电源设计需求范文

导语：如何才能写好一篇电源设计需求，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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当前国内外对电力需求响应的概念理解多样，本文在总结电力需求响应的本质需求、需求响应与电力需求侧管理的关系认识基础上，阐述用户侧能源管理对需求响应能力提升的作用，并进而提出了一种电力需求响应系统的实施架构，以及中国现有电力体制下已有政策如何应用。基于概念理解和设计，提出已有政策在技术层面的推广和应用途径，充分发挥用户侧能源协调控制对负荷曲线的调节能力，为需求响应的实施提供架构支持。

【关键词】电力需求响应 电力需求侧管理 电力市场 价格激励 有序用电

1981年，美国EPRI正式提出了电力需求侧管理的概念，提出引导电力用户优化用电方式，提高终端用电效率。上世纪90年代以来，国内一些研究机构不时召开电力需求侧管理的研讨会，对如何开展电力需求侧管理进行了探讨。随着技术发展，美国又进而提出了”需求响应”的概念，并逐步推广到世界范围。2012年7月，国家发改委《电力需求侧管理城市综合试点工作中央财政奖励资金管理暂行办法》，提出对通过实施能效电厂和移峰填谷技术等实现的永久性节约电力负荷和转移高峰电力负荷，东部地区每千瓦奖励440元，中西部地区每千瓦奖励550元；对通过需求响应临时性减少的高峰电力负荷，每千瓦奖励100元。需求响应已成为电力科研、生产运行的一个新的热点，如何在电力需求侧管理的研究和实践基础上，研究、实施和推广需求响应，是摆在我国电力工作者面前的一道重要课题。

1 需求侧管理与需求响应

1.1 电力需求侧管理

2000年，美国投入15.6亿美元实施DSM项目，节电537亿kwh，减少高峰负荷2200万kw。电力需求侧管理一般包括技术、经济和行政手段三种方式。

技术手段主要是采用先进的节电技术及其与之相适应的设备来提高终端用电效率或改变用电方式。如节能照明、高效电机、降低线损、建筑绝热，还可利用蓄冰蓄热设备来达到移峰填谷，或利用负荷控制技术直接削减高峰用电等。

经济手段则主要指电力公司利用价格杠杆引导用户需求，主要包括峰谷分时电价、两部制电价、可中断负荷电价、高可靠性电价等。

行政手段是在我国电力负荷高速增长阶段，单纯依靠技术、经济手段难以满足电网供需平衡情况下，由政府协调电力用户实施有序用电，进行错峰用电和限电，对需求侧用电行为进行适当的管理和引导。

1.2 电力需求响应

按照用户不同的响应方式将需求响应划分为以下2种类型：基于价格的DR（price-based DR）和基于激励的DR（incentive-based DR）。根据美国联邦能源监管委员会FERC在2008年底的统计，大约有8%的美国用户参与了DR项目，所有DR资源总共达到了41GW（约5.8%系统高峰负荷）。2010年，全美高峰削减量达到了32，845MW，较2000年增长了42%。

1.3 两者的辨析

本文认为实施推广需求响应是需求侧管理工作在时代和技术发展过程中工作视角的变化，两者之间并不能存在本质性的差别，只要能通过合理途径达到经济、可靠维持电网供需平衡，并不需要严格区分。综合国内外的实践经验，电价引导、激励补偿、行政协调，均是开展需求响应和需求侧管理的有效手段。电力需求响应是电力系统与经济、社会、环境协调发展过程的必然，其与电力需求侧管理在本质上是相通的，主要区别在于看问题的出发点和角度不同，电力需求响应的实施必须结合各国能源态势和电力体制，通过电价、激励、政策、技术等关键手段予以支撑；实施机构模式可以灵活采用基于现有调度中心的架构等模式

2 需求响应系统架构

2012年国家电网公司和美国霍尼韦尔公司在“中美能源合作项目（ECP）”框架下开展了“需求响应系统试点和可行性研究”项目，选择部分楼宇和工业用户进行了试点，但项目只是验证了用户侧负荷削减的潜力和可行性，缺乏可推广、可复制的的政策和支持。本文提出了在现有电网负荷管理中心的体制基础上，引入用户侧能源管理系统，提高用户负荷调节能力，从而提出一种可以支撑需求响应开展的实施架构。

2.1 整体架构

现有电力负荷管理系统主要实现到用户主要供电支路（一般不超过4路）的控制，若直接对某一路支路进行远程断电，对用户的正常用电影响较大。而本文提出基于电网负荷管理中心现有系统，增加用户能效管理系统，可以配置精细化的用电响应策略，从而构建由系统主站、通信网络、负荷管理终端、用户能效管理系统组成的电力需求响应系统。架构如图1所示。

2.2 电网负荷管理中心

在现有电力负荷管理系统的基础上，结合自动需求响应的运行理念，通过对主站、负控终端的升级，提供一种可靠、友好的电力负荷调节系统。既可向用户提供一种自动、智能的负荷控制手段；又可以向负荷调节主站上传可控制电力负荷的运行状态，便于电网公司掌握调度区域内的可调负荷容量，对负荷进行更好的协调控制，保证电网稳定运行，提高供电可靠性和服务水平。

2.3 需求响应交互终端

交互终端主要功能在已有的负荷控制终端基础上扩展，主要增加的功能是作为电网负荷管理中心和用户能效管理系统的信息交互媒介。一方面电网负荷管理中心下发的负荷调节指令和各种信号转发到用户能源管理系统；一方面将用户的反馈信号上传电网负荷管理中心。

2.4 用户能效管理系统

用户能效管理系统主要实现根据电网需求信号进行设备的精细化管理与控制。一方面从交互终端获取电网的负荷调节需求，从而按照预先配置的运行策略调节用电。

3 需求响应政策的应用

本文认为需求响应，从字面理解可以认为是“需求方请求、响应方提供资源”，能够将电网的需求信息通过合理、可行的技术手段向用户方实现构成了需求响应实施的基础。

3.1 峰谷电价政策的应用

电价作为调动用户响应的有效措施，也是需求响应两种项目中的一种主要形式，由于电价调整存在风险，目前电价政策相对固定，时段调整较少，用户一般可根据电网公司的电价表，手动调节用电，实现削峰填谷，但实施难度和不确定性较大，因此本文提出可以将电价表下发用户管理系统，由用户管理系统按照预先配置的策略自动调整用电，提供技术基础。

3.2 激励补偿政策的应用

激励信号是弥补用户调整用电成本的一种措施，也是需求响应两种项目中的一种，一般称为“可中断负荷”。国内存在两方面的问题：

（1）很长时间内缺乏有效的削减用电补偿；

（2）缺少自动化技术措施，调节用电管理成本较高，用户缺乏积极性。

2012年7月，国家发改委《电力需求侧管理城市综合试点工作中央财政奖励资金管理暂行办法》，对通过需求响应临时性减少的高峰电力负荷，每千瓦奖励100元。本文提出在以上需求响应系统和政策基础上，将激励信号通过xml协议文本的形式来完成下发，表示未来某一时间段（2012.01.01 13点-15点）内削减用电的补偿价格（100元/kWh）。

用户侧管理系统在收到激励信号后，可以自动识别激励内容，并按照系统内预先配置的响应策略实施调节用电，从而提供用户参与需求响应的技术支撑手段。

4 结语

近年来电力需求侧管理试点城市已开展了需求响应试点，IEC PC118“需求响应”标准的制定也离不开与实际系统的相互验证和总结，因此，在现有政策环境下，开展电力需求响应技术支持系统构建和应用极为必要。本文通过对需求响应概念的理解和现有技术、政策基础，提供了搭建需求响应实施架构的参考方案，希望对需求响应的系统研发、标准研究和推广实施有所借鉴。

参考文献

[1]曹世光.什么是需求侧管理[J].中国电力企业管理，1998（7）：18-22.

[2]朱成章.电力需求侧管理在中国水土不服[J]. 大众用电，2012..

