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電源電路設(shè)計(jì)方案范文第1篇

關(guān)鍵詞：可靠性仿真技術(shù)；課改要求；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；電路設(shè)計(jì)

1基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計(jì)需求分析

基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計(jì)主要是以虛擬儀器設(shè)備替代現(xiàn)實(shí)電子元器件，從而為電子電路的實(shí)踐教學(xué)提供有效支撐，從而更好了踐行“理實(shí)一體化”的教學(xué)理念，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐技能的提升，促使課程回歸教學(xué)的本質(zhì)。1.1實(shí)踐性教學(xué)開展的內(nèi)在需求?；诳煽啃苑抡婕夹g(shù)的電路設(shè)計(jì)，學(xué)生可以參與擬訂設(shè)計(jì)方案、仿真模擬等環(huán)節(jié)，從電路的設(shè)計(jì)方案、仿真模擬等環(huán)節(jié)，能夠?qū)⒒逎y懂的理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)相結(jié)合，幫助學(xué)生提升實(shí)踐技能。1.2實(shí)現(xiàn)層次化和差異化教學(xué)的必然選擇。關(guān)涉電路設(shè)計(jì)的技術(shù)型教學(xué)內(nèi)容涉及的元器件較為繁雜，且不同元器件性能、參數(shù)、封裝形式、價(jià)格、功耗等存在較大區(qū)別，在教學(xué)過程中需要反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、測試，這增加了設(shè)備投資成本，而且因?yàn)閷W(xué)生個(gè)性化差異，學(xué)習(xí)、接受能力各不相同，加之電子元器件復(fù)雜程度的不同，應(yīng)該據(jù)此分層次設(shè)定目標(biāo)，以貼近生活、學(xué)生所喜愛的教學(xué)內(nèi)容，以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，但這勢必增加電子元器件的投入，而仿真模擬電路的設(shè)計(jì)可以利用仿真軟件呈現(xiàn)電子電路的操作面板和功能，并通過交互式操作完成相應(yīng)測試任務(wù)，不僅滿足了教學(xué)需求，而且控制了教學(xué)成本。

2基于可靠性仿真技術(shù)的電路設(shè)計(jì)方案

2.1電路設(shè)計(jì)的整體流程?？煽啃苑抡婕夹g(shù)可以檢驗(yàn)電路存在的故障并發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，從而有針對性的進(jìn)行改進(jìn)，為了遵循由簡入繁的原則，以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和積極性，本文以典型電路電源模塊設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)過程中首先應(yīng)該進(jìn)行可靠性仿真實(shí)驗(yàn)，其具體的流程如圖1所示。2.2電路設(shè)計(jì)的具體步驟。2.2.1設(shè)計(jì)信息采集。為了實(shí)現(xiàn)電源電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)詳細(xì)搜集其應(yīng)用環(huán)境和使用方法等信息，具體包含所采用的元器件、原材料特性2.2.2數(shù)字樣機(jī)建模。電路設(shè)計(jì)中數(shù)字樣機(jī)建模須采用專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)，但因?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)、接受能力存在差異，應(yīng)該目標(biāo)層次，將設(shè)計(jì)過程進(jìn)行分解，并以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的形式，將不同設(shè)計(jì)知識(shí)分配到各個(gè)任務(wù)之中，讓學(xué)生通過分步設(shè)計(jì)完成理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用，由此才能確保電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的效果，通常存在熱設(shè)計(jì)信息和振動(dòng)設(shè)計(jì)信息兩類建模方式，具體的建模步驟為：首先根據(jù)將所獲取的電路信息進(jìn)行簡化，完成CAD數(shù)字樣機(jī)模型的構(gòu)建，并依據(jù)熱設(shè)計(jì)信息建立CFD數(shù)字樣機(jī)模型，而后依據(jù)振動(dòng)設(shè)計(jì)信息建立FEA數(shù)字樣機(jī)模型。其次，為確保CFD數(shù)字樣機(jī)與物理樣機(jī)的一致性，須對其進(jìn)行修正與驗(yàn)證，利用對電源模塊工作狀態(tài)熱測量的方式，獲取其關(guān)鍵元器件點(diǎn)溫度測試數(shù)據(jù)，并根據(jù)所得結(jié)果修正電源模塊CFD數(shù)字樣機(jī)的邊界條件、期間參數(shù)，由此實(shí)現(xiàn)對CFD數(shù)字樣機(jī)的修正。再次，同理，也須采用相同的方法對FED數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行修正，且測試過程中，應(yīng)該在約束條件下對電源模塊重點(diǎn)部位，關(guān)鍵元器件進(jìn)行模態(tài)分析，并依據(jù)結(jié)果完成修正。2.2.3應(yīng)力分析。溫度應(yīng)力分析選用MentorGraphics公司的FloTherMV90分析計(jì)算電源模塊CFD數(shù)字樣機(jī)模型，經(jīng)過分析可知，電源模塊設(shè)計(jì)中如元器件排布不合理，則會(huì)導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)存在熱分布過度集中的缺陷。分析中，平臺(tái)環(huán)境溫度70℃設(shè)定為第一參考溫度條件，電源模塊表層軍溫度72℃設(shè)為第二參考溫度條件，經(jīng)過分析，為電源模塊所在分級提供5V工作電源的功率器區(qū)域，是熱分布較集中的部位，需要修正電路設(shè)計(jì)方案。而對于振動(dòng)應(yīng)力分析，則選用ANSYS公司的ANSYSWorkbench12.1分析計(jì)算電源模塊FEA數(shù)字樣機(jī)模型，分析結(jié)果顯示，電源模塊中元器件數(shù)量和重量排布、安裝方式設(shè)計(jì)不合理，使得電源模塊產(chǎn)生局部共振的設(shè)計(jì)問題，應(yīng)該據(jù)此進(jìn)行及時(shí)修正，以優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

