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第1篇：电路板优化设计范文 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2篇：电路板优化设计范文 （1.空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安710038；2.空军工程大学训练部，陕西西安710051） 摘要：为了改善机载电子设备结构的动态特性，提高其工作可靠性，结合有限元分析软件，对机载电子设备进行模态分析。根据模态分析的基本理论，采用ANSYS Workbench软件建立了机载电子设备的有限元仿真模型，通过对其振动特性进行有限元分析，计算出机载电子设备的固有频率和对应的振型，从而避免其在使用中发生共振现象，为机载电子设备的进一步优化设计提供了有价值的参考，同时可以有效降低机载电子设备设计成本，缩短研发周期。 关键词 ：机载电子设备；ANSYS Workbench；有限元；模态分析 中图分类号：TN802?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）20?0075?03 ANSYS Workbench based modal analysis of airborne electronic equipmentHOU Yanyan1，CAO Keqiang1，NAN Qinbo2，LI Xiaogang1 （1. College of Aeronautics and Astronautics Engineering，Air Force Engineering University，Xi’an 710038，China；2. Training Division，Air Force Engineering University，Xi’an 710051，China） Abstract：To improve the dynamic characteristics of the airborne electronic equipment structure，and its working reliabili?ty，the modality of airborne electronic equipment is analyzed in combination with the finite element analysis software. Accordingto the fundamental theory of modal analysis，the finite element simulation model of airborne electronic equipment was estab?lished by means of ANSYS Workbench software. The inherent frequency and corresponding vibration mode of the airborne elec?tronic equipment are calculated by finite element analysis of the vibration characteristics，and the resonance phenomenon of theequipment in use is avoided，which provides a valuable reference for further optimization design of airborne electronic equip?ment，and can reduce the design cost of airborne electronic equipment effectively and shorten the developing cycle. Keywords：airborne electronic equipment；ANSYS Workbench；finite element analysis；modal analysis 0 引言 振动现象是机载电子设备在使用中无法避免的问题之一[1?2]。强烈的振动会引起共振而使机载电子设备的电性能下降、元器件失效，甚至会使元器件产生疲劳损坏[3]。为了避免共振的产生，确保机载电子设备能够安全可靠地运行，有必要对机载电子设备进行模态分析，研究其结构振动的固有频率及其相应的振型。计算机仿真技术的快速发展，给模态分析提供了有力的工具。