电路设计方案十篇

电路设计方案篇1

关键词： 数字电路 《组合逻辑电路设计》 教学方案

组合逻辑电路是数字电路中的一个重要内容，分为组合逻辑电路分析和设计两大块内容。组合逻辑电路分析是根据已知电路确定其所实现的逻辑功能，而组合逻辑电路设计是根据实际问题所要求达到的逻辑功能，求出实现该功能的最简逻辑电路图，两者是相逆的过程。其中，组合逻辑电路设计在教材中起着承前启后的作用，既是对前面所学的逻辑门电路、真值表、逻辑表达式和逻辑代数等知识的综合应用，又为后续编码器、译码器等中规模组合逻辑电路的学习奠定基础，掌握这节内容是学好数字电路的重要一环，对培养学生正确的逻辑思维能力，提高分析问题和解决问题的能力都有十分重要的作用。要想上好这一部分内容，精心设计教学方案是前提条件，我通过几年的电路教学，总结出了该课题的教学方案，现与大家一起分享。

一、引入课题

通过复习组合逻辑电路的分析过程（根据电路写出各输出端的逻辑表达式化简和变换逻辑表达式列出真值表得到逻辑功能），我引导学生进行逆向思维，并提出问题：“当遇到实际的逻辑问题应如何解决？”让学生推导出解决该逻辑问题的步骤，发现其实它就是组合逻辑电路分析的逆过程，从而引出本节课的课题――组合逻辑电路的设计。

二、新课讲授

1.举例：利用基本门电路实现一个三位判奇电路。

解题过程：（1）分析题目：根据题目要求确定输入情况和输出情况，本题中用A、B、C作为输入变量，用F作为输出变量。当三个变量中有奇数个变量为1时，输出为1。否则，输出为0。

（2）列真值表

（（4）根据逻辑表达式画出电路图

2.通过学习上面例题的解题过程，布置一道类似的题目：设计一个四位判偶电路，请学生完成，并请2位学生上黑板解题。

3.请学生观察刚才两道题目的解题过程，发现两者的解题思路是一样的，从而归纳出组合逻辑电路设计的步骤。

（1）分析题目的逻辑关系，列出真值表。

从实际问题抽象出电路的输入输出，建立输入和输出之间的逻辑关系，并正确地列出真值表，是组合逻辑电路设计的关键，它的正确与否直接关系着设计的正确与否。一般把引起事件的原因作为输入变量，把事件的结果作为输出变量，再以二值逻辑的0、1两种状态分别代表变量的两种不同状态，并根据给定的因果关系列出真值表。在教学过程中，教师可以采用多媒体手段，通过形象的比喻、生动的画面吸引学生的注意力，帮助学生理解题目。

（2）根据真值表写出逻辑函数表达式。

具体方法为：①由真值表中找出使逻辑函数输出为1的对应输入变量取值组合；②每个输入变量取值组合状态以逻辑乘形式表示，用原变量表示变量取值1，用反变量表示变量取值0；③将所有使输出为1的输入变量取值逻辑乘进行逻辑加，即得到逻辑函数表达式。

（3）化简表达式。

为了使逻辑电路中包含的逻辑门最少且连线最少，要对逻辑表达式进行化简，求出描述实际问题的最简表达式。一般采用逻辑代数公式或卡诺图进行化简，但当逻辑表达式较复杂时，采用卡诺图化简更快更简单，且出错率低。

（4）根据题目要求画出逻辑电路图。

根据简化后的逻辑表达式，结合题目的具体要求，如果对所用逻辑门电路有一定限制，就需把表达式变换为与所选门对应的形式，最后选择合适的门电路替换表达式中的运算符号，即可画出逻辑图。

4.分析刚才的例题，电路要求由三种基本逻辑门电路组成，请同学们思考一个问题：能否用其他学过的门电路实现它们的逻辑功能呢？我让学生分组讨论，激发学习兴趣，提高分析问题、归纳总结问题的能力，同时培养创新能力，最后每组推选一名代表起来作总结。我针对三组讨论的结果进行小结。可以发现例题的表达式可以写成：F=ABC，从而得到如下的电路图。

从上面两个电路图可以看出，组合逻辑电路的设计不是唯一的，利用不同的元器件可以设计出完全不同的电路图。那么如何才能得到最简单最实用的电路呢？在组合逻辑电路设计时它有一个标准，利用SSI电路进行设计时，最简的标准是所有门电路的数目最少，输入端数目也最少；利用MSI电路进行设计时，最简的标准是MIS电路集成块的个数最少、品种最小、连线也最少。只有了解了这个标准，学生在设计电路时才能得到最佳电路。

三、课题总结

1.组合逻辑电路设计的步骤。

分析题目列真值表写逻辑表达式化简表达式画出逻辑电路图。

2.组合逻辑电路的设计不是唯一的，学生在设计时应该根据标准得到最佳电路。

上述就是组合逻辑电路设计的整个教学方案，当然其中还有很多不足之处，还需不断改进和完善。教学方案设计的质量是提高课堂教学质量的第一关，设计出高质量的教学方案，是广大教师一生追逐的目标。

参考文献：

［1］阎石.数字电子电路.中央广播电视大学出版社.

电路设计方案篇2

关键词：闭路电视监控系统；压缩技术

中图分类号：TK414.3+5 文献标识码：A

1 设计原则

项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。

2 方案设计

根据设计原则、设计规范和依据及国际、国内标准，并根据用户的需求，以及所提供的图纸及相关资料，并接合项目的实际情况及未来的发展趋势，对该项目的闭路电视监控进行方案设计。

2.1 系统构成及原理

闭路电视监控系统分别由前端系统、传输系统、控制系统、显示系统4个部分构成。还具有对图像信号的分配切换、存储、处理、还原等功能。

2.2 设备选型及配置

2.2.1 前端系统

摄像部分的主体是摄像机，其功能为观察、收集信息。摄像机的性能及其安装方式是决定系统质量的重要因素。光导管摄像机目前已被淘汰，由电荷耦合器件简称CCD摄像机所取代。其主要性能及技术参数要求如下：

色彩：摄像机有黑白和彩色两种，通常黑白摄像机的水平清晰度比彩色摄像机高，且黑白摄像机比彩色摄像机灵敏，更适用于光线不足的地方和夜间灯光较暗的场所。黑白摄像机的价格比彩色便宜。但彩色的图像容易分辨衣物与场景的颜色，便于及时获取、区分现场的实时信息。

清晰度：有水平清晰度和垂直清晰度两种。摄像机的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼对电视图像水平细节清晰度的量度，用电视线TVL表示。目前选用黑白摄像机的水平清晰度一般应要求大于500线，彩色摄像机的水平清晰度一般应要求大于400线。

照度：单位被照面积上接受到的光通量称为照度。Lux(载克斯)是标称光亮度(流明)的光束均匀射在1m2面积上时的照度。目前一般选用黑白摄像机的最低照度，当相对孔径为F／1.4时，最低照度要求选用小于0.1Lux；选用彩色摄像机的最低照度，当相对孔径为F／1.4时，最低照度要求选用小于0.2Lux。

同步：要求摄像机具有电源同步、外同步信号接口。对电源同步而言，使所有的摄像机由监控中心的交流同相电源供电，使摄像机场同步信号与市电的相位锁定，以达到摄像机同步信号相位一致的同步方式。对外同步而言，要求配置一台同步信号发生器来实现强迫同步，电视系统扫描用的行频、场频、帧频信号，复合消隐信号与外设信号发生器提供的同步信号同步的工作方式。系统只有在同步的情况下，图像进行时序切换时就不会出现滚动现象，录、放像质量才能提高。

电源：摄像机电源一般有交流220V，交流24V，直流12V。可根据现场情况选择摄像机电源，但推荐采用安全低电压。

自动增益控制(ACC)：在低亮度的情况下，自动增益功能可以提高图像信号的强度以获得清晰的图像。目前，市场上CCD摄像机的最低照度都是在这种条件下的参数。

自动白平衡：当彩色摄像机的白平衡正常时，才能真实地还原被摄物体的色彩。彩色摄像机的自动白平衡就是实现其自动调整。

电子亮度控制：有些CCD摄像机可以根据射入光线的亮度，利用电子快门来调节CCD图像传感器的曝光时间，从而在光线变化较大时可以不用自动光圈镜头。使用电子亮度控制时，被摄景物的景深要比使用自动光圈镜头时要小。