3結(jié)束語

本文將可靠性仿真技術(shù)引入電路設(shè)計(jì)之中，將電路細(xì)化分類，并根據(jù)學(xué)生個(gè)體差異由簡入繁、逐步引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)的分層實(shí)現(xiàn)，也將培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能真正落實(shí)到實(shí)處。

作者:宋月麗 劉立軍 單位:遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

參考文獻(xiàn)

[1]王朝新,任斌,陳潔,董緒.基于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)開發(fā)與仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程,2012,14:44-47.

電源電路設(shè)計(jì)方案范文第2篇

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 降壓輸出 升壓輸出

中圖分類號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0189-02

1 引言

隨著電子產(chǎn)品的進(jìn)步和發(fā)展，各種電子產(chǎn)品逐漸進(jìn)入了人們的生活，而生活中形形的電子產(chǎn)品免不了供電系統(tǒng)的支持，而本產(chǎn)品就是為了電子元器件的各種應(yīng)用而設(shè)計(jì)完成。

2 系統(tǒng)應(yīng)用支撐

LM3481是一款輸入電壓在2.96V～48V，輸出電壓在1.275V～300V，最大電流為20A的高性能控制器。被廣泛應(yīng)用于汽車啟動(dòng)―停止、筆記本電腦、機(jī)頂盒等電路中。所以此系統(tǒng)可以用于DC 5V供電電源。

3 系統(tǒng)方案

使用LM3481芯片實(shí)現(xiàn)在不同電壓輸入條件下的電壓穩(wěn)定輸出。該LM3481器件是開關(guān)穩(wěn)壓器通用的低端N-FET高性能控制器。該設(shè)備適用于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要一個(gè)低邊場效應(yīng)管，如升壓，反激式，SEPIC等使用。LM3481裝置可在非常高開關(guān)頻率下工作，LM3481可以通過使用一個(gè)外部電阻或通過將其同步至外部時(shí)鐘被調(diào)整到100kHz至1MHz之間的任何值。其輸入電壓范圍在2.97V～48V左右，具有較寬的輸入范圍，同時(shí)其最大輸出電流為20A，可滿足大部分電子元器件的需求。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本作品是利用WEBENCH進(jìn)行的電源設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程如下：

（1）在WEBENCH Designer 頁面輸入設(shè)計(jì)電源的供電要求、輸入電壓最小值和最大值、輸出電壓、輸出電流和環(huán)境溫度，然后點(diǎn)擊“開始設(shè)計(jì)”。