[3]曾鸣，王冬容，陈贞需求侧响应的技术支持[J].电力需求侧管理，2010，12（2）：8-9

作者单位

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TI智能电池技术保护和管理锂离子电池系统

德州仪器(TI)宣布推出三款全新智能电池管理集成电路bq78PL114，支持全面的4节锂离子电池系统控制、监控以及安全功能，可提高多节锂离子电池组的测量与保护功能。器件集成了精确的电池电量检测计技术，具有极其高效的电池平衡、短路检测以及电池保护等优势。这种创新型控制器可简化多节锂离子充电电池的设计工艺，满足不间断电源与各种应用的需求，如无绳电动工具、电动助力自行车以及便携式医疗与测试设备等。

ST软开关非对称半桥拓扑集成控制器芯片

意法半导体(ST)推出首款为零压开关非对称半桥拓扑电源转换器专门优化的电源管理控制器芯片L6591，可以让电源的尺寸更小，成本更低，不论是待机还是全负荷工作，能效得到显著提高，并降低热量排放和功率损耗，电源的整体设计变得更加紧凑。L6591用于离线电源，集成了控制软开关半桥转换器所需的全部功能模块，零压开关可消除导通开关损耗，使EMI辐射降到最小限度，还实现了高达500kHz的开关效率。

Maxim宽输入范围电流检测放大器

Maxim推出用于检测充电和放电电流的低成本、电流检测放大器MAX9928/MAX9929，采用轨至轨输入级，可实现-0.1V至+28V的宽共模输入范围。采用独立的+2.5V至+5.5V电源供电时，静态电流仅为20uA，理想用于电池供电的手持式设备。这种独特的架构能够在同一个IC中实现真正的地电位检测和高端电流检测，并具有单向或双向(充电/放电)电流检测功能。该特性对于检测深度放电的电池以及通常用作混合动力汽车应急电源的超级电容非常有用。

IR可扩展输出功率D类放大舞参考设计

国际整流器公司(IR)推出针对每通道25W以上D类音频放大器的IRAUDAMP7参考设计，适用于包括家庭影院设备、乐器和汽车娱乐系统等应用。其功率范围25W～500W，为单层PCB提供了高度的扩展性。120W双通道、半桥式设计可实现120W 8欧姆D类音频放大器91％效率，在1 kHz60W 8欧姆时THD+N为0.005％(均为典型)。它结合了许多关键保护功能，管理功能包括用于前置放大器模拟信号处理的+5V电源和D类栅极驱动级-B参考的+12V电源(vcc)。

NS新时钟抖动滤除器无需压控晶体摄荡器模块

美国国家半导体公司(NS)推出业界首个能提供超低噪声时钟的全新时钟抖动滤除器系列LMK04000，可以免去系统加设外置的高性能压控晶体振荡器(vxCO)模块。该系列采用简洁的外置晶体及级联PLLatinum架构，其均方根抖动不超过200fs，可以有效改善系统的性能及准确度。该产品的高精确性完全可以与昂贵的压控晶体振荡器模块相媲美。LMK0400可为模拟/数字转换器、数字/模拟转换器及其他高性能元件提供“清洁”时钟，广泛用于无线基站设备、测试和测量仪表以及医疗用超声波和成像系统。

安森美扩展步进电机设计电流范围和灵活性

安森美半导体(ON Semicond-uctor)扩展双极步进电机控制系列，推出两款新的串行外设接口(SPI)版本电机驱动器-AMIS-30511和AMIS－30512，能够提供达800毫安(mA)的峰值电流，配以外部微控制器(MCU)的使用，可增加灵活性。新器件消除了使用众多外部元件的需要，降低系统成本，减少物料清单(BOM)，新的混合信号IC都包含两个嵌入式H桥，能够以高达400mA的持续峰值电流以及高达800mA最大电流短时间驱动两相步进电机。

茂达电子新款高效能PWM同步降压稳压IC

茂达电子新推出一款高效能PWM同步降压稳压ICAPW7102，整合同步切换开关，具备更高效能并节省电路板空间，固定1.3MHz的开关切换频率，可以在设计时使用较小型滤波组件，非常适合轻薄小巧的可携式装置。当输出负载过大时，内部的限流电路及与过热保护机制启动以保护系统，电流回授模式的架构提供快速的输入电压及负载瞬时响应。

华虹NEC推出CAS00C模拟工艺平台

上海华虹NEC电子宣布推出了0.5微米CA500C模拟工艺平台。CA500C在Logic部分器件特性维持不变的情况下，针对市场与客户设计的需求，开发了丰富的可供模拟电路设计的器件选择，Deep NweU既可用于低噪声设计，也可支持高放大系数的NPN器件；还提供了如耗尽型晶体管，Poly fuse，OTP等器件，可以很好的满足在如开关电路，客户编程等多种设计需求，提供了多种厚度的顶层金属布线的选择，满足客户在大功率设计以及POC(PADOn Circuit)的应用需求。

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关键词：直接数字驱动功放模块；射频信号；故障分析

中图分类号：TN948.53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0238-03

1 前言

直接数字驱动功放模块采用数字芯片技术直接对射频信号进行放大，不需要提前对送到模块的射频信号进行前级放大，而是把射频信号直接送到功放模块，在功放模块中采用驱动芯片直接对射频信号放大来驱动MOS场效应管，省去DX200所需的前级放大。模块采用大量贴片元器件，大大减少了模块的体积，集成度高，节省电源耗，提高了电能利用效率[1]。目前，直接数字驱动功放模块在我台研制的MF200多频中波广播发射机上得到很好的应用，性能稳定，现在已经平稳运行上千小时，电声指标均达到了国家规定的甲级标准。虽然Thomcast公司生产的M2W中波发射机与Harris公司生产的3DX中波发射机上也使用了直接驱动技术，但驱动方式有很大区别，设计思路也不尽相同，维护方式也相应不同。

2 直接数字驱动功放模块结构

直接数字驱动功放模块主要功能电路分为以下几个部分[1]：一是射频预处理电路，对输入到模块的平衡信号进行平衡转不平衡变换变为TTL电平，提高信号的抗干_能力，送入可编程逻辑芯片PAL22V10进行后续处理；二是电源转换电路，直接数字驱动模块通过合成母板得到+12V和+48V电源，再经过功放模块的开关电源电路转换成所需各种电源；三是射频隔离和驱动技术，采用硅隔离技术的MOS场效应管驱动芯片Si8233，可以很好地对信号进行隔离，利用驱动芯片IXDN604对IRFP460直接驱动，满足直接数字驱动功放模块的设计需求。

通过我台自主研发的直接数字驱动功放模块测试平台，可以很好地对测试点和各芯片输入输出波形进行测量，通过测试数据来判断具体故障点[2]。下面就各主要功能电路出现的典型故障进行分析和总结。

2.1 射频预处理部分故障分析

射频预处理部分电路比较简单，出现故障也比较容易查找出，信号发生器送给两模块合成母板的信号频率为850KHZ，幅度为4.24VPP，占空比为52%的方波信号，经过处理后，送到模块输入芯片U21。首先用示波器测试芯片U21输出波形，正常波形为占空比为50%，峰峰值为+5V的方波信号。若输出波形无、占空比不对或者幅度不对，则测量U21芯片的电源和接地是否正常，输入信号是否为占空比为50%，峰峰值为1.2V的方波，以及芯片U16是否击穿，有异常则检查原因。若上述电路测试都正常，则可判断为芯片MC100ELT23损坏，更换该芯片即可。射频预处理电路图1所示。

2.2 电源转换电路故障分析

直接数字驱动模块通过隔离变压器将外接+12V和48V电源变换成各芯片所需电源，+12V电源经LM317稳压后产生+5.5V电源，+VB、+VA1、+VA2、+VH、+VD由变压器T1产生，电路原理图如图2所示。

正常情况下，合低压开关，测试平台驱动电流表显示的单块模块驱动电流约为0.30A左右，若电流远远低于该0.30A或为零，测量保险F5，F6，F7，F8和F9，看是否有开路，若存在开路情况，则更换相应保险。更换保险后，合低压，若驱动电流表显示依然为零，则要进一步分析原因，分为以下几种情况。

（1）F5开路，F5，F6，F7，F8和F9正常。测量MOS管Q11和Q12是否击穿，若栅源级击穿，则会导致+48V电源对地短路而使得F5烧断。若电流快速上升直到F5开路，时间大约为1S左右，则可能是变压器T1次级整流电路中，有个别整流二极管开路或者性能不好，导致次级电流增大，进而使得变压器初级电流越来越大，从而使F5开路，这种情况要用数字万用表二极管档测量各变压器T1次级整流电路中的二极管，看是否有短路或者性能不好的，更换有异常的整流二极管。（2）F5正常，F6，F7，F8和F9其中有一个或者多个开路。以保险F9为例，F9为电源+VD的通路提供保护，为隔离芯片U1和场效应管驱动芯片U6提供电源。当F9再次开路，则需检查芯片U1和U6是否有异常。首先判断隔离芯片U1是否有异常，测量引脚U1-15和UI-16是否短路，如短路，则可断定U1有问题，更换U1；若引脚U1-15和U1-16没有短路，则测量芯片U1电路是否正常，比如各引脚输入信号是否正常，正常情况下引脚U1-1和U1-2输入波形为占空比50%，频率为850KHZ，峰峰值为+5V，相位相反的方波信号，U1-3和U1-8为+5V，U1-4、U1-5和U1-9接地，引脚U1-10和U1-15输出波形为占空比40%，峰峰值为+16V，相位相反的方波信号。U1输入信号正常，而没有输出，则可判断芯片U1有异常。U1输入输出都正常，则测量芯片U6，正常情况下，U6-6对地电阻阻值为150欧姆左右，若远远低于该值，则说明电源对地隔离度不够，更换该芯片，同时测量二极管CR6和CR21是否短路，如短路则更换。其余保险开路可按照F9方法找出故障点。（3）F5，F6，F7，F8和F9均正常。若更换保险开路保险后，测量F5，F6，F7，F8和F9均正常，驱动电流表依然显示为零，则需检查电源处理芯片U15是否工作正常。正常情况下，经过四分频芯片U17处理后，U15-1和U15-2输入波形为占空比50%，频率为212KHZ，峰峰值为+5V，相位相反的方波信号，U15-3和U15-8为+5V电源，U15-4、U15-5和U15-9接地，U15-16测量为对地+30V左右悬浮电压，U15-11为+12V， U15-15输出波形为占空比48%，频率为212KHZ，峰峰值为70V左右的方波信号，U15-10输出波形为占空比48%，频率为212KHZ，峰峰值为20V左右的方波信号。