逆光补偿：在只能逆光安装的情况下，采用普通摄像机时，被摄物体的图像会发黑，应选用具有逆光补偿的摄像机才能获得较为清晰的图像。

2.2.2 传输系统

监视现场和控制中心总有一定距离，从监视现场到控制中心需要图像信号传输图像信号，同时从控制中心的控制信号要传送到现场。所以传输系统包括视频信号和控制信号传输两部分。

2.2.2.1 视频信号传输。一般采用同轴电缆传输视频基带信号。也可采用光缆传送电视信号以及用平衡电缆对也就是利用电话电缆传送。由于电缆对外界的静电场和电磁波有屏蔽作用，可减少串扰，传输损失也较小。但当电缆作为长距离传送媒体时。会发生对地不平衡低频地电流的影响，有时也会有高频干扰。信号传输带宽为50Hz-4MHz，当传输距离在200m以内时，用同轴电缆传送，其衰减的影响一般可不予考虑；当传输距离大于200m时，电缆衰减量较大，为了能把整个带宽内不同频率的信号进行传输，必须使用电缆补偿放大器。某些场合，布线非常困难时，可以采用无线传输如微波定向传输，但它要占用频率资源。需经无线电管理委员会核准。

2.2.2.2 控制信号传输。对于CCTV，常用的控制方式有直接控制、编码控制、同轴视控。目前直接控制由于线缆过多，很少采用。编码控制是将全部控制命令数字化(调制)后再传输，到控制设备后再解调，还原成直接控制量，可节约线缆。这种方式传输距离长，目前工程中采用较多。同轴视控就是控制信号与视频信号共用一条同轴电缆，利用频率分割或视频信号消隐期传输控制信号的方式传输，但价格较贵。

2.2.3 控制系统

2.2.3.1 模拟控制系统

a.视频矩阵切换器。对多路视频输入信号和多路视频输出信号进行切换和控制，可以通过电子开关，组成切换矩阵，使任一路输入可切换至任一路输出。设计时应满足必要的视频输入／输出容量，并易扩展。一个CCTV系统除主控键盘外，还可根据需要设置分控键盘。b.双工多画面视频处理器。能把多路视频信号合成一幅图像，达到在一台监视器上同时观看多路摄像机信号。常用的16画面分割器。又称为多画面视频处理器，双工的另一个用途是用一台录像机同时录制多路视频信号，并具有单路回放的功能，即能选择同时录下的多路视频信号的任意一路在监视器上回放。c.多画面分割器。将多个画面通过视频数字处理合并成分割状的一个画面，就出现了多画面分割器。现有4画面分割器、9画面分割器、16画面分割器。这样用一台监视器，一台录像机上能同时监看、记录4、9、16个画面，多画面分割器通常分为3类。d.单工画面处理器。单纯监看一个画面，记录分割画面。双工画面处理器：在监视单画面、分割画面同时。可以进行记录。全双工画面处理器：在监视、记录的同时，可以进行记录信号回放。e.视频分配器。一路视频信号可同时分配成多路视频输出。

2.2.3.2摘要：为了进一步满足社会经济发展与人们文明生活的高标准要求，创造一个安全、舒适、温馨、高效的办公与生活环境，并随着视频软、硬压缩技术的发展和网络技术的日渐成熟的今天。建立一个由计算机系统管理的一体化集成系统，提供一个投资合理、又拥有高效、数字化、网络化、智能化监控系统已引起了各方面的高度重视。

关键词：闭路电视监控系统；压缩技术

中图分类号：TK414.3+5 文献标识码：A

1 设计原则

项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。

2 方案设计

根据设计原则、设计规范和依据及国际、国内标准，并根据用户的需求，以及所提供的图纸及相关资料，并接合项目的实际情况及未来的发展趋势，对该项目的闭路电视监控进行方案设计。

2.1 系统构成及原理

闭路电视监控系统分别由前端系统、传输系统、控制系统、显示系统4个部分构成。还具有对图像信号的分配切换、存储、处理、还原等功能。

2.2 设备选型及配置

2.2.1 前端系统

摄像部分的主体是摄像机，其功能为观察、收集信息。摄像机的性能及其安装方式是决定系统质量的重要因素。光导管摄像机目前已被淘汰，由电荷耦合器件简称CCD摄像机所取代。其主要性能及技术参数要求如下：

色彩：摄像机有黑白和彩色两种，通常黑白摄像机的水平清晰度比彩色摄像机高，且黑白摄像机比彩色摄像机灵敏，更适用于光线不足的地方和夜间灯光较暗的场所。黑白摄像机的价格比彩色便宜。但彩色的图像容易分辨衣物与场景的颜色，便于及时获取、区分现场的实时信息。

清晰度：有水平清晰度和垂直清晰度两种。摄像机的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼对电视图像水平细节清晰度的量度，用电视线TVL表示。目前选用黑白摄像机的水平清晰度一般应要求大于500线，彩色摄像机的水平清晰度一般应要求大于400线。

照度：单位被照面积上接受到的光通量称为照度。Lux(载克斯)是标称光亮度(流明)的光束均匀射在1m2面积上时的照度。目前一般选用黑白摄像机的最低照度，当相对孔径为F／1.4时，最低照度要求选用小于0.1Lux；选用彩色摄像机的最低照度，当相对孔径为F／1.4时，最低照度要求选用小于0.2Lux。

同步：要求摄像机具有电源同步、外同步信号接口。对电源同步而言，使所有的摄像机由监控中心的交流同相电源供电，使摄像机场同步信号与市电的相位锁定，以达到摄像机同步信号相位一致的同步方式。对外同步而言，要求配置一台同步信号发生器来实现强迫同步，电视系统扫描用的行频、场频、帧频信号，复合消隐信号与外设信号发生器提供的同步信号同步的工作方式。系统只有在同步的情况下，图像进行时序切换时就不会出现滚动现象，录、放像质量才能提高。

电源：摄像机电源一般有交流220V，交流24V，直流12V。可根据现场情况选择摄像机电源，但推荐采用安全低电压。

自动增益控制(ACC)：在低亮度的情况下，自动增益功能可以提高图像信号的强度以获得清晰的图像。目前，市场上CCD摄像机的最低照度都是在这种条件下的参数。

自动白平衡：当彩色摄像机的白平衡正常时，才能真实地还原被摄物体的色彩。彩色摄像机的自动白平衡就是实现其自动调整。

电子亮度控制：有些CCD摄像机可以根据射入光线的亮度，利用电子快门来调节CCD图像传感器的曝光时间，从而在光线变化较大时可以不用自动光圈镜头。使用电子亮度控制时，被摄景物的景深要比使用自动光圈镜头时要小。

逆光补偿：在只能逆光安装的情况下，采用普通摄像机时，被摄物体的图像会发黑，应选用具有逆光补偿的摄像机才能获得较为清晰的图像。

2.2.2 传输系统

监视现场和控制中心总有一定距离，从监视现场到控制中心需要图像信号传输图像信号，同时从控制中心的控制信号要传送到现场。所以传输系统包括视频信号和控制信号传输两部分。

2.2.2.1 视频信号传输。一般采用同轴电缆传输视频基带信号。也可采用光缆传送电视信号以及用平衡电缆对也就是利用电话电缆传送。由于电缆对外界的静电场和电磁波有屏蔽作用，可减少串扰，传输损失也较小。但当电缆作为长距离传送媒体时。会发生对地不平衡低频地电流的影响，有时也会有高频干扰。信号传输带宽为50Hz-4MHz，当传输距离在200m以内时，用同轴电缆传送，其衰减的影响一般可不予考虑；当传输距离大于200m时，电缆衰减量较大，为了能把整个带宽内不同频率的信号进行传输，必须使用电缆补偿放大器。某些场合，布线非常困难时，可以采用无线传输如微波定向传输，但它要占用频率资源。需经无线电管理委员会核准。

