序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇電路設(shè)計(jì)論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

電路設(shè)計(jì)尤其是超聲波信號的收發(fā)處理采用諸如TX734激勵電路、MAX2038回波放大處理電路等專用IC效果固然理想，但考慮到研發(fā)專用設(shè)備僅需小批量試制的因素，故在電路方案選型設(shè)計(jì)時遵循簡單實(shí)用、器件易于采購的原則，盡量選用通用元器件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)電路主要由超聲波發(fā)射激勵和電源變換單元、超聲波回波信號處理單元、時間差測量單元、單片機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理單元組成。排版布線亦盡量參照IC生產(chǎn)廠商的DEMO方案，采用貼片元件的雙面PCB設(shè)計(jì)制作，以提高樣機(jī)研發(fā)的一次性成功率。

1.1超聲波收發(fā)電路由于檢測裝置工作于井下，井口只為其提供了一路＋24V直流電源，各單元電路的工作電源需要依靠DC／DC變換電路獲得。控制系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)使用的＋5V和±12V電源由LM2596－5．0承擔(dān)，其主路輸出＋5V／2A電源供單片機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)使用，將其儲能電感改用5026－47μH環(huán)形功率電感，并在其上增加兩個輔助繞組，經(jīng)整流、濾波和LM78（79）L12三端穩(wěn)壓IC后產(chǎn)生±12V／0．1A直流電源供信號處理系統(tǒng)使用；超聲波發(fā)射采用了高壓脈沖激勵方式，＋200～300V激勵電壓由＋24V供電電壓經(jīng)簡單的Boost升壓電路獲得，利用單片機(jī)送來的1ms周期、5μs脈寬脈沖信號控制MOSFET開關(guān)管實(shí)現(xiàn)對超聲波發(fā)射探頭的激勵，儲能電感選用TDK－NL565050T－822J－PF（8．2mH）貼片電感，NMOS開關(guān)管選用2N60即可。超聲波激勵及電源變換電路如圖2所示。經(jīng)實(shí)測，激勵脈沖會在接收探頭中產(chǎn)生一個較大的諧振頻率為5MHz、大約5個周期的串?dāng)_信號，為此，接收電路設(shè)計(jì)了一個對發(fā)射激勵脈沖延遲6μs、持續(xù)30μs的使能控制信號，控制接收放大處理電路僅在使能信號有效期間實(shí)現(xiàn)回波信號的放大和輸出，使之能夠在鋼管內(nèi)壁和外壁反射的一次、二次回波信號到來之前有效地消除激勵脈沖串?dāng)_的影響，使能控制信號時序關(guān)系見圖3。檢測裝置中用于時間差測量的TDC－GP2的典型應(yīng)用是作為超聲波流量計(jì)、激光測距儀的時間間隔測量、頻率和相位信號分析等高精度測試領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中輸入信號一般都較強(qiáng)，經(jīng)簡單處理后即可作為TDC－GP2的START、STOP控制信號使用，而該檢測裝置的超聲波回波信號尤其是多次反射回波信號非常微弱且雜波較大（實(shí)測回波信號大約在mV數(shù)量級），必須經(jīng)高增益寬帶放大器放大和濾波、檢波、整形處理后才能勝任。寬帶放大器由AD604承擔(dān)，可獲得6～54dB的增益并可由VGN端電壓連續(xù)控制，可較好地滿足超聲波回波信號高速高增益放大的要求［2］。考慮到僅需將回波信號放大處理后形成STOP控制脈沖即可，故電路僅利用可調(diào)電阻對2．5V基準(zhǔn)電壓（由TL431產(chǎn)生）分壓獲得的VGN電壓進(jìn)行增益設(shè)定，但設(shè)計(jì)電路亦有預(yù)留接口可用于接受經(jīng)單片機(jī)和DAC輸出的AGC控制電壓，實(shí)現(xiàn)增益的閉環(huán)控制。AD604前級放大電路如圖4所示。帶通濾波器選用由MAX4104構(gòu)成，設(shè)計(jì)中心頻率為5MHz，帶寬約為1MHz；鉗位和檢波由AD8036完成，具有卓越的鉗位性能和精度高、恢復(fù)時間短、非線性范圍小、頻帶寬的特點(diǎn)；檢波輸出信號的整形處理由MAX9141負(fù)責(zé)，這是一款具有鎖存使能和器件關(guān)斷功能的高速比較器，具有高速、低功耗、高抗共模能力和滿擺幅輸入特性等，回波信號經(jīng)其整形處理后可獲得理想的脈沖前沿，并便于與TTL邏輯電平接口，還可以方便地實(shí)現(xiàn)回波信號輸出的使能控制。信號調(diào)理電路如圖5所示。