下面我们将根据测量值与上述正常值比较，查找故障点。例1：假设U15-1和U15-2输入波形没有或者频率不对，则应查找前级电路，测量CR29、CR30是否击穿，R75和R80是否开路，以及分频电路是否工作正常，一级级往前测量，直到找出故障点；例2：U15-16的电压为零，说明开关电源没有启动，这时需测量二极管CR54两端电压，正常情况下正端为+12V，负端为11.3V左右，在实际过程中，碰到过几次电阻R47和二极管CR54开路现象，导致+12V电源不能通过经CR32向模块提供+VA电源，低边MOS管Q5/Q7、Q6/Q8也就无法关断，输出磁环上的感应高电压将模块损坏，击穿场效应管；例3：当测得芯片U15输入信号和电源都正常，MOS管Q11和Q12也正常，合低压后驱动电流表显示电流依然为零，则可判断为U15内部可能有故障，更换U15即可。

2.3 场效应管击穿故障分析

直接数字驱动功放模块利用射频隔离驱动器SI8233芯片对射频驱动信号进行隔离，MOSFET采用IR公司生产的IRFP460，IRFP460的主要参数为Rds为0.22Ω，Id为20A，Vds为500V，Vdg为500V，可以很好地满足设计需求，而且IRFP460输入电容小，所需驱动功率低，栅极只要2.6V左右电压就可以导通，输出波形好[3]。用驱动芯片IXDN604对IRFP460直接驱动，省去了预驱动等复杂部件，方便设计和维护。IRFP460驱动原理图3所示。

导致场效应管击穿的原因有很多种，本节只对维修过程中经常出现的故障进行分析。首先对+250V电源保险进行测量，看是否有250V电源保险开路，以F3为例，若测得F3开路，用万用表二极管档测量F3保险对应的四个场效应管Q1/Q3和Q5/Q7的栅源、漏源级是否有短路现象，正常情况下二极管档测量栅源级数值为480左右，漏源级无穷大，若测得某管的数值很小或者为零，则说明该管已经击穿，先卸除有异常的场效应管，但不要急着更换该管，应先在模块测试平台加低压，测试IRFP460的栅极波形，正常情况下栅极波形为频率850KHZ，占空比为42%，峰峰值为16V左右的类方波，若波形不对或者没有，则需向前级查找原因，一般楦衾胄酒U1损坏，判断是否为隔离芯片U1异常可以参考故障处理2.2节。若F3未开路，四个场效应管Q1/Q3和Q5/Q7也正常，则要向前级查找故障点，看通路中电阻R1和R4是否开路，二极管CR6、CR7、CR8、CR21是否击穿，芯片U1、U6和U18是否工作正常，芯片电路是否有短路现象等。同理，F4开路也可根据F3开路的处理步骤进行故障处理。

3 总结

本文简要讲述了直接数字驱动功放模块在日常维护中碰到的几种典型故障及对故障的简要分析。在实际设计和维护过程中，碰到的问题繁杂众多，由于篇幅限制，不能一一赘述，希望上述故障维护心得能给予相关研究人员。

参考文献

[1]肖秋华.直接数字驱动功放模块的设计与应用[J].广播电视信息，2014（12）：74-77.

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1．1电气设备的配置地点不当

电气设备的配置要考虑一系列的前期因素和具体使用内容及特点，要根据电气设备的配置以及详细的特点，进行单独分析和设计。要考虑电气设备的具体场所，例如潮湿场所、腐蚀性较强的场所、温度较高的场所、寒冰的场所等等一些场合，要掌握具体设计风格和设计标准，采用防潮湿材料、防腐蚀材料、防高温材料、耐低温材料等等。如果没有采取适当的绝缘材料，导致老化或漏电的问题，就会引起电路设计的隐患，产生一系列的问题。电气设备要避免这样存在隐患的配置，科学处理电路设计线路，要避免水污染和腐蚀的可能性，在配置存在苦难时，要根据电气设备的功能和特点，以及运用的具体地点，采用各种功能齐备的电路设计方式。还要加装漏电保护装置。

1．2电线的配置方式不当

电压线路的配置，要选择适合的电线，线路的铜丝直径决定了电线本身的安全度和使用寿命，根据电线配置，根据员工自身的车辆和乘车用具的用电线路要求，结合具体的线路配置场所和道路规划问题进行电线配置的处理，当电线配置存在问题时，就会导致线路局部压力过大。

1．3电线接触不良的问题

电路设计本身需要注意接触的问题，根据电源线路经常性的设计规则保持线路本身的电线接触问题需要注意。电源线路要经常连接，处理好电路设计信息与技术的协调问题。电气设备的电源连接问题要根据电源破损长度与相互连接的要素进行匹配，一旦发生相互连接的状况，连接的方式要杜绝因为胶带拆绕过多导致漏电的问题，开展施工要防止线路松脱，提前防止接触不良的问题，不要造成缠绕导致绝缘的问题，造成铜线外露的情况要及时进行保护，防止漏电现象。另外还需要处理好连接线路的问题，避免水气或浸泡在水中产生的问题，掌握好具体的应对方式。

1．4电路设计极性连接相反问题

电器箱开关的具体设置与连接，要注意连接反向导致断路的问题，连接端口要尽量避开容易导电的物体，保证保护套的绝缘效果，在带电端口的部位漏出时，要给予及时的修补，实现振动或外力条件下的接触不良问题的产生，要尽可能的让电气火灾的发生几率降低到最小。

1．5安全保护装置选择不当

电路设计过程中，安全保护装置选择不当会对电路设计产生问题，在线路安装和电流保护装置的设计过程中，经常因为电路设计的问题产生一系列的影响和隐患问题。例如线路的安全防范措施需要进行安全保护装置的全新设计。在长时间的持续用电过程中，线路压力较大，导致电路设计的高温现象越来越大，绝缘和老化问题经常发生，熔丝还未切断保险装置，会造成接地故障和安全保护障碍，导致绝缘熔化和短路现象的电线走火事故。电路设计的故障会引起保护装置的设计存在隐患，例如漏电断路器，其额定感应电流非采用高感应型（30mA以下）及快速（0．1秒以内）断路器，达不到防止感应漏电的目的。

2电路设计需要注意的安全事项

2．1线路按规定选用

电路设计线路与具体注意事项的第一条就是要根据线路规定和相关要求标准进行电源线路或电路上设计的定位，按照要求连接具体电路设计和电压定位，根据电源线路损坏和电力连接效果，提升电压输出效果，根据电压不能超过24伏特的性质，保持线路的传输效果达到最佳，让绝缘效果可以更好的推动电气设备运行。电路设计根据电源本身的特点和耐磨损的特点，抗腐蚀等特点，按照规定选择较为有效的电路设计标准，针对性的防护电路设计，例如在耐腐蚀、耐酸、耐高温、耐低温等特点上做到有效保护，将电源线路和电气设备的使用进行科学结合，在电源线路中，按照连接的规定方式进行施工。要符合电源线路设计标准和电路设计标准，按照规定采用铜套管线连接标准建设电路设计特点，按照《屋内线路装置规则》的具体规定，采用铜套线管压力接连，压力连接焊锡等实现紧密连接的紧致电路设计风格，达到紧密连接不脱落的电路设计安全建设标准。另外PVC电源线路要保证PVC绝缘线路缠绕的连续性设计，绝缘带宽度要保持在二分之一重叠的位置，烟壶电路设计的绝缘外皮在1．2公分作用。

2．2电源接续端子的绝缘防护

在电源连接处，端口的绝缘保护一定要尽量做好，在电气设备外部，机械结构的连接端口要尽量保证接触开关的带电特性与绝缘特性，根据带电部分的绝缘效果和采取适当绝缘保护效果的电路设计，让电路设计保持安全度。按照规定，电气设备的带电部位与电热器的工作原理，利用电热器的机体部分的使用，结合作业过程中的接触效果和具体的隔离场所，禁止非电气人员的作业。

2．3电路设计的化学特性防护

电路设计的化学特性防护指的是根据电路设计本身的通路和电路设计的地域特性，结合电路设计的具置与通路使用的具体配置进行操作，在线路设计中绝缘电线和移动电线设计的各项设施，要采用金属管理配线的使用。按照规则和标准，电路设计的化学特性，要保持电路设计的接触有效性，积极配合线路移动与电气使用标准，维护设备的起电安全保护，防止电力线路的老化问题。另外，电路设计要避免设计存在危害。电路设计的化学特性是要注意电路设计的环境问题，避免线路在置于高温、潮湿、水气或具有腐蚀环境的场所，如不得已时，也应采取适当的防护措施（例如加装漏电断路器等）。

