拉高以停止SPI數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 AD采樣程序設(shè)計(jì)

Atmega16單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)8通道10位的AD轉(zhuǎn)換器。使用時(shí)，首先需要配置AD模式寄存器ADMUX以確定AD的參考電壓選取、采樣通道、放大倍數(shù)等。下面要配置ADC控制和狀態(tài)寄存器ADCSRA寄存器以決定分頻率，AD中斷是否使能，AD是否啟動(dòng)等。另外，若要使用AD中斷，還要配置全局中斷寄存器SREG。完成后就會(huì)開(kāi)始進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的10位數(shù)字碼存在兩個(gè)寄存器ADCH與ADCL，在程序中取出兩個(gè)寄存器內(nèi)容后進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換即可。

3.3 掉電保持程序設(shè)計(jì)

Atmega16內(nèi)部具有512字節(jié)EEPROM，地址范圍為0～511。EEPROM的讀寫(xiě)方便，ROM的每個(gè)地址可存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)。每當(dāng)用于控制的10位數(shù)字碼變化，就將其按高低8位拆分，存入ROM中，當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)再取出相應(yīng)地址里的內(nèi)容，重組10位數(shù)字碼，即可完成掉電保持功能。

3.4 液晶顯示程序設(shè)計(jì)

LCD5110是84*48點(diǎn)陣液晶顯示屏，它采用串行接口與MCU進(jìn)行通信且支持多種串行通信協(xié)議。液晶顯示字符的原理就是將每個(gè)6*8的點(diǎn)陣進(jìn)行選擇性點(diǎn)亮，使其顯示出相應(yīng)字符的形狀。本設(shè)計(jì)需顯示電壓、電流，當(dāng)?shù)玫紸D采樣結(jié)果后，將數(shù)據(jù)按位拆分，并顯示在不同位置即可。

4結(jié)論

通過(guò)測(cè)試，本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控直流電壓源性能穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)電路實(shí)用、簡(jiǎn)單，效率高，帶負(fù)載能力較強(qiáng)，該系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

（1）本系統(tǒng)輸出電壓在0～24V可調(diào)，步進(jìn)為0.1V，輸出電流最大可達(dá)3A，輸出電壓值、電流值由液晶LCD5110顯示。

（2）最大輸出功率45W以上，電源效率在80%以上，紋波不大于100mV。

（3）具有掉電保持、過(guò)流保護(hù)、常用電壓預(yù)置等多種功能。

本數(shù)控直流電壓源設(shè)計(jì)方案巧妙、電路及控制原理簡(jiǎn)單，輸出可調(diào)且具有不錯(cuò)的帶負(fù)載能力、很高的轉(zhuǎn)換效率，可應(yīng)用于供電電壓在24V以下的各類電子設(shè)備供電。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

沈瀚祺，男，（1991～）浙江桐鄉(xiāng)人，杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院本科生，研究方向：數(shù)字圖像處理與DSP芯片設(shè)計(jì)。

篇9

關(guān)鍵詞：H橋逆變 SPWM控制 N溝道MOS管

1 概述

根據(jù)輸入逆變電路的電源性質(zhì)，可以將逆變電路分為電流型和電壓型兩種電路形式，通常采用電壓型逆變電路。本設(shè)計(jì)為單相逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，單相電壓型逆變電路有半橋逆變電路和全橋逆變電路兩種，其中半橋逆變電路有兩個(gè)橋臂，只有上橋臂，由兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成；而全橋逆變電路有上下兩個(gè)橋臂，由四個(gè)開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成。相對(duì)而言，半橋逆變電路更好控制，但卻較難實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)兩個(gè)電容的均壓?jiǎn)栴}，輸入側(cè)不均壓導(dǎo)致輸出交流電的質(zhì)量低，并且輸出交流電的幅值只能為輸入直流電的一半；而對(duì)于全橋逆變電路則存在上橋臂開(kāi)關(guān)管控制問(wèn)題，由于P溝道的耐壓相對(duì)N溝道較低，當(dāng)選擇耐壓較高的N溝道開(kāi)關(guān)管作為上橋臂的開(kāi)關(guān)器件時(shí)，存在寄生電容充放電等問(wèn)題，針對(duì)以上問(wèn)題，本文主要研究設(shè)計(jì)單相全橋逆變系統(tǒng)的控制。

2 系統(tǒng)方案確定

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本部分首先給出單相全橋逆變電路的主電路結(jié)構(gòu)并計(jì)算主電路參數(shù)，再給出控制驅(qū)動(dòng)電路方案。