将仿真技术引入机载电子设备的模态分析中不但可以减少物理试验中花费的人力、物力和财力，而且能在结构设计前对其性能进行定量预测及方案优化，降低成本，缩短电子设备研发周期。美国ANSYS公司开发的大型有限元分析软件ANSYS，集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体[4]，包括ANSYS Workbench，ANSYS Mechanical，ANSYS CFD 等多个系列，可广泛应用于航空航天、电子、机械制造、汽车工业、石油化工等工业领域以及科学研究中。本文通过ANSYS Work?bench 软件对机载电子设备进行有限元建模和模态分析，找到其固有频率和对应的振型，为机载电子设备的进一步优化设计提供有价值的参考，同时，模态分析结果也为后续随机振动分析提供理论基础。 1 模态分析理论基础 模态分析是动力学分析的基础，它的最终目标是识别出系统的模态参数，即模型的固有频率和固有振型，从而为结构系统振动特性分析、振动故障诊断以及结构动力特性的优化设计提供依据[5]。对于一个n 自由度线性定常系统，其基本振动方程为： 位移向量；f (t) 为激励向量。 结构的固有模态由结构本身的特性、材料特性所决定，与外载荷无关；进行模态分析时，结构阻尼较小，对固有频率和振型影响甚微，可忽略。因此可以将式（1）简化为无阻尼自由振动方程，即： 展开式（6）可得到关于λ 的n 次多项式方程，解此方程可得到一系列特征值λi ，以及各特征值对应的特征向量?i ，它反映结构以ωi 固有频率振动时的振型。由于机载电子设备结构比较复杂，对其建立整体数学模型解析模态很难实现，因此利用有限元分析软件进行求解。 2 有限元模型的建立 2.1 CAD三维模型的简化与导入 在不影响设备结构特性的前提下，按照简化原则，对CAD 三维模型进行简化，并将其导入到ANSYSWorkbench 软件中，导入的CAD 三维模型如图1 所示。它由前面板、后面板、壳体、内部电路板1和电路板2组成，其中前面板包括一些开关和显示屏；后面板包括电源变换器、滤波器、电连接器等；壳体包含壳体和支架；电路板1包括PCB板和37个元器件；电路板2包括PCB板和40个元器件。 2.2 材料设置 导入CAD 三维模型后，查找机载电子设备的各部件材料信息，对所有材料结构进行设定，主要部件材料设置如表1所示。 2.3 网格划分 材料属性设置好后，对机载电子设备进行网格划分，采用了扫掠、单元大小控制及多区域划分法，分别对前面板、后面板、壳体、内部电路板1和内部电路板2进行网格划分，以保证网格质量能够满足要求。最终计算得到59 840个节点，22 381个单元，划分网格后得到有限元模型如图2所示。 3 模态分析 正常结构的固有频率有无数多个，并且随着阶数而递增，且阶数越低的固有频率越接近于实际结构[6?7]。因此选择前6阶的固有频率和振型作为研究对象对机载电子设备进行分析。 3.1 模态计算 利用ANSYS Workbench软件进行机载电子设备模态求解，由于壳体振型非常小，因此将壳体隐藏，得到机载电子设备前6 阶固有频率如表2 所示，振型如图3～图8所示。 3.2 计算结果分析 从图3～图8振型图首先可以明显看出，前面板和后面板第1阶～第6阶的振型都很小，说明前面板和后面板的刚度和强度设计符合要求。 从图3、图4振型图可以看出，在第1、第2阶固有频率下，振型最大的部位分别发生在电路板2和电路板1的中部位置。从图7、图8 振型图可以看出，在第5、第6 阶固有频率下，振型最大的部位分别发生在电路板1 的左边缘和前中部位置。说明电路板在设计时尽量不要在振型最大部位安装重要元器件。 从图5、图6振型图可看出，在第3、第4阶固有频率下，支架、电路板1和电路板2的振型都比较大，说明此时危险系数比较高，所以在使用时尽量避免共振发生。 4 结语 建立了机载电子设备有限元模型，通过仿真分析可得出了如下结论：对机载电子设备进行模态分析，求出机载电子设备前6阶固有频率和振型，为后续随机振动分析提供理论基础；在进行机载电子设备结构设计时，采用有限元仿真分析方法计算其固有频率和振型有利于发现机载电子设备的振动问题，并及时进行优化改进，可缩短机载电子设备研发周期，降低成本；利用振型图和动画显示可直观地分析机载电子设备的动态特性，发现薄弱环节，为机载电子设备的结构设计、优化提供有价值的参考。 参考文献 [1] STEINBERG D S. Vibration analysis for electronic equipment[M]. New Jersey：John Wiley & Sons，2000. [2] 李朝旭.电子设备的抗干扰设计[J].电子机械工程，2002（1）：51?52. [3] 吴薇.机载电子设备的抗振动设计[J].