2.2.2.2 控制信号传输。对于CCTV，常用的控制方式有直接控制、编码控制、同轴视控。目前直接控制由于线缆过多，很少采用。编码控制是将全部控制命令数字化(调制)后再传输，到控制设备后再解调，还原成直接控制量，可节约线缆。这种方式传输距离长，目前工程中采用较多。同轴视控就是控制信号与视频信号共用一条同轴电缆，利用频率分割或视频信号消隐期传输控制信号的方式传输，但价格较贵。

2.2.3 控制系统

2.2.3.1 模拟控制系统

a.视频矩阵切换器。对多路视频输入信号和多路视频输出信号进行切换和控制，可以通过电子开关，组成切换矩阵，使任一路输入可切换至任一路输出。设计时应满足必要的视频输入／输出容量，并易扩展。一个CCTV系统除主控键盘外，还可根据需要设置分控键盘。b.双工多画面视频处理器。能把多路视频信号合成一幅图像，达到在一台监视器上同时观看多路摄像机信号。常用的16画面分割器。又称为多画面视频处理器，双工的另一个用途是用一台录像机同时录制多路视频信号，并具有单路回放的功能，即能选择同时录下的多路视频信号的任意一路在监视器上回放。c.多画面分割器。将多个画面通过视频数字处理合并成分割状的一个画面，就出现了多画面分割器。现有4画面分割器、9画面分割器、16画面分割器。这样用一台监视器，一台录像机上能同时监看、记录4、9、16个画面，多画面分割器通常分为3类。d.单工画面处理器。单纯监看一个画面，记录分割画面。双工画面处理器：在监视单画面、分割画面同时。可以进行记录。全双工画面处理器：在监视、记录的同时，可以进行记录信号回放。e.视频分配器。一路视频信号可同时分配成多路视频输出。

2.2.3.2 数字化图像监控系统

以同轴电缆传输视频信号。称之为传统的模拟信号传输方式，这种方式传输，在较短距离内(如200m左右)视频信号的衰减不大，如果超过200m，则必须对视频信号进行补偿放大。常规的闭路电视监控系统较适合在一座建筑物或较小的地域范围内使用。

数字化监控系统是将计算机网络技术、多媒体技术与闭路电视技术相结合，适用于远距离传输多路视、音频信号。实际上就是将模拟信号进行数字化，并对其压缩编码，通过计算机网络及数字多媒体技术来传输视频图像。

数字化监控系统将计算机网络技术、多媒体技术与图像监控技术有机结合在一起，能高清晰、同步地传输图像信号，是一项全新的安保电视系统，它已成为现代化楼宇管理的有力工具。

数字化图像监控系统可实现远程图像监控，把分散在各地的监控点通过计算机网络有机联系在一起并利用了多媒体技术，增强了整体安全和图像监控的自动化管理能力。

参考文献

[1]白忠山,路海蛟.论闭路电视监控系统信息资料在侦查中的运用[J].辽宁警专学报，2009-01-10.数字化图像监控系统

以同轴电缆传输视频信号。称之为传统的模拟信号传输方式，这种方式传输，在较短距离内(如200m左右)视频信号的衰减不大，如果超过200m，则必须对视频信号进行补偿放大。常规的闭路电视监控系统较适合在一座建筑物或较小的地域范围内使用。

数字化监控系统是将计算机网络技术、多媒体技术与闭路电视技术相结合，适用于远距离传输多路视、音频信号。实际上就是将模拟信号进行数字化，并对其压缩编码，通过计算机网络及数字多媒体技术来传输视频图像。

数字化监控系统将计算机网络技术、多媒体技术与图像监控技术有机结合在一起，能高清晰、同步地传输图像信号，是一项全新的安保电视系统，它已成为现代化楼宇管理的有力工具。

数字化图像监控系统可实现远程图像监控，把分散在各地的监控点通过计算机网络有机联系在一起并利用了多媒体技术，增强了整体安全和图像监控的自动化管理能力。

电路设计方案篇3

关键词：可编程片上系统；可控硅；现场可编程门阵列；硬件描述语言

中图分类号：TN41,TP33文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2008)07-125-03オ

Design of Intermediate and High Frequency Induction Furnace Control Circuit Based on FPGA

LI Yuewen1,ZHANG Liuqiang1,2,LI Jinchao1

(1.The Opto-electronic College,Chongqing University,Chongqing,400044,China;

2.Micro-system Research Center,Chongqing University,Chongqing,400044,China)

オ

Abstract：The intermediate and high frequency furnace make equally use of the electromagnetic induction principle to heat and dissolve metal.The article provides a plan,a kind of optimized systems that can control electric circuit,which is based on Altera the FGPA programmable component and it uses the VerilogHDL language to track silicon-controlled rectifier′s commutating pulse,the contravariant pulse as well as the work oscilation frequency and modularize the system protection control.Through this it can integrate them on the piece and shape large expanse of control system.Thus enhances the entire control system′s reliability,the stability and the anti-jamming.

Keywords：SoPC;Silicon-controlled rectifier;FPGA;hardware description language

1 引 言

中高频感应炉是利用电磁感应原理加热和溶化金属的，这种方式是一种较理想的加热工艺，已经广泛应用于金属熔炼、焊接、表面淬火等加工和热处理过程。中高频电炉的负载是由感应圈和被加热的金属工件组成,为了降低无功功率，需要用串联或并联电容的方式来补偿无功功率,使整个电路中形成中高频的LC振荡。维持这样较恒定的频率振荡，金属内部将形成涡流而发热，从而达到加热和熔化金属的目的。传统的控制电路主要采用分离元件的模数混合电路，控制精度低，容易产生噪声问题。

本文将提出一种基于FPG上可编程技术实现数字化控制方案，代替传统的数模混合电路，从而可提高其控制的可靠性，稳定性，同时也可以提高系统集成度并降低噪声干扰。设计主要采用VerilogHDL硬件描述语言实现模块化的设计，构成片上可编程系统，用QuartusⅡ7.0软件模拟仿真,并进行了模块实际验证。

2 中频感应电炉的控制电路工作原理

中高频感应电炉控制电路主要由以下几个部分组成：三相电源整流控制电路，逆变控制电路及工作频率的跟踪锁定控制电路，如图1所示。

图1 控制电路流程图

3 设计方案的提出

传统的中高频电炉采用分散式模块设计，而大量采用分离原件，如556，计数器来实现整流脉冲的控制,CD4046来实现频率跟踪，保护电路则主要使用大量集成运算放大器LM324。这种设计造成整个控制电路繁琐，难于调整，易出现问题。本文提出基于Altera FPGA 技术，控制电路实现数字化的片上系统。从原理上来看，控制电路的核心主要是整流脉冲输出和逆变频率的跟踪,如果在FPGA上实现，必须解决这两个模块的设计。首先，整流脉冲输出是个时序问题，通过硬件描述语言可以实现。其次，逆变频率的跟踪可以利用全数字锁相环来实现。最后，这些设计模块可以集成到一片FPGA上。从原理上讲，我们提出的方案是可性的。

お

4 三相桥式全控整流原理及模块设计

4.1 三相桥式全控整流原理

三相桥式全控整流电路如图2所示，6只整流元件全部采用可控硅(共阳极组的元件在各自的电源电压为正半周期时导通，而共阴极组的元件则在其电源电压负半周期时导通)。所有可控硅元件均靠触发换流，且控制角α相同。6只可控硅的导通条件是相同的，即都必须在其阳极承受正向电压期间在控制极上加触发脉冲。为使全控桥能正常工作，形成电流通路，必须使共阳极组和共阴极组的元件在任一瞬间各有1只处于导通状态(在换流期间则有3只元件导通，其中2只处于换流状态)。触发脉冲必须适应三相桥式全控整流电路的要求，当选择采用双脉冲触发时，即触发脉冲信号源同时发出两个脉冲，如果一个触发脉冲加至共阴极组的一个元件，则另一触发脉冲加至共阳极组中的前一个元件。因此，用双窄脉冲触发，在一个周期中对每一只可控硅触发两次，两次脉冲中间的间隔为60°。共阳极可控硅依次导通，他们的触发脉冲间隔依次有120°的相位差；同理，共阴极可控硅的触发脉冲也依次相差120°。相位移相触发就是通过改变晶闸管每周期导通的起始点即触发延迟角α 的大小，达到改变输出电压、功率的目的。通过改变控制角α 的大小，可以改变整流桥输出直流平均电压的大小。数字移相触发是把算出的控制角α 折算成对应的延时t=αT/360(T 为晶闸管交流电源周期)，t乘计数时钟频率则得计数脉冲数。

