电路设计分析篇1
关键词：可靠性仿真技术；课改要求；任务驱动；电路设计
1基于可靠性仿真技术的电路设计需求分析
基于可靠性仿真技术的电路设计主要是以虚拟仪器设备替代现实电子元器件，从而为电子电路的实践教学提供有效支撑，从而更好了践行“理实一体化”的教学理念，促进学生实践技能的提升，促使课程回归教学的本质。1.1实践性教学开展的内在需求。基于可靠性仿真技术的电路设计，学生可以参与拟订设计方案、仿真模拟等环节，从电路的设计方案、仿真模拟等环节，能够将晦涩难懂的理论知识与实践知识相结合，帮助学生提升实践技能。1.2实现层次化和差异化教学的必然选择。关涉电路设计的技术型教学内容涉及的元器件较为繁杂，且不同元器件性能、参数、封装形式、价格、功耗等存在较大区别，在教学过程中需要反复的实验、测试，这增加了设备投资成本，而且因为学生个性化差异，学习、接受能力各不相同，加之电子元器件复杂程度的不同，应该据此分层次设定目标，以贴近生活、学生所喜爱的教学内容，以“任务驱动”的形式引导学生进入知识和技能的学习，但这势必增加电子元器件的投入，而仿真模拟电路的设计可以利用仿真软件呈现电子电路的操作面板和功能，并通过交互式操作完成相应测试任务，不仅满足了教学需求，而且控制了教学成本。
2基于可靠性仿真技术的电路设计方案
2.1电路设计的整体流程。可靠性仿真技术可以检验电路存在的故障并发现设计的薄弱环节，从而有针对性的进行改进，为了遵循由简入繁的原则，以有效调动学生学习热情和积极性，本文以典型电路电源模块设计为例，设计过程中首先应该进行可靠性仿真实验，其具体的流程如图1所示。2.2电路设计的具体步骤。2.2.1设计信息采集。为了实现电源电路的优化设计，应详细搜集其应用环境和使用方法等信息，具体包含所采用的元器件、原材料特性2.2.2数字样机建模。电路设计中数字样机建模须采用专业软件实现，但因为学生学习、接受能力存在差异，应该目标层次，将设计过程进行分解，并以“任务驱动”的形式，将不同设计知识分配到各个任务之中，让学生通过分步设计完成理论知识的实践应用，由此才能确保电路设计学习的效果，通常存在热设计信息和振动设计信息两类建模方式，具体的建模步骤为：首先根据将所获取的电路信息进行简化，完成CaD数字样机模型的构建，并依据热设计信息建立CFD数字样机模型，而后依据振动设计信息建立Fea数字样机模型。其次，为确保CFD数字样机与物理样机的一致性，须对其进行修正与验证，利用对电源模块工作状态热测量的方式，获取其关键元器件点温度测试数据，并根据所得结果修正电源模块CFD数字样机的边界条件、期间参数，由此实现对CFD数字样机的修正。再次，同理，也须采用相同的方法对FeD数字样机进行修正，且测试过程中，应该在约束条件下对电源模块重点部位，关键元器件进行模态分析，并依据结果完成修正。2.2.3应力分析。温度应力分析选用mentorGraphics公司的FlothermV90分析计算电源模块CFD数字样机模型，经过分析可知，电源模块设计中如元器件排布不合理，则会导致电路设计存在热分布过度集中的缺陷。分析中，平台环境温度70℃设定为第一参考温度条件，电源模块表层军温度72℃设为第二参考温度条件，经过分析，为电源模块所在分级提供5V工作电源的功率器区域，是热分布较集中的部位，需要修正电路设计方案。而对于振动应力分析，则选用anSYS公司的anSYSworkbench12.1分析计算电源模块Fea数字样机模型，分析结果显示，电源模块中元器件数量和重量排布、安装方式设计不合理，使得电源模块产生局部共振的设计问题，应该据此进行及时修正，以优化电路设计。
3结束语
本文将可靠性仿真技术引入电路设计之中，将电路细化分类，并根据学生个体差异由简入繁、逐步引导，实现了教学目标的分层实现，也将培养学生的实践技能真正落实到实处。
作者:宋月丽刘立军单位:辽宁机电职业技术学院
参考文献
[1]王朝新,任斌,陈洁,董绪.基于虚拟实验平台的模拟电子技术课程设计开发与仿真[J].电子设计工程,2012,14:44-47.
电路设计分析篇2
电路容差分析是由日本质量管理专家田口玄一于20世纪60年代提出的，作为“三次设计”（系统设计、参数设计、容差设计）的一种重要分支，它大大提高了电路可靠性，保证了电路的输出一致性、降低了设计生产成本。电路容差分析就是建立电路性能关于电路元器件参数容差范围的数学模型，分析器件参数容差对电路性能的影响情况，从而优化设计。
1电路容差分析方法
国家军标GJB/89-97《电路容差分析指南》中指出，容差分析是一种预测电路性能参数稳定性的方法。常用的分析方法有两种，一是以灵敏度为基础的方法，如最坏情况分析法，（worst-Caseanalysis），它是一种非概率统计方法，分析在电路组成元器件参数最坏情况下的线路性能参数偏差，它利用已知元器件参数的变化极限来预计电力性能参数变化是否超过了允许范围。在预计电路性能参数变化范围时，元器件参数的变化取上、下极限值，因此它得到的是电路性能指标最大偏差，最严格地决定了元件所能容许的误差，虽然实际生产中，这种情况出现的概率很小，是一种很保守的情况分析，但它对衡量产品质量非常有用，即通过了最坏情况分析的设计，电路可靠性最好，对航天、反应堆等风险较大设备的电路尤为适用。
第二种方法是以概率统计为基础的方法，如蒙特卡洛分析法，它是当电路组成部分的参数服从某种分布时。对其进行大量随机抽样，对电路进行仿真分析，计算电路性能参数的统计特性和偏差范围的一种统计分析方法。
不论哪种分析方法都需要建立具体电路的数学模型，不但计算复杂，工作量巨大，而且电路模型不能通用，因此限制了容差分析技术在工程实际中的应用。随着eDa（electronicDesignautomation）技术的飞速发展，出现了许多电子系统仿真软件，在这些软件上进行电路容差分析，可避免传统容差分析计算量大，参数调整缺乏灵活性等问题。在众多eDa软件中，orCaD公司的pspice软件因其专业性强、计算精度高、仿真结果合理等特点，使得在其基础上的电路容差分析具有更好的实用意义。
2某装置储能放电单元电路指标分析
图1储能放电单元电路模型
某装置中储能放电单元是其重要环节，要求具备较高的可靠性，其电路模型如图1所示，其中C为储能电容，L为放电回路总电感（包括电容器电感、传输线电感和负载电感），R是放电回路等效电阻。当该单元电路元器件参数发生偏差时，可能导致放电电流周期和幅值发生改变，从而使得某装置无法实现既定功能。因此需研究各元件参数的偏差对电路性能的影响情况，并在保证放电电流周期和幅值的满足要求的前提下合理选择元件的偏差范围降低产品成本。
在设定偏差为±10%的情况下，对放电电流幅值及周期分别进行瞬态响应仿真，仿真曲线如图2及图3所示。其中曲线1为无偏差时情况，曲线2为最坏情况曲线。
图2无偏差和偏差为±10%时电流幅值im仿真曲线
图3无偏差和偏差为±10%电流周期t仿真曲线
由仿真曲线可知，结果满足要求。
为了得到更好的经济指标，放宽器件的偏差要求，可继续将表1中的偏差范围取值为±11%或更大来进行仿真研究。当偏差范围取值为±11%、±12%时，系统仍然满足指标要求，但当偏差范围取值为±13%时，电流幅值的仿真曲线为图4所示，同样曲线1为无偏差时情况，曲线2为最坏情况曲线。
图4无偏差和偏差为±13%电流幅值im仿真曲线
由图4可知，在偏差取值为±13%时，电流幅值几乎小于3.0ka，电路可靠性不够，因此，选择元器件参数偏差为±12%，是经济指标和可靠性指标都较好的偏差范围。
4结论
对某储能放电电路应用pspice进行最坏情况分析，显示该放电单元电路元器件参数偏差选为±12%的条件下，放电电流周期和幅值均能满足电路性能指标要求，为实际生产提供了理论依据，节省了设计时间，扩大了器件选型范围，降低了电路成本。
【参考文献】
石永山，王飞，刘铭.电路容差分析在设计中的应用.光电技术应用，2010，12.