3结束语

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关键词：微型弹药接口；AEIS；多路复用；隔离网络

现代战争大多为局部战争，且多发生在人口较为密集的城市之中。用于单兵或小分队作战的先进的侦查、监视和精确打击武器装备需求日益迫切。其中，微型灵巧弹药[1]及其小型化的无人运载系统技术迅猛发展。近年来，微小型无人机技术已日趋成熟。这些小型无人机在战术性能方面，大多具有10～15千米航程、60分钟以上续航能力、配备先进的数据链，战术型无人机还挂载智能微型灵巧弹药。小型无人机在多国已实现批产和装备部队。微型弹药发展的主要驱动力来自满足战术无人机精确打击的作战需求。目前，国外在研或装备的微型弹药主要供战术无人机使用，如美国的“短柄斧”微型制导弹药、“毒蛇出击”反坦克导弹。为了提高飞机与悬挂物的电气连接系统兼容性，降低武器系统的集成成本，美国颁布了MIL-STD-1760《飞机/悬挂物电气连接系统接口要求》，国内参照该标准颁布了GJB1188[2]。借鉴上述两项标准发展的经验和教训，随着微型弹药及作为其运载平台的无人机系统的种类及数量的不断增多，开展微型弹药接口标准及其应用技术的研究工作需求迫切且意义重大。

1飞机/悬挂物电气连接系统标准簇

不同重量级别的悬挂物的体积、功耗和成本需求相差很大。因此，需要制定多样化的飞机/悬挂物电气连接系统（Aircraft/StoreElectricalInterconnectionSystem，AEIS）接口标准。微型弹药是指一种悬挂物，其典型特征是重量不超过25千克，且外径不小于38毫米。微型弹药接口标准就是为了适应微型灵巧弹药及小型化运载平台的迅猛发展而产生的。20世纪80年代初，美国机动车工程师协会（SocietyofAutomotiveEngineers，SAE）编制了MIL-STD-1760，截止目前，最新版本已发展到E版[3]。为了满足小型及微型武器及运载平台的应用需求，SAE又补充了AS5725《小型任务悬挂物接口》标准[4]（最新版本为B版）和AS5726《微型弹药接口》标准[5]（最新版本为A版）。三项标准共同组成常规、小型和微型互相搭配的飞机/悬挂物电气连接系统标准簇。三项标准相应规定的三种标准电气接口信号规模依次减小，既有继承也有演进。三项标准分别应用于指导不同级别的悬挂物和运载系统的开发与验证[6]。图1三种标准接口信号组演变过程Fig.1Processofevolvementonthreestandardizedinterfacesignalset如图1所示，从电气接口信号功能的角度分析，信号组规模不断缩小。微型弹药接口在满足微型武器使用需求的前提下，使信号数量尽可能地最小化。

2微型弹药接口组成及要求

2.1接口组成。处于运载系统一侧的电气接口称为微型弹药运载系统接口（MicroMunitionsHostInterface，MMHI）。处于微型弹药一侧的电气接口称为微型弹药接口（InterfaceforMicroMunitions，IMM）。AS5726定义了两类IMM接口：I类接口的工作电源为直流28V；II类接口的工作电源为直流56V。这两类使用相同型号的连接器。AS5726中的微型弹药接口信号定义部分继承了AS5725中的小型任务悬挂物接口。IMM主要包括数字数据总线、离散量和电源三种信号类型，具体的信号定义如图2所示。2.2工作电源图。Fig.3Isolationnetworkschematic/UFC接口功能及要求工作电源接口和上行光纤通道（UpFiberChannel，UFC）接口是复用的，为微型弹药提供工作用电源和上行数字数据总线接口。工作电源用于微型弹药内部电子设备基本操作和非安全关键。I类接口通过工作电源接口提供28VDC±5%电源。II类接口通过该接口不仅能提供56VDC±5%电源，还能够提供28VDC。UFC满足AS5653B《MIL-STD-1760用高速网络》要求[7]。2.3安全允许电源。/DFC接口功能及要求安全允许电源接口和下行光纤通道（DownFiberChannel，DFC）接口是复用的，为微型弹药提供工作用电源和下行数字数据总线接口。安全允许电源用于微型弹药安全关键，提供28VDC±5%电源。安全使能电源单次应用的最大持续时间不超过2秒。DFC满足AS5653B《MIL-STD-1760用高速网络》要求。2.4匹配状态接口功能及要求。匹配状态接口用于运载系统和微型弹药确认彼此的电气接口匹配状态。当匹配状态接口与工作电源回线之间的电压超过工作电源电压值的20%时，运载系统认为两者是匹配的。当微型弹药的工作电源接口和内部电源交叉点与匹配状态接口之间的电压超过工作电源电压值的80%时，微型弹药认为两者是不匹配的。2.5安全允许离散接口功能及要求。安全允许离散作为微型弹药的安全关键联锁条件。当且仅当安全允许离散为有效状态时，微型弹药才能够执行来自DFC的安全关键性控制指令。

3微型弹药接口新特性分析

AS5726是飞机/悬挂物电气连接系统标准簇中时间最晚且适用对象更加强调小型化、低功耗和低成本的一项标准。因此，微型弹药接口与1760标准接口、小型任务悬挂物接口相比，呈现出以下几个独有的特点：1）直流功率信号与高频数字数据信号复用。为了减少信号线数量，采用频分复用的方式使得直流电源信号与高频的数字数据信号共用传输线对。每一对信号线两端通过图3所示的3端口隔离网络与光纤驱动器和工作电源接口连接。2）采用FC作为唯一的数字数据总线。在1760接口和小型悬挂物接口中，除了光纤通道还有专门的数字数据总线接口，如1553B总线和10Mb/s1553B总线。在微型弹药接口中，只能在光纤通道上使用FC-AE-1553协议传输命令和控制数据。由于取消了HB3和LB接口，光纤通道上还应能够使用FC-AV协议传输数字化的音频和视频数据。3）不同电源电压共用工作电源接口。在1760接口和小型悬挂物接口中，不同的电源均采用独立的接口。而在II类微型弹药接口中，28V和56V的工作电源是兼容的。当给II类接口提供28V工作电源时，II类微型弹药可当作I类微型弹药使用，可实现其全部或部分功能。当I类微型弹药连接到II类运载系统上时，应确保微型弹药不被损坏。这就要求微型弹药上做好过压保护。4）采用模拟信号实现匹配控制。在小型悬挂物接口中，使用两个不同方向的单向数字开关信号完成运载系统和悬挂物之间的匹配确认。而在微型弹药接口中，通过图4所示的两个串联电阻分压，运载系统和悬挂物分别采集匹配状态接口上的模拟电压值，完成匹配确认。减少了一根信号线且匹配起来更加简单。微型弹药接口的上述四个新特性均体现了接口规模最小化的设计原则，很好地契合了微型弹药和小型运载系统的设计需求。

4微型弹药接口应用技术

针对AS5726定义的标准微型弹药接口新的特性，相较于传统的悬挂物管理系统和悬挂物接口电路设计技术，应着重考虑以下几项特殊的设计问题。4.1隔离网络设计与分析。频分复用是一种典型的多路复用方式。直流电源信号作为低频分量，光纤数字信号作为高频分量，两者的复合信号采用铜缆传输。图3所示的隔离网络由高通滤波器和低通滤波器构成。内部电源端口处，低通滤波器将高频分量滤除，剩下的电源信号分量连接到DC电源或负载。内部FC端口处，高通滤波器将低频分量滤除，剩下的光纤数字信号分量连接到FC发送器或接收器。图3中的低通滤波器由一个高频扼流电感线圈组成，利用其通直流且阻交流的特性实现低通滤波。图3中的高通滤波器是一种工程中广泛应用的一阶RC无源滤波器[8]，其传递函数为()221jfHfjfπτπτ=+（1）式中，f为频率，τ=RC。其幅频特性公式为()()()2212fAfHffπτπτ==+（2）若A(f)=2/2，则截止频率为12cfπτ=（3）依据AS5726规定，高通滤波器的截止频率为10MHz。当R1=R1=75Ω时，由式（3）计算可得，C1=C2=212pF。此时，即可实现满足标准要求的截止频率为10MHz的高通滤波器。4.2匹配状态接口电路设计。当微型弹药与运载系统连接后，匹配状态接口对运载系统和微型弹药匹配电路均呈现的为模拟电压信号。可采用模/数转换采集电压或电压比较器两种设计方案。由于匹配状态接口的标准电压值偏高，故需要使用运放电路将电压比例衰减。匹配状态接口电路的主控制CPU采用飞利浦公司的ARM7架构微控制器芯片LPC2294。当采用模/数转换方案时，使用12位ADC芯片AD7892，控制CPU根据匹配状态接口上实际采集到的电压值与工作电源的20%作比较，即可获得匹配结果。当采用电压比较器方案时，使用电压比较器芯片LM393，控制CPU直接读取电压比较器的输出，获得匹配状态。4.3控制流程设计。在向微型弹药工作电源接口施加实际电源之前，标准中允许在工作电源接口暂时施加3～12VDC的低电压电源，该临时电源仅用作匹配状态的确认。一旦确认了匹配状态，即可施加正常的工作用电。之后，运载系统就可以完成微型弹药的识别、初始化、准备和发射/投放控制[9],[10]。图5给出了一种典型的微型弹药控制流程。