压电与声光，2008（1）：19?21. [4] 凌桂龙，丁金滨，温正.ANSYS Workbench 13.0[M].北京：清华大学出版社，2012. [5] 杜子学，朱兴高，胡启国.跨座式单轨车辆转向架构架模态分析[J].机械设计与制造，2011（11）：222?223. [6] 沈永峰，郑松林，冯金芝.公路客车车架与车身骨架强度及模态分析[J].现代制造工程，2013（7）：90?95. [7] 娄心豪，王燕，苗晋玲.某型引信的结构样机与模态分析[J].航空兵器，2013（3）：48?51. 作者简介：侯艳艳（1980—），女，陕西乾县人，讲师。研究方向为电子设备可靠性、控制理论。 第3篇：电路板优化设计范文 关键词:礼花树;led;嵌入式系统;单片机;tpic6b273 随着人们工作、学习、休闲和娱乐环境的不断改善,城市的美化、亮化工程也在不断改观。电子礼花树作为美化、亮化工程的一项重要景观,一直为人们所重视。但现有的电子礼花树是以低压小型灯泡作为光源,在实际使用中凸现出耗电大、使用寿命短、易损坏以及缺乏色彩等严重缺点。 LED是一种性能优良的显示器件,具有寿命长、节电、高亮度、多种发光颜色、响应速度快和驱动电压低等优点。用LED取代低压小型灯泡作为仿真礼花树的光源器件,不仅可以克服其原有缺点,而且具有节电、工作寿命长、高亮度、多发光颜色、响应速度快等优点,且在节省大量能源的同时还可以使电子礼花的工作更加丰富多彩、引人入胜。 用LED作为显示器件的电子礼花树的控制器是以嵌入式微处理器为核心,辅以适当的驱动电路组成的。该控制器可在专用控制软件的控制下进行相应的工作。 图1 1 硬件电路设计 为了保证系统良好的维护性能并满足系统的可扩充需求,LED电子礼花树控制器在硬件电路的设计上采用了插板式的模块化设计方案。主控电路板和驱动电路板分设为两块插板,各自完成独立的不同功能,两种插板按照等同大小的几何尺寸来设计PCB板。一个LED电子礼花树控制器仅需要一块主控电路板和若干块驱动电路板(依据LED电子礼花树的规模大小而定)。主控电路板通过自定义的总线来控制各个驱动电路板的工作。在实际工作中,所有的主控电路板和驱动电路板都分别插在具有导轨的“机笼”中,各个插板之间主要通过26芯的扁平电缆来实现总线的互连,因而可方便系统的扩充并使系统的维修变得简单、快捷。 1.1 主控电路板设计 LED电子礼花树是以嵌入式微处理器89C52(IC5)为核心,由于数据总线的数据只向外输出,因此,数据总线和地址总线的数据在经过74HC244总线驱动器(IC1、IC2)驱动后,应送入互连总线以增加系统的抗干扰能力。而用可编程门阵列芯片GAL16V8(IC3)作为输出芯片的高端地址译码,既可简化译码电路,又可保证各输出芯片地址译码的唯一性。硬件“看门狗”定时器电路是用具有RC振荡电路的波动计数器、CMOS芯片CD4060(IC4)为主构成的,其中C1、R1和VD2组成上电复位电路。改变R2或C3的值就可以微调“看门狗”定时器的工作时间,而改变VD3正极引脚到CD4060输出引脚的连接位置可以成倍地改变“看门狗”定时器的工作时间。跳线开关K1主要用于模拟礼花弹发射升空过程的工作速度设置,跳线开关K2用于模拟礼花弹高空爆炸过程工作速度的给定。总线的互连可通过专用接口(Z1)来实现。LED电子礼花树主控电路板的电路原理图如图1所示。 图2 1.2 驱动控制电路板设计 本电路的驱动电路板电路原理图如图2所示。为了系统扩展方便,该驱动电路采用插板结构设计方案,每个输出插板选用4个TPIC6B273做数据锁存、功率驱动及输出工作。TPIC6B273如同74LS273与MC1413的结合体(MC1413仅7路输出驱动,而TPIC6B273为8路输出驱动),它是由美国TI公司生产的集8位数据锁存、功率驱动为一体的8通道D型触发器功率输出器件,具有8位数据锁存、数据驱动输出控制的复合功能。因此,该器件的应用电路设计十分简洁。 图2中,通过比较译码芯片74HC688(IC2)和2-4译码芯片74HC393(IC6)与跳线开关K1等相配合能完成可变地址的译码,并可选择各个输出驱动芯片(IC1、IC3、IC4和IC5)的选通、数据锁存工作。由于采用了六位可变地址译码,因此,本LED电子礼花树控制器可扩展驱动26=64块驱动板。 电子礼花树上的LED工作状态是短时动态工作状态,且都选用超高亮度的LED作为发光元件,设其短时瞬态工作电流为45mA(3~4倍的额定静态工作电流),混合搭配使用的各色LED的平均管压降为2.5伏,则各芯片的每一路输出(依据TPIC6B273负载的性能和电流限定)可驱动三个并联(3×45=135mA<150mA)和(依据TPIC6B273的负载电压限定)20只串联LED(2.5×20=50V)。