图2 三项桥式全整流原理图

4.2 FPGA 软件编程实现可控硅双脉冲

计数脉冲频率为FPGA芯片的全局时钟频率。三相电压信号通过光电耦合器变换成为A，B，C，均为50 Hz占空比50%的方波信号，所产生的双触发脉冲的宽度可通过程序中定义的变量j来进行调整。程序主要设计将实现两个功能：对计数脉冲数据ys 的锁存和计数产生触发脉冲。更新ys就可以达到相位移动。电压A，B，C之间相位相差120°，对每相电压均设有两个计数器，分别对其正相和负相进行计数，共6 个计数器count1,count2,count3,count4,count5,count6。在A为高电平时count1 开始计数，当i

图3 6路整流输出顶层逻辑

4.3 部分VerilogHDL程序代码

计数器模块设计代码如下：

module cont(clk,xh,out);

input clk;

input xh;

output ［15:0］ out;

reg ［15:0］cont;

always @(posedge clk)

begin

if(xh)

cont

else

cont

end

assign out=cont;

endmodule

4.4 仿真的结果

计数脉冲数i变化时,α角也有相应的变化。所得6路触发脉冲s1,s2,s3,s4,s5,s6 保证同时触发全控整流桥中相邻的两个可控硅,其中一个在共阳极组中,一个在共阴极组中。仿真结果如图4所示。

お

图4 QuartusⅡ7.0 仿真结果

5 频率跟踪及逆变脉冲原理及模块设计

通常感应加热电源利用锁相环电路控制逆变器，一方面利用锁相环电路实现逆变器的输出电压自动跟踪负载的电流信号，使逆变器工作在准谐振状态或谐振状态，保证整个加热过程中负载呈现一定的性质或负载在高功率因数下运行，功率开关器件损耗也就减小了，另一方面保证电源在工件热状态下能输出额定功率，而工件为冷态时又不会过载，即提高了电源的负载适应性。由此可见锁相环电路在感应加热电源中有着很重要的作用。

5.1 数字锁相环的工作原理

数字锁相环路(DPLL)的基本结构如图5所示。主要由鉴相器DPD、数字环路滤波器DLF、脉冲加减电路(数控振荡器 DCO)和分频器(可控变模N)四部分构成。脉冲加减电路的时钟分别为2Nfc,fc为环路中心频率。DPLL是一种相位反馈控制系统，他根据输入信号fin与输出信号fout之间的相位误差(超前还是滞后)，误差信号在数字环路滤波器DLF中进行平滑滤波，并生成控制DCO 动作的控制信号DCS，DCO 根据控制信号给出的指令，调节内部高速振荡器的振荡频率，通过连续不断的反馈调节，使其输出fout的频率跟踪输入数据fin的频率。

图5 数字锁相环原理图

由于FPGA 芯片内集成的锁相环大部分都是应用在通信领域,所以锁相频率非常高,并不适合感应加热电源的需要。根据数字锁相环原理用硬件描述语言设计锁相环。考虑到中频电炉随着负载的变化，工作频率也在不断的变化，就要求锁相环的锁频范围比较宽泛。如图5所示锁相环输出频率为fout = Fd/N,要想改变锁相环输出的频率大小，就要改变N分频器取值,使N 分频器能够跟随负载进行动态的调整,就可以实现锁相范围的最大化。具体说来,由图5可以看出频率fout与fc是对应的关系。假设取2Nfc为系统时钟,则fout的频率等价于系统时钟的1/N，考虑到数控振荡器相当于二分频，而设计的分频器本身也是个二分频，若取N为fin的高电平在系统时钟下的计数值的一半,那么从频率上看fout与fin的频率相等。随后通过环路滤波器的增减脉冲,送给数控振荡器,就可以实现相位的不断地调整,最终达到锁相的目的。И

5.2 程序模块代码设计

计数器模块设计代码如下：

module fpq(dev[CD#*2]data,clk,clk[CD#*2]out);

input［15:0］ dev[CD#*2]data;

input clk;

output clk[CD#*2]out;

reg clk[CD#*2]out;

reg ［15:0］count;

always @(posedge clk)

begin

if(count==(dev[CD#*2]data/2))

begin

count

clk[CD#*2]out

end

else

count

end

endmodule

5.3 试验仿真结果分析

整个系统进行完软硬件调试之后就可以对该锁相环进行测试和验证,使用Quartus Ⅱ软件中集成的仿真器进行测试,测试后的波形图如图6所示。

图6 锁相环仿真结果

其中1 MHz是整个系统的时钟信号,提供系统时钟。Fin是锁相环的输入信号,Fout就是锁相环的输出信号。可以看到,在经过一段时钟周期之后,输出信号就逐渐锁定了。

经过实际检验,该锁相环的锁相范围的频率可以达到从1～100 kHz,这样就能够应用于中频感应加热电路,从而解决了中低频信号不能够使用片内数字锁相环,以及重新设计数字锁相环这类繁琐的工作。

6 结 语

软件设计方面采用Altera公司推出的综合开发平台[CM(21*2][JP+1]QuartusⅡ7.0。他集成了Altera的FPGA/CPLD开发流程中所涉及的所有工具和第三方软件接口。通过使用此综合开发工具，设计者可以创建、组织和管理自己的设计。在具体的设计方面采用了自顶向下，模块化的设计方法，这符合人们先整体后局部的思维习惯，并方便进行局部模块的修改，而不会影响其他的模块，利用率高。本设计简单易用，为中频感应加热电炉控制提供了一种可行的片上集成方案。系统模块可以根据实际需要进行改动，可修改性强，易于系统控制电路的升级。本论文未涉及到系统保护电路的需求，可以通过改动或增加系统模块来实现。

参 考 文 献

［1］吴继华,王成.Altera FPGA/ CPLD 设计［M］ .北京:人民邮电出版社,2005.

［2］夏宇闻.复杂数字电路与系统的VerilogHDL设计技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1998.

［3］林灶生，刘绍汉.VerilogHDL FPGA芯片设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2006.

［4］王建校，危建国.SOPC设计基础与实践［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2006.

［5］Roland E.Best.锁相环设计、仿真与应用［M］.李永明，译.北京:清华大学出版社，2007.

