电路设计开发流程精选(九篇)

第1篇：电路设计开发流程范文

【关键词】PROTEUS；单片机；计算机辅助设计；仿真

由于微电子技术的迅猛发展，单片机作为电路设计的核心器件，其系统设计包括硬件电路设计和程序设计2个方面，调试过程一般分为软件调试、硬件测试、系统调试3个过程。如果采用作为单片机系统仿真软件Proteus，则不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。毫无疑问，在使用Proteus进行系统虚拟开发成功之后再进行实际制作，必然可以提高开发效率、降低开发成本、提高开发速度，而这些因素对于企业来讲是非常重要的。

一、Proteus简介

Proteus软件是英国Labeenter electronics公司的EDA工具软件，是一个电子设计的教学平台、实验平台和创新平台，涵盖了电工电子实验室、电子技术实验室、单片机应用实验室等的全部功能。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路。

二、使用Proteus软件进行简单电路的仿真

Proteus软件仿真简单的桥式整流二极管稳压电路，软件提供的虚拟测量仪器，能够简单方便的仿真测量电路各处的波形和电压。

如图是桥式整流二极管稳压电路的仿真图。变压器TRl初级放置两个正弦波信号源，信号幅值设置为110V，相位分别设置为0度和180度，用来模拟220V正弦波交流电。变压器TRl的初次级变比为10：1，次级两端在虚拟示波器的显示窗口可以看到幅值为20V左右的正弦波交流波形。

经过D1-D4组成的桥式整流电路以后，正弦波交流电的负半周被整流桥翻转，变成脉动直流，但是此时的直流分量非常低，直流电压表指示接近0V。

加入滤波电容后，脉动的直流电在电容两端建立了直流电压，大部分的交流分量被滤波电容滤除。

加入12V稳压二极管后，限流电阻后部的负载两端电压被稳定在12V左右，电压更加的稳定平直。

使用Proteus进行简单电路的仿真，能够直观方便的看到电路的运行状态，各点的电压波形，有助于增强对各类基本电路的理解，为设计复杂电路打好基础。

三、使用Proteus软件进行单片机的仿真

Proteus软件对常用的主流单片机仿真都有很好的支持，把电路调试和单片机仿真结合在一起，单片机的软件可以直接加载到Proteus电路图中的单片机中运行和仿真。

仿真电路中放置两片AT89C51单片机，一片用来运行爬行器主控程序，另一片用来模拟地面接收和指令发送。测量仪表使用了四路虚拟示波器和虚拟串口窗口。

在四路虚拟示波器中，我们能够监视关键点的波形。虚拟串行窗口中，能够显示线路上传输的串行序列码，以16进制方式分字显示。

在电路图中的单片机器件u1上双击，打开编辑元件窗口，选择需要加载的单片机程序文（MCU程序.hex），该文件是编译好的十六进制HEX文件；设定单片机的时钟频率（12Mhz）；确定即可

单片机的各个端口，用蓝色、红色和灰色三种色块表示当前的端口电平，蓝色代表低电平，红色代表高电平，灰色代表电平不定，一般为高阻或者高频变化。电路仿真中，根据程序的执行情况，端口电平会不断闪动。

示波器窗口中显示了关键点的波形，图中分别显示了收发逻辑、上传编码、模拟速度脉冲、温度电平四个波形。能够通过示波器的刻度，读出300毫秒的发送、200毫秒接收的收发逻辑周期；选择示波器上的时间旋钮，还能够清晰的展开上传数据的每一位，非常直观方便。串行端口不断闪动的16进制编码，表示数据总线上接收到的串行序列数值，能够直观的判断单片机发送数据的正确性。

第2篇：电路设计开发流程范文

关键词：二次设计；设备选型；反事故措施

中图分类号：TM63 文献标识码：A

1二次设备选型问题

1.1零序保护

在110kV及以上电压等级的系统中，单相接地故障占总故障的90%以上。线路保护中快速切除单相接地故障的保护一般采用零序电流保护。零序电流保护中一般采用零序电流3Io和零序电压3Uo构成的方向元件。

1.2母绒电压切换

在双母线接线的变电站中，每个间隔距离保护所需的二次母线电压和直流电源均通过相应运行的母线侧隔离刀闸的辅助接点进行二次切换。如果隔离刀闸的辅助接点在运行过程中接触不好或是在母倒过程中切换不到位，就会使距离保护失压，极有可能造成距离保护误动作。为此部分厂家将电压切换箱内的切换继电器改为双位置继电器，有效地解决了这个问题，如图1。当断路器在I母运行时，I母刀闸常开接点闭合（I母常闭接点断开），双位置继电器动作线圈带电，ZJ1的常开接点闭合，保护装置采用I母电压。运行中当I母刀闸常开接点接触不好时，ZJ1动作线圈失电，但ZJ1的常开接点不会返回，因为它只有在I母刀闸拉开，常闭辅助接点闭合，ZJ1复归线圈带电时，ZJ1的常开接点才会返回。以上动作原理能充分保证母线刀闸在正常运行中或倒母切换中距离保护不会失去母线电压，有效地防止了保护误动作。

2设计要与反事故措施紧密结合

反事故措施（以下简称反措）是运行生产部门多年来在众多事故和经验的基础上提炼出来的技术结晶。设计人员必须认真学习领会，并在设计过程中灵活应用。下面结合几起典型事故，说明设计与反措结合的重要性。

某110kV变电站事故前l1OkV，35kV，1OkV母线为单母运行方式，1#主变运行，中性点不接地。1OkV配电室内的主变进线柜中的开关与CT（CT装在开关与l刀闸问）之间发生相问短路。主变低压侧后备保护动作，但由于主变开关开断不彻底而没有切断短路电流。由于故障点在主变差动保护区外，而高压侧复合电压闭锁过流保护灵敏度不够，故差动保护和高压侧后备保护也未动作。在1OkV柜内放电起弧期间，开关柜所带的高电位经开关柜内烧焦的控制电缆直接窜人了控制室内的交直流回路，致使直流屏总回路导线对屏柜螺栓多处放电，导致全站直流消失。由于故障不能切除，持续的短路电流使主变绕组过热，造成高压绕组接地，从而使上一级开关的零序保护动作跳闸，最终将短路电流切断。

事故调查中发现造成零序保护拒动的原因为电互感器二次多点接地。反措中要求变电站中所有电压互感器的中性点必须连在一起后一点接地，接地点宜选在主控室中央信号屏上，而且主绕组的中性线和开口三角零序电压的中性线必须分别引入主控室，不得合用一根电缆芯。由于存在多点接地，大电流接地系统中线路单相接地时，部分一次故障电流通过地网流过场地到主控室的零序电压中性线，使接人保护装置的零序电压的相位和幅值发生较大的随机性变化，从而导致零序保护拒动或误动，造成事故扩大。因此设计人员必须要注意避免此类问题再次发生，尤其是在变电站增容的设计过程中更要注意。

3二次设计需注意的细节问题

在变电站的二次设计中，细节问题容易被忽略，而有些细节问题是致命的，它可能在调试过程中未被发现，也可能运行很长时间也不会出现异常，但是极有可能在事故过程中起到推波助澜的作用。因此设计人员必须在设计中不断积累经验，重视细节，否则将会给没备运行带来严重的后果。