1.2時間差測量電路回波信號時差測量選用了德國ACAM公司的高精度時間間隔測量芯片TDC－GP2。TDC－GP2采用44腳TQFP封裝，內(nèi)含TDC測量單元、16位算術(shù)邏輯單元、RLC測量單元及與8位處理器的接口單元和溫度補(bǔ)償單元等主要功能模塊，利用內(nèi)部ALU單元計(jì)算出時間間隔，并送入結(jié)果寄存器保存。TDC－GP2基于內(nèi)部的硬件電路測量“傳輸延時”，以信號通過內(nèi)部門電路的傳輸延遲來實(shí)現(xiàn)高精度時間間隔測量，測量分辨率可達(dá)pS數(shù)量級，可以很好滿足項(xiàng)目測量的要求。單片機(jī)在給超聲波傳感器提供發(fā)射激勵脈沖的同時給TDC－GP2提供START信號指令使之開始計(jì)時工作，超聲波接收頭接收到的反射回波信號經(jīng)放大、處理后作為STOP指令信號，由TDC－GP2完成兩次反射波時間間隔的測量。由前述可知，STOP與START信號的時間差大約在6～40μS之間，時差測量分辨率約為0．07μs，為此，設(shè)定TDC－GP2工作于“測量模式2”，在該模式下芯片僅使用通道1，可允許4個脈沖輸入，實(shí)現(xiàn)STOP1與START信號之間的時間差測量，測量范圍在60ns～200ms，然后，由TDC－GP2計(jì)算出各回波信號間的時間差Δt＝tB－tS＝tn－tn－1。測量原理如下：在輸入START信號指令后，芯片內(nèi)部測量出該信號前沿與下一時鐘上升沿的時差，標(biāo)記為Fc1；之后，計(jì)數(shù)器開始工作，得到predivider的工作周期數(shù)，并標(biāo)記為Cc；這時，重新激活芯片內(nèi)部測量單元，測量出輸入的STOP1信號的第一個脈沖（一次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差，標(biāo)記為Fc2，將STOP1信號的第二個脈沖（二次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差標(biāo)記為Fc3，……；Cal1和Cal2分別表示一個和兩個時鐘周期。

1.3單片機(jī)接口電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的單片機(jī)選擇余地較大，項(xiàng)目結(jié)合TI公司中國大學(xué)計(jì)劃選用了美國德州儀器公司生產(chǎn)的MSP43016位單片機(jī)，具有16位總線、帶FLASH的微處理器和功耗低、可靠性高、抗強(qiáng)電干擾性能好、適應(yīng)工業(yè)級運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)，很適合于作現(xiàn)場測試設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)處理使用［4］。TDC－GP2其與單片機(jī)的通信方式為四線串行通信（SPI），利用MSP430的4個P2．x和P4．2I／O口實(shí)現(xiàn)GP2的選通、中斷和開始、結(jié)束使能以及復(fù)位等控制功能。MSP430除用來對GP2控制和數(shù)據(jù)處理外，還可以留出一些資源實(shí)現(xiàn)設(shè)備其他電路和動作機(jī)構(gòu)的控制使用。單片機(jī)接口電路原理和程序流程分別如圖8和圖9所示。

2結(jié)束語

篇(2)

以往的擁擠度估計(jì)方法分為兩類：邊界框方法和總體布線方法。由于布線模型沒有確定，邊界框方法是一種粗略的估計(jì)方法。總體布線是一種基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法，通常是L型布線或Z型布線。本文采用總體布線的方法來進(jìn)行擁擠度的估計(jì)，模塊的邊的移動通過總體布線來控制。