因此,TPIC6B273的每一位驱动输出在理论上可驱动的LED为:煟玻5×20牎粒常剑保担案觥J导噬希为了工作的可靠,应采用降额工作方式,即选择驱动一半数量的LED(约80个)。每个电子礼花树驱动板有四个驱动芯片,每个芯片8位,则每个电子礼花树驱动板可驱动LED为:80×8×4=2560个。设计时可以此为基础并根据电子礼花树的大小(使用LED的多少)来选择不同数量的驱动电路板。 2 控制软件设计 LED电子礼花树由树干(用于模拟礼花弹发射升空过程)和树枝(用于模拟礼花弹高空爆炸显示景观)两个显示部分组成。由于电子礼花树工作在夜晚,作为支撑体的树枝、树干已极为模糊,树枝、树干上不同的LED显示源的受控工作点亮过程将模拟出礼花弹由发射升空到爆炸的全部工作过程。 电子礼花树软件设计的主要任务是模拟礼花弹的工作过程(发射-爆炸),尤其是以高空爆炸的显示景观。设计时熡κ紫任高空显示景观命名(如梦幻世界、大地红、满天星等)熑缓笠谰萜渚肮巯窒竺杌婧蜕杓破渚咛骞ぷ鞴程,并依此来编写相应的显示工作软件模块。一个电子礼花树可设计10~16种显示工作模块,以增加显示花样。为了防止电子礼花树长时间工作使观赏者感到乏味,每一个工作周期都以随机方式产生一个显示模块工作顺序并存于线性工作表中,控制程序通过依次查对线性工作表中的数据来决定哪一个模块工作。由于显示工作模块的工作状态千差万别,图3仅给出了该电子礼花树的主程序工作流程。 第4篇：电路板优化设计范文 关键词 FPC FPCA FPC应用 SMT 手机 汽车电子 医疗监护设备 一、柔性线路板概述 柔性线路板（Flexible Printed Circuit，FPC）又称软性线路板、挠性线路板，简称软板或FPC，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、配线空间限制较少、灵活度高等优点，完全符合电子产品轻薄短小的发展趋势，是满足电子产品小型化和移动要求的有效解决方法。FPC可以自由弯曲、卷绕、折叠，并能承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化的效果。FPC可大大缩小电子产品的体积和重量，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。因此，广泛应用于PC及周边产品、汽车电子、医疗器械、通讯产品和消费性电子产品等领域。 FPCA（Flexible Printed Circuit Assembly）产品，即FPC组件，为FPC业务的产业链延伸，行业内的主流技术为SMT。SMT（Surface Mount Technology）即电子电路表面组装技术，也称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件（简称SMC/SMD，中文称片状元器件）安装在印制电路板的表面或其他基板的表面上，通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。应用SMT技术有以下优点： 第一，组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%～60%，重量减轻60%～80%。第二，可靠性高，抗震能力强，焊点缺陷率低，高频特性好。第三，减少了电磁和射频干扰。第四，易于实现自动化，提高生产效率。第五，节省材料、能源、设备、人力、时间等。 二、柔性线路板的应用 电子产品轻、薄、短、小的需求潮流，使FPC迅速从军用品转到了民用，转向消费类电子产品，近年来涌现出来的几乎所有的高科技电子产品都大量采用了柔性电路板。日本学者召仓研史在《高密度挠性印制电路板》一书说：几乎所有的电气产品内部都使用了柔性电路板，而今恐怕很难找到不使用柔性电路板的稍微复杂的电子产品了。 三、柔性线路板的市场前景 《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011年度）》中提到：国家发改委、科技部、工业和信息化部、商务部和信息产权局决定，将高档片式元器件、高密度多层印刷电路板和柔性电路板列为当前重点优先发展的信息高技术产业化领域之一。随着信息化、智能化建设的不断推进，市场对柔性线路板的需求也将越来越大。 （1）手机市场。就手机而言，FPC在手机中主要作为折叠、旋转等部位讯号连接的零件，目前一般手机内应用3片以上的FPC，随着讲求轻、薄、短、小的高功能手机流行，带动FPC需求。FPC可应用于手机弯折处、LCD模组、相机模组、按键、侧键、天线、电池控制等功能中。目前FPC在手机转折处（Hinge Part）应用最多，常见的有折叠式、滑盖式、掀盖式到立体旋转式机体，多为双面或多层FPC设计，是FPC在手机应用中产值最大者。