2.1 主電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)要求輸出電能的質(zhì)量高，并有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，因此選擇單相全橋逆變電路作為主電路，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。單相全橋逆變電路的工作原理可以簡(jiǎn)單概括為：當(dāng)開(kāi)關(guān)管M3和M2導(dǎo)通、M1和M4閉合時(shí)，負(fù)載上的輸出電壓U0為負(fù)值；當(dāng)開(kāi)關(guān)管M1和M4導(dǎo)通、M3和M2閉合時(shí)，負(fù)載上的輸出電壓U0為正值；這樣輸出電壓U0就從直流電變成了交流電。通過(guò)改變各開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率，對(duì)四個(gè)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行時(shí)間上的配合控制，就可以實(shí)現(xiàn)輸出交流電的功能。

對(duì)于全橋逆變電路的主電路，主要選擇的器件是開(kāi)關(guān)管型號(hào)。而對(duì)于阻感性負(fù)載的電路，為防止電感中儲(chǔ)存的能量回流，導(dǎo)致同一個(gè)橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，造成短路，常在開(kāi)關(guān)管兩側(cè)并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。現(xiàn)如今，逆變電路常用的全控型器件是電力MOSFET和IGBT，其中IGBT多用在大功率的場(chǎng)合，且內(nèi)部沒(méi)有寄生二極管；考慮到本設(shè)計(jì)對(duì)輸出功率要求不大，且MOSFET內(nèi)部已經(jīng)集成了寄生二極管，可以不用再額外設(shè)計(jì)續(xù)流二極管，因此，為了方便設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化計(jì)算，本設(shè)計(jì)采用MOSFET作為全橋逆變電路的開(kāi)關(guān)管。

2.2 控制電路設(shè)計(jì) 逆變電路常采用PWM和SPWM控制方式。PWM控制技術(shù)，就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行控制的技術(shù)，而SPWM控制技術(shù)基于PWM控制繁衍而生，原理相似，根據(jù)面積等效原理，將要求輸出的波形用一系列等副不等寬的脈沖代替，得到作用效果相同的新波形?，F(xiàn)今，人們已經(jīng)不滿足于方波，而是希望輸出純凈的正弦波，也就是采用以正弦波作為調(diào)制信號(hào)、三角波作為載波的SPWM控制技術(shù)，故本設(shè)計(jì)采用以EG8010作為逆變電路控制芯片的SPWM控制技術(shù)作為全橋逆變電路的控制手段。

由于所采用的MOSFET是電壓驅(qū)動(dòng)型開(kāi)關(guān)管，因此加在MOSFET柵極上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓值應(yīng)大于柵極和源極之間的開(kāi)啟電壓。對(duì)于所選型號(hào)為FQPF8N90C的MOS管導(dǎo)通信號(hào)電壓應(yīng)該在10V左右。然而，EG8010芯片的供電電壓僅為+5V，驅(qū)動(dòng)能力不夠，應(yīng)考慮在控制電路與主電路之間加上一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，增加輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，保證MOS管正常工作。實(shí)際應(yīng)用中，往往還要考慮在控制信號(hào)與MOS管的柵極之間設(shè)置隔離，常用的隔離方法有光耦隔離與變壓器隔離?？紤]到本設(shè)計(jì)既需要增強(qiáng)控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，又需要設(shè)置隔離，因此驅(qū)動(dòng)部分采用較常用的半橋驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，它可以使輸出信號(hào)達(dá)到15V，又兼有電磁隔離和光耦隔離的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的選擇。由于IR2110是半橋驅(qū)動(dòng)芯片，而本設(shè)計(jì)需要驅(qū)動(dòng)的是全橋電路，故采用兩個(gè)IR2110芯片配合使用，實(shí)現(xiàn)全橋逆變電路的驅(qū)動(dòng)，如圖2所示。為保證電壓平滑無(wú)波動(dòng)，需在IR2110的+5V、+15V的直流電經(jīng)過(guò)一個(gè)0.1uF的普通電容和一個(gè)10uF的電解電容濾波后再供給IR2110的VDD和VCC引腳。

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圖2 IR2110驅(qū)動(dòng)單相全橋逆變電路結(jié)構(gòu)圖

IR2110芯片的VB引腳與VS引腳之間的自舉電容可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)選取，本設(shè)計(jì)采用10uF的電解電容作為自舉電容；VB引腳與VCC引腳間的自舉二極管選取FR107作為快恢復(fù)二極管。當(dāng)上半橋選擇N溝道的MOS管時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)MOS管，而是在驅(qū)動(dòng)信號(hào)與MOS管的柵極之間接一個(gè)柵極電阻，柵極電阻阻值與驅(qū)動(dòng)速度成反比，實(shí)際硬件電路中，需在柵極電阻上并聯(lián)一個(gè)二極管加快驅(qū)動(dòng)速度。而且為了消耗掉MOS管中的寄生電容并防止同一橋臂的兩個(gè)MOS管同時(shí)導(dǎo)通，需在柵極與源極之間接一個(gè)下拉電阻。