2擁擠度驅(qū)動的模塊邊的移動

2.1確定布局區(qū)域的大小

改變布局區(qū)域的大小的目的是使其能夠滿足布線需求。首先，將整塊電路板劃分成m×n個布局區(qū)域，用Bij代表每個布局區(qū)域，i代表行（i=1…m），j代表列（j=1…n）。如圖3所示，xij和xij+1分別代表布局區(qū)域Bij的左邊和右邊，yij和yij+1分別代表布局區(qū)域Bij的上邊和下邊。uijl、uijr、uijt和uijb分別代表通過總體布線得到的布局區(qū)域左邊、右邊、上邊和下邊布線的數(shù)量。H、W、hTile和wTile分別代表電路板的高度、寬度、布局區(qū)域原始高度和原始寬度。（1）布通率約束。布線的容量與布局區(qū)域邊的長度相關(guān)聯(lián)，理想情況下，如果布局區(qū)域的邊足夠大，布線時就不會產(chǎn)生重疊。在布通率約束公式中，用xi,j+1-xij代表布局區(qū)域Bij的寬度，用f1（u）表示容納下u條線所需要的長度，u是通過總體布線得出的。（2）面積約束。此約束是用來確保布局區(qū)域可以容納下其中的所有單元，如果沒有此約束，假設(shè)布局區(qū)域的高是固定的，當(dāng)布局區(qū)域的邊不擁擠時，在X方向布局區(qū)域內(nèi)的單元就會產(chǎn)生大量的重疊。（3）移動約束。算法輸入的結(jié)果是一個已經(jīng)合法化的布局，所以優(yōu)化過程有必要不過多的影響原有布局結(jié)果，因此需要設(shè)置移動約束來限制邊的移動。在公式中，C代表邊移動的限度，設(shè)定C的大小為布局區(qū)域?qū)挾鹊囊话搿＃?）電路板大小約束。最后設(shè)定電路板約束來限制邊在移動時不要超出電路板之外，保證結(jié)果的合理性。

2.2基于最長路徑的解決方法

快速有效的解決擁擠問題的方法是基于最長路徑技術(shù)。為了計(jì)算最長路徑，需要建立一個有向無環(huán)圖G（V，E），對于每一條布局區(qū)域邊Xij用頂點(diǎn)Vij來代替，對于每一種不同的約束這里用有向邊來代替，用邊Er代替布通率約束，用邊Ea代替面積約束，用邊Em代替移動約束，就可以找到從左至右最長的一條路徑，如圖4所示。因?yàn)樵趦蓚€頂點(diǎn)之間有三種約束，所以采用以下的方法計(jì)算出兩點(diǎn)間的最長路徑。其步驟如下：（1）按照布通率約束移動邊的時候，邊同時受到面積約束和移動約束，如果布通率約束得出的值同時滿足面積約束和移動約束，此時就將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為經(jīng)布通率約束得出的值（||Er||）。（2）如果得到的值僅滿足移動約束而不滿足面積約束，此時將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為有面積約束得到的值（||Ea||）。（3）如果經(jīng)布通率計(jì)算得到的值滿足面積約束而不滿足移動約束，此時將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為有移動約束得到的值（||Em||）。（4）如果由布通率計(jì)算得到的值對于其他兩種約束都不滿足，此時先將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為由移動約束計(jì)算得到的值（||Em||），如果同時也滿足面積約束，則此值被確定下來，如果不滿足面積約束，兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為由面積約束計(jì)算得到的值（||Ea||）。基于以上的理論，可以計(jì)算出任意兩點(diǎn)間的距離，最終確定出一行的長度：（L=Σ||E||）。選出所有行中最長的一行為最長路徑（LP）。如果該長度大于電路板的寬度（LP>W），需要壓縮此長度使其在電路板之內(nèi)。因?yàn)閮牲c(diǎn)間的距離有三種可能的值，定義經(jīng)布通率約束和移動約束得到的值（||Er||）、（||Em||）為可壓縮值，經(jīng)面積約束計(jì)算得到的值（||Ea||）為不可壓縮值。通過定義，將所有（||Er||）、（||Em||）乘以壓縮比例s（s=W/(LP-||Ea||）），就得到了滿足所有條件的結(jié)果。經(jīng)過上述操作，所有單元會整體向左偏移，并擠壓在原本不擁擠的區(qū)域，如圖5所示。為了避免這種情況，設(shè)布局區(qū)域邊未移動時的坐標(biāo)為Xi，j，經(jīng)過從左至右的最長路徑操作后得到的坐標(biāo)為Xli，j，然后將原本輸入的需要移動。根據(jù)布局區(qū)域改變前單元到區(qū)域左邊和區(qū)域右邊的比例確定新單元的位置，如圖6所示，L1/R1=L2/R2。