5结束语

篇6

关键词：液晶电视；开关电源；拓扑；参考设计

在液晶(LCD)面板平均每英寸的成本越来越低、高清电视(HDTV)广播服务带动更先进电视需求以及2008年北京奥运会将刺激消费需求等有利条件的作用下，液晶电视产业近年来经历了非常快速的发展，其速度甚至超越了业界早前的预期，且其未来几年的发展前景持续看好。以中国大陆为例，根据信息产业部(MII)的最新统计数据，2007年上半年中国大陆液晶电视产量达634.4万台，比2006年同期增长65.4％；而在中国大中型城市的销量中，平板电视占据了70％，其中八成以上为液晶电视。

一般而言，业界将尺寸小于21英寸的面板列入小尺寸范畴，而将26至32英寸列入中等尺寸范畴，37英寸则作为较大尺寸面板，而大于40英寸的列为大尺寸范围。对于液晶电视而言，其面板尺寸越大，功率和功率密度也就越高。为了优化液晶电视的设计，根据面板尺寸和功率等级的不同，需要采用不同的开关电源拓扑，从而为液晶电视中的背光子系统和音频一视频信号处理供电。

小尺寸液晶电视开关电源采用反激式拓扑

对于小尺寸液晶电视而言，其功率通常低于70 W，这个数值低于大多数谐波含量标准对功率的要求，因此无须使用功率因数校正(PFC)技术。在这种情况下，使用的是一个开关电源(SMPS)。

此外，市场上也有其它的处理方式，如采用外部电源，适配器遵从各种不同标准和行为准则等。在使用内部电源单元和外部电源单元这两种方式中，通常都采用到了反激式拓扑结构。

如前所述，不同厂商的液晶电视尺寸并不统一，为了给消费者提供更多选择，也有厂商推出23英寸的产品。为了方便起见，我们也可把它一并划入小尺寸范畴。与21英寸以下液晶电视无需PFC不同，23英寸产品的功率相对较高(高于75 w)，就需要采用PFC，如安森美半导体推出的NCP1606就是一个适合的选择。

中等尺寸液晶电视的两种开关电源结构对比

对于中等尺寸的液晶电视而言，其功率相比小尺寸产品而言大幅增加，超过75 w，最高可达180 w，这种应用应该遵从欧盟IEC1000-3-2 D类标准或类似区域性谐波含量标准，必须使用PFC技术。

在这种尺寸的液晶电视中，可以考虑采用两种不同的功率转换结构。第一种结构采用关电源，如图1所示。这两个开关电源都采用反激式拓扑，其中一个提供24 V输出，专门用于背光，可为面板提供24 V@5A的输出功率，另一个负责为控制音视频输入输出信号处理(cAVIO)系统供电，可以提供12 V电压输出/40 w的功率(某些条件下电压为5 V)，还能够用于待机模式。

与第一种结构不同，第二种结构采用单个主开关电源结构，如图2所示。在这种结构中，主开关电源为LCD面板提供24V输出，并为CAVIO提供12V输出，其提供的功率在170 w范围内。除了这个主开关电源，还有一个专用的待机开关电源；而在待机模式下，主开关电源完全关断。待机开关电源在正常模式下提供10 w功率，而在待机条件下的电流消耗仅为500 mA。

在第二种结构中，为了适应更高的输出功率，主开关电源的拓扑不应该还是单开关反激，而应该采用关反激。当然，这个区域也采用了一个半桥谐振双电感加单电容(LLC)转换器。需要指出的是，对于功率等级较低的液晶电视(如小尺寸液晶电视)而言，它们通常采用的是准谐振模式，这种模式凭借减小开关损耗而能够提高能效；而在功率等级更高的液晶电视中，采用谐振拓扑的优势十分突出，所以，这种模式会引导设计人员采用半桥谐振LLC转换器。具体而言，这里采用半桥谐振LLC的好处体现在：

・与其它谐振拓扑相比，其输入电压范围和负载范围更宽，

・谐振槽元件可以集成在单个变压器内，从而减少元件数量；

・在所有负载条件下用于原边开关的零电压开关(ZVS)；

・所有重载条件下用于负边开关的零电流开关(ZCS)。

这两种结构比较起来，各有其优势所在。对于采用关电源的第一种架构而言，它使得功率得到更好的平衡，允许两个开关电源转换器采用同一种拓扑结构；此外，它消除了背光数字调光所可能导致的交叉调节问题，而且它的待机性能出色，虽然比起专用待机电源来说还略显逊色。不仅如此，它还可以对源自信号处理电源(CAVIO电源)的背光信号进行解耦，这样就能够在需要新的背光技术(如外置电极荧光灯EEFL、平面荧光灯FFL、发光二极管LED)时简化技术方案的演进。

如前所述，第二种结构中采用含有半桥LLC转换器的单个主开关电源。与采用反激式转换器相比，采用LLC转换器能够提高总体效率，而且也解决了背光数字调光所导致的交叉调节问题。此外，由于LLC模式下频率提高，使得开关电源的尺寸可以更小。值得一指的是，第二种结构中，除了主开关电源外，所采用的专用待机开关电源可以提高待机模式的效率，能够实现低于1瓦的待机能耗。目前美国和欧盟纷纷出台有关电视机1瓦待机能耗的法规。

大尺寸液晶电视中PFC电源需采用CCM拓扑

随着屏幕尺寸的加大，液晶电视的功率也水涨船高。对于37英寸的较大尺寸液晶电视而言，其功率最达可达220W；对40～42英寸的液晶电视而言，功率最高达300 w，而46英寸的功率更高达330W。在这类功率级别，输入电压达到了很宽的90V~264V范围。

其中，以37英寸液晶电视为例，与前文所述的32至32英寸液晶电视一样，也可以采用关电源和单一主开关电源加专用待机开关电源这两种结构。不过，虽然关电源结构拥有明显优势，但在高达220 W功率范围下，设计人员必须考虑到轻载性能变得越来越重要，因为CAVIO的功率容量增加了。不仅如此，采用反激等传统拓扑能够实现的功率密度在这里则成为一个问题。其它能够提高能效、减小尺寸和改善交互调节状况的拓扑必须予以考虑。例如，大多数设计人员已经选择半桥谐振LLC解决方案来实现这些性能改善目标。

而对于40英寸及更大尺寸的液晶电视来说，最常见的电源结构也是主开关电源加专用待机开关电源，其中主开关电源采用半桥谐振拓扑，能够同时输出24 V和12 V电压。

总的来看，在37英寸及更大尺寸的液晶 电视中，就PFC而言，临界导电模式(CRM)不再实用，必须转用连续导电模式(CCM)。而且在待机模式中，PFC电源也和主开关电源一样被关闭，以降低总体功率消耗。对于这个等级液晶电视的PFC而言，安森美半导体的NCP1653/NCP1654是改善传导干扰和管理较大功率的最佳解决方案。

开关稳压器在CAVIO系统电源中的应用越来越多

前文根据面板尺寸和功率等级的不同，分析了不同液晶电视所适用的开关电源结构以及相关的最新解决方案。由于液晶电视中的电源主要为背光子系统和控制音视频信号输入输出(CAVIO)供电，接下来我们将分别就CAVIO电源和背光电源作进一步的讨论。

对于CAVIO电源而言，这一块的功率分配正变得越来越复杂，面临着超来越多的挑战。例如，芯片组的集成度越来越高，核心处理器的电压变得更低，而电流却在提高；此外，各种不同的功能模块所需要的电压轨种类越来越多。在这种情况下，如果使用线性稳压器，则必须提高开关电源的功率；另一方面，高集成度的芯片组也在提高电路板的功率密度。基于这些有关效率和热的因素，在CAVIO电源中，开关稳压器的应用日益增多。

开关稳压器能够提高整体能效、减小总占位面积。通过使用开关稳压器，可以较低的输出电压和较大的电流来支持深亚微米设计以及内核电压朝低于1 V方向迈进的趋势。

而就开关控制器而言，它的主要发展趋势包括：输出电压更低，适用于逻辑控制板，开关频率更高，能效也更高，输入电压范围更宽广。

新型方案降低大尺寸液晶电视系统总成本

传统上，液晶电视的开关电源中，主开关电源和逆变器是分立的。对于大尺寸液晶电视而言，一种新兴的方案是将主开关电源和逆变器集成在一起，形成所谓的高压型的结合方案LIPS。对于大尺寸液晶电视而言，采用LIPS可以消除24 V转换阶段。由于减少了一级电压变换，这种方案可以带来不少的好处，不仅节省系统总功率、减少液晶电视底盘的发热量，还可节省系统总成本。

在大尺寸液晶电视的LIPS方案中，在PFC电源方面，可以采用安森美半导体的NCP1653/NCP1654 PFC控制器，这两款器件采用CCM拓扑结构，非常适用于改善传导干扰，及管理大尺寸液晶电视中超过200 W的功率。而在开关电源方案，可以采用一个专门用于处理CAVIO的开关电源以及一个专用的待机开关电源。