杨华中.电子电路中的计算机辅助分析与设计方法.清华大学出版社，2008.
电路设计分析篇3
关键词：三端离线pwm开关；正激变换器；高频变压器设计
引言
topSwitch是美国功率集成公司（pi）于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，是三端离线pwm开关（threeterminalofflinepwmSwitch）的缩写。它将开关电源中最重要的两个部分——pwm控制集成电路和功率开关管moSFet集成在一块芯片上，构成pwm/moSFet合二为一集成芯片，使外部电路简化，其工作频率高达100kHz，交流输入电压85～265V，aC/DC转换效率高达90％。对200w以下的开关电源，采用topSwitch作为主功率器件与其他电路相比，体积小、重量轻，自我保护功能齐全，从而降低了开关电源设计的复杂性，是一种简捷的SmpS（SwitchmodepowerSupply）设计方案。
topSwitch系列可在降压型，升压型，正激式和反激式等变换电路中使用。但是，在现有的参考文献以及pi公司提供的设计手册中，所介绍的都是用topSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。反激式变换器一般有两种工作方式：完全能量转换（电感电流不连续）和不完全能量转换（电感电流连续）。这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的，动态分析时要做不同的处理。实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化，和（或者）负载电流在较大范围内变化时，必然跨越两种工作方式，因此，常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。但是，要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式，在设计上是较为困难的。而且，作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计，由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用，在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难，对于初学者来说很难掌握。笔者采用top225Y设计了一种单端正激式开关电源电路，实验证明该电路是切实可行的。下面介绍其工作原理与设计方法，以供探讨。
1topSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题
topSwitch的交流输入电压范围为85～265V，最大电压应力≤700V，这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。
图1是典型的单端正激变换器电路，设计时通常取nS=np，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激变换器工作过程,topSwitch关断期间，变压器初级的励磁能量通过nS，D1，e续流（泄放）。此时，topSwitch承受的最大电压为
VDSmax≥2e=2Vmax=742V（1）
大于topSwitch所能承受的最大电压应力700V，所以，topSwitch不能在一般通用的正激变换器中使用。
2topSwitch在单端正激变换器中的应用
由式（1）可知，topSwitch不能在典型单端正激变换器中应用的关键问题，是其在关断期间所承受的电压应力超过了允许值，如果能降低关断期间的电压应力，使它小于700V，则topSwitch仍可在单端正激变换器中应用。
2.1电路结构及工作原理
本文提出的topSwitch的单端正激变换器拓扑结构如图1所示。它与典型的单端正激变换器电路结构完全相同,只是变压器的去磁绕组的匝数为初级绕组匝数的2倍,即nS=2np。
topSwitch关断时的等效电路如图2所示。
若nS与np是紧耦合，则，即
Vnp=1/2VnS=1/2e（2）
VDSmax=Vnp＋e=e=1.5×371
=556.5V<700V（3）
2.2最大工作占空比分析
按np绕组每个开关周期正负V·s平衡原理，有
Vnpon(Dmax/t)=Vnpoff[(1-Dmax)/t]（4）
式中：Vnpon为topSwitch开通时变压器初级电压，Vnpon=e；
Vnpoff为topSwitch关断时变压器初级电压，Vnpoff=（1/2）e。
解式（4）得
Dmax=1/3（5）
为保险，取Dmax≤30％
2.3去磁绕组电流分析
改变了去磁绕组与初级绕组的匝比后，变压器初级绕组仍应该满足a·s平衡，初级绕组最大励磁电流为
im(t)|t=Dmaxt=ism=Dmaxt=(e/Lm)Dmaxt（6）
式中：Lm为初级绕组励磁电感。
当im(t)=ism时，B=Bmax，H=Hmax，则去磁电流最大值为
ism==(Hmaxlc/ns)=1/2ipm(7)
式中：lc为磁路长度；
ipm为初级电流的峰值。
根据图2（b）去磁电流的波形可以得到去磁电流的平均值和去磁电流的有效值is分别为
下面讨论当np=nS，Dmax=0.5与np=nS，Dmax=0.3时的去磁电流的平均值和有效值。设上述两种情况下的Hmax或Bmax相等，即两种情况下励磁绕组的安匝数相等，则有
im1np1=im2np2（10）
式中：np1为Dmax=0.5时的励磁绕组匝数；
np2为Dmax=0.3时的励磁绕组匝数；
设Lm1及Lm2分别为Dmax=0.5和Dmax=0.3时的初级绕组励磁电感，则有
im1=e/Lm1×0.5t为Dmax=0.5时的初级励磁电流；
im2=e/Lm2×0.3t为Dmax=0.3时的初级励磁电流。
由式（10）及Lm1，Lm2分别与np12，np22成正比，可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为
(np1)/(np2)=0.5/0.3
及(im1)/(im2)=(np2)/(np1)=0.3/0.5(12)
当nS1=np1时和nS2=2np2时去磁电流最大值分别为
ism1=im1=im（13）
ism2=im2=(0.5/0.6)im（14）
将式（10）～（14）有关参数代入式（8）～（9）可得到，当Dmax=0.5时和Dmax=0.3时的去磁电流平均值及与有效值is1及is2分别为
is1=1/4imimis1=0.408im（Dmax=0.5）
is2≈0.29imis2=0.483im（Dmax=0.3）
从计算结果可知，采用nS=2np设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于nS=np设计的去磁绕组的电流值。因此，在选择去磁绕组的线径时要注意。
3高频变压器设计
由于电路元件少,该电源设计的关键是高频变压器,下面给出其设计方法。
3.1磁芯的选择
按照输出Vo=15V，io=1.5a的要求，以及高频变压器考虑6％的余量，则输出功率po=1.06×15×1.5=23.85w。根据输出功率选择磁芯，实际选取能输出25w功率的磁芯，根据有关设计手册选用ei25，查表可得该磁芯的有效截面积ae=0.42cm2。
3.2工作磁感应强度ΔB的选择
ΔB=0.5BS，BS为磁芯的饱和磁感应强度，由于铁氧体的BS为0.2～0.3t，取ΔB=0.15t。
3.3初级绕组匝数np的选取
选开关频率f=100kHz（t=10μs），按交流输入电压为最低值85V，emin≈1.4×85V，Dmax=0.3计算则
取np=53匝。