（2）之后WEBENCH會(huì)給出設(shè)計(jì)方案，在給出的各個(gè)設(shè)計(jì)方案中根據(jù)各個(gè)參數(shù)選擇最符合自己要求的核心芯片，其中可以利用WEBENCH工具的x型、仿真和優(yōu)化工具幫助自己選擇合適的芯片，經(jīng)過自己的比較分析，我所選用的芯片是LM3481。

（3）選定LM3481，點(diǎn)擊“開始設(shè)計(jì)”， WEBENCH會(huì)給出基于芯片LM3481的相關(guān)設(shè)計(jì)，例如：圖表、原理圖、工作數(shù)值、元件清單等等。據(jù)此進(jìn)行自己的電路設(shè)計(jì)和制作。如圖1所示。

（4）已知電源的原理圖，在Altium Designer10軟件中畫出設(shè)計(jì)電路的原理圖和PCB圖，如圖2、圖3所示。

5 仿真結(jié)果分析

根據(jù)WEBENCH自身的功能，我們進(jìn)行了對本設(shè)計(jì)的效率等的仿真如圖4～圖5所示。

6 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)

本次項(xiàng)目，通過WEBENCH網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)了一款基于LM3481芯片的DC-DC開關(guān)電源。通過在線軟件WEBENCH的幫助，成功實(shí)現(xiàn)了LM3481電路圖，仿真等一系列功能。同時(shí)設(shè)計(jì)的基于LM3481的DC―DC開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)簡單，性價(jià)比高，可靠性好，因此具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)（第5版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]普利斯曼，比德斯，莫瑞.王志強(qiáng) 譯.開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社，2010.

收稿日期：2016-08-12

電源電路設(shè)計(jì)方案范文第3篇

關(guān)鍵詞：液壓支架；監(jiān)測；電路設(shè)計(jì)

1液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)模型的建立

1.1無線通信技術(shù)

液壓支架工作環(huán)境比較復(fù)雜，通信頻率、巷道的傾斜程度和井下的導(dǎo)體等多種因素都會(huì)影響無線通信信號(hào)。因此在設(shè)計(jì)礦井液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)必須要考慮到井下的特殊環(huán)境，考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通過對目前市場上常用的無線通信技術(shù)比較，本文將ZigBee短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用于礦井環(huán)境監(jiān)測中。ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率的雙向無線通信技術(shù)，有自己的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以在很多傳感器間進(jìn)行通信，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，主要應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位，具有低功耗、近距離、短延遲、低速率、低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、高安全性、工作頻段靈活的特點(diǎn)。