从发展趋势来看，一般预计，采用LIPS的40英寸或更大尺寸的液晶电视将在2007年底开始面市，而对于32和37英寸液晶电视而言，将可采用LIPS或标准开关电源(LLC)等不同方案。

Green Point液晶电视电源参考设计

安森美半导体推出了尺寸为130×200×25 mm为GreenPoint系列电源参考设计，该设计针对极为纤薄的液晶电视机壳进行了优化，具有极高的能效和极低的待机能耗，可以满足客户的应用设计需求。图4展示的是GreenPoint电源参考设计功能结构图。

图5显示的是GreenPoint系列液晶电视电源参考设计满载时在不同输入电压下的能效。从该图可以看出，该参考设计拥有极高的效率，在中等及以上功率时的能效高于80％，甚至超过90％。此外，从轻载条件下，该参考设计也拥有低于1瓦的待机能耗，这对于降低液晶电视的待机能源消耗具有重要意义。

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关键词：多传感器；机电一体化；系统设计；融合方案

机电一体化技术属于机械电子工程技术，融合机械技术、电子技术、微电子技术等多种实用技术。随着社会信息技术的迅速发展，机械工程行业的自动化需求逐年增多。在现今自动化技术应用广泛的大背景下，将机械工程行业和自动化技术手段有机结合，是发展机械工程行业的绝佳机会[1]。多传感器信息融合下的机电一体化系统是近年来新兴的机电一体化技术。多传感器信息融合技术可以融合多种信息数据并进行自动分析，可以在设定规则前提下对感知信息加以融合，提高感知数据的描述精确度，以便达到优化机电一体化系统设计效果的目的。因此，有必要对多传感器信息融合下机电一体化系统设计相关的软件、硬件设计技术进行深入分析。

1系统硬件设计

硬件设计是多传感器信息融合下机电一体化系统设计的重要环节，主要包括传感器装置启动与复位电路设计、传感器装置电源设计两个方面。

1.1传感器装置启动与复位电路设计

复位电路在机电一体化系统的远程控制终端具有不可或缺的重要地位。传感器装置的启动与复位依托于系统控制器。为了避免传感器内部突发性故障，需要设定手动复位电路，当电路在特殊时刻被触发时，可通过及时复位初始值，避免对机械生产过程产生影响。可见，机电一体化系统对传感器启动与复位电路设计的精准程度需求较高，这也是多传感器融合技术所需硬件设计的基础环节。对于机电一体化系统中的启动及复位部分电路设计要求十分严格，尤其是远端控制的系统，具有更高的设计需求。在微处理装置中，处理中心装置的开启方式及开启规律是由微装置内部芯片决定的，通过存储单元内部模块相互映射形成。在传感器启动与复位装置设计过程中，需要进行引脚模块设计，以便明确机电一体化系统与传感器模块的开启规律[2]。根据开启与复位规律不同进行优化选择，电路会进入不同的启动/复位模式，通过存储数据计算的结果确定存储装置是否被当作启动模式的开启节点，由于数值演算不同，开启位置同样可以在内部存储装置中，随后进行复位部分电路的运行控制。

1.2传感器装置处电源设计

对于传感器中的不同芯片，为了使其正常工作，最好的办法是仔细调整电压，以满足不同传感器装置的供电电压需要。其中的核心芯片及传感芯片等需要使用单独芯片—电源匹配配置设计，通过串联后为对应芯片模块提供对应电压，完成传感装置处电源设计，便于进行精准化的电路切换。但是受到不同传感芯片型号的影响，正常运行时所需电压也不同，因此利用相应装置仪器进行电压的切换必不可少，这样做不仅可以保持电压稳定，也可以避免传感器装置受电量变化影响，出现电压异常波动[3]。很多时候为满足多传感器信息融合需求，需要重新设计芯片模块电压，以保障信息融合的精准程度，防止传感器内部电源对数据融合产生影响。无论何种核心芯片或传感芯片，都需要供电才能进行信息融合，并且设计电源无法完全避免各个芯片间无差别电压，也无须保证各个芯片间工作过程中电压完全一致。传感器装置电源设计中具体选择的装置与仪器需要视具体情况而定，相应地要随情况变化而设计，如果选择的稳压器没有太高的压差，那么代表电压的交流大体稳定、安全性高，而且可以在出现电压下降的情况下，终止电源供电，实现电源保护。在重新开启电源装置后，装置仪器会重新正常运行，避免在整体实验中使芯片装置受到诸如电源等硬件运行稳定性的影响，保障芯片正常运行。通过传感装置区域的设置得知，传感装置中各部分电压需求不尽相同，不过芯片装置的电源电压大体处于固定数值之下，因此可以通过改变稳压装置中模块产品的参数，改变具体电源电压数值，达到传感器装置处电源设计目的。

2系统软件设计

在多传感器信息融合下，机电一体化系统拥有了更好的信息数据源，促使我国机械工程制造行业发展更具智能化。在硬件设计条件的支持下，进行数据结合模型的建立，对多传感器装置的配置效果展开实验。数据结合模型的建立本质上是为了进行数据的处理分析，进行不同方面和级次的信息整合。这些信息主要包含机械产品及机电工程的信息数据等，分别来自不同的信息源，因此不能保证完全避免数据互补或重合情况。多传感器信息融合技术模型的构建便是通过规则限定对多传感器的感知信息进行整合归纳，使多来源数据的具体信息得到融合化处理，且利用机电一体化系统技术的特点对数据结合步骤加以构建。以信息收集时间为标准进行多传感器装置信息结合的分类，从而达到将信息序列整合到不同时间域的目的，利用滑动弹框的功能达到精准降噪的目的。同时，软件系统需要对属性变化的具体规律进行探究，利用时间数据多余信息结合的技术将频域特点加以引导。在机电一体化系统测量位置中进行信息序列的再次整合，获得整合之后的信息。在属性信息位置上，依据信息序列本身特点向量数据，探寻其内外的正向联系，并在同位置利用此联结后的向量数据，通过多传感器数据结合手段进行空间位置的数据整合，在此基础上用结合信息布置决策命令。根据以上过程叙述，研究设计情形。在滑动窗口单元模块中设定含有多个信息数据，并设定在不同传感装置中，其中部分装置所构成的信息序列，包括装置内部信息，依据滑动窗口单元模块将诸多信息序列模块加以分割，并将其认定为机电一体化系统的处理基础模块[4]，用以确保信息内互相联结时不同时间窗口单元里装置测量信息的精确性。进行传感装置的实际控制时发现，收集信息包括不同的声音信息，如真实信息与杂音信息。此时通过假设方法，计算杂音的方差信息与均值数据。利用函数g（s）公式将具有属性度量的时间模块的特点变化用数据形式展现出来，发现这种变化的规律特点。在进行赋值公式的计算测量后，得到传感装置真实信息的具体规律，以此达到机电一体化系统软件设计效果。

3模拟实验设计思路

进行机电一体化系统的软件与硬件设计分析之后，再进行假设装置齐全时所能操作的模拟实验思路探析，以检验此次研究机电一体化系统设计思路的可行度。模拟实验的具体数据可以用来与通过文中设计思路得出的数据进行对比分析，以直观地认定实验成功与否[5]。通常在模拟实验中，需要利用机械工程作业进行布置模拟，放置真实情况中可能出现的杂音数据[6]。在传感装置可收集的信号类型的基础上添加适度杂音数据，进行信号变化波动规律的探析，得出实验数据[7]。此时，可以通过绘制线形表格进行信号数据变化波动的直观展示，以便更好地理解数据。通过数据的对比分析处理，运用相关的测量公式检测波幅起落情况，判断降噪水平是否有所提高，并通过对比数据均值的不同确认最终成果。在机电一体化系统目标追踪的实验中进行测量后可能会发现，时间导致数据异常增大，此次设计的系统在正常运行时，数据误差比起旧方法明显有所减少，通过多传感器装置的辅助，机电一体化系统装置降低了杂音数据阻碍能力水平[8]。

4结束语

在多传感器信息融合技术的辅助下进行机电一体化系统硬件单元与软件单元两个部分功能的设计，在硬件上进行了启动部分电路与复位部分电路设计的探讨以及供电电源的设计，减小传感装置中元件受到电压等外部因素的干扰。在软件方面通过数据结合模型的建立，提高了数据降噪的精准控制能力，真正利用了不同传感装置的数据结合技术。结合模拟实验的设计思路证实，通过多传感器融合技术指导下的机电一体化系统硬件、软件系统设计，能够减少机电一体化系统杂音数据，对提升传感器信息的精准度具有促进作用。多传感器信息融合技术与传统单传感器信息技术相比，更贴近数据的真实情况，参考价值更高。

参考文献：

[1]郭泽华.传感器技术在机电自动化中的应用研究[J].化纤与纺织技术,2021,50(3):98-99.

[2]韩晓云,陈向东.基于数据融合的可燃气体燃爆状态监测系统[J].电子设计工程,2019,27(8):6-10.

[3]程军.基于数据融合分析的网络监控系统框架构建与关键技术研究[J].微电子学与计算机,2019,36(2):97-100.