3.4去磁绕组匝数nS的选取
取nS=2np=106匝。
3.5次级匝数nt的选取
输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降，设输出电流为2a时的线路压降为7％，则空载输出电压Vo0≈16V。
取nt=24匝。
3.6偏置绕组匝数nB的选取
取偏置电压为9V，根据变压器次级伏匝数相等的原则，由16/24=9/nB，得nB=13.5,取nB=14匝。
3.7topSwitch电流额定值iCn的选取
平均输入功率pi==28.12w（假定η=0.8），在Dmax时的输入功率应为平均输入功率，因此pi=DmaxeminiC=0.3×85×1.4×iC=28.12，则iC=0.85a，为了可靠并考虑调整电感量时电流不可避免的失控，实际选择的topSwitch电流额定值至少是两倍于此值，即iCn>1.7a。所以，我们选择iLimit=2a的top225Y。
4实验指标及主要波形
输入aC220V，频率50Hz，输出DCVo=15(1±1％)V，io=1.5a，工作频率100kHz，图3及图4是实验中的主要波形。
图3中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是输入直流电压e波形，由图可知VDS=1.5e；图4中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是去磁绕组电流is波形，实验结果与理论分析是完全吻合的。
电路设计分析篇4
1大功率直流电机驱动电路的设计
1.1总体结构
大功率直流电机驱动电路如图1所示：从图1中的总体结构能够看出电机驱动电路在控制信号方面具有重要作用，主要的控制信号包括电机转向控制（DiR）及电机转速控制（pwm）两种。Vcc1是驱动逻辑电路中的部分电源，能够为驱动电路提供电源，Vcc2、Vcc3也是驱动逻辑电路中的重要组成部分，在为大功率直流电机驱动电路进行供电时，主要是采用双电源供电方式。m+、m-作为直流电机的接口[1]。大功率直流电机驱动电路在供电过程中，为了取得良好的供电效果，需要将驱动电路电气与控制电路电气隔离开来，避免驱动电路在运行过程中对其他电路的运行效果造成较大的影响，避免电路运行过程中遭受到其他电路的干扰，给系统的逻辑预算造成较大的影响。加大对逻辑信号的控制和使用，充分利用信号来提升光电隔离效果，放大逻辑信号的作用，充分利用控制电路与驱动电路的作用，来驱动H桥上的下臂，在驱动直流电机，以完成对驱动电路系统的控制[2]。
1.2电机驱动逻辑电路分析
在对驱动电路图进行设计时，需要严格按照电器隔离的要求级powermoSFet特性要求进行设计，结合当前工业行业对电路的使用要求，设计出了一款大功率直流电机驱动电路。驱动电路在实际的使用过程中，需要确保mCU端和电路输入端进行有效的连接，所设置的输入信号主要包括DiR信号和pwm信号两种。其中DiR信号主要是指数字信号，通常为0或1。而pmn信号为脉宽调制信号，被广泛应用与电机转速控制中，需要确保两种信号的有机连接，以此来提升信号控制效果，满足工业企业对电机驱动逻辑电路的使用需求。通常电机驱动逻辑电路由电机驱动逻辑电路、光电隔离和驱动放大器电路及H桥功率驱动电路共同组成[3]。电机驱动逻辑电路如图2所示，控制信号pwm和DiR是电机驱动逻辑电路中的重要组成部分，主要用来收集mCU端送来的控制信号，信号会经过与门气74LS08和反向器74LS04运算后，来实现对光电隔离器的再驱动。将DiR作为方向控制信号，在输入信号时需要输入DoR2，将DiR1和转速控制信号pwm，通过74LS08进行预算，以得到转速控制信号pwm2。需要确保pwm相遇DiR2转速信号相运算后，以此来得到转速信号pwm1，在对信号进行控制时，主要分为两组对信号进行控制，将pwm1和DiR1作为一组，将pwm2和DiR2作为二组。pwm1和pwm2主要是用于控制电机的转速，而DiR1和DiR2主要是运用控制电机的正反转向[4]。待DiR1为1时，DiR2为0时，在对电机驱动情况进行记录时，运算器74LS08需要分别于pwm相乘，从相乘后的结果能够看出，pwm2计算所得的波形与pwm的波形相一致，说明两者的输出信号一致。如果DiR1为0时，DiR2为1时，说明pwm1与pwm两者具有一致的波形信号。通过以上对电机驱动逻辑电路进行分析的过程，能够看出DiR1、pwm1，DiR2、pwm2两组信号在逻辑运算中，有助于驱动广电隔离电路，对提升广电隔离电路使用效果具有重要作[5]。
1.3光电隔离和驱动放大电路分析
为了确保直流电机驱动电路有着良好的应用效果，避免受其他电路影响，给电路系统的安全稳定运转造成较大的影响，需要加大电路保护工作，将电机驱动电路与其他控制电路有机的结合起来，通过两者共同来实现对电气进行隔离。光电隔离器在大功率直流电机驱动中具有良好的应用效果，要做好光电隔离器的合理选择，光电隔离器自身的功能必须要满足大功率直流电机的使用需求，以便提升直流电机的驱动效果，满足电路的适应需求[6]。本文在对光电隔离和驱动放大器电路进行研究时，结合实际的功能需求，选择了817C和pS9713两种光电隔离器如图3所示，其中817C自身的频率相对较低，在实际的应用过程中，主要是运用对电机的方向控制。而pS9713在电路中使用，作为一种快速光电隔离器，自身的开关频率相对较高，被广泛应用于电机的转速控制中。在电机运转的过程中，pwm2为pwm的一致转速控制信号，通常将a点作为电位1，到光电隔离器U3截止，U4具有导通功能，B、F点的电位通常为0。隔离器U1在实际的应用过程中，被广泛应用与饱和通电中，在U2处截止使用，需要将D点的电位设置为e2+e3，要想确保直流电机驱动控制的合理性，需要做好pwm2处控制工作，确保开关在大功率直流电机驱动中始终保持良好的运转状态。另外，还需要加大对控制方向隔离器进行控制，所使用的隔离器主要是817C隔离器，在实际的应用过程中通过两两配合使用的形式，来完成对U1、U2、U3、U4的控制，能够确保电路在实际的运转过程中，电机能够有效的进行切换，避免上下桥臂出现直通短路现象，给电机系统的安全运转造成较大的影响，能够放大信号、起到隔离作用[7]。于导通状态，当控制工作处于开关状态下，电机会出现反转情况，受pwm控制影响较大[8]。图3电机驱动电路图
1.4H桥功率驱动电路分析
为了确保大功率直流电机驱动工作的稳定运转，避免电路自身存在的缺陷，对电路系统造成较大的影响，需要加大对H桥功率电路的研究力度，H桥功率驱动电路图如图4所示。本文在研究过程中主要是使用双电源形式，电源为e2、e3两种驱动电源，其中e2主要是用于提升电压，e3主要是用于电机供电，其中Q1、Q3门极主要是用于提升电压，运用的场效应管为am60n06，对提升沟道增强型场效应具有重要作用，确保了驱动电流的正常稳定运行。另外，还需要明确工作开关状态，运用电阻R4、R5为U5提供电压，确保Q4能够与e点相连，通常门极电压波形通常会与pwm2波形相一致。为了减少导通及截止时间，需要合理选择电压，综合各因素进行考虑，当DiR为1时，Q2、Q3通常会处于截止状态，Q1在持续充电，Q4受pwm2控制影响较大。当工作在开关状态时，能够确保确保电机处于正常的运转状态，转速受pwm控制影响较大。当DiR为0时，Q1、Q4处于截止状态，Q2受pwm2控制开关影响较大，Q3一直处2大功率直流电机驱动电路的实现为了验证驱动器性能对大功率直流电机驱动电路所造成的影响，本文主要选用25D60-24V型直流电机，运用该电机来进行闭环控制。25D60-24V型直流电机的额定功率为60w，额定电压为24V，额定转速为2800rpm，额定电流为3.8a。电机在启动过程中最高的转速能够达到2915rpm，在运转过程中不会发生明显的发热现象，表明电机运转正常，在大功率直流电机驱动电路中具有良好的使用效果，最高的工作时间能够满足连续三天，每天工作的时间超过8小时。为了确保直流电机在工作过程中，免受其他测试电路影响，需要做好系统与开关之间的自由切换工作，提升测试电路的抗干扰能力及抗冲击力，避免电路系统发生严重的故障。另外，直流电路系统在实际的使用过程中受增加负载现象影响较大，给电机的正常运转造成较大的影响，导致电机无法正常工作，严重影响电机的实际运行效果。针对这一情况，为了能够确保电机的正常运转，满足电机的驱动需求，需要做好电机的优化设计，避免电流在启动和制动过程中出现严重的电流骤升现象，需要在电路中留有一定的电流冗余，提升了电路的抗干扰能力，对确保电路系统的安全运转及稳定工作具有重要作用[9]。