3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是在一臺CPU為2.4GHzIntelXeon，內(nèi)存4G的機(jī)器上完成，采用的ISPD2011比賽實(shí)例。選取的7個比賽實(shí)例以及由清華大學(xué)、國立交通大學(xué)、密歇根大學(xué)處理的結(jié)果，用總體布線工具NCTURouter2.0[11]確定估計(jì)的擁擠信息和評估實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對各院校比賽得出的布局結(jié)果進(jìn)行處理優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)在表1中，前綴如SC代表清華大學(xué)，VDA代表國立交通大學(xué)，simpl代表密歇根大學(xué)，后接的如superblue4為比賽中的實(shí)例名稱，組合在一起表示各大學(xué)對不同實(shí)例處理的結(jié)果。通過數(shù)據(jù)得出經(jīng)過優(yōu)化處理之后的結(jié)果在布線線長、布線重疊度、布線時間上都有很好的優(yōu)化，特別是經(jīng)清華大學(xué)處理的實(shí)例superblue4，提高極為明顯，由國立交通大學(xué)大學(xué)處理的結(jié)果也有很大的提高。

4結(jié)論

篇(3)

1）實(shí)際導(dǎo)通時柵極偏壓一般選12～15V為宜；而柵極負(fù)偏置電壓可使IGBT可靠關(guān)斷，一般負(fù)偏置電壓選－5V為宜。在實(shí)際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動電路出現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射之間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管。

2）考慮到開通期間內(nèi)部MOSFET產(chǎn)生Mill－er效應(yīng)，要用大電流驅(qū)動源對柵極的輸入電容進(jìn)行快速充放電，以保證驅(qū)動信號有足夠陡峭的上升、下降沿，加快開關(guān)速度，從而使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。

3）選擇合適的柵極串聯(lián)電阻（一般為10Ω左右）和合適的柵射并聯(lián)電阻（一般為數(shù)百歐姆），以保證動態(tài)驅(qū)動效果和防靜電效果。根據(jù)以上要求，可設(shè)計(jì)出如圖1所示的半橋LC串聯(lián)諧振充電電源的IGBT驅(qū)動電路原理圖。考慮到多數(shù)芯片難以承受20V及以上的電源電壓，所以驅(qū)動電源Vo采用18V。二極管V79將其拆分為＋12．9V和－5．1V，前者是維持IGBT導(dǎo)通的電壓，后者用于IGBT關(guān)斷的負(fù)電壓保護(hù)。光耦TLP350將PWM弱電信號傳輸給驅(qū)動電路且實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，而驅(qū)動器TC4422A可為IGBT模塊提供較高開關(guān)頻率下的動態(tài)大電流開關(guān)信號，其輸出端口串聯(lián)的電容C65可以進(jìn)一步加快開關(guān)速度。應(yīng)注意一個IGBT模塊有兩個相同單管，所以實(shí)際需要兩路不共地的18V穩(wěn)壓電源；另外IGBT柵射極之間的510Ω并聯(lián)電阻應(yīng)該直接焊裝在其管腳上（未在圖中畫出），而且最好在管腳上并聯(lián)焊裝一個1N4733和1N4744（反向串聯(lián)）穩(wěn)壓二極管，以保護(hù)IGBT的柵極。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在變換器的LC輸出端接入兩個2W／200Ω的電阻進(jìn)行靜態(tài)測試。實(shí)驗(yàn)中使用的儀器為：Agi－lent54833A型示波器，10073D低壓探頭。示波器置于AC檔對輸出電壓紋波進(jìn)行觀測，波形如圖5所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，輸出紋波可以基本保持在±10mV以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。此后對反激變換器電路板與IGBT模塊驅(qū)動電路板進(jìn)行對接聯(lián)調(diào)。觀察了IGBT柵極的驅(qū)動信號波形。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，IGBT在開通時驅(qū)動電壓接近13V，而在其關(guān)斷時間內(nèi)電壓接近5V。這主要是電路中的光耦和大電流驅(qū)動器本身內(nèi)部的晶體管對驅(qū)動電壓有所消耗（即管壓降）造成的，故不可能完全達(dá)到18V供電電源的水平。

3結(jié)論

篇(4)

電熱水瓶采用的是蒸氣智能感應(yīng)控制，過熱保護(hù)，水煮沸自動斷電，具有保溫功能。電熱水瓶具有方便快捷等特點(diǎn)，如今已經(jīng)進(jìn)入尋常百姓家。雖然目前我國飲水機(jī)的普及率很高，但由于飲水機(jī)存在體積大，水溫不夠高，無法達(dá)到對生水高溫消毒，需重復(fù)加熱，使用不當(dāng)存在二次污染等問題，也為電熱水瓶行業(yè)提供了機(jī)會。此外，電熱水瓶跟普通水瓶不同之處就在于電熱水瓶具有雙功能特性，既能持續(xù)的燒水又能長時間保溫。但市場上銷售的此類產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，經(jīng)市場考察和用戶反映，目前此類產(chǎn)品均存在干燒損壞保險不能報(bào)警，水溫不能準(zhǔn)確讀出，保溫溫度不可調(diào)等缺點(diǎn)，給廣大消費(fèi)者帶來了很多不便。