3 系統(tǒng)仿真與分析

在前面已經(jīng)確定了逆變系統(tǒng)的主電路和控制驅(qū)動(dòng)電路方案的基礎(chǔ)上，此部分以輸出60Hz頻率交流電為例，在Saber環(huán)境中對(duì)已設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了系統(tǒng)搭建與仿真分析，如圖3所示。由于控制信號(hào)與MOSFET的柵極之間需要進(jìn)行隔離，故接線圖中采用VCVS實(shí)現(xiàn)隔離功能，仿真輸出波形如圖4所示。由圖4可知，按照設(shè)計(jì)方案原理所做的仿真電路負(fù)載兩側(cè)的輸出電壓為正弦波，經(jīng)測(cè)量，波形的頻率為60.042HZ，故由仿真結(jié)果可知，本文所設(shè)計(jì)的EG8010控制全橋逆變實(shí)現(xiàn)逆變功能的方案可行。并且根據(jù)第三章所介紹的控制原理與方法可知，采用本設(shè)計(jì)方法將能夠很容易地實(shí)現(xiàn)調(diào)頻控制。

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圖3 單相全橋逆變電路仿真圖

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圖4 負(fù)載兩側(cè)電壓輸出波形圖

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)單相全橋逆變系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析與探討，驗(yàn)證了本文所提出的單相逆變系統(tǒng)控制方案具有可行性，解決了上下橋臂均為N溝道MOS管的導(dǎo)通問(wèn)題，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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篇10

關(guān)鍵詞 CMOS電路；噪聲問(wèn)題；抗噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) TN432 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)071-0183-01

1 CMOS電路及其噪聲

硅半導(dǎo)體的CMOS電路技術(shù)因?yàn)槠淙菀状笠?guī)模集成的特點(diǎn)，及其自身的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)和日漸成熟的技術(shù)和工藝，得到了廣泛的應(yīng)用，并且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)在規(guī)模集成電路中將會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著個(gè)人數(shù)字系統(tǒng)、通訊終端的不斷發(fā)展，CMOS不斷向著高密度、高速率的方向發(fā)展。但與此同時(shí)，現(xiàn)代CMO系統(tǒng)內(nèi)部的器件尺寸不斷縮小，集成密度擴(kuò)大，各個(gè)金屬線之間的間隔縮短，因噪聲干擾或電路跳變過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺都有可能使數(shù)字電路出現(xiàn)邏輯故障。因此要盡可能減少噪聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。CMOS的噪聲影響到電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，近幾年來(lái)對(duì)抗噪聲的研究設(shè)計(jì)也層出不窮。筆者將在下文中對(duì)現(xiàn)代CMOS電路的抗噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)做出詳細(xì)的闡述。

2 現(xiàn)代CMOS電路的抗噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)研究中，筆者以動(dòng)態(tài)電路噪聲問(wèn)題、同步開(kāi)關(guān)噪聲問(wèn)題以及襯底噪聲問(wèn)題為主要研究對(duì)象，針對(duì)這幾種CMOS中常出現(xiàn)的噪聲問(wèn)題展開(kāi)分析。

2.1 深亞微米CMOS抗噪聲動(dòng)態(tài)電路設(shè)計(jì)

靜態(tài)電路本身具有相對(duì)較好的抗噪聲特性，但是其具有低速、高耗能的缺點(diǎn)，因此在電路的關(guān)鍵部分，還需要?jiǎng)討B(tài)電路來(lái)提高線路的整體性能，尤其是提高速率和降低能耗。伴隨著深亞微米工藝水平的發(fā)展，器件的尺寸更進(jìn)一步減小，密度增大，這對(duì)動(dòng)態(tài)電路的抗噪聲性提出了更大的挑戰(zhàn)。

動(dòng)態(tài)電路中的噪聲源主要包括了電源噪聲、節(jié)點(diǎn)噪聲、串繞噪聲等。改善動(dòng)態(tài)電路的抗噪聲性能其中一個(gè)方法便是提高邏輯門(mén)的閥值電壓。但是提高閥值電壓就會(huì)降低電路的速度，提高功耗，削弱了動(dòng)態(tài)電路的優(yōu)勢(shì)，因此在優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)中減少噪聲是目標(biāo)，但是也不能讓電路的其他性能遭到過(guò)分損害。針對(duì)動(dòng)態(tài)電路，筆者認(rèn)為可以利用鏡像NMOS網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建具有高能量效率的抗噪聲電路。設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