3.1二次电缆的相关问题

二次电缆设计时要根据二次回路的重要性安排电缆的走向。比如在有的设计中设计人员图省事，在主变瓦斯继电器的回路中采用一根电缆，但是实际上主变本体上有主瓦斯和有载瓦斯两个瓦斯继电器，而两个继电器不在一处，使用一根电缆会造成部分电缆芯外露，尽管安装时会采取防护措施，但是防护措施毕竟不如电缆的改装保护耐用，时间一长就会造成电缆损伤，雨雪天气容易引起盲流接地，甚至保护误动。因此没计时应考虑一个单独没备采用单独电缆，这样就可以避免出现以上问题。

3.2防止二次寄生回路

“由不同熔断器供电或不同专用端子对供电的两套保护装置的直流逻辑同路间不允许有任何电的联系，如有需要必须经空接点输出。”如采用微机型装置，则涉及到开关量输入输出问题。微机装置如需和外部保护发生联系，外部保护的无源空接点经过本装置的光电梢合隔离器件经人本装置；外部保护需要和本装置发生联系时，本装置的无源空接点经过外部装置的光电耦合隔离器件经人外部保护装置。总之，保护装置无论是内部还是外部的任何回路必须全部采用本装置的内部电源。外部联系回路只能是无源的，否则会造成不同电源之间的寄生回路，造成电源损坏。

3.3部分典型设计回路并非一成不变

多年来常规保护设计积累了大量典型设计方案，但是随着微机型二次装置、综合自动化系统和新型一次设备的大量应用，许多典型设计回路需要根据现场实际情况作相应变更。以变压器过流闭锁有载调压回路为例进行说明。常规变压器保护设计中，用过流保护电流继电器的常闭接点串人有载调压操作回路的公共回路实现调压闭锁目的。当变压器过流时。过流继电器动作（由于复合电压继电器正常情况下不动作。过流保护不会出口），常毕接点断开，从而使有载调压回路暂时失灵作用，从而实现过流闭锁有载调压的目的。随着综合自动化系统的大量应用，微机保护巾的过流闭锁调压继电器普遍采用小型化继电器。有的甚至是集成块式继电器，有的接点并不是常规意义上的接点。而是通过光电隔离器形成的接点，这些接点和常规电流继电器的接点相比普遍存在断弧容量小的缺点，实际运行过程中时常出现接点甚至是继电器烧损的情况。为了解决这个问题，可以设计这样一个回路，用过流闭锁凋压上常输出接点启动一个新安装的小型化直流接触器，然后由接触器的常开接点串入有载凋压操作回路的公共回路实现调压闭锁。这个回路的改动仅解决了小型化继电器接点短弧容帚小的问题，而且避免了交流动同路直接进入微机保护装置而造成的强电磁干扰。

结语

总之，随着综合自动化系统、微机型继电保护装置和高频开关电源等新型技术在电力系统的不断应用，给二次系统的设计、维护和运行带来了极大的便利，但是电力系统运行环境未变，对二次设备的要求反而越来越高。二次回路设计既要把握重点，又要重视细节。使二次系统真正成为电力系统的安全屏障。

参考文献

第3篇：电路设计开发流程范文

逆向工程技术又称反求工程技术，相对于传统的正向设计工程，是一种产品设计技术的再现过程，即对某一项目标产品进行逆向分析及研究，推导得出该产品的功能特性、技术指标、组织结构等设计要素，制作出功能相近但又不完全一样的产品。该技术的特点是能让设计者快速消化吸收原产品优点的基础上进行改进和创新设计，从而缩短新产品的研发时间，增强企业的竞争力，目前被广泛应用到新产品开发和产品改型设计、产品仿制、质量分析检测等领域。电类生产实习的过程一般是实现完整的产品流程，让学生从市场调研、资料分析、方案设计、项目实施的全过程，了解企业电子产品的开发设计流程、生产制造工艺、成本控制、检验测试等产品阶段，从而学习体会电子产品企业规范化、专业化的电子产品设计、开发流程及典型开发团队中人员角色设置。大部分高校的电类专业生产实习，周期一般是3～5周，在有限的时间内让学生完成实际产品开发任务的目的几乎是不可能的;逆向工程技术则可有效地实现这一目标，缩短产品从设计到制造的时间，从而达到实习学生完成实际产品开发任务的目的，提高职业能力。

2典型案例应用介绍

逆向工程技术是一种非常高效的产品设计方法，经实习教研组老师和企业专业技术人员的多次交流和慎重考虑，决定在实习中引进逆向工程技术，方法是将学生按5～6人分为一个项目组，自选一个典型的现有产品作为样品，直接对样品进行分析，推导出产品的设计流程，从而制作出新的产品，在项目中每个成员必须承担一定的实施角色如硬件工程师、测试工程师等，按照产品的规范开展项目管理与工程活动，每个里程碑阶段开展产品模式的阶段评审(原产品的分析测试阶段、新产品的电路设计阶段、新产品的实施阶段等)，评审由实习指导老师和企业专业技术人员组成评审委员会，根据项目组出现的问题，提出改进和修改意见。在实习中，主要分成两大部分，一是产品的逆向工程，二是新产品的再设计。

2．1产品的逆向工程

所谓产品的逆向工程技术是在对原有产品的观察测试后，拆开产品，逐一分析单个零件的组成、功能、装配尺寸和制造过程。在电类专业生产实习中，考虑到实习目的及效果，以及当前电子行业的整体形势，中小功率开关电源是一个不错的选择，目的是通过典型应用产品(开关电源)的逆向工程，缩短产品的开发设计时间，使学生能在有限的实训时间内达到熟练掌握实际产品的开发流程，提高工作能力。开关电源的逆向工程中，主要环节有三:一是对原有产品的参数测定及分析;二是对原有产品的PCB板进行反演，还原该产品的电路设计图;三是原有产品的工艺分析。下面从这三个方面介绍开关电源的逆向过程:(1)原有产品的参数测定和分析。每个项目组的学生从提供的4～5种开关电源中选定要仿制的品牌，确定其参数要求，测试3～5个样品的输入输出等参数，并做好相关的记录并分析。(2)反演原有产品的PCB板，还原电路设计图。传统的PCB反演技术很多，一般分为抄板软件的辅助反演过程和手工抄板。现存的抄板软件国内主要有CBR系列、QuickPCB系列和PHOTOSHOP等，该方法仿制PCB板的过程是:给样本PCB板照相→在抄板软件中导入样本PCB板的图片→根据样本照片绘制出PCB图→逆向生成网络表→把网络表导入PCB设计软件中，如Protel、Altiumdesigner→在PCB软件中完成其它设计过程。对于复杂的电路板如多层电路板，可以考虑借助如上抄板软件来实现。在实习中，考虑到产品的简易性及锻炼学生电路掌握能力，采取手工抄板的方式来反演。手工抄板对学生自身素质要求比较高，要求有较扎实的电路基本功，熟悉各典型单元电路的原理及功能，这样才能游刃有余地进行抄板。对于电路板上元件较多的电路，首先将实物电路划分为多个单元模块，比如对一些稍复杂的电路，一般可划分为电源模块、采集模块、MCU控制模块及显示模块，然后针对各个模块，找出各模块中引脚多且起主要作用的元件，以这些元件作为核心，从其引脚开始画图，注意有极性元件的标志，拿不准的点用万用表测量其相连接的元器件。手工抄板过程中一个关键点就是要注意单元电路的输入、输出端，把握好输入输出和核心元件，电路抄板就成功了一半。开关电源电路实物与抄板得到的原理图对照。该开关电源是基于BP9021A设计的市电驱动型LED照明电源，主要由三个部分组成:整流滤波、恒流调节和变压器隔离整流输出。整流部分中的MB6S，恒流调节电路中的BP9021A，输出部分中的变压器，以这些元件作为核心元件，从各核心元件的引脚展开作图，最终把各部分连通起来，实物的PCB抄板就完成了。(3)样品的工艺分析。在产品的整体设计过程中，工艺设计也是其中重要的一个环节，它涉及产品的方方面面，如产品的结构件设计、元件的安装工艺、PCB设计工艺等等，在开关电源中:市电输入端，在PCB板上采用U型槽隔开，增加爬电距离;高压和低压部分有较大的安全距离。灯板与底座之间涂上散热胶，通过螺钉固定，弧形的散热鳍片加大散热面积，散热效率高。