2结论
电路设计分析篇5
1.1SⅡ-Ⅱ接发车进路信号机只点绿黄灯故障
1）．检查SⅡ-Ⅱ接发车进路信号机DS6-K5B型计算机联锁驱动条件。tXJ:发车进路锁闭，且具备信号开放条件后，检查信阳上行场送来的SⅠ-ⅡLXJF、SⅠ-ⅡZXJF、SⅠ-ⅡtXJF时驱动tXJ，条件不满足时恢复落下。LUXJ:发车进路锁闭，且具备信号开放条件后，检查信阳上行场送来的SⅠ-ⅡLXJF、SⅠ-ⅡZXJF、SⅠ-ⅡtXJF，信阳客站送来的SKL4LXJF、SKL4ZXJF、SKL4LUJF、SKL4tJF时驱动LUXJ，条件不满足时恢复落下。
2）．检查信阳下行场与上行场场间联系电路。查找采集信息发现，DS6-K5B型计算机联锁没有采集到SⅠ-ⅡtXJF条件，原因是上、下行场的场间联系传送SⅠ-ⅡtXJF的电缆断线，下行场SⅠ-ⅡtXJF，造成下行场SⅡ-Ⅱ接发车进路信号机tXJ不驱动，DS6-K5B型计算机联锁只驱动LUXJ，使SⅡ-Ⅱ接发车进路信号机点绿黄灯。
1.2Ⅱ-ⅡG1股道SⅡ-Ⅱ发送器错误发绿码
SⅡ-Ⅱ发送器发绿码需满足SⅡ-ⅡLXJF1、SⅡ-ⅡZtJ、SⅠ-ⅡLXJF、SⅠ-ⅡZXJF、SKL4LXJF、SKL4ZXJF。SKⅡLXJF、SKⅡZtJF这些条件，如在该编码电路中没有检查SⅡ-Ⅱ接发车进路信号机LUXJ、tXJ的接点条件，就会出现SⅡ-Ⅱ接发车进路信号机点绿黄灯，而地面错误发绿码，信号显示与接近区段发码不一致的情况。
2解决方案
电路设计分析篇6
【关键词】35kV输电线路；施工方案；电力系统
输电线路设计与施工会涉及到许多领域，对技术有着很高的要求，在电力系统中，输电线路施工质量对电路系统的输电以及用户的用电情况都会造成直接影响，因此要确保其可靠性与安全性。但是，从实际情况来看，实际施工受外界因素的影响，会增加工程的施工难度，也难以确保施工人员的人身安全。由此可见，加强输电线路的设计与施工方案必须研究是必要的。
1输电线路设计的步骤
输电线路的设计的整体步骤如图1所示。（1）在线路设计过程中，要考虑各项因素，确保输电线路走向的合理性，这将会对线路的使用寿命造成直接影响[1]。在线路的选择过程中，需要考虑原交通路线，尽量对现有的线路走向进行合理应用，应当避开农田、森林、村庄等区域；避开高污染，自然灾害频繁地段，避免对输电线路造成破坏。（2）定位桩同通讯线间的距离应用超过20m；同公路边缘之间的距离要超过15m；与建筑物之间的距离则要保持在10m以上。需要作业人员特别注意的是，定位桩不宜设置在地质稳定性较差的区域。（3）杆型的选择要依据施工现场的实际情况而定，杆塔布设要合理，不得局限于原测定的直线桩位；应该均匀的使用转角桩，在设计过程中应当禁止移动或跳过；如果在设计中，线路走廊较窄，应当选择上字型或垂直排列[2]。
235kV输电线路施工方案分析
35kV输电线路是现代电力系统中的一个重要构成部分，其在现代电力系统中的重要性不言而喻，特别是在县级输电线路系统中，其作用更加重要，下面以湖南某县级35kV输电线路为例进行分析，具体内容如下。
2.1确保线路施工材料质量满足工程要求
输电线路施工中会消耗大量的电缆电线等各种施工材料，材料的质量会对线路的整体质量造成直接影响，同时施工中使用的材料的质量，也会对线路的是使用年限造成影响。对于35kV输电线路工程来说，通常情况下，实际的应用年限都要比要求更高，因此在工程施工中，采用的材料的性能差，将会导致工程中的电线的质量达不到要求标准，这将会导致输电线路存在较为严重的安全隐患，会带来严重的损失[3]。因此，在输电线路建设过程中，施工单位必须要严格的依据线路的质量要求，选择性能过硬的材料，不能为了降低成本而选择性能较差的材料，高质量的材料是确保线路正常运行的基础。
2.2设计图纸的合理优化
在35kV输电线路设计与施工过程中，设计图是整个线路作业的指导和参照依据，科学合理的图纸，一方面可以提高工程的施工效率，另一方面也能降低施施工中的不合理行为。因此，在具体作业过程中，建设单位应当组织邀请相关的专家，对就提设计进行全面的分析与探讨，对设计中存在的不足与问题进行及时纠正，并且要做好相应的优化处理，保证设计图本身的优越性。
2.3审查施工组织方案，做好架线工程设计
施工方案是工程施工的指导方案，科学合理的施工方案，可以确保工程施工的科学性与严密性，这能够加快工程的施工效率，从而缩短工期，降低工程施工中的人工成本与时间成本，从而使经济效益得到进一步提升。作为施工单位要认真学习和研究施工方案，掌握施工方案中的各项要求，尽量降低施工方案的偏离度，确保了整个线路工程能够严格的依据原计划进行，确保输电线路的顺利完工。架线工程是输电线路施工过程中最为复杂的一个过程，在该环节，为了提高劳动力，降低人力以及材料的消耗，在施工中可以适当的应用张力放线技术，利用牵张机械，从而使线路中的使用的导线始终都具有一定张力，从而使其对交叉物保持一定安全距离，采用该展放方式，可以使导地线展放效率和质量都能够得到进一步提升，从而降低物力和人力的消耗。
2.4绝缘子的选择与使用
在35kV输电线路中会使用到大量的绝缘子，这是线路建设中的一个关键部分。在线路建设中，为了确保绝缘子运行的安全稳定，减少线路运行维护和停电情况的发生，要做好如下内容。依据材质的差异，可以将长棒型绝缘子分为常保陶瓷绝缘子和合成绝缘子。从实际情况来看，悬垂串绝缘子应当选择长棒型绝缘子或防污型盘式绝缘子。瓷棒绝缘子机械强度与瓷件有着直接联系，由于在瓷件的运输与安装过程中，因为各种因素的影响，可能会遭受到破坏，使瓷件存在缺陷，这在输电线路建设中十分常见。因此，在水电线路建设中，必须选择质量过硬的瓷棒绝缘子，同时在实际工作中，要做好相应的检查工作，对输电线路是使用的零件，必须小心运输，科学安装。钢化玻璃绝缘子在具体应用过程中，具有零值自爆优点，在输电线路建设过程中应用该材料，可以节省大量的维护费用，其也是35kV输电线路建设中最常用的一种绝缘子。合成绝缘子在具体应用中具有质量小、工作小、耐污性小等优点，不同类型的绝缘在线路建设中的优势各不相同，因此在输电线路中，结合不同线路段的具体情况，选用不同的绝缘子，从而确保线路建设的科学性与合理性。
2.5杆塔工程建设
通过大量输电线路工程实例分析可以确定，杆塔的不稳图1输电线路设计的整体步骤定是影响输电线路施工中的一项关键问题。输电线路建设中，在抵抗风力问题上，杆塔需要面临的因素较多，因此要将杆塔建设作为一项重点内容加以考虑。常用的杆塔建设方式有以下两种：①整体组立杆塔，该施工方式，对混凝土强度的要求高。②分解组立杆塔，该施工方式对混凝土的强度要求相对较低。但是无论在施工中选择哪一种方式，指挥人员都必须对施工现场土质有一个全面认识，确保施工的合理性。
3结束语
35kV输电线路设计与施工对电网工程运行的安全性会造成直接影响。因此，在具体施工中，必须要考虑到设计与施工中涉及到的每一个细节，确保输电线路的质量能够达到要求标准，从而为人们提供稳定的电能。
作者:郑波单位:国网湖南省电力公司保靖县供电分公司
参考文献
[1]翟天杰.35kV输电线路设计与施工中的注意问题[J].农村电气化，2013，08：60.