2新型電水瓶電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

從節(jié)能環(huán)保和延長壽命的設(shè)計(jì)思想出發(fā)，可舍棄電水瓶中原有的電路，利用單片機(jī)AT89C51作為主控芯片，設(shè)計(jì)加熱模塊(由P1．3控制)、溫度顯示模塊(由P0．0～P0．6控制)、溫度設(shè)置模塊(由P3．1、P3．2、P3．3控制)、聲光報(bào)警模塊(由P3．6和P3．7控制)、防傾倒模塊(由壓觸式開關(guān)控制)和防干燒模塊(由比較器和繼電器控制)，實(shí)現(xiàn)水溫的控制。

(1)加熱模塊

加熱模塊采用比較器和繼電器控制的復(fù)合電路，當(dāng)用戶設(shè)置好溫度后，整個系統(tǒng)開始工作，發(fā)熱盤處于通電加熱狀態(tài)開始燒水，當(dāng)水燒開后保溫系統(tǒng)啟動，溫度達(dá)到用戶設(shè)定溫度后，比較器同向輸入端電壓高于反向輸入端電壓，比較器輸出信號，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，加熱模塊停止工作，當(dāng)溫度低于用戶設(shè)定值后，電路再次啟動，繼電器跳開，加熱盤接通電源，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)相對恒溫保溫功能，方便人們的日常飲水，如泡茶、沖咖啡、泡方便面等等，根據(jù)所需不同的溫度做相應(yīng)的調(diào)整。

(2)溫度顯示模塊

溫度顯示模塊設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是為了使人們直觀地看到電熱水瓶中的實(shí)時水溫，如果水溫偏低，可以進(jìn)行加溫操作，如果水溫偏高，可以進(jìn)行降溫操作，滿足人們對水溫的不同要求。該模塊由3個共陽極的七段數(shù)碼管構(gòu)成，其采用動態(tài)掃描的工作方式，用PNP三極管9012加以驅(qū)動，使顯示更加穩(wěn)定更加清晰。驅(qū)動電路采用3個PNP三極管(如9012、8550等)，所有的發(fā)射極連在一起接+5V電源，集電極分別接每個數(shù)碼管的位選端(或公共端)，基極分別接偏置電阻后，接入段掃描驅(qū)動端口(單片機(jī)的P0口)。

(3)溫度設(shè)置模塊

溫度設(shè)置模塊進(jìn)行溫度的設(shè)置和調(diào)整。電路中采用了3個按鍵K1、K2、K3，它們的功能分別是:溫度設(shè)置，加溫和減溫操作，為人們需要不同溫度的開水提供了便利。

(4)溫度傳感模塊

溫度傳感電路采用溫度傳感器DS18B20。DS18B20是可組網(wǎng)單總線數(shù)字溫度傳感器芯片。具有耐磨耐碰、體積小、使用方便、封裝形式多樣等特點(diǎn)，適用于各種狹小空間測溫。DS18B20與微處理器連接時僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS1K8B20的雙向通信，在使用中不需要任何元件，可用數(shù)據(jù)線供電，通過編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式，用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上、下限，支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。DS18B20有兩種供電方式，一種是總線供電方式，該模式允許DS18B20工作于無外部電源需求狀態(tài)，寄生電源在進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫是非常有用的。溫度高于100℃時，不推薦使用寄生電源，因?yàn)镈S18B20在這種溫度下漏電流比較大，通信可能無法進(jìn)行。

(5)聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警用于提醒用戶電熱水瓶是處于正常工作還是干燒狀態(tài)。該模塊有兩組報(bào)警，采用三極管驅(qū)動蜂鳴器，第一組報(bào)警是用于水燒開后的提示，此時綠色發(fā)光二極管LED燈閃爍，第二組報(bào)警是用于電熱水瓶干燒時的提示，此時紅色發(fā)光二極管LED燈閃爍。聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)使得用戶不用打開電熱水瓶蓋子就可以獲知瓶內(nèi)是否有水，避免了干燒損耗。