2．2产品的再设计

产品的再设计过程其实也是产品的正向设计过程，在此不再赘述。在实习中，根据PCB板逆向得出的电路图进行分析，有条件的可以提出改进方法，然后采用PCB设计软件如AltiumDesigner完成新的PCB图设计。按照新的PCB图制作新的PCB板，安装调试，完成5～6个新产品的装配，并进行测试，原产品与新产品的转换效率特性测试对比。因该产品属于一款稳定的通用产品，改进的空间不大，学生在设计过程中不需要进行创新性设计。整个产品设计完成后，根据企业产品规范化、专业化的设计要求，学生最终还得提品设计过程的生产文件，如产品参数测试报告、产品工艺分析报告、元件清单、电路图、产品装配工艺报告等一系列产品文件。

3结语

第4篇：电路设计开发流程范文

【关键词】RC缓冲电路;参数选择;电路设计

引言

随着现代电子工程技术地不断发展，对RC缓冲电路的优化设计这一需求越来越迫切。T同时，在设计的过程中，对设计师的才能也表现出了极大的考验。因为设计者不仅要考虑到施工时的可行性问题以及安全性问题，还要考虑到该设计所带来的利润。因此，一个良好的电路优化设计，不仅是对设计师的才能肯定，更是对企业的正常生产产生特别重要的影响。企业决策者通过正确合理地选择使用电路采用高质量的设计电路，不仅可以确保企业进行安全生产，并给企业带来丰厚的利润。

1.RC缓冲电路概述

对于我们该怎么优化设计缓冲电路的问题，分析并利用电路中的电流特性这种方法可以派上用场。我们知道，在电流通过电路的过程中，电路会发生一定地反应，在此反应中，电流的相关特性就会表现出来。我们可以根据这些特性来进行设计。我们可以在电容电压保持不变的基础上，对电压的变化进行控制。我们知道，在实验过程中，电感的电流是不会突变的，我们可以据此控制电流变化。在实验的过程中，我们每次把开关断开时，电流是不可以发生突变的，积蓄电感中的能量对开关的寄生电容充电的同时，也会合理地通过吸收电阻对吸收电容充电。我们知道，只要有电阻存在，就会有阻抗。电阻越大，相应的阻抗也就越大。吸收电阻越大，总的阻抗也就变得越大。就在开关闭合的那一刹那，吸收电容马上就开始通过回路来进行放电。这个时候，之前产生的电阻就会阻碍电流的放电。我们利用电子科学中电感和电容所具有的特性，由于电感的稳流和电容的稳压，它们就是在主开关上又加了一条路让电流通过，也就是与它们并联。这样就不会发生电压瞬时变高的情况，从而实现了电路缓冲。

2.目标电路的设计

2.1 相关参数的选择

其基本参数选择公式如下：

电容的选择C=（2.5-5）×10的负8次方×If 其中（If=0.367Id）如果选择10欧的电阻，则电阻计算PR=（1.5×（pfv×2fc）的平方×10的负12次方×R）Pfv=2u（1.5-2.0）（u是三相电压有效值）。RC电路中，如果输出电压来自电阻，那么输出电压的相位刚好相反（输出电压的相位落后），一个超前一个落后它们之间的落差可以达到90度，同时输出电压的变化却几乎为0.在普通电路中，当信号通过RC电路时，电压也会相应地发生变化，RC电路也会产生相移。根据不同的需求，在电路中为了实现对某一频率的信号进行一定角度的相位移动可以通过将将不同的RC电路串联起来来实现。

2.2 具体电路的设计

众所周知，大自然中的电流主要有直流电和交流电两种。交流电和直流电有着本质的区别，和鲜明的特点。为了设计更好的电路，我们不妨利用其中的交流特性。首先我们要不辞劳苦地把规定的电路的杂散电感给计算出来。当然，如果我们采用公式来计算，就会事半功倍。电路的杂散电感就可以用下式进行计算：

当电路中的杂散电感后被我们所知道后， 电路中的杂散电容就可以利用以下公式计算获得：

其中，没有增加缓存电路时的振荡频率为fi。吸收电容上需要吸收的能量为 其中寄生电感产生的过电压$U，所以$U= Ucemax-Ud，吸收电容C;其中，在实验中示波器可以显示出Ucem ax Ud为直流电压。缓冲电阻的选择

利用下式进行计算：

又因为：

式中：IGBT的关断电流为IO。由此得出上述两者之和就是吸收电阻R消耗的功率，即：

在RC吸收电路中，如果满足S=RC不大于1/4的IGBT接通时间，就可以保证释放大部分电容C中的能量，而不会影响下一次吸收，因由此得出吸收电阻可以通过下式：

（α为导通时间）来确定吸收电阻。

综合可得R为：

为了达到降低在电阻上的功率损耗的目的， 缓存电容的选择可以在允许范围内选一个较小的值。适当的选择参数，你就能设计出一个比较完美的缓冲电路出来。

缓冲电路的波形图具体有什么特征，它的波峰和波谷各出现在何时，这些特征点又各自有些什么意义，我们可以通过具体的实验结果来进行分析，得出具体的结论。

表1 吸收电阻在10Ω下的测定值

缓冲相关参数 1组 2组 3组 4组 5组

吸收电容/nF 6 15 20 24 28

吸收电阻/Ω 10 10 10 10 10

开通时尖峰电压v 200 189 176 164 158

关闭时尖峰电压v 214 192 184 177 169

一旦电容的升高， 断开尖峰电压就会降低这个时候降低的还有开通尖峰电压，这证明了吸收电容对尖峰电压有良好吸收作用。

3.缓冲电路的优化设计

3.1 流过缓冲二极管电压、电压值要求

（1）关断尖峰电压最小，即：

这就是设计的目的， 一旦UVP 变小并且UCsP也同时变小，这个时候开关噪声和它的干扰也会同时变小。再者，如果UVP足够小，这时候我们就可选用C-E极耐压VCES低的IGBT（在其余参数相同时，VCES的IGBT价格较低）;同样若UCsP小，这时候耐压低的缓冲电容就有了很好的用武之地，因为在电容量相同时，耐压低的电容价格较低、体积较小的特点，且无需通过串联来提高耐压。