作者简介 李跃文 男，1980年出生，河南洛阳人，硕士研究生。主要从事研究数字集成电路与微机械系统。

张流强 男，1969年出生，四川广安人，副教授，硕士研究生导师。主要研究方向为MEMS器件及集成电路。

电路设计方案篇4

功率因数

功率因数（PF）用于表示电子设备所吸收AC输入电压与电流之间的关系。当输入电压和输入电流完全一致时，设备的功率因数就为1。如上面所述的任何非线性特性会使功率因数降到1以下。这种情况不是理想的，因为这会造成能源浪费，并且在电能中存在噪声污染，干扰到其他设备。功率因数校正（PFC）电路是开关电源中的一个重要元素，它们的作用是使电源的输入端表现为供电系统的线性负载。有效的PFC电路可同时降低峰值电流和RMS电流，并优化AC电源的供电效率。

由于功率因数对供电基础设施具有影响，政府机构已出台并逐步提高对功率因数（PF）和谐波失真的要求。IEC/EN61000-3-2的PF标准广泛适用于包括家用和商用应用在内的电子设备。

PFC可通过多种拓扑结构实现，例如降压、升压、反激、cuk和sepic（单端初级电感转换器）。升压拓扑结构因设计简单而广为使用，连续的输入电感电流使其非常适用于PFC电路。通过采用升压技术和多种控制策略，电源制造商近年在功率因数性能方面取得了重大改进。

HiperPFS的发展

2010年，PowerIntegrations推出了新的升压式PFCICHiperPFSTM，该产品系列采用了独特的控制策略，即恒定安秒导通时间控制和恒定伏秒关断时间控制。单芯片解决方案在同一个封装内集成了控制电路和功率MOSFET开关，可提供集成的无损耗电流检测和较低的元件数。2013年，PowerIntegrations推出了第二代HiperPFS-2。HiperPFS-2提供更高的集成度，PFC升压二极管现在与非线性反馈放大器以及更先进的控制电路集成在一起。其结果是设计周期更快、BOM成本更低和PFC性能更高。

安秒与伏秒控制

HiperPFS-2采用创新的控制方法，通过改变功率开关的导通时间和关断时间可使输入电流波形与输入电压波形的形状保持相似。这种控制可产生一个连续模式功率开关电流波形：在整个AC输入半周期内同时改变频率和峰值电流值，产生与输入电压成正比的输入电流。更确切的说，该控制技术可为关断时间设置恒定的伏秒数。对关断时间进行控制可使其满足：

（VOUT-VIN）×tOFF=K1（1）

由于导通时间内的伏秒数必须等于关断时间的伏秒数，以维持PFC扼流圈内的磁通量平衡，因此对导通时间进行控制可使：

变频连续导通模式（VF-CCM）

压升高时，PFC电感的电压差会减小，关断时间积分器需要更长的时间才能达到VOFF阈值。当输入电压降低时，关断时间积分器在较短时间内即可满足伏秒平衡。

开关导通时间随负载而变。当这负载增大时，PFC开关电流随之增大以满足负载要求。当开关电流减小时，导通时间积分器在较短时间内即可满足安秒平衡，开关频率随之升高。

VF-CCM控制的可变开关特性通过在转换器的整个负载范围内维持较低的平均开关频率并提升效率水平，可达到降低开关损耗的目的。

在轻载下，关断时间积分器的控制电压参考（VOFF）由内部误差信号（VE）进行修改，该电压与输出功率直接成正比。修改后的VOFF斜率可进一步降低平均频率，从而降低开关损耗。在轻载条件下实现高效率，对传统的PFC—CCM方法来说是一项挑战，因为固定的MOSFET开关频率会在每个周期造成固定的开关损耗，即使在轻载条件下也是如此。固定频率CCM控制方法如图2所示。

如果采用固定频率CCM设计，次谐波噪声会集中在一些固定频率上，为EMI噪声滤波带来挑战。在变频控制中，开关脉冲所传递的能量会分散在半AC线周期内的一系列频率中。通过这种方法，HiperPFS-2通常能降低转换器的总X和Y电容要求以及升压扼流圈和EMI噪声抑制扼流圈的电感，从而降低整体系统尺寸和成本。

采用脉冲串模式以降低空载功耗

与能够将最短导通时间减小至零的最初HiperPFS不同，HiperPFS-2的最短导通时间为500ns，能够在空载下启动脉冲串模式工作。因此，当设计的升压转换器采用铁氧体升压扼流圈时，功率级空载功耗可降至0.5W以下。

图3所示为一个典型的基于HiperPFS-2的PFC应用电路。VF-CCM工作方式已不再需要外部补偿网络，集成非线性放大器已产生了一个更为简单的使用HiperPFS-2器件的解决方案。

电压监测引脚（V）电流用于在内部检测输入线电压的峰值。这对线电压前馈功能具有驱动作用，以便在整个输入线电压范围（90～264VAC）内维持恒定的电压反馈环路增益，从而改善线电压调整率和瞬态响应。

HiperPFS-2提供两种功率工作模式，可通过连接到参考引脚（R）的电阻进行选择。这两种模式对应的是“完全”和“效率”功率限制。效率功率模式允许使用具有较低RDS（ON）值的更大MOSFET管芯尺寸，以满足给定的输出功率要求。这样可使HiperPFS-2提供应用所要求的高电流上升，而不会降低转换效率。

补偿引脚（C）用于环路补偿和电压反馈，它连接至主稳压反馈电阻分压网络。反馈引脚（FB）连接至同一个反馈电阻分压网络，用来提供快速的过压和欠压保护。HiperPFS-2器件中新增的内部非线性放大器已省去了在反馈电路中所采用的两个晶体管和两个电阻。

电源正常引脚（PG）是HiperPFS-2的一个新特色。启动时，一旦反馈引脚电压升至设定输出电压的95%，PG漏极开路连接就会被拉低。一旦进入稳态工作，在发生电压故障、电压跌落或其他故障的情况下，PG信号会在某个电压阈值下变为高阻抗，该阈值由连接至电源正常阈值（PGT）引脚的电阻决定。

升压二极管阴极引脚（K）是内部Qspeed二极管的阴极连接点，而其阳极通常与内部功率MOSFET的漏极（D）连接。二极管的合并是HiperPFS-2器件的一项主要创新，具有十分显著的优势。该二极管特别从专用于HiperPFS-2的标准Qspeed系列二极管研制而成。它的Vf比标准Qspeed二极管低0.5V，从而能够在浪涌期间降低功耗，并使二极管能够耐受非重复性的130A峰值浪涌电流IFSM。

由于二极管集成在封装内，包含MOSFET和二极管的关键环路的长度可以达到非常短的程度（见图4）。

有助于降低EMI的另一个关键因素是二极管的反向恢复特性（见图5）。

超快速二极管通常采用在结中掺杂铂的方式制造而成。掺杂铂可使二极管在其上的电压进行反向时以极快的速度停止导通。遗憾的是，掺杂铂的副作用是二极管会非常突然地关断。这样容易产生振荡，进而产生EMI。相反的是，Qspeed二极管具有软恢复特性，所产生的振荡和EMI极低。

在图5中，关断迹线的负部分与ID=0线之间的区域表示二极管在每个关断过渡期间的能耗。这等于二极管的反向恢复电荷（Qrr），从图5可清楚看出，Qspeed二极管的Qrr远低于掺杂铂的超快速二极管。这有助于大幅降低开关损耗并提高效率。

集成二极管的寄生电容和电感降低后，还能降低功率MOSFET上的电压应力。图6对在两个等效的350W开关电源中所产生的MOSFET电压进行了比较，其中一个电源使用的是HiperPFS，另一个使用的是HiperPFS-2。

电源采用HiperPFS-2后，二极管的紧耦合可使VDS降低21V。

除了性能可从集成升压二极管中获益外，还可以显著节省成本。对二极管进行独立封装的成本和将二极管安装到散热片的手工操作都能省去，而且所需的板空间也有所减小。

电路设计方案篇5

关键词： 电子技术课程设计 教学设计 教学过程

电子技术课程设计是在电子技术实验的基础上进行的综合性的实验训练，是电子技术课程的实践性教学环节，是对电子类和其他相近专业学生进行综合能力培养的实践课程，对于全面、系统、深入地理解与掌握电子系统的知识、设计方法具有重要的教学意义。

1.电子技术课程设计的重点与要求

本课程的重点是电路设计，内容侧重综合应用所学知识，设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求，通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力，培养学生创新实践的能力。

电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求，通过查阅资料、调查研究等，独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试，并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。

具体地说，学生通过课程设计教学实践，应达到以下基本要求：建立电子系统的概念，综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计；掌握电子系统设计的基本方法，了解电子系统设计中的关键技术；进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用器件的原则；掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法；掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法；进一步熟悉电子仪器的正确使用方法；学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

2.电子技术课程设计的教学过程

电子技术课程设计是在教师指导下，学生独立完成课题，达到对学生理论与实践相结合的综合性训练，要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识，因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。

教学环节可以分为以下四个部分。

2.1课堂讲授。

课程设计开始前，需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学，明确课程设计的要求，主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。