(6)防傾倒模塊

防傾倒模塊的設(shè)計(jì)是處于安全的考慮。防止人們特別是老人接開水或者小孩亂摸亂動電熱水瓶的過程中出現(xiàn)了電水瓶傾倒后熱水燙傷人的情況發(fā)生。該模塊采用目前市面上普遍采用的壓觸式開關(guān)(即使用一個能通過大電流的按鍵開關(guān)串聯(lián)到輸入回路中)，將它放到產(chǎn)品的底坐上，平時由于自身重力而處于閉合狀態(tài)，一旦水壺傾倒，按鍵開關(guān)彈開，從而切斷電源，保證安全。

(7)防干燒模塊

在以往的電熱水瓶中，當(dāng)瓶內(nèi)水偏少以致已無法出水而沒有及時往瓶內(nèi)添加涼水時，電熱水瓶可能仍然在通電工作，達(dá)到一定程度電水瓶的保險被燒壞，如果想要繼續(xù)使用，就得拿到維修點(diǎn)進(jìn)行維修，增大了使用成本。該模塊采用繼電器和比較器控制的復(fù)合電路，在水壺中放入一個惰性電極，利用不銹鋼水壺膽作為一個電極，利用比較器比較有水和無水時的電壓(由于電流相等，電阻越大分到的電壓就越多)，當(dāng)水壺水位低于最低值時，系統(tǒng)默認(rèn)為無水狀態(tài)，控制電路動作，繼電器斷開，加熱模塊停止供電。

3總結(jié)

篇(5)

關(guān)鍵詞：節(jié)能燈；電子線路設(shè)計(jì)；調(diào)光；充電；臺燈電路

0前言

隨著高科技的發(fā)展，節(jié)能燈也不斷的更新，它不但具有體積小、光效高、壽命長、耗電少、造型美觀、使用方便等特點(diǎn)；而且適用于各種使用要求的燈具應(yīng)運(yùn)而生，學(xué)生燈、書寫燈、應(yīng)急燈、日光燈、霞光燈、晚餐燈、不同高度的落地?zé)舻刃缕返觥亩軌蚝芎玫臐M足人們方方面面的需要，受到人們的歡迎。

1普通調(diào)光臺燈電路

1.1亮度穩(wěn)定的調(diào)光臺燈電路

本調(diào)光臺燈電路不僅可使亮度可調(diào)，而且調(diào)整后的亮度不會因電網(wǎng)電壓的波動而變化。電路如圖1所示。

電路原理如下。

（1）調(diào)光由R2、KP1和C1組成的阻容移相網(wǎng)絡(luò)決定晶閘管VT的導(dǎo)通角，當(dāng)C1兩端電壓經(jīng)R2、KP1充電上升到雙向觸發(fā)管的導(dǎo)通電壓時，雙向晶閘管VT被觸發(fā)導(dǎo)通；當(dāng)交流電流過零時，VT自行關(guān)斷。調(diào)節(jié)KP1可改變C1的充電時間，從而改變VT在交流電正、負(fù)半周的導(dǎo)通角，以便得到需要的亮度。（2）穩(wěn)定調(diào)光。R3、KP2及光敏電阻RG串聯(lián)后和C1并聯(lián)，在R3、KP2固定的情形下，分流的大小由光敏電阻RG的阻值決定。當(dāng)電網(wǎng)電壓上升時，燈光亮度增加，RG受到的照度增大，阻值減小，分流增大，C1兩端電壓上升變慢，VT導(dǎo)通角變小，燈光亮度下降；反之亦然。這樣就自動地將輸出電壓穩(wěn)定在需要數(shù)值，保證了燈光亮度不變。

1.2鍵控調(diào)光臺燈電路

本鍵控調(diào)光臺燈電路利用兩個輕觸式按鍵來調(diào)光，當(dāng)輕觸其中一個按鍵時，光線將由強(qiáng)變?nèi)酰p觸另一個按鍵時，光線又會由弱變強(qiáng)，從而滿足用戶對光線的要求。電路如圖2所示。

電路原理如下

VD1、VD2、C3、C2組成電容降壓式直流電源，MOS場效應(yīng)管V、電容C1等組成雙向晶閘管VT的觸發(fā)電路。VW1、VW2為保護(hù)二極管，防止場效應(yīng)管柵極被擊穿。當(dāng)按下AN1時，C1經(jīng)R2放電，V的柵極電位下降，漏極電流減小，VT的導(dǎo)通角變小，HL光線變暗；當(dāng)AN1、AN2都松開時，由于場效應(yīng)管的柵源電阻很大，C1兩端的電壓將基本不變，所以VT的導(dǎo)通角也將不變，光線穩(wěn)定下來。