（2）最小的平均电流来通过缓冲二极管，即：

如果想选用平均正向电流IF（AV）小的快恢复二极管，那么在其它情况不变得假设下IDs（AV）就要小。IF（AV）小的快恢复二极管有一个比较好的特性就是，在理想的不受别的因素因素影响的情况下IF（AV）小的快恢复二极管货源较充足、体积不大、价格便宜。

3.2 分、合闸时间的调整

我们把合闸指令到所有极的触头分离所用的时间间隔，叫做断路器分闸时间;把所有极的动触头闭合的时间，叫做断路器合闸时间。分闸命令发出到分闸脱扣机构打开、分闸脱扣机构打开到动触分离，这两段时间一起叫做分闸时间。合闸时间由合闸脱扣机构打开到动触头完全闭合和合闸命令发出到合闸脱扣机构打开这两部分组成。对于分闸时间的调整，主要包括，分闸电磁铁间隙、分闸脱扣机构两部分。可以通过调整电磁铁出力大小，来达到：缩小电磁铁动作时间，保证电磁铁快速启动的目的。（这就是电磁铁调整）分压电路的基本属性RC电路均有所以本质上它也是一个分压电路，她的输入电压可以是电路状态变化产生的阶跃信号以及电路传输的信号，对于输出电压，我们可以通过电容C和电阻R来进行调整，并根据电容C的放点和冲电的特点，为了使RC电路达到电路中信号传输的媒介，变换波形的转换器，选取有用信号的滤波器或选频网络等目的，我们可以通过设计好的电路和选择好的参数来达到。如果要采用RC型吸收电路时如何确定吸收电阻与吸收电容的值是一个关键的问题，在实际应用中电路中会生成更多的杂电感的原因是RC 型吸收电路比RC 型吸收电路结构复杂，就很那对Uce过电压抑制。并且RC吸收电路有着很好的对开关关断过电压的抑制， 并且它的电路结构简单，价格便宜，为有效的阻止电路寄生电感与寄生电容在工作时产生的LC 谐振可以作为阻尼振荡的RC吸收电路，为了避免开通时产生类似瞬间短路的大的电容冲放电电流尖峰同样可以采用RC形式。

3.3 杂散电感的调整

在现代电子工程技术地不断发展过程中，对RC缓冲电路的优化设计这一需求越来越迫切。良好的电路优化设计，对企业的正常生产是特别重要的。通过各种实验和实际情况，在RC缓冲电路的工作过程中， 影响系统质量的主要因素是开关闭合和开关断开的动态特性，并且开关断开过程的动态特性对影响更严重。为更好的适应实际工作，必须要经过多次调试，在调试时，分闸的概率就会很大，为了分闸后断路器能可靠地合闸，就要提高合蓄力，会导致合闸速度提高。大功率晶体管（GTR）逆变器是缓冲电路是变频调速系统中不可缺少的部分，它可以很好的完善和解决多管并联时易造成损坏、易发生二次击穿、GTR过载能力低等问题，有着很重要的作用然而，人们一直期待解决的问题却是，缓冲电路参数的确定，以及怎样才能降低电路的能耗并且缓冲效果还很不错，本文正是从这些点出发，对RC缓冲电路做了一些优化设计。

参考文献

[1]黄大华，别利生.脉波整流变压器结构型式的选择[C].全国电子元器件应用研讨会论文集，2001（01）.

第5篇：电路设计开发流程范文

关键词：气保焊 控制板 单片机控制

教学仪器设备改造与设计是长期的多方有利的工作，主要介绍以下几方面：主控电路达到最简，主控器件使用单片机最小系统，简化了电路的设计，使主控系统达到最优。

1 系统简述

1.1 NBC系列抽头式焊机简述

图1 NBC-250/350结构简图

由NBC-250/350结构框图（如图1所示）可见，该系列气体保护焊机主电路由三相动力电经交流接触器接通后，由三相主变压器降压后，再经三相全桥整流，滤波电路滤波后，提供焊接电源。而控制电路板要控制交流接触器、送丝装置，使整机系统协调工作。

本文围绕此控制板进行分析、设计、改进。

1.2 改进前的焊机控制板简述

原控制板主要由电源电路、PWM产生电路、逻辑判断电路、功率驱动电路、交流控制电路等组成。

电源电路为常见的三端稳压电路，24 VAC电源，经整流、滤波后，经7812稳压、滤波后，形成稳定的直流电源，给主要控制部分提供持续可靠的电源。

控制板驱动直流电机欠稳定，造成吐丝不匀、丝红热等现象。硬件复杂，故障率较高。控制板成本较高。软件升级困难。鉴于控制板的以上不足，决定调整其结构。

1.3 改进、设计、调整后的方案概述

调整后的控制板，主要由电源电路、主控器件、驱动电路、开关控制电路等组成。

电源电路与原控制板方案相似，都是采用78系列三端稳压形成直流电源，主控器件采用AVR芯片—ATtiny26，ATtiny26是基于增强AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。数据吞吐率高达 1MIPS/MHz，从而解决了系统在功耗和处理速度之间的矛盾。具有一整套的编程与系统开发工具，包括：宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。

驱动电路选用的场效管，具体型号为IRFP250，IRFP9140，正常工作情况下，IRFP250接受主控芯片ATtiny26送来的PWM信号而决定自身的通断，IRFP250饱和导通时直流电机吸收能量加速，IRFP250截止时直流电机释放能量减速。当焊机停止送丝时，IRFP250截止，而IRFP9140导通，以短路直流焊机，起到刹车作用。IRFP9140的驱动信号由主控芯片ATtiny26经内部运算给出。

开关控制电路采用交流固态继电器代替原系统电磁继电器，使其工作更稳定、寿命更长。

1.4 方案比较及确定（见表1）

由表1可见，调整后方案所用的硬件数量要比原系统少很多，这就大大简化了控制板的硬件电路，降低了成本，而且实现了硬件的可再升级功能。

注：R代表电阻，C代表电容，D代表二极管，V代表三极管，IC代表集成电路

驱动控制部分，改进、调整前采用达林顿对管，这样造成其需要的驱动信号大，给逻辑判断电路带来不必要的负载，抗干扰能力也差。驱动部分由达林顿管改为IFR系列开关场效管，驱动电路直接与单片机接口，进一步简化了硬件电路。

把改进、调整前复杂的逻辑判断电路功能交给主控芯片ATtiny26完成，其内含11路单通道AD、两路高速PWM、2K的Flash存储器等资源，可以完成系统所需的功能。

开关部分采用固态继电器，可与单片机直接接口，最大优点就是没有机械触点、寿命长、可靠性高、响应快。可以解决此部分故障率高的缺陷。

综合改进、调整前控制板，分析及实验可得出调整、设计后方案有以下优点：

（1）硬件电路简单，开发成本低；

（2）维护、维修方便，可利用软件升级产品；

（3）器件可靠性提高，各部分故障率降低；

基于以上优点，最终确定了改进、设计后控制板方案。

2 硬件电路设计部分

系统的组成如图2所示：

2.1 主控芯片、交流开关驱动器件的选取及介绍

ATtiny26有一个片内的10位AD转换器，可以实现7路AD输入，片内有一个PLL可以产生64 MHz的高频PWM时钟频率，有ISP口支持在线编程，是精简指令集处理器，选定ATtiny26作为主控器件。