在课堂教学环节中，指导老师介绍课题的基本情况与要求，要求学生从多个课题中选择一个。

2.2设计与调试环节。

2.2.1前期准备、方案及电路设计。

前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材，根据技术指标，进行方案分析、论证和计算，独立完成设计。设计工作内容如下：题目分析、系统结构设计、具体电路设计。

学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算，称为预设计阶段，包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图（原理图和布线图），此阶段约占课程设计总学时的30％。

2.2.2在实验室进行电路安装、调试，指标测试等。

在安装与调试这个阶段，要求学生运用所学的知识进行安装和调试，达到任务书的各项技术指标。

预设计经指导教师审查通过后，学生即可购买所需元器件等材料，并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路（并制作相应电路板），使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点，所需时间约占总学时的50％。

2.3撰写总结报告，总结交流与讨论。

撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告，不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面：系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外，还应对以下几部分进行说明：设计进程记录，设计方案说明、比较，实际电路图，功能与指标测试结果，存在的问题及改进意见，等等。

总结报告具体内容如下：课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。组装调试的内容，包括使用的主要仪器和仪表；调试电路的方法和技巧；测试的数据和波形并与计算结果比较分析；调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，列出系统需要的元器件清单，列出参考文献，收获、体会，并对本次设计提出建议。

2.4成绩评定。

课程的实践性不仅体现实际操作能力，而且体现独立完成设计和分析的能力。因此，课程设计的考核分为以下部分：设计方案的正确性与合理性。设计成品：观察实验现象，是否达到技术要求。（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力）实验报告：实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩：考查学生实际掌握的能力和表达能力，设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神，等等。

3.电子技术课程设计的步骤

在“电子技术基础”理论课程教学中，通常只介绍单元电路的设计。然而，一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此，一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计，还包括总体电路的系统设计（总体电路由哪些单元电路构成，以及单元电路之间如何连接，等等）。随着微电子技术的发展，各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现，电子系统的设计除了单元电路的设计外，还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要，不过从教学训练角度出发，课程设计仍应保留一定的单元电路内容。

电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。

虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同（尤其单元电路的设计），但总体电路的设计步骤是基本相同的。

电子电路的一般设计方法与步骤包括：总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。

4.电子技术课程设计的效果

学生经过这样系统训练后，各方面技能都通过考核，为后续课程的学习打下了扎实的基础。

参考文献：

［1］高吉祥，易凡，丁文霞等.电子技术基础实验与课程设计（第二版）［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［2］杨志忠，华沙，康广荃.电子技术课程设计［M］.北京：机械工业出版社，2008.

电路设计方案篇6

将管理、运筹以及控制等方面技术融合在一起，形成系统工程技术。由于该技术涉及领域众多，因此在应用环节中需要根据使用需求做出调整，将不必要的程序省去，有效缩短系统构成所用时间。对电子电路进行设计时，会出现大量不确定因素，需要计算分析，系统工程技术了帮助设计师快速判断需要重点研究的项目，制定出合理的优化方案。电子电路系统设计需要有确定的目标，再对各组成部分优化处理。系统工程技术会将设计中的影响量整理下来，依次做出比较。通过这种方法来确定设计过程中需要加入的抗干扰功能。系统工程还可在电子电路中形成功能网络，传统设计理念只是对局部电路进行加强处理，缺少模块之间的配合，从设计方案分析以及足够成熟，但使用时很容易产生阻碍影响。应用这一技术后可有效解决配合不当的问题，使电路设计方案更具有可行性，电子系统运行控制成本也会有明显减少。

2电子电路设计中体现的系统工程理念相关性

2.1元器件的集合性。

元器件是电路组成的基础部分，在选择准备阶段引入系统工程理念可帮助元件形成一个集合。只有在相互配合的状态下元器件功能才得以实现，这也正是系统性的体现。随着设计工作的深入，一些不必要的元器件会被替代或者省略掉，以此来追求运行环节的简便，系统工程在形成初期会帮助设计人员确定不必要的部件，并对实现功能的模块组成进行简化处理。以电子电路系统设计层面对这种形成进行分析，可以称之为元器件的集合性。

2.2组成要素相关性。

系统是由不用功能设备组成的，根据使用需求这些电气设备在供电环节中会独立存在。明确电路的导通原理后可以对系统进行有效设计，既可以为控制环节提供便捷，又能在使用功能上做出进步，电子元件的导通原理相似，由此可以将系统工程技术中的相关性引入其中。可以确定重要组成模块之间的关联性，以此来降低导通线路的复杂程度。

2.3电路系统层次性。

电子电路运行指令由控制模块发出，信号通过传输与接收装置后被功能模块感知到，并做出相应指令。这一环节中体现出了电路的层次性质，系统工程技术同样具有严谨的层次划分，这一特异性为技术应用提供了空间。系统工程理念引入到设计工作中，可以将设备运行不同阶段产生的参数变化记录下来，明确影响因素后方便技术人员制定出调节方案，电子电路在使用过程中也更安全稳定。

3系统工程技术在电子电路系统设计中的应用

3.1电子电路系统设计总体方案的确定。

开展设计工作前首先要有一个明确的设计方案，作为设计工作进行的理论依据。还要对总电路系统进行划分，根据实现功能的不同来完成，划分后的电路模块称之为单元，是需要单独设计的。为避免工作开展出现混乱，可以借助计算机设备拟定程序框图，将电子元件导通顺序标记在其中。例如电流的放大环节，首先是电流的产生，沿着导通方向流动，进入到放大模块中，设备捕捉到有用功后会选择性放大，在这一环节前会有滤波设备对干扰进行过滤。其次是模拟电路的输出环节，模块将信号转换为系统可以接受的相似电信号，向接受环节传输。从理论层面分析这一流程较为复杂，但制定程序框图后可清晰的呈现在计算机中。

3.2设计任务及目标系统分析。

设计任务的设定要以使用功能为前提，同时还要体现出电力系统的先进性，具有抗干扰和保护能力。系统工程技术可以用来分析目标的可行性，并根据各设计团队的操作能力合理分配设计任务。在对电路导通原理进行分析时要考虑设备安装现场的实际条件，以方案与现实不符，对安装阶段造成影响。确定上述内容后可得出准确的设计目标，设计工作也可以正常开展。

3.3整体方案论证与优化选择。

方案的选择在整体系统设计过程中起到很重要的作用，要求根据自身所掌握的知识和资料，针对系统提出的要求、条件和任务来完成功能设计，最后设计完整的框架。框架图需全面不仅反映系统各组成部分功能和完成的任务，还需要清楚的表示出系统各部分之间的相互关系。具体内容如下：

3.3.1根据系统的要求，可以把电路划分成若干功能块，这样可以粗略得到系统框图。每个框图又可以包含多个单元电路，将总指标分配给每个单元电路，最后根据单元电路的任务来完成电路的总结构。

3.3.2系统的框架图和单元电路的结构呈现多样化的特点，要仔细的比较和研究设计方案，力争使方案的设计做到可靠、合理、经济和技术先进等。依据较高的可靠性和技术可行性来选定最后的方案。

3.4元器件模块的选择

电子电路中出现的各种故障往往表现为元器件的故障和损坏。究其原因往往不是元器件本身所存在的缺陷，而是由于对元器件的选择不当导致的。因此在进行总方案的设计和参数的计算时，要考虑选择合适的元器件。选择元器件主要从以下两方面来考虑：

3.4.1在元器件的选择上需要从电路的总体方案和具体问题上出发，考虑好每个元器件要具备什么功能。单元电路的参数要根据电路的工作环境和指标要求等来计算，以确保元器件参数额定值的准确性，并且要留出足够的富裕量，保证在低于额定值的条件下来工作。

3.4.2在电路设计指标达标的条件下，要尽量减少元器件的种类和规格，提高元器件的重复利用率。最后利用模型分析对构成电子系统各个元器件模块进行性能微调，使其更好的接近理想状态。