电路设计分析篇7
[关键词]110kV输电线路；设计施工；要点
中图分类号：tm752文献标识码：a文章编号：1009-914X（2017）02-0223-01
前言
随着电力行业的不断进步与发展，从而也带动了输电线路的发展。在电力输送的过程中一般多数是高压输变电线路这就需要我们更加重视高压输变电线路的设计与维护了要充分考虑设计中的问题扰化设计、科学施工。质量作为衡量输电线路施工的重要标准，成为所有电力企业关注的焦点。因此，有必要对输电线路设计施工技术要点进行研究分析。
1、110kV输电线路设计流程
在电力输送的过程中一般多数是高压输变电线路，输电线路的设计具有复杂性和多样性。总的来说，输电线路的设计流程包括前期设计阶段、初步设计阶段以及施工图纸设计阶段。
前期设计阶段的主要工作是对线路工程项目进行调研，对项目的可行性进行分析。在这一阶段，设计人员要结合有关材料对项目内容的真实性、可靠性以及准确性进行分析，同时研究工程项目的经济性，从而作出准确的工程决策。
初步设计阶段的工作主要是对针对线路路径的选择以及确定工作。在此阶段，设计人员要结合施工要求对施工地区的自然环境、气候变化等进行调查分析，制定多种不同的线路路径方案，然后再从这些方案中选择一条最合适的施工路径。
施工图纸设计阶段的主要工作是对具体的施工进行设计准备。在这一阶段，设计人员要对施工流程、施工技术、材料选择等进行研究确定，同时还要完成电塔图、截面图、塔基图等的绘制工作。
在完成以上几个步骤后，输电线路设计施工便可以开始，但相关人员需注意输电线路设计施工的技术要点。
2、110kV输电线路基础工程设计施工
在高压输送线路过程中要考虑到埋电线杆的问题所以就要选择合适的地形地势。110kV输电线路杆塔埋入地下的部分称为基础，确保110kV输电线路在运行过程中不会因为外力的作用而发生倾倒、变形以及下沉；对于输电线路的安全运行而言，基础施工质量具有非常大的作用，所以，确保110kV输电线路基础施工质量意义重大。
110kV输电线路经常采用普通钢筋混凝土浇制基础，适宜用在线路附近有水源、砂、石的地段。对于转角塔，因为具有较大上拔力，因此，适宜选择基础较大、重量大、抵抗上拔力强的混凝土基础，结构稳固。进行岩石基础的施工过程中，首先调研塔位周围岩石情况，确保和设计勘测情况相同，当存在差异比较大时，需要设计单位进行变更：另外，需在岩石进行打孔插筋、浇灌砂浆、进行承台的浇制等。
110kV输电线路的杆塔以及拉线的基础，需要确保杆塔在承受各种力的情况下，都不会发生上拔、下陷、倾覆的事故。对于钢筋混凝土电杆而言，其杆腿直接埋入地下，而对于铁塔而言，需要通过混凝土基础以及地脚进行固定。
3、110kV输电线路设计施工技术要点
3.1线路路径优化设计
输电线路的路径选择直接关系到一个工程是否正常实施以及是否保证经济效益的标准。因此，相关设计人员一般会实地以及图上勘察，通过对勘察数据进行分析研究，制定多种路线设计方案然后再经过方案可行性、经济性、安全性以及维护方便性等的分析，确定一条最优施工路径。同时，设计路线应避免与其他线路的交叉重叠，并且不要选择地质条件差或者污染严重的地区。另外，所选路线应在最大限度上靠近公路，以便于维护。
3.2杆塔的选择与优化设计
杆塔是线路的基础，杆塔施工费用占到整个线路工程费用的1/3，因此杆塔的选择与设计在很大程度上影响着工程的安全性、经济性。在杆塔的配置上要排定出最佳方案，制定周密的工作计划。杆塔结构设计采用极限状态设计法，即结构在规定的负荷下发生形变或开缝的限值条件下，保证线路安全。定位是高压输电线路设计中至关重要的一步，定位的质量不仅关系到施工的安全也对造价和后期维护有着深远的影响。首先，设计人员应充分考虑工程线路的施工要求，确保电杆与电塔的数量科学合理；其次，设计人员还要结合工程路线的施工要求选择规格合适的杆塔，以保证工程的安全性以及线路的使用寿命；再次，设计人员要充分结合施工地点的自然环境，选择合适的杆塔。最后，施工方还要考虑到土地资源的节约，尽量选择占地面积较小的杆塔。
3.3导线的选择
导线是实现远距离输电的关键要素，合适的导线不仅能满足基本的输电要求，还能有效减少线路损耗，提高线路运行的安全性。高压输电线路中对导线的选择要求是比较高的不仅要考虑到电流的密度及强弱，还要考虑外在h境的影响及无线干扰等问题。因此导线必须要有适宜的导电性能以及张力等因素的要求，还要考虑到安全因素计算导线与地线短路电流并根据具体实际情况来综合判定做出选择进行设计。在选择导线时首先要考虑的是导线的截面大小。设计人员要根据电力系统提供的技术参数，确定应选择多大截面的导线。在截面确定的前提下还要考虑导线选择的经济效益，应尽量选择造价低的导线，以确保导线经济性与技术性的统一。
3.4防雷与绝缘配合设计
在输电线路正常运行中，可能会遇到雷雨天气，绝缘配合的作用便是保证线路此时还能正常运行。雷击是造成输电线路事故的主要原因之一，因此在设计施工时必须要考虑到避需设施的设计通常情况下，需要在杆塔上设置避需线；在进行避需设计时，设计师要考虑电力企业对输电线路的电压要求，以及施工地区的气象条件和变化规律，结合以往同类工程的相关经验确定避需线的数量、保护角度等各种技术参数。另外，还要注意对避需线的绝缘设计，根据电压荷载选择合适的绝缘子形式与片数。
3.5线路施工勘测定位
一般施工勘测卞要包括定线测量、平断面测量。定线测量是将输电线路在实地标注出来，并对输电线路的实际长度进行测量；平断面测量是对路线所过地区周围的地貌情况进行调查，并绘制地貌平面图。通常情况下，使用卫星定位技术对路线平断面进行测量。在勘测完成后，施工人员就可对杆塔施工位置进行定位。定位时要尽量避免使用孤立档距，以防造成施工困难，同时在结冰严重的地区施工人员要尽量缩小档距。另外，在定位山区杆塔时还应考虑到边坡的稳定性。