[4]陈佳丽.智能控制技术在机电一体化系统中的应用[J].造纸装备及材料,2021,50(6):104-105+125.

[5]赵柏宁.基于PLC控制的机电一体化设备的安装与调试[J].工程技术研究,2018,3(3):132-133.

[6]颜云华,金炜东.基于多传感器信息融合的列车转向架机械故障诊断方法[J].计算机应用与软件,2020,37(8):48-51.

[7]刘建锋.一种面向互联概率加权的JPDA多传感器数据融合方法[J].计算机与现代化,2020(8):31-40.

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关键词：单片机 应用系统 设计

一、单片机应用系统设计过程

1、单片机应用系统组成

硬件和软件构成了单片机应用系统两大基本组成部分。CPU、存储区、若干I/O接口及设备等组成了硬件部分。其中，单片机是整个系统的核心部件，能运行程序和处理数据。存储器用于存储单片机程序及数据，I/O接口是单片机与外部被控对象的信息交换通道。

实时软件和开发软件构成了单片机系统的软件。针对不同单片机控制系统功能所编写的软件为实时软件，在开发、调试控制系统时使用的软件称为开发软件，如汇编软件、编译软件、仿真和调试软件、编程下载软件等。

2、单片机应用系统设计要求

对单片机应用系统进行设计的时侯，首先选用可靠性高的元器件，以免系统的可靠运行被损坏，同时要排除电路中的不稳定因素。其次，在设计的过程中系统的结构要模块化、规范化，控制开关不能太复杂，太多，要便于查找故障和排除故障。最后，要优化系统设计，简化硬件电路，使系统的操作顺序简单明了，必要的时候考虑软件是否要设置加密功能，使固化到单片机内的用户程序不被非法复制。

3、单片机应用系统设计

单片机应用系统开发的一般可分为五个阶段，第一阶段的任务是确定总体设计方案，需要完成用户需求分析与方案的调研，目的是通过对市场及用的了解明确应用系统的设计目标机技术指标。根据需求分析与方案调研进行可行性分析。第二阶段的主要任务是系统的详细设计与制作，主要包括硬件设计和软件设计。硬件设计的任务是根据总体设计需求，设计系统的硬件电路原理图，并初步设计印制电路板等。第三阶段是仿真调试，分为硬件调试、软件调试和系统联调三个过程。硬件调试是利用开发系统基本测试仪器（万用表、示波器等），通过执行开发系统有关命令或测试程序，检查用户系统硬件中存在的故障。软件调试时通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。系统联调是指让用户系统的软件在其硬件上实际运行，并进行软、硬联合调试。第四阶段的任务是程序固化及独立运行。第五阶段的任务是文件编制阶段，文件应包括任务描述；设计的指导思想及设计方案论证；性能测定及现场试用报告与说明。

二、单片机的选型

1、单片机的性能指标

目前的单片机有4位机、8位机、16位机及32位机等几种。单片机的位数是由其内核CPU的位数决定的。位数越多，单片机处理数据的能力就越强。单片机的运行速度取决于外部晶振或外部时钟信号的频率。如89C51的外部时钟频率可达24MHz。单片机运行速度高则执行速度块，但功耗也会相应地增加。单片机的程序存储器结构类型主要有ROM和RAM。在一些自动监测仪表及电池供电的产品中，低功耗是主要的技术指标，通常采用HCMOS工艺的单片机在低电压下工作单片机的封装一般有DIP、QFP、PLCC等类型，应从印制板的尺寸、加工手段、购买途径及成本等方面综合考虑。

2、单片机的选型原则

单片机的选型一般有三个原则，一是单片机的系统适应性，它是指能否用这个单片机完成应用系统的控制任务。主要考虑的因素有：是否有合适的计算处理能力？是否有所需的端口部件？是否有所需的中断源及定时器？是否有所需的I/O端口数？二是单片机的可开发性，开发工具的使用时单片机应用系统开发的必须手段，是选择单片机的一个重要依据。主要考虑的因素有：开发环境、调试工具、在线BBS服务及应用支持。三是制造商历史及可购买性，要考虑产品的性价比是否可靠？所以，依据这三个原则，应该可以选择出最适用于具体应用系统的单片机。

三、单片机的抗干扰技术

1、干扰的来源

用信号外的噪声或造成恶劣影响的变化部分的总称为干扰。在进行单片机应用产品的开发过程中，我们经常碰到一个很棘手的问题，即在实验室环境下系统运行的正常，但小批量生产并安装在工作现场后，却出现一些不太规律、不太正常的现象。究其原因主要是系统的抗干扰设计不全面，导致应用系统的工作不可靠。引起单片机控制系统干扰的主要原因有三类，分别是供电系统的干扰、过程通道的干扰和空间电磁波的干扰。电源开关的通断、电机和大的用电设备的启停都会使供电电网发生波动，受这些因素的影响，电网上常常出现几百伏甚至几千伏的尖峰脉冲干扰。

2、硬件抗干扰技术

常用的硬件抗干扰技术主要有隔离技术、接地技术、去耦技术、滤波技术及屏蔽技术。在单片机系统中，为了提高供电系统的质量，防止窜入干扰，建议采用单片机输入电源与强电设备动力电源分开，采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器，采用独立功能块单独供电，并用集成稳压块实现两级稳压。尽量提高接口器件的电源电压，提高接口的抗干扰能力。过程通道时系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径。由于输入输出对象与单片机之间连接线长，容易窜入干扰，必须抑制。

3、软件抗干扰技术

单片机应用系统的抗干扰性不可能完全依靠硬件解决，软件抗干扰设计也是防止和消除应用系统故障的重要途径。一旦单片机因干扰而使得程序计数器PC偏离了原定的值，程序便脱离正常运行轨道，出现操作数数值改变或将操作数当作操作码的“跑飞”现象。此时，可采用软件陷阱和“看门狗”技术使程序恢复到正常状态。所谓软件陷阱，是指可以使混乱的程序恢复正常运行或使“跑飞”的程序恢复到初始状态的一系列指令。如NOP指令、LJMP指令等。程序运行监视系统又称“看门狗”。“看门狗”就是一个剑士跟踪定时器，应用“看门狗”技术可以使单片机从死循环中恢复到正常状态。

参考文献：

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关键词：民用飞机 电传飞控 需求定义 试验验证

中图分类号：V241 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0056-02

电传飞控系统是现代民机先进性的重要标志之一，它为提高飞机的性能、改善飞机的飞行品质、减轻驾驶员的工作负荷、增强飞机的安全性、可靠性、维修性以及实现机载分系统的综合控制等，提供了必要的技术手段和工程途径，在性能、控制、重量和维修性等方面获得了较大的收益，由于其功能综合水平的不断提高，增加了系统的复杂度，同时，也增大了系统研制错误和不良或非预期影响的风险。为了实现飞机设计要求和目标，满足适航、安全性、可靠性、维修性、客户等要求，需要验证飞机飞控系统各子系统、部件之间及相关系统之间接口的正确性和兼容性，验证飞控系统的功能、性能和安全性要求。暴露和排除飞控系统潜在的软硬件故障，采取纠正措施，增长系统可靠性，确保飞行安全。通过综合试验验证，保证研发进度，降低技术风险。

1 验证过程的组成

验证过程主要由需求定义、系统验证和问题追溯三部分组成。需求定义是对飞机功能、性能、接口、可靠性、维修性、安全性等需求的确定，是建立系统架构和开展设计工作的基础。系统验证是对各种设备、子系统和系统验证活动，确保它们满足定义的需求；问题追溯为需求定义和系统设计及实现提供闭环反馈，为系统需求、验证活动和验证状态之间的关系提供追溯。

2 电传飞控系统需求定义

建立飞机级功能及相关的功能需求，确定与外部物理和运行环境的功能接口，确立合适的飞机功能分组并将这些功能的需求分配到飞控系统，再确立定义到飞控系统设备的系统结构和边界（包括各设备的接口需求），最后按照系统架构，将系统需求分配到硬件和软件（包括软件和硬件接口需求）。需求定义是一个不断细化和反复迭代的过程，主要包括需求定义、文档形成、确认和批准。

2.1 需求定义和文档

采用自上而下方法，由顶层需求定义主要设计，再进一步到底层需求和设计，主要是通过权衡研究和技术协调分配各种LRU（航线可更换单元）的功能要求和性能要求，定义相应的详细要求以确保满足上层需求。

根据需求定义，形成了飞控电传系统的要求和目标文件，该文件涵盖了飞控电传系统的设计理念、定义、设计要求、目标以及设计决策等，阐述了系统的功能、性能、可用性、安全性、隔离、机组操作和维护等信息。

2.2 需求确认和批准

根据民机研制流程ARP4754A民用飞机与系统研制指南，需求的确认过程是为了确保所提出的需求足够正确与完整，并且产品能够满足客户、供应商、维护人员、局方以及飞机、系统和项目研制人员的需求。一般通过追溯性、分析、建模、试验、相似性和工程评审等方法开展需求确认工作。需求确认应考虑预期和非预期功能，对预期功能的需求进行确认时应评估其是否能通过“目标通过/失败准则”。试验和分析期间应注意确定系统非预期的运行和副作用。当不能直接确认是否存在非预期功能时，可通过专门的试验和具有针对性的分析来降低非预期功能出现的概率。