原系统采用的普通电磁继电器故障率高，选用交流固态继电器控制。

设计中此部分控制器件要用单片机控制，固态继电器可以用单片机直接控制，输入、输出隔离，抗干扰能力较强。最终选定交流固态继电器GTJ11-1，参数见表2。

2.2 电机驱动器件的选取及设计

原系统采用达林顿对管组成直流电机驱动电路，而本设计的选型为IRF系列大功率场效应管。

根据开关管数据手册，选择了IRFP250，IRFP9140。其中IRFP250为N沟道场效应管，IRFP9140为P沟道场效应管，由输出特性曲线可知，此两种型号的场效应管以作开关为主要用途，开关特性非常好，自身功耗较低，最大的优点是可以直接与单片机接口，驱动速度快，信号稳定，可以与主控芯片协调工作。

其中焊机附带的直流电机的参数为65 W，24 VDC，通过比对得到结论，该选型符合要求，选型合理。

2.3 电源电路的设计

设计中采用的电源稳压电路为常见电源电路，采用常见的7805三端集成稳压电路，外加较少的器件，用合成的全桥整流器，经其整流后，电容滤波，送入7805输入端，再经电容滤波，最终输出稳定的5 V直流电源。

2.4 控制板总体布局设计

本设计布局原则为“强弱隔离，减少干扰”。尽量减少信号之间的干扰，减少电路板上打孔的数目，使制作成形的电路板布局合理，外观简单，原控制板的PCB面积为192 cm2，调整后PCB面积为110 cm2，减小了82 cm2，大大降低了设计成本。

3 软件部分

本设计采用结构化程序设计，这种程序便于编写、阅读、修改和维护，减小了程序出错的几率，提高了程序的可读性，保证了程序的质量。实施方法为：自顶向下；逐步细化；模块化设计；结构化编程。程序流程图如图3所示。

4 实验部分结果及分析

调整前控制板理论频率为1 kHz，实验结果是低速、高速时频率较稳定，但中速波动较大，频率跳跃到10 kHz左右。

调整后控制板频率稳定在20 kHz，误差较小。

由实验结果得出：调整后的控制板驱动电机性能较好（如图4a和图4b所示）。

5 结束语

主要介绍了教学仪器改进与设计，包括硬件、软件以及重要的布局处理。

在硬件方面，充分考虑各方面因素，选型时将安全系数适当提高，保证硬件的可靠持续运行，在程序方面，采用结构化程序设计，自顶向下，逐步细化，模块化设计，结构化编程。这样的程序便于编写、阅读、修改和维护。减少了程序出错的几率，提高了程序的可读性，保证了程序的质量。教学仪器设备的改进使教学实验设备各项性能得到了较大的提升，应用于实验教学中，提升了实验教学水平和教学质量，效果良好。

参考文献

[1] 梁合庆.增强核闪存80C51教程[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2] 邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京：清华大学出版社，2004.

第6篇：电路设计开发流程范文

关键词：太阳能；光伏发电；充放电控制；逆变

中图分类号：TM615

能源是经济、社会发展和改善人民生活的重要物质，能源问题是一个国家发展的关键[1，2]。石油、煤炭资源的减少，环境污染问题的日益严重，使得发展新能源和可再生能源刻不容缓。太阳能是丰富的可再生能源，充分利用太阳能可以保持人与自然的和谐发展。人类早期对太阳能的利用主要是光和热，光伏发电技术的兴起为太阳能的应用开辟了广阔的前景，受到各国政府的重视，自90年代以来，太阳能光伏发电广泛应用于航空航天、通讯、交通和偏远地区的居民用电等。近年来，太阳能光伏发电始终保持30%-40%的年增长量，被誉为全世界增长最快的能源。在不远的将来太阳能光伏发电将会成为世界首要消费能源。对比国际光伏发展的大环境，世界光伏产业每年以31%的速度发展，而我国的光伏产业每年只有15%的增长率[3]，因此，开展光伏发电研究项目，拉动我国光伏产业快速发展事在必行。

1 硬件系统设计

本文设计的小功率太阳能光伏交流发电系统由太阳能电池板模块、蓄电池、充放电控制电路、液晶显示电路、逆变器电路组成。太阳能电池通过光生伏打效应将光能转换成直流电能，充放电控制器控制直流电能对蓄电池充电和蓄电池对外放电，并对电池电压、输出电流进行测量，送出显示，同时充放电控制器还控制蓄电池的过放，过流保护以及过放、过流恢复。蓄电池输出的直流电流通过逆变器和工频变压器得到220V±5V、50±2HZ的交流电，为负载供电[4]，系统组成原理图如图1所示。

图1 系统组成原理图

单晶硅太阳能电池是按一定结构排列的P-N结，根据光生伏打效应的原理，将光能量转换成电能。充放电控制器的核心器件为蓄电池充电控制芯片UC3906和单片机STC12C5410AD。由文献[5，6]可知，UC3906内置有电压、电流检测与比较电路，以及独立的电压控制回路和限流电路，具有蓄电池最优充电需要的控制和检测功能，充电过程分为大电流充电、恒压充电、浮充充电，与理想的蓄电池充电曲线相近[7]，UC3906充电状态曲线如图2，更为特殊的是它的充电特性受温度系数的影响与蓄电池一致。UC3906控制电路设计如图3所示。

图2 UC3906充电状态曲线

STC12C5410AD除具备一般单片机的功能外，还内置有八路AD，STC12C5410AD利用内置的ADC对蓄电池电压、充放电控制器输出电流测量并送出显示，同时，对电池电压和输出电流进行监测，当出现过放、过流时，STC12C5410AD控制输出继电器关闭；当电池电压和输出电流恢复正常后，又重新启动输出继电器，这样可以保护蓄电池，过流、过放在系统设计时设计有相应的指示灯指示和蜂鸣器报警。

图3 UC3906控制电路

液晶显示电路主要采用基于ST7920控制器的液晶模块SMC1602A及相应的简单电子器件构成，其中，液晶SMC1602A具有16条口线，具有可选择的4位、8位位流处理能力，采用4或8位并行数据传送，传送速度快，功耗相对较低，能满足系统设计要求。逆变器由集成SPWM逆变芯片EG8010、IR2110驱动电路[8]、全桥逆变电路、工频变压器构成。驱动全桥电路设计如图4所示。全桥逆变电路开关管型号为IRF3205，耐压值55V，电流110A，IRF3205内阻小，因而开关管自身损耗较低。

图4 驱动、全桥电路

2 系统软件设计

本系统程序流程如图5所示，采用C语言设计程序。编程思路为：利用STC12C5410AD内置的两路10位ADC分别实时监测蓄电池电压和充放电控制器放电电流，除了对测量的电压与输出电流的结果送出显示，还根据测量结果控制输出继电器开关并给出报警信号，从而保护蓄电池。

图5 系统程序流程图

3 系统测试

3.1 充放电控制器测试

表1 充放电控制器的测量数据

表1所示参数说明充电电流与太阳能电池短路电流相近，正常充电时此太阳能光伏交流发电系统能充分地利用太阳能电池的功率。系统的充电效率高，平均可达90%以上，充电损耗主要来自电流检测电阻、晶体管、整流二极管。采用低导通压降的晶体管和整流二极管，可有效减小损耗。