1.2液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)模型

液壓支架會(huì)隨著煤礦開采工作的推進(jìn)而移動(dòng)，但移動(dòng)的距離很短。液壓支架的排列呈直線型，針對液壓支架的這種物理排布情況，節(jié)點(diǎn)的分布也應(yīng)是帶狀的。采用星形與網(wǎng)狀的混合網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡潔、節(jié)點(diǎn)功耗減少，每個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信采用單跳通信，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的路由節(jié)點(diǎn)采用多跳通信。在實(shí)際工作環(huán)境中，每個(gè)液壓支架上放置一個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，每隔3個(gè)液壓支架放置一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)。在礦井實(shí)際環(huán)境中，液壓支架的排列呈直線型，節(jié)點(diǎn)的分布是帶狀的，整體網(wǎng)絡(luò)組成簇型線狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2電路詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案分為2部分，一是終端采集節(jié)點(diǎn)，二是路由節(jié)點(diǎn)。終端采集節(jié)點(diǎn)包括電源管理模塊、傳感器、信號(hào)調(diào)理電路。終端節(jié)點(diǎn)采用定時(shí)喚醒模式，降低功耗，提高監(jiān)測系統(tǒng)的使用壽命。終端采集節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)通過線纜連接。每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)最大可以連接3個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，即相鄰的三個(gè)液壓支架需要采用同一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)。每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)配備一個(gè)5V的電池供路由節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)使用。路由節(jié)點(diǎn)將從終端節(jié)點(diǎn)獲得的模擬信號(hào)經(jīng)過ADC芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過ZigBee射頻口傳送給井下匯聚節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)也帶有顯示功能與按鍵，可以任何時(shí)候被喚醒查看3個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的壓力數(shù)值。終端采集節(jié)點(diǎn)的作用如下：將壓力傳感器轉(zhuǎn)換的微弱模擬信號(hào)進(jìn)行放大并通過線纜傳輸給路由節(jié)點(diǎn)；每個(gè)終端采集節(jié)點(diǎn)帶有一片數(shù)據(jù)記錄芯片，對由于傳感器及放大電路帶來的誤差進(jìn)行偏差校準(zhǔn)。路由節(jié)點(diǎn)的作用主要如下：每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)需要有一個(gè)5V電池供電路板使用；每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)可以連接3個(gè)終端采集節(jié)點(diǎn)，對終端采集節(jié)點(diǎn)的模擬信號(hào)進(jìn)行處理并通過RF模塊傳送給井下匯聚節(jié)點(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)帶有簡單的顯示模塊，便于工人就近查看支架壓力；路由節(jié)點(diǎn)需要有相應(yīng)的按鍵，以便在屏幕關(guān)閉情況下喚醒屏幕；路由節(jié)點(diǎn)電路板能對每個(gè)功能模塊進(jìn)行電源管理，便于降低整個(gè)系統(tǒng)功耗；路由節(jié)點(diǎn)單片機(jī)必須采用低功耗單片機(jī)；路由節(jié)點(diǎn)的電壓輸入需要適應(yīng)較寬的電壓范圍。終端節(jié)點(diǎn)電路板設(shè)計(jì)能使用目前市場上絕大部分的壓力傳感器，且內(nèi)部帶有數(shù)字校準(zhǔn)芯片，可以對每一套終端節(jié)點(diǎn)由于分離元器件帶來的偏差進(jìn)行校準(zhǔn)。煤礦中的電磁干擾較大，為了調(diào)高測量精度，此方案設(shè)計(jì)必須把壓力傳感器與信號(hào)放大電路就近放置。且此方法可以把由傳感器與放大校準(zhǔn)電路組成的模塊變?yōu)橐粋€(gè)液壓監(jiān)測的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化變送器。

2.1放大電路部分設(shè)計(jì)

為了能更好的調(diào)配放大電路的帶寬、放大倍率，放大器沒有選擇專用的儀表放大器而選擇了四個(gè)獨(dú)立的高性能放大器TI公司的OP4376，相對于普通的儀表放大器一般偏置電流在幾十pA以上，輸入偏置電壓在幾十微伏級別，OP4376有較低的輸入偏置電流典型值0.2pA與輸入偏置電壓典型值5uV，可以對uV級的信號(hào)變動(dòng)進(jìn)行采集。且此運(yùn)放的價(jià)格TI官網(wǎng)公布為1.4$，并不貴。經(jīng)過實(shí)測此電路設(shè)計(jì)的輸入采樣精度能達(dá)到5uV。2.2電源部分設(shè)計(jì)電源芯片采用的是MCP1252，為目前市場上用量較大的一款電源芯片，輸入電壓范圍相對較寬，且屬于無感式開關(guān)電源芯片，可以縮小終端節(jié)點(diǎn)的體積。效率相對也比較高。而且?guī)в须娫垂芾砜刂埔_，可以對終端節(jié)點(diǎn)的功耗進(jìn)行有效管理進(jìn)而降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