3.7施工现场调整
在正式施工过程中经常存在设计方案无法完全实现的状况，此时就需要施工人员对工程设计进行现场调整。在进行施工现场调整时同样要遵循安全性、经济性以及技术性等原则。
4、结语
随着电网事业的进步，高压线路日益增多，输变电是电力系统的核心，高压输变电线路担负着输变电的重任，意义重大。110kV输电线路设计施工上的各个阶段都需进行严格的控制，以提高设计的科学合理性，为线路的正常运行打下良好的基础。从而确保输电线路的质量，进而保障电力系统的安全稳定运行。
参考文献
电路设计分析篇8
关键词：电路分析教学设计阶段成果
电路是电类专业的必修课，是电类基础课的第一步，走好这一步，相当于为后续课程的学习打下坚实基础。在充分重视素质教育的今天，全面推进电路的教学改革，提高教学水平和教学质量，挖掘学生潜能，发挥学生的主动性和创造性，培养具有综合素质的人才具有重要意义。分析归纳课程的知识构架，探讨课程间知识点的联系，优化电路教学内容，使基础课之间相关内容渗透融合。该课程的主要特点是理论性强、抽象性强、数学知识涉及较多，以往绝大多数教师都采用传统的教学模式，使得课程内容与未来职业实际需求相脱节，学生因学习缺乏兴趣而厌学，教学失去有效性，导致教学质量下降，毕业生根本无法适应现代企业对员工素质的要求。怎样激发学生在专业课程上的学习兴趣并积极参与学习？随着课程改革的不断深入，加之适逢我院国家骨干院校建设，为专业课的彻底改革提供了良好契机和平台，我们在“电路分析”课程的教学中大胆改革，取得了满意效果。
1.教学内容优化
1.1教学内容分解
电路分析课程教学内容以“教、学、做、练”为一体形式展开内容，全书共包括4个学习情境，每个学习情境下对应若干个学习任务，教学内容组织结构图如图1所示：
图1教学内容组织结构图
1.2与其他电类基础课相辅相成
每一门课程都不是孤立的，都能够与后续课程有机结合起来。在电路分析教学改革实施中，教师有机地结合后续课程，不仅有助于学生该门课程的学习，而且有利于后续课程的融会贯通。
例如基尔霍夫电流定律（KCL）的推论：对集总参数电路中任意一个封闭面S（可看为广义节点），在任意时刻流入（或流出）封闭面的电流的代数和为零，从而有效地为模拟电子技术中三极管的学习做良好的知识铺垫。如图2所示。
npn管：pnp管：
图2三极管的电流分配关系
由KCL知：i■=i■+i■
针对不同专业，适当增加、突出与专业有关的内容。对电力专业，功率因数的提高、三相电路等强电内容作为重点内容讲解。
2.课程内容设计
电路分析课程分为“4个学习情境，9个学习任务”，其中每个学习任务以三个教学环节展开：理论教学环节、实验教学环节、仿真教学环节，三个环节环环相扣，互相印证，最终达到“夯实基础、熟练技能、服务专业”的教学目的。
2.1电路仿真软件的使用
社会发展的需要及计算机在学生中的普及，我们开展了电子电路仿真软件的学习，在课程中设置增加multisim仿真软件。仿真分析可以结合具体教学内容，在理论教学过程中穿行。例如在基尔霍夫电流定律学习中，应用仿真软件，根据所学电路的原理图，连接电路，通过仿真很直观地反映出：对节点而言，电荷守恒，即流入节点的电流之和=流出节点的电流之和，使学生很好地掌握了定律内容。电流定律仿真电路见图3所示，由图得出12=6+4+2的结论。
图3基尔霍夫电流定律仿真电路
教学效果显示，这一方法可大大提高理论可视性，起到辅助教学的作用，有利于学生加深对理论的理解。同时为学生引进电路分析设计的平台，有助于培养他们的创新能力。
2.2电路实验的优化
传统的电路分析实验一般是实验老师事先准备好，然后具体讲解实验方法和操作步骤，学生则按部就班地做。这种灌入式的教学方法虽然在培养学生动手能力、观察能力、记忆能力等方面能取得一定成效，但并不能培养学生独立解决问题的能力和创新意识。
增加综合设计性实验，学生自拟实验方案和步骤，利用仿真软件先进行仿真，然后动手实践。通过实验教学，全面培养学生动手能力与创新能力，使学生成为实验教学主体。
2.3建设课程网站
通过课程网站“教学资源”、“仿真项目”、“实践项目工单”、“在线答疑”、“自主学习”等栏目展示学习内容，可让学生预知将要学习的内容，提高学生学习的针对性和目的性。
3.建立课程考核机制
高职教育考核改革要以能力考核为主体，考核内容要与社会和行业企业对专业人才的规格要求接轨，以达到促进学生知识、能力和素质的提高。
本课程考核采用“形成性考核+素质测评”的考核方式进行，主要以过程考核为主，考核内容涵盖完成学习任务的全过程。具体包含以下几个方面：
（1）学生学习积极性和阶段学习效果评价（考勤、课堂表现、小测验等）；
（2）自主学习能力评价（独立完成任务）；
（3）表述能力评价（课堂发言、讨论）；
（4）团队合作及协作学习能力评价（小组合作）；
（5）综合能力评价（操作考试）；
（6）考核成绩由平时成绩+终期考核两部分组成。
电路设计分析篇9
【关键词】自动控制；信号继电器；继电特性；继电器电路
1.引言
继电器是自动控制系统中的常用电器，它用于接通和断开电路，用以控制命令和反映设备状态，以构成自动控制和远程控制电路。各个领域的自动控制系统均采用继电器。铁路信号技术中广泛采用的继电器称为信号继电器，它是铁路信号技术中的重要部件。
2.继电器的作用
信号继电器在以继电技术构成的信号控制系统中，如：继电集中联锁、继电半自动闭塞等，起着核心作用，而信号继电器在以电子元件和微型计算机构成的系统中，如：计算机联锁、多信息自动闭塞、通用机车信号、驼峰自动化等系统中，则是作为其接口部件，将系统主机与信号机、轨道电路、转辙机等执行部件结合起来。可见信号继电器无论是作为继电式信号系统的核心部件，还是作为电子式或计算机式信号系统的接口部件，都发挥着重要功能。