电传飞控系统的初步设计需求和目标由飞控专业及与其系统相关的气动、液压、电源、航电等专业共同批准，同时，该文件的后期更改应进行控制。系统设计需求与目标是系统性能、安全性、维护性和系统功能等项目设计的主要需求来源。

3 系统综合试验验证

系统综合试验验证工作的目的是为了验证所实现的产品的功能、性能、安全性、可靠性等满足预定运行环境的要求。一般通过检查或评审、分析、试验或演示、使用/服役经验来验证。

飞控系统综合试验是飞控系统设计研制过程中确认和验证飞机级、系统级、子系统级、部件/设备级设计满足相应设计规范和要求的主要方法。按照要求逐级分解和追踪，对于设计要求的正确性和完整性，通过分析、仿真和试验进行确认；对于系统和设备是否完整一致的满足设计要求，将通过各类试验进行验证。

飞控系统试验确认和验证的工作对象为飞控系统研制过程中定义的各项需求。按照主制造商-供应商工作模式，系统级设计要求的确认和验证由主制造商负责，供应商提供支持。子系统级、组件/设备级确认和验证工作由供应商负责。飞控系统验证计划规划了飞控系统的验证活动，基于这些验证活动，以飞控系统初步试验要求和规划作为前期规划输入，通过飞控系统试验方案以及飞控系统集成与验证试验计划制定了飞控系统试验的体系架构及实施方案。飞控系统确认与验证过程见图1。

飞控系统从软硬件级别到系统级开展的试验包括供应商试验、研发台试验、铁鸟试验、工程模拟器试验、机上地面功能试验（OATP）、机上地面试验、飞行试验、适航符合性验证试验等。通过多个平台试验的综合验证来实现系统自下至上的集成，从而逐步完成设备、系统、飞机各级设计需求的验证工作。

4 结论

系统综合试验验证是确保飞控系统的正确运行的重要条件。它提供了满足系统本身以及与其它系统相互间需求的方法，也提供了一个发现并消除不希望的非预期功能的机会。

飞控系统集成工作从逐个的部件功能集成开始，逐步进行至系统级集成，最终完成系统的飞机级集成。由于完全预测或模拟飞机环境存在困难，所以某些验证工作在飞机上实施，虽然在飞机上进行系统集成具有较高的有效性，但是通过实验室或模拟环境常常能够得到更有针对性或更节省成本的结果。在验证过程中，如果发现不足，则应返回到适当的研制或完整过程（需求捕获、分配或确认、实施和验证等）中，以寻找解决方法并重新执行该过程。当所有的迭代工作结束时，这一工作的输出即是一个经验证的飞控集成系统，以及证明该系统满足全部功能需求及安全性需求的资料。

参考文献

[1]飞机设计手册总编委会.飞机设计手册：第12册[M].北京：航空工业出版社，2002.

[2]孙运强.大型民用飞机电传飞控系统验证技术研究[J].民用飞机设计与研究，2012（3）：8-13.

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【关键词】电气控制 线路设计 现存问题 注意事项

电气设备的研发和推广离不开电气控制线路的设计工作。而如今科技带动工业迅猛发展的同时，也使得工业、农业里电气设备的应用越加广泛。电气设备的设计是否准确合理，直接决定了生产力的高低，而工业生产所用的设备能否完成预期目标，也取决于电气控制线路设计的可靠性与可行性。

1 气控制线路设计的基本原则

一般电气控制线路包括主电路以及辅助电路。电气控制线路里的大电流主要流通在前者部分，而它的电气元件则为将电源与发动机联系起来的关键，通常包括组合开关、主熔断、热继电气热元件与电动机。后者一般是小电流，有控制、照明、信号与保护4种电路。而控制电路的电气元件包括保护电器触点、热继电器触点、按钮、接触器、继电器线圈和辅助触点等。进行线路设计的时候，通常在左侧画主电路而右侧画控制电路。

机电一体化的广泛应用，要求机电的设计具备更多的基础知识。一般的设计原则如下：

（1）在保证控制效果的同时，达到生产的目标，使得机械设备在电气控制线路方面的控制和保护达到最大化。

（2）采取适当的元器件，尽量简化线路且不影响使用要求，具备一定的设计创新性与科学性。

（3）设计时必须尽量采取一些简便、实用且经过检验具备较好安全度的电路，避免出现意外。

（4）电路使用后要注意元件的维修养护工作，重视控制的安全性能，尤其是保护装置与连锁环节。通常采用电气接线图来检修电路。而电气控制体系里，各部分的元件和部件以及设备之间的连接，线路类别以及铺设均能够在电气接线图上看到。

机械设备控制大多为电力拖动装置控制系统，因此，进行生产型机械电气控制设计时，有以下几个原则：

（1）设计电力拖动方案。

（2）设计机械电力拖动自动控制线路。

（3）设计相关的电力设备。

（4）确定拖动电机和电气元件，记录相关的电气明细表。

（5）制定相关系统的说明书以及设计文件。

2 电气控制路线的设计

2.1 电力拖动方案确定的原则

通常设计生产机械的电气控制系统时，必须要先制定拖动方案，而这一般要注意以下几点：

（1）依据机械的调速要求来确定调速水平。

（2）按照设备的工艺及结构组织来确定电动机的需求数。

（3）重视电动机的运转效能，尤其是平衡好它的调速性能与负载性能。

2.2 控制方案的确定原则

电气控制线路的设计会因为设备的更新而不断改进变化。所以，设计者在工作时一定要注意电气设施的实用性能，尽量做到方案简便、科学且具有较高可行性。

2.3 电气控制路线的设计方法

电气控制线路大多是按照主次原则进行设计的，而设计者必须首先确定主电路，继而确定辅助电路。而方案设计完成之后，要对控制电路进行检修，保证线路具备一定的可靠性与可行性。除此之外，设计者也要按照实际要求来确定适用的电气设备型号与规格，尽量保证设计的准确性与可行性。

3 电气控制线路设计应该注意的问题

3.1 选择电气元件时应该注意的问题

要进行电气线路的整体设计，首先必须制定设备电气控制电路图，按照这个图来规范控制管理设备，杜绝所有的偷工减料现象。而在控制设备时，应该确定诸如操作台、悬挂式操控箱等电气控制设备的类别，继而确定这些设备的摆放位置，尽量简便的将这些电气设备串联成一体。除此之外，还有部分位置特殊的安装组件，包括按钮、行程开关、手动控制开关、电动机以及离合器等，就必须按照设备的规格型号以及使用要求来确定安放处，禁止随便挪动。如今电气控制领域发展的愈来愈快，也使得设计者必须及时学习一些新的科研知识，掌握新型电器元件的使用，满足现有主流设计的要求，且不脱离实际生活需求。而一个电气设备系统里的元件在设计时需尽可能做到品种、规格与制样的统一，且在能够满足设计需求的前提下做到高性价比。

3.2 选择控制电源时应该注意的问题

要避免控制电源种类多样化的问题。熟悉电气设备控制电源用量、最大用电功率，基于国家法规中的相关规定，科学设定电压等级。在控制线路设计的过程中，若电气设备没有严格规范一些特殊要求，就能够直接选用标注规格的电网。若控制系统中多台电气设备一起运行，就需要采用控制变压器控制电压，或者是选用直流低电压方案实施控制，采取这种方案时，要特别注意电压相关要求，选择科学的串联或并联方式。低电压控制系统能有效节省安装体积，利于晶体管无触点器件的整合安装，且今后的更换与检修工作更加方便。应在安全电压范围安装显示、报警及照明设备，零线不能并接，避免火灾事故的发生。若电流较小，电气设备能实现替换，如如接触器起动电动机能被中间继电器替换，具有安全性。当然若电动机在超负荷情况下运转，电气设备不能相互替换的情况也存在。

3.3 使用电气触点时应该注意的问题

选用接触点需要遵循科学、合理的原则。若控制线路具有一定的复杂性，就需要合理确定继电器、接触器的规格以及数量。控制线路的复杂性会导致接触点也非常多，如此需要合理规划线路，避免电气元件难以正常使用或者是电路烧毁相关问题发生。充分准备设备的相关技术资料与数据是科学展开接触器设计的基础，也需要契合多控制线路选择需求。设备运转的过程中，要尽可能减少使用的设备数量，有效防止线路出现跳闸、短路等问题，也延长元件的使用年限。

4 结语

电气控制线路设计属于电气控制的关键环节，对其控制质量有着关键影响。在各行各业电器设备从设计、生产一直到设备实施与运行的各个方面，都产生着或多或少的影响。所以，应该优化电气设备设计，结合实践经验，不断总结与反思，由此设计出更加完善、实用的电气设备。

参考文献

[1]吴桂林.电气控制线路设计的重要性及优化策略[J].数字技术与应用，2014（12）.

[2]仇辉.电气控制线路设计基础探析[J].山东工业技术，2015（12）.

[3]王春富.浅析电气控制线路设计的应用[J].中国新技术新产品，2012（18）.