2.3校準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

本文建議校準(zhǔn)芯片采用一線制的數(shù)字EEPROM芯片，具體型號(hào)不再指導(dǎo)。2.4路由節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)：2.4.1電源模塊設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)輸入電源由電池供電，電壓比較穩(wěn)定，考慮到電池在滿電與低電壓兩種情況下壓差較大，本文采用了寬范圍的輸入電源芯片TPS63060（輸入電壓范圍2.5-12V），此電壓范圍能使用大量的本安電源。且此電源芯片的電流高達(dá)2.25A足夠整個(gè)系統(tǒng)使用，即使是輸入的電壓降到2.5V級別。本設(shè)計(jì)還采用了3個(gè)mos開關(guān)管對系統(tǒng)的不同終端節(jié)點(diǎn)的電源進(jìn)行管理，在電源功率方面采用了信號(hào)控制與電源切斷雙重保護(hù)的方式來降低功耗。2.4.2接口電路接口電路中有3個(gè)連接終端節(jié)點(diǎn)接插件，包括插頭輸入檢測（插頭第6引腳與第5引腳通過在插頭上短路，進(jìn)行判斷終端節(jié)點(diǎn)的接通），對輸入信號(hào)做了RC濾波與SMBD7000鉗位保護(hù)處理。在與ZigBee模塊通信上采用了串口通信，此處不再做介紹。整個(gè)系統(tǒng)的單片機(jī)采用TI公司的MSP430低功耗系列。此芯片有8路12位ADC輸入引腳?？梢岳么艘_直接對終端節(jié)點(diǎn)傳來的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了現(xiàn)場方便查看設(shè)置了兩個(gè)按鍵開關(guān)（KEY1KEY2）與6位8段數(shù)碼管，可以通過軟件編寫實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的液壓支柱壓力檢測、電池電壓檢測、RF通信連接等功能。整個(gè)電路在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按照礦用本安電路設(shè)計(jì)，屬于本安型電路，若再配本安型電池為系統(tǒng)供電后，本系統(tǒng)就可以變?yōu)楸景残偷V用液壓支柱監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)電路經(jīng)過實(shí)際測試正常情況下整個(gè)系統(tǒng)功耗在mW級別，且經(jīng)過15個(gè)月的測試未發(fā)現(xiàn)任何不良現(xiàn)象，完全能夠使用到實(shí)際現(xiàn)場。

作者:馬曉蘭 單位:西安思坦儀器股份有限公司

參考文獻(xiàn)

電源電路設(shè)計(jì)方案范文第4篇

1整車系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

智能小車控制系統(tǒng)采用MK60DN512作為核心控制單元，由安裝在車身支架上的OV7620數(shù)字?jǐn)z像頭負(fù)責(zé)采集道路信號(hào)；智能小車后輪安裝有光電測速傳感器，用來采集車輪的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，并將信號(hào)傳到核心控制單元進(jìn)行分析處理，處理完畢后反饋到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而完成智能小車的轉(zhuǎn)向、前進(jìn)及制動(dòng)[1]。智能小車控制系統(tǒng)包括以下模塊：MK60DN512最小系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)模塊、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、速度反饋模塊、攝像頭視頻信號(hào)處理模塊和電源管理模塊[2]。

2智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)方面：

1）智能小車在安裝過程中的可靠性與行駛過程中的穩(wěn)定性。

2）智能小車在安裝過程中的輕便簡潔性。

3）是否能夠方便準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620的檢測與調(diào)試。

4）車體保證較低的重心以確保智能小車順利轉(zhuǎn)彎、加速。

經(jīng)過不斷地調(diào)試、摸索、對比之后，完成了對智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：

1）為了減少轉(zhuǎn)向舵機(jī)的力臂滯后時(shí)間，將舵機(jī)直立架在車前，并使用專業(yè)的金屬框架牢牢固定住，以防松動(dòng)，避免影響舵機(jī)轉(zhuǎn)向角度的準(zhǔn)確性。

2）數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620及其支架安裝在車身中部，減少車前數(shù)據(jù)采集盲區(qū)，將車身重心略微前移，防止智能小車轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)滑，增加智能小車的彎道通過性。

3）為了減少車身質(zhì)量，采用了強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的碳纖維管。

4）在底盤設(shè)計(jì)上，底盤是支承、安裝各部件的總成，是形成智能小車整體造型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；可以接受電機(jī)傳遞的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，帶動(dòng)智能小車行進(jìn)，以保證智能小車在跑道上的快速行駛。由于合適的重心對于小車過彎性能和小車速度這兩個(gè)方面起了很大的作用，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整前后底盤高度，使得智能小車車模整體重心下降到合理位置，既可以順利過坡，又不會(huì)與跑道摩擦接觸。

3智能小車硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1智能小車總體電路設(shè)計(jì)

通過簡化總體硬件電路設(shè)計(jì)方案，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，減少不必要的電子元件的使用，就可以有效地減輕PCB板的使用質(zhì)量及其占用智能小車的有效空間，從而達(dá)到輕量化的目的。硬件電路總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

3.2電源分配板的電路設(shè)計(jì)