3.5整体电路仿真。

Multisim等仿真软件的使用，极大的满足了电子电路系统设计中的仿真要求。其通过使用软件模块库提供的内容，设计电路、修改参数，建立系统动力学模型。通过系统工程动力学数值分析计算。评价其稳定性、可靠性。从而为最终的电子系统性能提供评价，从整体上增加了设计验证的准确性。

3.6电子系统总体价值分析。

经过上述步骤，一个较完备的电子电路系统基本建立。使用系统工程中的决策分析技术，能够通过效用分析、冲突分析等手段分析该系统的成本、风险以及可能存在的隐患。在电子系统形成产品前尽可能完善其功能，得到技术上稳定、安全、可靠的电子电路系统。

4结论

电路设计方案篇7

关键词: 模糊综合评价法；输变电线路；线路路径；优选

1、引言

由于输变电线路路径优选涉及的因素较多、较复杂，因此路径的优化工作较繁重。如何确定各个备选路径的评价指标，在多个路径备选方案中选出合理的、满意的路径是路径设计的关键工作。影响路径选择的因素是多层次的，有技术因素、经济因素、地质因素、施工维护因素等，其中有定量指标也包括定性指标，这些因素在实际中大都是相互矛盾的，在实际应用中缺少合适的方法对各个因素进行综合分析，因而路径的选择带有很大的主观性。为此，本文提出应用模糊综合评价法对某输变电工程线路路径方案进行选择。

2、输变电线路路径选择指标体系

模糊综合评价就是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从多个因素对被评价事物隶属等级状况进行综合性评价的一种方法。

运用模糊综合评价法首要工作就是确定评价指标体系。影响输变电线路路径选择的主要因素有地形地貌、地质概况、线路长度、房屋拆迁面积、施工维护、社会环境等几个方面。通过对输变电工程设计方面的专家、工程地质方面的专家和输变电工程施工方面有关人员的咨询，确立了该输变电电路路径选择的指标评价体系。由于该输变电工程三个备选路径方案的地形都为平地和河网泥沼地域，所以在综合评价指标体系中地形地貌和工程地质情况不做考虑。其他四个影响因素，线路长度、铁塔基数、施工维护和房屋拆迁面积作为柳树颧输变电线路路径选择的主要评价指标。

3、输变电线路路径优选

本文所选输变电工程的三个备选方案的各项评判指标如下表所示。该输变电项目有东方案、西一方案、西二方案三个线路路径设置备选方案，各方案在线路长度、使用铁塔基数、施工维护难易程度、房屋拆迁面积等方面不同，需要选择一个经济合理的线路路径方案。

表5-1 某输变电项目各方案指标表

采用模糊综合评价法对该输变电工程路径布置的三个备选方案进行优选。依据指标重要性评分法则，通过调查问卷和专家打分等方式，对各个评价指标的重要性进行评判，依次得出判断矩阵。

该输变电工程项目设计方案优选判断矩阵及计算结果如下：

表 5-4 判断矩阵

由此得到各个指标的权重向量W=（0.401,0.338,0.143,0.118）

对应各项指标的满意程度确定可能出现的几个不同的评价等级，此处评价集 设定为五个等级，评价等级由优到差赋分值依次为100，90，80，70，60。由评价者对工程进行评价，其评价意见的集合构成模糊评价矩阵Ri

综合评价结果为Ei

计算排序得分：

D=(d1,d2,d3,d4,d5)T=(100,90,80,70,60)T为评语集的量化矩阵，从而得各个方案的综合评价分值为Fi

FA=EA•D= 80.3445

FB=EB•D=82.8720

FC=EC•D=84.6035

根据三个备选方案的排序结果可以看出总排序得分C方案最好，B方案次之，A方案最差，也即西二方案最好，西一方案次之，东方案最差。因此，由模糊综合评价法可以得出西二方案为线路路径选择的最优方案。

4、结论

本文通过分析影响某基础设施项目的施工组织设计的各因素，运用灰色层析分析法对施工组织设计方案进行优选。首先，利用层析分析法建立了施工组织设计评价指标的层次结构。其次，经专家分析打分并计算出各个评价指标的权重。再次，计算出各个指标层的合成灰色关联系数，最后得出该项目的最优施工组织设计方案。

参考文献

[1]赵焕臣等. 层次分析法[M]. 北京:科学出版社, 1986

[2]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].中国电力出版社,2002.

[3]杨占华.500kv送电线路的路径选择[J].吉林电力技术,1995,15(3):13-15.

[4]常增亮,刘瑾瑜.卫星影像在500kv架空送电线路中的应用[J].电力勘测,2007,31(3):45-47.

[5]陈宏,常维晋,姚坚.新时期高压送电线路的优化设计探讨[J].电力学报,2005,20(4):404-407.