随着电子技术的迅速发展，电子器件尤其是微型计算机以其速度快、体积小、容量大、功能强等技术优势，在相当大的程度上逐渐取代继电器，使技术水准得到了极大的提高。但是，继电器与电子器件相比，仍然具有一定的优势，比如：开关性能好（闭合时阻抗小、断开时阻抗大）；有故障—安全（发生故障时导向安全）性能；能控制多个回路；抗雷击性能强；无噪声；不受周围温度影响等。目前虽然已出现全电子化的系统，但是要全部取消继电器仍然需要相当长的时期。因此，不论现在，还是未来，继电器仍然具有广阔的应用空间，它在铁路信号领域中始终产生着重要的作用。
3.继电器的继电特性
继电器的继电特性是当输入量达到一定值时，输出量发生突变，如图1所示。继电器线圈回路为输入回路，继电器接点所在回路为输出回路。当线圈中电流ix1从零增加到某一定值ix2时，继电器衔铁被吸引，前接点闭合，接点回路中的电流iy从零突然增大到iy2。此后，若ix继续增大，由于接点回路中阻值不变，iy保持不变。当线圈中电流ix减小到ix1时，继电器衔铁释放，输出电流iy突然从iy2减小到零。此后，ix再减小，iy保持为零不变。
因此，继电器具有的继电特性能以极小的电信号来控制执行电路中的大功率对象，能控制数个对象和数个回路，能控制远距离的对象。
4.利用继电特性设计电路
可以从继电器的这一特性出发，引导学生学会如何设计继电器电路（利用继电器来控制元器件实现特定功能），从而帮助学生更好地理解继电器的相关知识，增强动手能力。首先由教师列出一些继电器电路命题，然后让学生根据已知的技术要求，应用继电器设计出控制和表示电路，实现自动控制功能，达到命题要求。
在这一过程中，涉及到了许多关于继电器的知识，比如：如何选用继电器、如何识读继电电路、如何分析继电电路以及如何判断继电器故障等等。学生如果掌握了这些相关知识和技能，对他们今后正确运用继电器是非常有帮助的。
5.继电器电路的设计和分析
下面列出几个继电器电路设计命题和相应的电路图：(注：除第三个命题选用无极继电器外，其余命题均选用缓放继电器)
（1）用一个开关控制五个继电器，要求五个继电器顺序吸起，再依次落下，反复循环（如图二所示）。
电路分析：开关闭合后，电流流经eJ的后接点和aJ的线圈，aJ吸起；电流又流经aJ的前接点和BJ的线圈，BJ吸起；电流再流经BJ的前接点和CJ的线圈，CJ吸起；电流接着流经CJ的前接点和DJ的线圈，DJ吸起；电流最后流经DJ的前接点和eJ的线圈，eJ吸起。eJ吸起后，其后接点断开，切断了流经该路的电流，导致aJ失磁落下，再导致BJ落下，又导致了CJ落下，接着是DJ落下，最后是eJ落下。eJ落下之后，又回到了最初的状态，电流会再次流经eJ的后接点和aJ的线圈，aJ又会吸起……，如此反复，直到开关断开，整个动作过程才会停止。
（2）用三个继电器控制一个灯泡，只有当其中任意两个继电器吸起时，灯泡才能点亮（如图3所示）。
电路分析：开关K1、K2闭合时，aJ和BJ吸起，aJ和BJ的前接点与灯泡构成了闭合回路，使灯泡点亮；开关K2、K3闭合时，BJ和CJ吸起，BJ和CJ的前接点与灯泡构成闭合回路，灯泡点亮；开关K1、K3闭合时，aJ和CJ吸起，aJ和CJ的前接点与灯泡构成闭合回路，灯泡点亮。
（3）设计一个受三个房间的开关控制一个公共走廊照明灯的继电器电路，要求任何一个房间的开关都能开灯或关灯（如图4所示）。
电路分析：开关K1闭合，aJ吸起，从而使aJ的前接点、BJ和CJ的后接点以及灯泡构成了闭合回路，灯泡点亮；断开K1，aJ失磁落下，无法形成闭合回路，此时灯泡会熄灭。当开关K2闭合时，BJ吸起，这时BJ的前接点、aJ和CJ的后接点及灯泡构成闭合回路，灯泡点亮；断开K2，BJ失磁落下，无法形成闭合回路，灯泡熄灭。闭合K3时，CJ吸起，CJ的前接点、aJ和BJ的后接点以及灯泡构成闭合回路，灯泡点亮；断开K3，CJ失磁落下，无法构成闭合回路，灯泡熄灭。
（4）设计一个带灯泡的继电器电路，要求开关闭合后，红灯和绿灯依次点亮（如图5所示）。
电路分析：开关闭合，aJ吸起，aJ的前接点和红灯构成闭合回路，红灯点亮，同时，aJ的前接点与BJ的线圈也构成了一个闭合回路，有电流流过，那么BJ也会吸起，从而使BJ的前接点和绿灯形成闭合回路，绿灯接着点亮。(由于该电路采用的是缓放继电器，aJ和BJ的吸起不同步，aJ略微超前BJ，因此看到的现象是红灯先亮，绿灯后亮)
在设计命题时，教师可以给学生一定的提示，引导学生按照设计要求一步步地完成设计任务。同时要让学生明白：继电器的电路设计方法并不是唯一的，只要能够实现最后的功能即可。可以让学生集思广益，设计不同的继电器电路实现相同的功能，最后让学生比较哪种设计方法更简单，使用的继电器和连线个数最少。学生按照命题要求设计出电路后，经过教师检查，进一步对设计出的电路进行分析化简，最后配线焊接，进行导通试验。
6.其它的继电器电路设计命题
除了以上四个命题之外，还可以指导学生设计其它命题，比如：设计一个多拍电路，要求开关闭合，五个继电器顺序吸起，当最后一个继电器吸起后，除第五个继电器外，其它四个继电器逆顺序落下。再比如：某自动闭塞区间有三个闭塞分区，当第三个闭塞分区有车占用时，防护闭塞分区的各通过信号机分别亮红灯、黄灯和绿灯，用三个继电器，一个开关和三个灯泡设计出点灯电路等等。
7.结束语
这些命题趣味性强，而且与理论知识联系较为紧密。通过这种先动脑后动手的训练，就把书本上枯燥的理论知识转化成了生动有趣的实际现象，即调动了学生的学习兴趣、增强了学习积极性，又加深了他们对继电器的认识和理解，为今后进一步的专业课学习打下了坚实的基础，同时，实际动手能力也得到了极大地提升，可谓一举多得。
参考文献
[1]林瑜筠.铁路信号基础[m].北京:中国铁道出版社,2007.
[2]马升田.快速动作信号继电器选型错误产生的2个问题[J].河北电力技术,2000,2(19):49-50.