采用比較節(jié)能的線性穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案。電源分配如圖3所示。TPS7350是一款差線性電源穩(wěn)壓芯片，它具有功率消耗低、額定電壓小等特點(diǎn)，而且只需極少的元件就能夠構(gòu)建滿足智能小車硬件電路設(shè)計(jì)要求的穩(wěn)壓電路，該芯片還擁有過流、過壓及電壓反接等電壓保護(hù)設(shè)計(jì)，能夠有效地保護(hù)智能小車的硬件電路，避免電壓過大或電流反接而導(dǎo)致的硬件電路燒毀事件的發(fā)生。

3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的電路設(shè)計(jì)

采用由BTN7970B驅(qū)動(dòng)芯片搭建的H橋電路設(shè)計(jì)方案，減小驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)阻，增大額定承載電流，可以讓智能小車獲得更大的加減速度及提高在直道上行駛的極限速度。H橋電路原理如圖4所示。

4智能小車的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能小車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要有：圖像采集及處理、道路判斷、舵機(jī)打角、電機(jī)控制以及速度信息反饋處理等。

4.1圖像采集及處理算法

OV7620能夠提供的三種數(shù)據(jù)制式中，采用YUV16位數(shù)據(jù)制式來提取Y信號(hào)亮度信息，生成黑白圖像，同時(shí)采用HREF-行同步信號(hào)、VSYNC-場同步信號(hào)來作為圖像數(shù)據(jù)采集的控制信號(hào)[4]。為了提高智能小車控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，視頻圖像信號(hào)采集采用外部中斷觸發(fā)的方式進(jìn)行。采樣系統(tǒng)的程序流

4.2路徑優(yōu)化

1）增加智能小車攝像頭視場的長度和寬度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試的觀察，當(dāng)智能小車采集到的圖像能夠覆蓋比較完整的S彎道時(shí)，通過微處理器計(jì)算出來的中心就會(huì)處于實(shí)際道路中央附近，此時(shí)智能小車會(huì)以一個(gè)比較好的路徑快速通過S彎道；反之智能小車容易誤處理為普通的單向彎道，這樣導(dǎo)致智能小車的行駛速度大大減慢。因此，盡量增大攝像頭視場的長度和寬度就很有必要了。由于視場的長度與單片機(jī)處理的圖像行數(shù)成正比，所以采用由運(yùn)算放大器制作的模擬比較器進(jìn)行圖像二值化，可以令單片機(jī)的處理速度大大提高，增加了單片機(jī)處理的圖像行數(shù)，達(dá)到的視場長度為200cm以上；為了增加視場寬度，除了增加每行采集的圖像點(diǎn)數(shù)之外，采用了廣角鏡頭，有效地增加了攝像頭視場的寬度。

2）進(jìn)行加權(quán)算法的相關(guān)優(yōu)化。采用對整場有效行的中心加以求加權(quán)平均值的算法，在低速情況下可以有效地優(yōu)化智能小車的行進(jìn)路徑，但在智能小車速度提高到一定程度之后，由于過彎時(shí)輪胎的側(cè)滑，路徑不是很好找，而且由于數(shù)字?jǐn)z像頭采集圖像分布不均，基本上2/3的行分布于車體前方40cm左右的范圍內(nèi)，所求出的加權(quán)平均值容易受車體近處的圖像影響，因此整場圖像求加權(quán)的算法對于高速情況下智能小車的路徑選擇優(yōu)化效果不太明顯。考慮減小車體前部一定范圍內(nèi)的圖像參與加權(quán)的行數(shù)和權(quán)重，同時(shí)增大攝像頭視場前部圖像的權(quán)重，最后經(jīng)過調(diào)試得到了一套較為合適的數(shù)據(jù)，使其能夠有效優(yōu)化高速情況下的智能小車的路徑算法。

5結(jié)論

電源電路設(shè)計(jì)方案范文第5篇

關(guān)鍵詞：仿真；課程設(shè)計(jì)；效果；效率

Comprehensive application for the simulation software in the course design and the measures for some problems

Xu Junyun

South China of agriculture university, Guangzhou, 441052, China

Abstract: Introduced a method for conducting students to apply the simulation software comprehensively to do course design about the power electronics system. Through analyzing the characteristics for two kinds of simulation softwares, guided students to use Matlab/Simulink to do power electronic main circuit design, and to use Orcad/Pspice to do the power electronic control circuit design, and give a useful measure for convergence problem in the simulation. The practices show that the comprehensive application of simulation softwares can effectively help students improve the effect and efficiency of the power electronics circuit design.