作者简介：

电路设计方案篇8

变压器的设置方案。

关键词：供电方案、变压器设置

中图分类号：U223文献标识码：A

一、隧道用电需求分析

根据《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004）中的规定：隧道电力

负荷应根据供电的可靠性和中断供电在社会、经济上所造成的损失的或影响程度

确定负荷分级。负荷分级如下表：

序号电力负荷名称负荷级别

1

应急照明

电光标志

交通监控设施

通风及照明控制设施

紧急呼叫设施

火灾检测、报警、控制设施

中央控制设施

一级①

2

消防水泵

基本照明

排烟设施

一级

3通风机②二级

4其余隧道电力负荷三级

注：①该一级负荷为特别重要负荷。

②此处系指除作为防灾排烟一级负荷以外的其它通风机。

由上表可见公路隧道内有大量的一级负荷及特一级负荷。根据《公路隧道交通

工程设计规范》（JTG/TD71-2004）中对隧道供电的要求：隧道一级负荷应有两

个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受损。一级负荷容

量不大时应优先从邻近的电力系统取的第二路低压电源，亦可采用应急发电机组

作为备用电源。

二、隧道供电方案

隧道的供电方案与隧道功能、长度、外部电源、负荷等因素有关。对于不同长

度的隧道，由于低压供电距离的限制，供电方案也有所不同。长度小于1.3km的

隧道，可由隧道一端供电；长度为1.3～3km的隧道，适合由隧道两端供电，中

间可不增设高压供电点；隧道长度大于3km的隧道，除由隧道两端供电外，中

间需增设变配电所，采用高压电源引入。

由于高速公路隧道大部分处于山区，且山区的电源一般情况不是很丰富，从地

方接引两路电源（两路电源不同时受到损坏）非常困难，或者地方根本不能提供

两路电源，但又要满足一级负荷的用电需求，故一般情况下中、长隧道的供电采

用单市电+柴油发电机组的供电方案。

对于短隧道，根据工程的调研，考虑隧道地处偏远的山区，一般是无人值守，

电气的偷盗较严重，由于隧道较短基本照明灯具的功率较小，且在箱变内均设置

了不间断电源（UPS或EPS）为隧道的应急照明灯具供电，在断电情况下能满足

应急照明的时间不小于60分钟，故一般的设计院是采用箱变单电源供电。根据

负荷等级的分类基本照明属于一级负荷，需要双电源供电，应急照明为特一级负

荷，除需要双电源外还需要不间断电源，短隧道采用箱变单电源供电是不满足规

范要求。本人认为在离隧道较近的收费站或者管理所设置移动式汽油发电机，并

在箱变的低压配电柜预留汽油发电机的接口，当外电停电时（电力监控系统检

测），由收费站或者隧道管理所的值班人员把移动式汽油发电机带到箱变的位置，

通过预留的汽油发电机接口为隧道的基本照明及应急照明灯具供电。

特长隧道除由隧道两端供电外，中间需增设变配电所，采用高压电源引入。但

考虑到在隧道内设置柴油发电机组，无法克服其排烟、柴油发电机噪声的问题，

故不宜采用市电+柴油发电机组的方案。故特长隧道宜从地方接引两路地方电

源。

三、变压器设置方案

根据调研情况，隧道变电所变压器的设置有以下三种方案：

方案一、隧道内设置单台变压器，通风照明共用。

方案二、隧道内设置两台变压器，通风照明变压器分开。

方案三、隧道内设置两台变压器，均为通风照明共用，

方案一的变压器设置方案满足了《10kV及以下变电所设计规范》

（GB50053-1994）中3.3.4条的规定：在一般情况下动力与照明宜共用一台变压

器。这样做或许有人会说根据公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004）9.3.4

的规定：“隧道的动力和照明共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，宜设

照明专用变压器。”读者注意，设置照明专用变压器的前提是：隧道的动力照明

共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命。隧道内的动力设备一般是隧道风机

（轴流风机除外）及消防水泵，射流风机及消防水泵的的功率一般是22至37KW，

风机启动是单台顺序启动，启动的时间间隔一般大于10s。根据《通用用电设备

配电设计规范》（GB50055-2011）2.2.2规定：“交流电动机启动时配电母线上接

有照明或其他对电压波动较敏感的负荷电动机频繁启动时，配电母线的电压不宜

低于额定电压的90%，电动机不频繁启动时，不宜低于额定电压的85%”。经计

算对于隧道风机或消防泵，启动时的母线电压一般不小于95%，这个压降完全不

会对照明的质量及灯具寿命造成影响。该方案前期投资少，操作简单方便，现阶

段较受设计师的喜爱。在建项目的漳州南联络线南靖至龙海高速公路的西岩隧道

就是按照该方案实施。

方案二变压器的设置方案不仅消除了风机启动对照明产生的影响，而且从运营

角度来讲减少了变压器电能损耗。由于平时运营的时候风机是关闭的，如果动力

与照明变压器分开设置，则可以停运动力变压器，只开照明变压器，从而减少了

动力变压器的电能损耗。但是根据《10kV及以下变电所设计规范》

（GB50053-1994）3.3.2条规定：“装有两台及以上变压器的变电所，当其中任一

台变压器断开时，其余变压器的容量应满足一级负荷及二级负荷用电”根据该条

规定如果照明变压器要满足一级负荷及二级负荷用电则变压器的容量比较大，平

时运行时变压器的负载率较低，损耗较大。故总体来说改方案不甚合理。

方案三的变压器的设置方案的前提是引两路外部电源，每台变压器接引一路电

源，两台变压器设置母联开关。正常情况下两台变压器同时工作，当一台变压器

故障或停电时由另一台变压器为一二级负荷供电。该方案接引两路外部电源，实

现低压切换，操作方便，安全可靠，也较受设计师的喜爱。在建项目的泉州环城

高速公路南安至石井段按照该方案实施。

四、结论、

通过上面论述及实际的调研，本人认为对于隧道供电采用如下的供配电方案：

�对于短隧道采用单电源+预留汽油机接口的配电方案，设置单台变压器；

�中、长隧道采用单电源+柴油发电机组的方案，设置单台变压器的方案；

�特长隧道采用双电源的供电方案，设置两台等容量的变压器为隧道的通风

照明供电。

该方案经济、优质、可靠、环保，能很好的满足隧道运营对供电的需要。

参考文献：

[1]《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）

[2]《10kV及以下变电所设计规范》（GB50053-1994）

[3]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）

[4]《电力负荷控制系统通用技术条件》（GB/T15148-94）

[5]《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）

[6]《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）

电路设计方案篇9

系统硬件电路设计

1 接收电路设计

CXA1691S的电源电压适应范围宽，2～10V范围内电路均能正常工作，此外，它还具有立体声指示LED驱动电路以及FM静噪等功能。由于本系统没有涉及到调幅，所以芯片中的16引脚(AM中频输入)、15引脚(波段选择)、10引脚(AM天线输入)和5引脚(AM本振)均悬空，也可按电容到地。将7引脚(FM本振)和12引脚(FM输入)与环路滤波器的输入相连，从而利用锁相环实现频率的可控。具体电路如图1所示。

2　锁相方案设计

本设计的第二个主要部分是锁相环电路的设计。在这里考虑了以下几种方案。

方案一：使用D／A控制压控振荡器产生可变的本振频率，该方案的调谐方式比较简单，很容易实现自动搜索功能，而且可以微调频率，使收音效果达到最佳状态。通过调试软件调试硬件，所以调试相对容易些。但它也有两个缺点：一是DAC产生的信号幅度是量化的，不能精确地锁定本振频率；二是没有环路控制，稳定性不及锁相环好。但是通过使用8位的DAC就可以使控制电压的步进为20mV，如果使用12位的DAC，则控制更精确。可见，上述两个缺点是可以克服的。

方案二：采用PLL频率合成方式。PLL频率数字调谐系统主要由压控振荡器(VCO)、相位比较器(PD)、低通滤波器(LE)、可编程分频器和高稳定晶体振荡器组成，其结构如图2所示。其中参考分频器、PD以及可编程分频器可以全部集成在芯片BU2614内部，VCO振荡器输出fosc作为本振频率。BU2614可以用单片机来控制。高稳定度的晶振使得本振频率稳定性极大地提高，而且通过单片机控制分频系数也可以实现频率步进扫描、预置电台、电台存储等多种功能。

上述两种方案都是目前产品设计广泛使用的，为了使收音效果稳定并实现自动搜台的连续性，本设计采用了方案二，电路如图3所示。

3　电源设计

本系统的另外一个有特色的部分就是DC-DC变换电路的设计。尝试了很多方法后，最终选用MAX770作为3V转5V的电源，能够输出+5V，电流在1A完全满足设计要求，且纹波较小，低于100mV，若采用滤波措施效果更佳。它的电路简单，输出电压也相当稳定，电路如图4所示。

4　时钟显示

本设计采用的DS12887实时时钟芯片采用CMOS技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，和常用的时钟芯片MC146818B、DS1287的引脚兼容。采用DS12887芯片设计的时钟电路无须任何电路和器件，并具有良好的微机接口。芯片内部含有128字节RAM单元与软件接口，其中14字节为时钟单元和控制／状态寄存器，114字节为通用RAM，可由用户使用，所有RAM单元数据都具有掉电保护，可用于实现掉电存储的功能。

本系统还有其他非常有特色的地方，如自动搜台锁台和掉电存储等。结束语

电路设计方案篇10

【关键字】优化设计；电力监控

一、 概述

内蒙古二连浩特至广州的高速公路（简称二广高速）是《国家重点公路建设规划》13条纵向线路和15条横向线路中的第七纵，总长2706.511千米，途径5个省。其中湖南省境内安化（梅城）至邵阳段全长约174km。是《湖南省高速公路网建设规划》“五纵七横”的重要组成部分。我司所负责项目是沿线11个变电站的设备安装、电力监控及其调试工作。

二、 存在问题

本项目变电站站点数量较多，分布较广，受主线路段设计标段划分的影响，电气设计阶段分别由二家设计单位负责实施，其中黄家垅隧道、松树坪隧道、喻家坪隧道、长冲隧道、岩山下隧道、源头冲隧道采用B设计方案；花山隧道、塘家岭隧道、肖家坳隧道采用A设计方案。由于设计单位的设计思路不统一，沟通不足，造成电力监控系统设计存在诸多问题，且建造成本过高。两个设计方案差异情况见下表：

由上表可见，在达到相同监控目的的前提下，A方案所采用的中电产品种类繁多，一些设备的功能用不上，相对比较复杂，B方案虽然比较清晰简单，但同样存在功能重复的问题，均存在较大的成本下降空间。

三、 方案优化

经过与设计院、业主、监理及厂家多次沟通后，并征得业主、设计院和监理的同意后，对电力监控系统进行了优化设计，优化配套方案见下表：

电力监控系统优化设计系统图如下所示：

由上图可见，高压柜、低压进线柜、低压馈线柜、柴油发电机、变压器、应急电源都安装监控单元。其中柴油发电机、变压器、应急电源由设备厂家自带，采用Modbus通信协议与通信管理机联络。由于所有监控单元和通信管理机都在同一建筑物内，信号传输距离不到100米，故全部监控单元采用RS485接口和屏蔽双绞线（485线）连接。经通信管理机汇总、处理后，通过光纤收发器将信号转换成光信号，用光纤通过通信系统作远距离传输至涟源监控中心。全路段电力监控系统图如下图所示：