由圖可見(jiàn)，鏡像抗噪聲動(dòng)態(tài)線路需要兩個(gè)相同的NMOS求值網(wǎng)絡(luò)，附加NMOS管M3，其工作原理大致為：預(yù)充電階段時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)φ將M1打開(kāi)，將輸出電壓Vout充電達(dá)到最高水平，Vx的電壓達(dá)到VDD-Vm。另外由于晶體管體效應(yīng)，頂端的NMOS網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)閥值電壓相對(duì)應(yīng)增加，從而達(dá)到了改善動(dòng)態(tài)電路抗噪聲性能

的目的。

2.2 同步開(kāi)關(guān)噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于深亞微米電路規(guī)模的不斷增大，電路系統(tǒng)的中門(mén)電路翻轉(zhuǎn)頻率逐漸提高，再加上電源電壓的降低，低電平電壓的開(kāi)關(guān)噪聲突顯粗來(lái)，影響了數(shù)字電路的穩(wěn)定性。同步開(kāi)關(guān)噪聲主要由帶有大負(fù)載電容的I/O緩沖器開(kāi)關(guān)和內(nèi)部電路的開(kāi)關(guān)這兩種開(kāi)關(guān)引起地“跳動(dòng)”。集成電路的高速高密度化發(fā)展使得與I/O輸出緩沖器相聯(lián)的電源和地上出現(xiàn)大量的噪聲。其次從內(nèi)部電路開(kāi)關(guān)噪聲來(lái)看，要提高同步開(kāi)關(guān)的抗噪聲性能，首先需要減小電感，主要辦法是通過(guò)特殊的地線PAD，將其與襯底直接相離并且連接到地平面上；其次是減小恒定電流，通過(guò)恒流電壓轉(zhuǎn)換器利用鏡像電流源提供恒定的電流。

噪聲控制的結(jié)構(gòu)方案主要有三種，一是采用局部倒相器數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，一般情況下，當(dāng)所有總線同時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)，理想情況下是一半是0一半是1，上拉下拉開(kāi)關(guān)電流由旁路電容供給，從而使得較少的AC電流通過(guò)電源和地線上的電感，最終達(dá)到減小電壓跳動(dòng)的目的。二是采用時(shí)鐘偏移化方案，其規(guī)則大致與動(dòng)態(tài)電路相同，避免所有時(shí)鐘在同一時(shí)刻內(nèi)開(kāi)關(guān)，減小電壓跳動(dòng)。

2.3 襯底噪聲加固設(shè)計(jì)

伴隨著硅器件技術(shù)的飛速發(fā)展，電路的整體構(gòu)造和設(shè)計(jì)變得愈加復(fù)雜，在SOC中也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了混合技術(shù)，并且將模擬數(shù)字集成在了統(tǒng)一襯底上。但隨著數(shù)字時(shí)鐘頻率的不斷上升，復(fù)雜性進(jìn)一步提高，電路系統(tǒng)中工藝器件和單元面積的縮小，集成電路設(shè)計(jì)中的襯底噪聲問(wèn)題的解決成為了設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。I/O緩沖器開(kāi)關(guān)以及內(nèi)部羅繼電器的開(kāi)關(guān)也是引起襯底噪聲的主要噪聲源，另外電離電流也是引起襯底噪聲的原因之一。襯底噪聲的優(yōu)化方法主要有四種：一是保護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)是指IC設(shè)計(jì)中防止襯底噪聲常用的方法，其工作原理是指在敏感器件周圍形成法拉第隔離，使得敏感器件受到保護(hù)，減少襯底噪聲對(duì)其造成的干擾；二是N阱溝，主要是指可用于噪聲電路和敏感電路之間，阻止襯底電流的襯底表面流動(dòng)；三是較小電源跳動(dòng)；四是平面布局的方法，在空間電路布局時(shí)充分考慮減小襯底噪聲的耦合效應(yīng)。

綜上所述，隨著電路規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，現(xiàn)代CMOS電路的抗噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)成為了當(dāng)前電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和關(guān)鍵。本文主要針對(duì)動(dòng)態(tài)電路的抗噪聲性能以及同步開(kāi)關(guān)噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)和襯底噪聲加固設(shè)計(jì)做了詳細(xì)闡述，相信隨著電路技術(shù)的飛速發(fā)展，CMOS的抗噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)日漸完善。

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