Key words: emulation; course design; effect; efficiency

高校實(shí)踐教學(xué)是一項(xiàng)需要不斷創(chuàng)新的工作，實(shí)踐課教師有必要探索新的實(shí)踐教學(xué)方法，改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)效果。因此，筆者在本校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課―電力電子技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)方法上做了改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生采用一種綜合應(yīng)用仿真軟件輔助電力電子電路課程設(shè)計(jì)的方法。

1 電力電子電路常用仿真軟件特點(diǎn)分析

目前在電力電子電路設(shè)計(jì)和分析上主要采用Matlab/Simulink和Orcad/Pspice這兩種仿真軟件。在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)，電力電子器件模型使用的是簡化宏模型，它只要求元器件的外特性與實(shí)際元器件特性基本相符，而不考慮元器件的內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu)，屬于系統(tǒng)級模型。 Orcad/Pspice是不同于Matlab/Simulink的仿真平臺(tái)，它構(gòu)建的元器件模型除了要求元器件的外特性與實(shí)際元器件特性相符，還要考慮元器件內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)，相比Matlab/Simulink的宏模型更詳細(xì)，更復(fù)雜，是屬于器件級的模型，用Pspice仿真可以細(xì)致地反映元器件的工作情況。雖然Matlab/Simulink的電力電子器件模型較為簡單，但是它占用的系統(tǒng)資源較少，因而在仿真時(shí)出現(xiàn)不收斂的幾率相比Orcad/Pspice要少。鑒于此，可以考慮將這兩種仿真軟件有機(jī)結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，以提高仿真的效率。

下面以一種基于TL494控制的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)為例，介紹在電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中建議學(xué)生采用的綜合性設(shè)計(jì)方法。

2 基于TL494控制的開關(guān)電源設(shè)計(jì)舉例

本示例要求設(shè)計(jì)出一種以TL494為控制器件的開關(guān)電源，電源電壓范圍為0～12 V。要求該開關(guān)電源性能可靠，紋波電壓小，控制精度高。

2.1 設(shè)計(jì)步驟1―主電路的原理電路設(shè)計(jì)

主電路的原理電路設(shè)計(jì)方案利用所學(xué)知識(shí)，學(xué)生容易確定。如本設(shè)計(jì)中的主電路可采用常規(guī)的非隔離式Buck電路，開關(guān)管采用P溝道MOSFET，驅(qū)動(dòng)采用“圖騰柱”電路，輸出電壓反饋電路由一個(gè)比例運(yùn)放電路構(gòu)成(如圖1所示)。

圖1 主電路、驅(qū)動(dòng)電路及電壓反饋原理電路

2.2 設(shè)計(jì)步驟2―控制電路原理電路設(shè)計(jì)

控制電路原理電路方案參照相關(guān)資料，并利用所學(xué)自動(dòng)控制理論知識(shí)，學(xué)生也較容易確定。本部分要求以TL494作為控制芯片。

TL494控制原理電路(如圖2所示)，1和2腳前接上兩相同阻值的電阻，起到限流阻隔的作用，其中1腳接主電路輸出反饋電壓Vo，2腳接設(shè)定電壓Vset，當(dāng)改變Vset的值時(shí)，Vo和Vset經(jīng)誤差比較后控制PWM信號(hào)的輸出；3腳經(jīng)一個(gè)PI比例積分回路串上2腳，起到反饋的作用；4腳接地；5腳經(jīng)一個(gè)電容接地，6腳經(jīng)一個(gè)電阻接地，5，6腳共同構(gòu)成振蕩回路；8，11腳與12腳共同接工作電壓；13腳接地，使9，10腳以并聯(lián)工作方式輸出。

圖2 TL494控制原理電路

2.3 設(shè)計(jì)步驟3―開關(guān)電源系統(tǒng)仿真預(yù)設(shè)計(jì)