电路设计分析篇10
关键字：按键消抖电路；瞬态分析；下冲电平；数学模型
中图分类号：tn710?34文献标识码：a文章编号：1004?373X（2014）06?0051?05
0引言
按键是仪器仪表中普遍采用的人机输入接口电路。在按键电路中必须考虑对按键的抖动进行软件消抖[1?5]和硬件消抖[6?10]。软件消抖具有使用硬件数量少的优点，但也具有以下两个缺点：
（1）在仪器键盘电路中，多个按键安装在仪器面板上，键盘的输出通过排线连接到主控板上，此时键盘导线寄生电感和寄生电容的存在，寄生电感寄生电容和排线电阻将组成二阶振荡系统，二阶振荡将形成负电平脉冲，而负电平脉冲很容易超出数字芯片的输入最大允许电平范围，导致数字芯片容易损坏。
（2）按键闭合和断开时，电压信号下降沿非常陡峭，剧烈变化的电压信号将通过互容传递到相邻导线上。
硬件消抖电路的设计主要是要考虑以下三个因素：
（1）消除信号的抖动，确保按键电路输出信号的平整；
（2）消除信号的下冲，因为下冲电平超出了后续数字芯片的最大输入电平范围；
（3）降低信号变化的速度，避免在邻线上引起容性串扰；
（4）不影响按键电路的正常功能。
常见的硬件消抖电路包括电容滤波消抖和触发器消抖。电容滤波消抖采用电阻和电容组成低通滤波器，具有电路结构简单可靠的优点，因此本文将重点阐述该消抖电路。
1按键消抖电路结构与电路模型
图1为某仪器按键电路原理图，按键安装在仪器面板上，通过导线连接到主控板上，按键的一端接上拉电阻并连接后续电路，按键的另一端接地，当按键没有按下时，按键输出高电平，当按键按下时，按键输出低电平。图2为加上滤波电容后的按键电路。
图3为按键消抖电路的电路模型。图中R0为连接按键导线的电阻，L为导线电感，C0为导线对地电容，Cf为滤波电容，Cp为按键后续电路的输入电容，Ri为按键后续电路的输入阻抗，R为上拉电阻，VCC为电源电压，U为按键消抖电路的输出电压。
当按键闭合时，其等效电路模型如图4所示。当按键断开时，其等效电路模型如图5所示。
2按键消抖电路数学模型
设某一时刻按键合上，在此之前按键断开，整个电路处于稳态，即各个电容和电感上没有电流流动。此时输出电压[U=u0=VCC×R（R+Ri）]。则根据图4整个电路可列出以下微分方程：
设某一时刻按键断开，在此之前按键闭合，整个电路处于稳态，即各个电容和电感上没有电流流动。此时输出电压[U=u0=VCC×RiR0（RRi+R0Ri+RR0）]。根据图5可列出以下微分方程：
式中C为C0，Cf和Cp的等效电容，C为三者之和。对上式进行拉普拉斯变换可得到：
对上式整理后可得：
将上式运用留数定理分解可得：
3按键电路瞬态分析
对式（5）进行拉普拉斯反变换便可得到按键断开电路处于稳态时按键闭合的输出电压u（t）的时域响应。
根据拉普拉斯变换的初值定理和终值定理，可得到：
式（5）的时域响应为典型的二阶系统时域响应，当ξ小于1时，其时域响应为衰减振荡，衰减因子为[e-ξωn]，振荡频率为[ωn1-ξ2]，振荡就会产生下冲，一次下冲持续时间取决于振荡频率。当ξ大于1时，时域响应为单调衰减，整个过程没有下冲。因此消抖电路设计的一个目的就是要使ξ大于1。
对式（6）进行拉普拉斯反变换便可得到按键闭合电路处于稳态时按键断开的输出电压u（t）的时域响应。
式（6）的时域响应为电容充电的时域响应，其响应过程为单调上升，其上升时间为2.2t，充电时间常数t等于ReC，Re为Ri和R的并联。
t越大上升时间越大，上升时间过大将影响按键的正常使用。按键按下一次的持续时间约为0.01～0.1s，因此消抖电路将上升时间调整到500μs以内比较适合。
现测得已连接到单片机输入引脚的按键电路其导线电阻R0为1.6Ω，导线电感L为25nH，导线对地电容Ci+Cp为9.6pF，在电路中使用的上拉电阻R为10kΩ，单片机输入引脚输入阻抗Re为2mΩ，使用电源电压VCC为3.3V，则不加滤波电容时，按键闭合和断开的瞬态响应分别如图6和图7所示，由图6可见下冲峰值接近2V，而使用单片机引脚的最大输入电压范围为-0.3V～（VCC+0.3V），该下冲电压远远超出该电平范围。
4按键消抖电路设计
按键消抖电路的设计主要是利用电容的平滑功能，将毛刺平滑掉，滤波电容越大，信号越平滑。但是电容的增大会导致上升时间过大，电容太小则无法消除毛刺。现针对一单片机按键电路为例进行阐述。图8为该电路未进行硬件消抖时使用衰减探头在示波器上观察到的毛刺。
现测得该单片机按键电路寄生电感L为30nH，寄生电容C0+Cp为35pF，导线直流电阻R0为0.2Ω。查阅单片机数据手册，计算得到其输入引脚输入阻抗为2mΩ，上拉电阻R为10kΩ。根据式（6）和式（7）可计算出未加滤波电容的按键电路在按键闭合时其二阶系统的ξ为0.004887，振荡频率为155.319mHz。图6为在示波器上观察到的按键闭合瞬间的时域响应。由图可见最大的下冲幅度达到了-1.66V，该电平远超出单片机的电压范围。
根据式（9）可计算得到按键断开时充电时间常数为348.2587ns，信号上升时间为766.17ns。图7为在示波器上观察到的按键断开瞬间时域响应。为消除按键抖动，滤波电容越大越好，但电容增大将增大信号的上升时间。为不影响按键电路的正常功能，需将上升时间控制。在0.5ms以内。为此可得到当上拉电阻为10kΩ时滤波电容的最大值为22.85nF，上拉电阻为1kΩ时滤波电容的最大值为227.38nF。
当滤波电容为227.38nF时，ξ值为0.2759，ξ值小于1，当按键闭合时依然会有衰减振荡，此时的衰减振荡频率为1.8498mHz，下冲峰值约为-1.34V，下冲持续时间约为271ns，R=1kΩ，Cf=227.38nF。
由于下冲持续时间较长，危害性也将增大。图9为R=1kΩ，滤波电容为227.38nF时的按键闭合瞬间时域响应波形。图10为R=1kΩ，滤波电容为220nF时在示波器上观察到的按键闭合瞬间时域响应波形。
因此，单靠增加电容来进行滤波的方法是行不通的，由式（7）可知，增大R0可以显著增加ξ，为此可以在按键导线上串接电阻。在最终的按键消抖电路设计中，串接电阻选为100Ω，滤波电容为8.2nF。此时ξ为26.1177，彻底消除了振荡，此时的充电时间常数t为81.94μs，上升时间为180.268μs。图11为整个按键消抖电路的按键闭合和按键断开瞬间的时域响应波形仿真。图12为整个按键消抖电路的按键闭合和按键断开瞬间的实测时域响应波形。图13为一次按键按下实测完整波形。图14为最终的按键消抖电路。由图12可见，按键闭合时没有过冲，按键断开时上升时间小于0.5ms。由图13可见，在按键按下和松开之间的过程中，抖动已被消除，而且完全不影响按键电路的正常功能。
5结语
本文分析了软件消抖电路中存在的不足，指出了软件消抖存在输出信号下冲电平超出后续数字芯片输入电平范围容易危害数字芯片，提出了按键闭合时信号下降速度过快易引起容性串扰。针对软件消抖电路的不足，本文分析了硬件消抖电路，建立了数学模型，仿真并实测了按键消抖电路的时域响应。针对硬件消抖电路中仅使用滤波电容消除按键抖动的方法，通过仿真和实测阐述了该方法反而会导致下冲持续时间更长，对后续电路危害性大。
针对该问题，本文分析计算了在按键导线中串接电阻以消除下冲，仿真并实测了整个硬件消抖电路的瞬时响应，实测了硬件消抖电路按键按下和释放整个过程的时域波形，消除了按键抖动和下冲。
参考文献
[1]王效东.按键消抖的软件处理新法[J].自动化与仪表，2000，15（2）：68?69.
[2]邢自茹，史明健.FpGa开发中按键消抖与单脉冲发生器电路[J].现代电子技术，2009，32（21）：171?172.
[3]谷长龙，李小英.基于FpGa器件的消除按键抖动方法研究[J].吉林化工学院学报，2006，23（3）：53?55.
[4]秦国栋.有限状态机的嵌入式Linux按键驱动设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2010（4）：3?5.
[5]徐彩霞.新型非编码式键盘扫描方法研究[J].苏州市职业大学学报，2010，21（001）：26?28.
[6]晓峰.一种新颖的键盘消抖电路[J].微型机与应用，1987（2）：13?15.
[7]李运兵.微控制器中按键处理技巧及应用[J].计算机系统应用，2010，19（2）：195?197.
[8]汤晓君，刘君华，梁鸿生.mCS系列单片机p1口键盘显示功能的实现[J].仪表技术与传感器，2002（11）：27?29.