1.3光照控制自動調(diào)光臺燈電路

本自動調(diào)光臺燈能根據(jù)周圍環(huán)境照度強(qiáng)弱自動調(diào)整臺燈發(fā)光量。環(huán)境照度弱，發(fā)光亮度大，環(huán)境照度強(qiáng)，發(fā)光亮度就暗。電路如圖3所示。

電路原理如下。

當(dāng)開關(guān)S撥向“2”位時，它是一個普通調(diào)光臺燈。KP、C和氖泡Ne組成張弛振蕩器，用來產(chǎn)生移相脈沖觸發(fā)晶閘管VT。一般氖泡輝光導(dǎo)通電壓為60-80V，當(dāng)C充電到輝光電壓時，Ne導(dǎo)通，VT被觸發(fā)導(dǎo)通，達(dá)到調(diào)光的目的。調(diào)節(jié)KP能改變C的充電速度、從而改變VT的導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)光目的、R2、R3構(gòu)成分壓器通過VD5也向C充電，改變R2、R3分壓比也能改變VT的導(dǎo)通角，使燈泡HL的亮度發(fā)生變化。當(dāng)S撥向“1”位時，光敏電阻RG取代R3，當(dāng)周圍光線較弱時，RG呈現(xiàn)高電阻，電阻分壓器在RG上的分壓值變高，電容C充電速率加快，振蕩頻率變高，VT導(dǎo)通角變大，HL兩端電壓升高，亮度增大；當(dāng)周圍光線增強(qiáng)時，RG電阻變小，與上述相反，HL兩端電壓變低，亮度減小，從而實(shí)現(xiàn)自動調(diào)光的目的。2、調(diào)光、充電、應(yīng)急臺燈電路的整體設(shè)計(jì)本電路具有調(diào)光、充電和應(yīng)急照明三種功能。平時電網(wǎng)供電時，可進(jìn)行調(diào)光并對電池充電；電網(wǎng)停電時會自動點(diǎn)亮應(yīng)急燈。電路如圖4所示。

電路原理如下：

（1）調(diào)光。

接通開關(guān)S，電網(wǎng)供電時，交流電壓經(jīng)電容C1降壓限流，再經(jīng)VD1-VD4全橋整流后提供直流電壓使繼電器J1勵磁吸合，其常開觸點(diǎn)J1-1斷開切斷燈炮HL1的電流，HL1不會點(diǎn)亮；常閉觸點(diǎn)J1-3斷開，常開觸點(diǎn)J1-2閉合，燈泡HL2點(diǎn)亮。同時，電網(wǎng)電壓經(jīng)VD7－VD10全橋整流、R1降壓限流后給調(diào)光控制電路供電，調(diào)光控制電路中，三極管V1、V2和R4、KP，C等構(gòu)成張弛震蕩器，其輸出信號從V2的發(fā)射極取出作為晶閘管VT的移相觸發(fā)脈沖。調(diào)整KP即可改變張弛震蕩器的震蕩頻率，從而改變VT的導(dǎo)通角，也就改變了HL2的亮度，實(shí)現(xiàn)了調(diào)光功能。

（2）充電。

在HL2點(diǎn)亮的同時，電路對電池E充電、在電網(wǎng)電壓正半周時，VD5導(dǎo)通，VD6截止，E獲得充電電流；在電網(wǎng)電壓負(fù)半周時，VD5截止，VD6導(dǎo)通，電路停止對E充電。即E以脈動電流充電，且充電電流通過HL2，故調(diào)整HL2的亮度就可以改變充電電流的大小。

（3）應(yīng)急。

在電網(wǎng)突然停止供電時，繼電器J1因失電而釋放，其常開觸點(diǎn)J1-2斷開，切斷調(diào)光及HL2電路，常閉觸點(diǎn)J1-1、J1-3閉合，電池E給HL1供電，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急照明。

3結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)出了調(diào)光、充電、應(yīng)急臺燈，從而解決了停電情況下光的危機(jī)，同時，本設(shè)計(jì)的思想可以應(yīng)用到空調(diào)、洗衣機(jī)、電視機(jī)、電腦等其它產(chǎn)品的電子電路設(shè)計(jì)中去，具有重要的意義和廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

［1］深精虎.電路設(shè)計(jì)與制版——Protel99入門與提高［M］.北京：人民郵電出版社，1991.