這個(gè)環(huán)節(jié)是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。對學(xué)生而言，設(shè)計(jì)原理電路并不難，難的就在于如何確定原理電路中具體的元器件參數(shù)，在這方面學(xué)生缺乏經(jīng)驗(yàn)。

2.3.1 仿真軟件使用方案及問題對策

按常規(guī)設(shè)計(jì)方法，直接將Orcad/Pspice仿真軟件用于電力電子電路設(shè)計(jì)，對初學(xué)者特別是學(xué)生來說，往往困難較大。學(xué)生在使用該軟件的時(shí)候，很容易碰到仿真不收斂的問題，從而一籌莫展。

因此，在教學(xué)實(shí)踐中，引導(dǎo)學(xué)生首先利用Matlab中Simulink仿真平臺(tái)仿真快而不易出現(xiàn)收斂問題的優(yōu)勢進(jìn)行主電路的仿真設(shè)計(jì)，較高效地確定出主電路中的電感、電容和電阻的最佳參數(shù)值。然后再利用Orcad/Pspice仿真軟件進(jìn)行控制電路的仿真設(shè)計(jì)?？刂齐娐凡糠衷O(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于PI參數(shù)的選擇，因此要引導(dǎo)學(xué)生采用Orcad/Pspice仿真軟件來進(jìn)行。因?yàn)镺rcad/Pspice是器件級仿真軟件，仿真精度高，輔助控制電路參數(shù)的確定最佳。

對Orcad/Pspice在電力電子電路整體仿真中容易遇到的收斂性問題，筆者通過和學(xué)生一起分析研究、查找資料，積累了一些解決問題的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明，這些經(jīng)驗(yàn)對開關(guān)電源系統(tǒng)電路的仿真設(shè)計(jì)是有用的。下面給出一個(gè)對此問題有用的對策。

在用Orcad/Pspice進(jìn)行仿真調(diào)試的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)ERROR -- Convergence problem in transient analysis at Time =？ Time step =？, minimum allowable step size =？這個(gè)問題。一個(gè)有效的解決方法就是修改參數(shù)。系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)及參數(shù)修改的方法如圖3和圖4所示。

圖3 PSpice系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)

圖4 參數(shù)修改圖

2.3.2 系統(tǒng)仿真輸出波形圖示例

通過對不同參數(shù)條件下仿真結(jié)果的比較，按照開關(guān)電源紋波電壓小，控制精度高等要求可確定原理電路參數(shù)。下面是利用仿真平臺(tái)方便的參數(shù)比較功能得出的主電路最佳仿真輸出波形圖及控制電路采用最佳PI參數(shù)值時(shí)系統(tǒng)的輸出電壓仿真波形(如圖5，圖6所示)。

圖5 主電路負(fù)載電壓仿真輸出波形(Simulink)

圖6 總電路負(fù)載電壓仿真輸出波形3(Pspice)

圖5是在開環(huán)狀態(tài)下選擇出的相對最優(yōu)電感、電容和電阻參數(shù)值下的負(fù)載電壓波形；圖6是在控制電路選用相對最優(yōu)比例系數(shù)和積分電容參數(shù)時(shí)的負(fù)載電壓波形。

2.4 設(shè)計(jì)步驟4―實(shí)際開關(guān)電源系統(tǒng)測試

依據(jù)仿真預(yù)定元器件參數(shù)構(gòu)建出具體的電路。在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試中，要求學(xué)生利用示波器等檢測儀器分析電路中的問題，幫助進(jìn)一步確定最佳元器件參數(shù)。下面是對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測試的一些數(shù)據(jù)(見表1，表2)。

表1 輸入設(shè)定電壓和輸出實(shí)際電壓

表2 輸入設(shè)定電壓和輸出實(shí)際電壓

實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明：本電路系統(tǒng)可以穩(wěn)定地輸出0～12 V的直流電壓。

實(shí)踐表明，引導(dǎo)學(xué)生將不同仿真軟件綜合應(yīng)用于電力電子電路的設(shè)計(jì)，不僅能有效地幫助學(xué)生提高電路設(shè)計(jì)的效率，而且對開拓學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力也是有益的。

參考文獻(xiàn)

[1] 許俊云.實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)與使用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,8:337-339.