3.2 逆变器参数与功能检测

测试方法：观察输出波形时，使用两根衰减10X的示波器探头串联，并在示波器中设为20X的衰减率；电压、电流均采用数字万用表直接测量；切换负载开关选择改变负载，分别测量并记录数据。不同负载下的输出波形如图6、7。

图6 空载时的输出波形图

图7 负载为5W节能灯的输出波形图

表2 不同负载条件下逆变器的参数

由图6、7的波形及表2中的数据总结如下：随着负载增大，逆变器输出波形稳定，没有发生明显畸变，频率变化量为0.1HZ，高于设计要求的50±2HZ，逆变转换效率增高，但电压下降幅度偏大，输出功率超过15W时已不能满足220±5V的设计要求。

4 结束语

本文介绍了一种小功率光伏交流发电系统的设计，并对所设计的电路进行了功能、性能测试，经测试设计系统性能指标基本达到设计要求，具有电流、电压实时显示，过放、过流保护及恢复、反接、短路保护，过充保护等功能，在输出功率不超过15W时，逆变输出的正弦波畸变小，电压、频率稳定，逆变效率可接近88%。

参考文献：

[1]杨金焕，陈中华.21世纪太阳能发电的展望[J].上海电力学院学报，2001（04）：23-28.

[2]李芬，陈正洪等.太阳能光伏发电的现状及前景[J].水电能源科学，2011（12）：188-192.

[3]周志敏，纪爱华.太阳能LED照明技术与工程应用[M].北京：人民邮电出版社，2011：70-73.

[4]全国大学生电子设计竞赛组委会.第九届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京：北京理工大学出版社，2009：3-3.

[5]路秋生，赵红，唐继芳.采用UC3906的开关型铅酸蓄电池充电电路[D].北京：北京信技术学院，2006.

[6]李兵.基于UC3906的免维护铅酸蓄电池智能充电器的设计[D].安徽：安徽农业大学，2005.

[7]杨振华.铅酸蓄电池知识培训资料[D].陕西：陕西凌云蓄电池厂，2006.

[8]刘风君.正弦波逆变器[M].北京：科学出版社，2002：8-11.

作者简介：进（1986-），男，江苏海安人，硕士研究生，从事图像处理及应用、电子系统设计的研究；通信作者：吴艳（1980-），女，湖北天门人，博士，从事图像处理及应用、电子系统设计的研究。

第7篇：电路设计开发流程范文

【关键词】脱硫工程；超临界空冷机组；供配电系统；负荷计算

1 工程概况

本脱硫岛电气系统设计包括烟气吸收系统，石灰石磨制系统、石灰石粉输送系统、石灰石浆液制备、石膏脱水系统、脱硫废水处理系统、仪用空气系统及相关配套设施和建筑物的电气部分，以及事故保安电源系统、直流系统、UPS系统等配套部分。电气系统包括：供配电系统、电气控制与保护、照明及检修系统、防雷接地系统及安全滑触线、通讯系统、电缆和电缆构筑物、电气设备布置等。脱硫岛行政通信及调度通信利用主厂房交换机，脱硫岛设配线箱（行政通信及调度通信分开设置）。通信工作的分界点在脱硫岛通讯总配线箱处，此配线箱及之后在脱硫岛内的如电话机、线缆、接线盒等通讯设备属于本设计范围。连接主厂房设备和脱硫岛设备之间的电缆，其分界点在脱硫岛电气设备电缆端子处，即由主厂房负责设计、供货、安装。连接脱硫岛内设备／装置之间的电缆属于本设计范围。

2 电气设备负荷计算

根据初步设计阶段数据，本燕山湖发电厂新建工程2×600MW空冷超临界机组烟气脱硫工程的电气设备负荷计算结果如下：

高压负荷： Pjs=18049kW ，Qjs= 12108 kvar，Sjs=21734kVA，COSΦ=0.83。保安负荷（事故工作时）：Pjs= 257kW，Qjs=153kvar，Sjs=299kVA，COSΦ=0.86。低压总负荷：Pjs=2378kW，Qjs=1411kvar，Sjs= 2765kVA，COSΦ=0.86总负荷：Pjs=20426W，Qjs= 13462kvar，Sjs=24463kVA，COSΦ=0.835

3 供配电系统设计

3.1 10kV系统及400V供电系统设计

本烟气脱硫厂用电系统采用10kV和380/220V两级工作电压，容量为200kW及以上的电动机采用10kV供电。

3.1.1 脱硫岛内10kV系统设置2段母线，通过母线桥连接，为整个脱硫系统的10kV负荷提供电源。中性点接地方式为低电阻接地，单相接地短路故障动作于跳闸。在正常工作时分段断路器断开，而当任一路电源故障时此断路器闭合，两路电源互为备用，设置2套备自投装置。主厂房仅为每段10kV配电装置提供1路10kV电源，由主厂房相应机组10kV段电源引接。每段10kV母线设置1个备用断路器柜和1个备用FC回路柜。每段10kV母线设置一台接地手车和一台搬运小车。容量为1000kW及以下的电动机和容量为1600kVA及以下的变压器采用F+C回路柜，其它采用真空断路器柜。经短路电流计算，10kV开关柜额定短路开断电流为40kA，热稳定电流为40kA 4s，动稳定电流为100kA，F+C回路柜额定电流400A、额定接通和开断能力4kA。10kV开关柜保护采用微机型综合保护装置。

3.1.2 低压厂用电系统采用PC（动力中心）、MCC(电动机控制中心)两级供电方式。脱硫岛设置2段380/220V脱硫吸收区动力中心，分别由2台低压变压器供电，变压器互为备用；2段380/220V脱硫公用动力中心，分别由2台低压变压器供电，变压器互为备用。低压PC采用单母线接线，进线断路器采用框架断路器。PC A、B段之间分别设联络断路器，正常时联络断路器打开，当某一段进线电源故障时跳开该段进线断路器，联络断路器手动合闸。4台低压干式变分别交叉接于脱硫10kV A、B段上。380/220V系统为中性点直接接地系统。380/220V系统采用PC（动力中心）、MCC(电动机控制中心)两级供电方式。75kW及以上的电动机回路、所有MCC电源回路、及I类电动机由PC供电，其余负荷由就近的MCC供电。低压干式变和PC采用单母线分段接线方式，成对配置，互为明备用，成对PC间一侧设联络开关，另一侧设隔离插头，并在DCS中可选择为自动切换或手动切换方式。MCC均采用双回供电，两路电源互相闭锁，MCC进线采用负荷开关或框架断路器，当接有I类负荷时，两路电源自动切换。132KW及以上的电动机回路采用框架空气断路器，132KW以下的电动机回路、MCC上的馈线回路采用塑壳断路器。低压电器的组合保证在发生短路故障时，各级保护电器有选择性的正确动作。低压系统有不少于20%的备用配电回路。

3.2 直流系统设计

脱硫系统设置一套220V直流系统。每组直流系统包括蓄电池组、蓄电池充电器、直流配电屏等。直流系统蓄电池采用密封阀控铅酸蓄电池，直流系统额定电压为220V，直流系统的蓄电池组容量能满足2台机组事故交流停电1.0h以上的全部负荷。一组220V蓄电池设二组充电器，充电器采用高频开关型。220V蓄电池采用单母线接线。220V直流系统主要为厂用电源系统继电保护和监控/监测、UPS电源、直流事故照明等负荷供电。220V直流系统设置微机型直流接地监测装置。直流馈线回路采用塑壳断路器，并能保证在发生短路故障时，各级保护电器有选择性的正确动作。