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(jì)

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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際情況來最終確定。

2航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)電路及失效分析

2.2.1MAX1968芯片設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)施。在實(shí)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(jì)方案

2.3.1完善MAX1968芯片電路設(shè)計(jì)

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(yàn)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(shí)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(jì)，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(shí)施輸出工作。具體新的設(shè)計(jì)電路方案如圖3所示。通過大量的試驗(yàn)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(jì)方案電路試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)完善電路特性搭建了對電路性能驗(yàn)證比較的試驗(yàn)平臺，試驗(yàn)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(yàn)證中，完善之前的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)工程驗(yàn)證

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

3結(jié)束語

篇(7)

由于振動能量收集器輸出的是交流電壓（電流）信號，所以首先要使用整流電路將其轉(zhuǎn)換為直流電壓，如圖2所示。其中，Cs是存儲電容，用于累積收集的電量，i0（t）表示整流電路輸出電流值，Vs表示整流電路輸出電壓值。此時，Vs稱之為振動能量收集器整流輸出電壓的最優(yōu)值，影響因素包括Ip、f和Cp。而Ip又取決于振動幅度，f代表振動頻率，Cp由壓電材料特性決定，可以認(rèn)為是一個常量。由此可以推出，振動能量收集器輸出的交流電壓（電流）信號存在一個最優(yōu)值，且由振動幅度、頻率和壓電材料特性決定。所以，振動能量收集器的生產(chǎn)廠商一般會給出特定振動頻率下，收集器輸出功率與工作電壓和振動幅度的關(guān)系曲線。以測試采用的MIDE公司生產(chǎn)的VOLTURE系列振動能量收集器V25W為例，振動頻率為40Hz時，振動幅度分別為0.25g、0.375g、0.5g和1.0g的情況下，使輸出功率最大化的等效開路電壓分別為4V、7V、8V和15V。

2振動能量收集電源設(shè)計(jì)

收集到的電能轉(zhuǎn)換為直流后，還需要經(jīng)過穩(wěn)壓電路才能供負(fù)載使用。傳統(tǒng)的方法中，整流電路和穩(wěn)壓電路采用整流二極管、存儲電容、保護(hù)二極管和三端穩(wěn)壓器等分立器件組合而成，電路調(diào)試難度大，轉(zhuǎn)換效率低下。凌力爾特公司最近生產(chǎn)出一款專用于振動能量收集的電源芯片LTC3588-2，內(nèi)部集成了整流橋、穩(wěn)壓及控制電路，由它構(gòu)成的電源電路非常簡單，如圖3所示。其中，PZ1和PZ2引腳連接振動能量收集器，D0和D1引腳用于選擇輸出電壓值（3.45V、4.1V、4.5V、5.0V可選），此電路選擇為5.0V輸出，Pgood引腳作為穩(wěn)壓電源“準(zhǔn)備好”的提示信號。

電路使用的元器件中，比較關(guān)鍵的是輸入端存儲電容Cs的選擇。在振動能量收集電路中，存儲電容最重要的特點(diǎn)是低泄漏電流，而等效串聯(lián)電阻值并不重要，考慮泄漏電流、充電能力和電氣參數(shù)穩(wěn)定性等指標(biāo)對電路的影響，TRJ系列鉭電容是振動能量收集的最佳選擇，所以Cs選擇容量為22μF、耐壓25V的TRJ鉭電容。

3測試與結(jié)論

使用振動臺作為振動源模擬環(huán)境振動，選用振動頻率40Hz、振動幅度1.0g的MIDE公司的V25W振動能量收集器以懸梁臂的結(jié)構(gòu)固定在振動臺上，并在其末端粘貼約16g的重物，用于將收集器自身頻率調(diào)節(jié)到40Hz，以匹配振動源頻率。

振動臺起振后，振動能量收集器輸出的交流電壓非常平滑，符合正弦信號的特征，其峰峰值大約13V，非常接近輸出功率最大時的開路電壓，信號周期25ms，頻率與振動源頻率一致。LTC3588-2將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓后給輸入端存儲電容Cs充電，Cs兩端電壓Vs慢慢爬升，一旦越過上升沿門限電壓（16V），芯片打開其內(nèi)部穩(wěn)壓電路，將Cs上的電荷搬移到輸出端存儲電容C2上，輸出電壓VO瞬間爬升到5V，給負(fù)載供電。與此同時，“準(zhǔn)備好”信號Pgood置為高電平，提示穩(wěn)壓電源可以使用。當(dāng)Vs由于電荷的搬移下降到下降沿門限電壓后，芯片關(guān)閉其內(nèi)部穩(wěn)壓電路，停止搬運(yùn)Cs上的電荷，使Cs兩端的電壓再次慢慢爬升。