3.3 不停电电源系统（UPS）

脱硫系统设置一套交流不停电电源（UPS）系统，UPS系统包括整流器、逆变器、静态转换开关、旁路变压器、手动旁路开关和交流配电屏等。UPS装置的正常输入电源和旁路输入电源取自脱硫0.4kV厂用电源PC段，直流输入电源取自脱硫系统220V直流馈线屏。UPS输出为单相交流220V，50Hz。UPS电源系统能在厂用交流电源中断情况下保证连续供电0.5h。UPS系统主要向脱硫DCS控制系统、电气变送器、区域火灾报警和控制系统等负荷供电。

4 电气设备布置

脱硫岛设综合楼，脱硫10kV段、低压脱硫变、PC段、脱硫区域MCC段、保安段、直流系统、UPS系统等集中布置在综合楼内，制浆脱水区域、脱硫废水处理系统等就地设MCC配电室。电气设备的布置应考虑足够的操作、检修空间，配电室考虑防火要求。配电室的长度大于7米时，最少设两个出入通道。

5 电气二次接线、继电保护及自动装置设计

5.1 控制电源

所有10kV断路器、380V框架式断路器的控制电压采用直流220V，其余控制电压采用交流220V。10kV断路器、380V框架式断路器的控制、保护及信号系统所需的直流电源由脱硫岛直流装置提供。

5.2 控制方式

脱硫岛电气系统纳入脱硫岛DCS控制，不设常规控制屏。纳入脱硫岛监控的电气设备包括：10kV电源进线开关、分段开关、PT、馈线回路、低压脱硫变压器、400V PC进线、母联、PT、至MCC的电源馈线、MCC进线、中低压电动机、直流系统、UPS等设备。

5.3 继电保护

脱硫10kV厂用系统进线及母联、脱硫变压器及10kV高压电动机采用微机式综合保护装置，放置于10kV开关柜；380V厂用系统及电动机由空气开关自带智能型脱扣器实现相关设备的可靠保护功能，电动机使用塑壳断路器,有连锁要求的电动机采用接触器＋智能马达控制实现保护。其余电动机采用接触器＋热继电器实现保护。

6 结语

本文通过结合工程实例，给出了发电厂烟气脱硫工程的电气设计方法，同时通过对脱硫岛电气设备负荷计算，设计出2×600MW空冷超临界机组烟气脱硫工程的供配电系统、电气设备配置以及电气二次接线、继电保护及自动装置设计等。实践证明本超临界空冷机组烟气脱硫工程所采取的电气设计方法具有较高的安全可靠性以及自动化程度，同时能有效地减小人员的工作量，设计方法可供同类工程参考借鉴。

参考文献：

[1] 李冰毅．2×600MW热电厂烟气脱硫工程的电气设计[J]．科技信息(科学教研)，2008，25（17）：44～45.

[2]我国首台600MW等级超临界空冷机组投产[J]．中国电力，2008，18（08）：31～35.

第8篇：电路设计开发流程范文

关键词：变电站；电气设备；二次设计

中图分类号: TM63文献标识码：A文章编号：

随着我国工业快速发展的需要，目前主要由220kV变电站和地方小火电电厂供电。由于近几年来煤源枯竭和政府关停小煤井，造成电厂用煤紧缺，煤价上涨，电厂亏损，发电机组时开时停，由电厂供电的客户用电得不到保障，而220kV变电站10kV出线间隔已满，供该片区的10kVI线、III线已满负荷或接近满负荷运行，110kV解庄变电站距离此地区为5～6km，若由其10kV侧引线，供电半径长，供电经济性和电能质量难以保证。110kV变电站位于某镇北部，电厂东侧，建成后将满足该地区用电负荷的需求。同时加强10kV网络结构，与220kV、110kV变电站共同对重要用户的双电源供电，减轻220kV变电站的负荷压力。鉴于上述情况，为满足负荷发展的需要，提高电网的供电可靠性，进行110kV输变电工程的设计。

1输变电工程初步分析

1.1 工程规划片区电网现状

该某片区位于某镇北部，目前主要由220kV某变电站和地方小火电电厂供电。2009年该地区网供最大负荷为10MW。近年来，该片区工业发展较快，2011年用电负荷达到30MW；之后负荷增长相对平稳，2015年预计将增至45MW。

1.2电气主接线初步方案

110kV电气主接线采用内桥接线，2回电源进线。10kV出线24回，10kV接线采用单母线分段接线。

主变压器中性点接地方式：110kV侧中性点直接接地，10kV侧经消弧线圈接地。

1.3 短路电流计算及主要设备选择

在系统最大运行方式时，本站各级电压母线上的三相短路容量、短路电流、冲击电流值如下。

110kV母线短路容量及短路电流：短路容量：1727MVA；短路电流：9.067kA；冲击电流：23.12kA；

10kV母线短路容量及短路电流：单台变运行：短路容量：251MVA；短路电流：13.822kA；冲击电流：35.25kA。

计算过程（110kV侧）：短路阻抗=0.5(系统阻抗)+0.079(线路阻抗)=0.579；短路容量=1000(基准容量)/0.579=1727MVA；短路电流=5250(基准电流)/0.579=9067A。

计算过程（10kV侧）：短路阻抗=0.579+3.4(变压器阻抗)=3.979；短路容量=1000(基准容量)/3.979=251MVA；短路电流=55000(基准电流)/3.979=13822A。

根据以上计算各级电压母线上的三相短路容量、短路电流、冲击电流值见表1。

表 1短路容量、短路电流、冲击电流计算值

110kV侧实际短路电流热效应：I 2t=9.0672×3=246.1kA2·s；

110kV侧断路器短路电流热效应：I 2t =402×3=4800＞328.8 kA2·s；

110kV侧断路器开断电流选用40kA,冲击电流：100kA＞23.12kA；

10kV侧实际短路电流热效应：I 2t =13.8222×4=764.2 kA2·s；

10kV进线断路器短路电流热效应：I 2t =31.52×4=3969＞764.2 kA2·s；

10kV出线断路器短路电流热效应：I 2 t =252×4=2500＞764.2 kA2·s。

综上，110kV进线侧断路器开断电流选用40kA,冲击电流：100kA＞23.12kA。10kV进线侧断路器开断电流选用31.5kA，出线侧断路器开断电流选用25kA,冲击电流：80kA（63kA）＞35.2kA。

根据以上计算，选用以下主要电气设备，见表2。

表2 主要设备选择结果

2电气二次部分设计

2.1 计算机监控系统

2.1.1 设计原则

变电站监控采用成熟先进的微机监控系统，按无人值班设计；变电站内由微机监控系统完成对全站设备的监控，变电站内的数据统一采集处理，资源共享；微机监控系统的电气模拟量采集采用交流采样；保护动作及装置报警等重要信号采用硬接点形式输入测控单元；远动数据传输设备按冗余配置，微机监控主站与远动数据传输设备信息资源共享，不重复采集，节约资源；微机监控系统具有与电力调度数据专网的接口，软、硬件配置应能支持联网的网络通信技术以及通信规约的要求；全站配置一套公用的对时系统。

2.1.2 监控范围

微机监控系统的设计监控范围包括全站的断路器、隔离开关及电动操作的接地开关；主变压器的分接头调节；站用电控制；直流系统和UPS系统；通信设备及电源告警信号；站用变压器、直流系统、UPS系统的重要馈线开关状态。

2.1.3 系统配置

按照功能分散配置、资源共享、避免设备重复设置的原则采用站控层硬件设备，远动工作站，双机配置，双机互为热备用；间隔层设备按各期工程规模配置I/O测控装置，10kV,I/O测控装置布置于当地；I/O测控单元屏上应配备操作面板，用于对断路器进行控制；站控层设备之间宜采用双以太网通信，间隔层设备通过网关与站控层通信；间隔层各种设备和器件应达到IEC 60255抗电磁干扰标准。

2.2 二次设备布置

变电站内直流系统，直流母线采用单母线开关分段接线，分列运行。控制母线与合闸母线分开，两母线间设有自动调压装置。重要负荷分别接在两条母线上。 直流系统对整个变电站的可靠运行起决定作用，因此，直流系统选用了自动化程度高和性能好的智能高频开关操作电源系统和微机直流绝缘检测装置，由微机控制自动充放电，自动管理电池。该装置不仅能与监控系统保持良好通讯，同时由于其良好的性能，亦能延长蓄电池的寿命。站内设220V蓄电池一组，分别接入直流母线上，作为控制、保护、信号的操作电源、供事故照明、储能电机等用电。采用免维护电池，容量为150Ah。变电站内交流电源系统，由两台站用变采用单母线分段接线方式，负荷分布在两段低压母线上，对重要负荷采用双回路供电。站用电柜共1面装于二次设备室内。变电站内交流不停电电源（UPS）系统配一套220V，3kVA交流不停电电源系统（UPS），作为监控等设备的不停电电源，逆变器电源正常由交流供电，交流消失时自动切换，由变电站直流馈线柜供电。交流不停电电源系统（UPS）柜共1面装于二次设备室内。

2.3 元件保护、10kV保护配置原则

2.3.1 主变压器保护

第9篇：电路设计开发流程范文

【关键词】正弦信号 惠斯通电桥 DDS MSP430单片机

一、设计总体思路

本系统由惠斯通电桥、信号调理电路、电流变送电路、电流接收电路、24位ADC转换电路、MSP430单片机小系统、DDS正弦信号产生电路、宽带放大器、电源电路、显示电路等10个部分组成。调节惠斯通电桥在1000Ω～2000Ω范围变化时，产生电信号送入由运放AD623构成的调理电路 ，形成0.4V-2V的电压信号，此电压信号经过由LM324构成的电流变送器后产生4～20mA电流信号输出。电流接收电路将电流转换成1～5V电压，由 MSP430F149单片机控制24位ADC芯片ADS1255对其进行AD转换，判断出电阻的变化量，进而控制DDS产生相应频率的正弦波信号，液晶显示电路将相应的电阻值与频率值进行实时显示。系统方框图如图1示。

二、系统的硬件设计

（一）主控芯片的选择

本设计选用的MSP430 F149作控制芯片，该单片机是一款超低功耗的单片机，其集成有16位寄存器和常数发生器，能发挥其最高代码效率。它采用数字控制振荡器（DCO），使得从低功耗模式到唤醒模式的转换时间小于6us。其内部资源丰富，可应用于开发较复杂的系统。

（二）惠斯通电桥与信号调理电路设计

本设计将精密电阻箱串联在电桥的一个单臂上，当电阻箱的阻值为1000Ω时，调节电桥使其平衡，无电压输出；当电阻箱电阻在1000Ω～2000Ω范围内变化时，电桥平衡被破坏，输出相应的微小电压量。

放大电路采用参考电压可调的低功耗芯片AD623搭建调理电路，该芯片接收惠斯通电桥上变化的电压值并经处理输出0.4V～2V的电压。OPA277作电压跟随器，为AD623芯片第五脚提供一个参考电压，使AD623在输入信号为0V的情况下其第6脚输出一个0.4V的电压，供后级进行4mA的电流转换（见图2）。

（三） 电流变送电路及基准电压电路设计

如图3，电路中LM324_1、R3、R4、R5、R6和Q1共同构成了电流变送电路。Q1和R5构成负反馈电路，不但保证了LM324的“虚地”，增加了变送器的电流输出能力。

LM324_2、R7和LM385-2.5共同构成了基准电压电路，提供恒压源。R7、LM385-2.5主要给运放LM324_2的同相端提供2.5V的恒定基准电压。输出端输出一个恒定的5V电压。

该电路能保证当调节电桥的精密电阻箱阻值在1000Ω～2000Ω范围内变化时，变送器的输出电流在4～20mA范围内变化，线性良好。

（四）电流接收电路设计

用LM324芯片组成了电流转换电路，输入信号经过运放电路处理后，对应输出1～5V的电压信号。

（五）24位ADC转换电路设计

ADS1255是TI公司生产的一款24位高精度AD转换器，其内部集成多路选择开关（MUX）、可编程增益控制器（PGA），可编程数字滤波器等，是一款性能较高的ADC芯片，它能够接收输入幅度0～5V的电压信号，最后再传给单片机处理。

（六）DDS正弦信号产生模块

AD9851是AD公司采用先进DDS（直接数字合成）技术推出的具有高集成度DDS电路的器件，可作为全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器，外接精密时钟源时，AD9851可以产生一个频谱纯净，频率和相位都可以编程控制且稳定性相当好的模拟正弦波。

（七）宽带放大器电路设计

运用放大器OPA842将DDS输出的正弦波信号进行放大。能保证在2.873MHz以内的频率范围内能将DDS产生的正弦信号峰峰值不失真地放大到5V以上。

（八）电源模块设计

二线制电流变送器系统中需加载直流24V电压，其他芯片工作电源均为直流5V，我们选用LM317稳压芯片进行设计。将220V交流电经过变压器后再经过2路LM317电路，分别输出24V和5V直流电。

（九）LCD显示电路设计

为了显示信息量能更加丰富，在设计中我们采用了带中文字符的LCD12864液晶显示器进行显示模块的设计，该液晶由128列、64行组成，能显示中英文字符及各种图形。

三、软件设计

软件部分主要完成三个功能，即信号采集、控制DDS产生正弦信号、控制LCD显示电阻值及相关频率信息。如图5所示，在具体算法上，MSP430单片机每秒钟对ADS1255进行100次数据采样，然后通过软件方法对在硬件电路中实测得出的系统误差进行补偿。通过计算采集回来的数据得出电阻的阻值，然后向DDS写入频率控制字，控制其输出相应的正弦波信号。并且通过液晶显示出当前的电阻值及输出的正弦波的频率信号。

参考文献：

[1]曹磊.MSP430单片机C程序设计与实践[M].北京航空航天大学出版社出版，2007.7

[2]胡大可.MSP430系列单片机 C语言程序设计与开发[M].北京航空航天大学出版社，2003.1

[3]王松武、于鑫.电子创新设计与实践[M].国防工业出版社，2005.1

[4]姚金生、郑小利.元器件[M].电子工业出版社，2004.10

[5]刘笃仁、韩保君.传感器原理及应用技术[M]. 西安电子科技大学出版社，2004.6