至于按键FPC、照相模组、天线或电池用FPC，则为手机设计者的选择性设计。在上述选择将逐步纳入手机标准化设计的态势下，有助提高FPC用量。工业和信息化部的2014年通信运营业统计公报显示，2014年，全国电话用户净增3942.6万户，总数达到15.36亿户，增长2.6%，比上年回落5个百分点。其中，移动电话用户净增5698万户，总数达12.86亿户，移动电话用户普及率达94.5部/百人，比上年提高3.7部/百人。而以苹果和安卓手机为主导的智能手机已经成为移动电话用户的首选，据《2013-2014年中国手机/智能手机市场研究年度总报告》预测，2015年全球智能手机用户比例首次超过全球人口的十分之一，到2018年，全球三分之一的消费者将是智能手机用户，总数超过25.6亿人。2018年智能手机用户指数代表了全球移动手机用户的一半，这意味着功能手机将成为电子通讯领域的少数派。智能手机的FPC含量高于一般电子产品，智能手机采用5～12片FPC、高于功能型手机的1～5片，每台智能手机FPC产值约为功能型手机的2～3倍。如此巨大的市场必然带动与之相关领域的飞速发展，智能手机的相机模组、天线、显示器、USB排线等等都离不开FPC的身影。 （2）汽车电子化市场。在汽车电子化的趋势下，车用的控制系统，如仪表板显示、空气品质、音响、显示器、传感器等，高讯号传输量和高信赖度的要求使FPC开始展现其优点，在FPC组件精密的趋势下，加上立体结构的车体，配线区狭窄且弯折的特点，采用FPC组件更能符合设计的要求。根据中国汽车工业协会的数据，2014年，我国汽车产销同比增长7.26%和6.86%。其中乘用车产销同比增长10.15%和9.89%，依然是增长主力。 （3）医疗监护设备。过去十几年来，中国医疗器械市场销售规模由2001年的179亿元增长到2013年的2120亿元，剔除物价因素影响，13年间增长了11.84倍。据中国医药物资协会医疗器械分会抽样调查统计，2014全年全国医疗器械销售规模约2556亿元，比上年度的2120亿元增长了436亿元，增长率为20.06%。医疗监护设备作为医院等医疗机构的常规医疗设备，已逐步成为大、中型医院所普遍采用。随着我国经济的快速发展，国家对县级、乡镇、社区等基层医疗卫生体系建设的重视，在老龄化、二胎政策、消费升级、医改投入、政策扶持等内外需求的共同促进下，以及目前国内整体水平维持在较低水平的情况下，医疗监护设备仍有相当大的发展空间，国内的医疗器械行业发展前景值得期待。 综上所述，随着社会对信息化、智能化的要求不断提高，并且几乎渗透到各行各业，正如文中提到的，已经很难找到不使用FPC以及FPC组件的稍微复杂的电子产品了。随着国家将进一步加大在各领域电子信息化建设的投资，下游领域电子信息化建设步伐的加快，必然带动FPC以及FPC组件行业的发展。同时，4G业务已在全国范围内全面铺开，这也将为柔性印制电路板行业带来新的发展机遇。 （作者单位为平安证券有限责任公司） 参考文献 [1] 张家亮.全球挠性印制板的市场及其技术研究[J].印制电路信息，2011（10）. [2] 李春甫.挠性电路板面面观[J].丝网印刷，2012（09）. [3] 李春圃.挠性电子材料的选择、检测和应用[J].丝网印刷，2014（02）. [4] 赛迪顾问，电子信息产业研究中心. 2013-2014年中国手机/智能手机市场研究年度总报告[R]. 第5篇：电路板优化设计范文 关键词：DSP TMS320F28027 功能模块化 中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0012-02 《DSP原理及应用》是一门理工类院校普遍开展的高级电子技术应用课程，原因在于DSP（Digital Signal Processor）技术应用在电子信息、绿色能源、自动控制、智能仪器和信息家电等高科技领域获得了越来越广泛的应用。在国内DSP应用领域中占有份额最大的DSP芯片厂家的是德州仪器（TI），大致分为C2000、C5000和C6000三个系列DSP。C2000系列DSP用于工业控制检测和监控，C5000系列更多应用于语音处理，C6000应用于图像处理。文中提出的DSP是C2000系列面向具有能源电力应用背景的DSP[1]。《DSP原理及应用》这门课程开设的对象一般是本科专业三年级或者研究生，具备了完善的模拟电子技术、电路、数字电子技术和单片机等课程基本理论能够学习和掌握更加高级的电子技术。该文提出的功能模块化的实验装置主要针对传统实验箱的功能、使用以及实验室维护等方面的不足，面对电子产品不断更新换代能够使DSP教学紧跟DSP实际应用，通过模块化设计使实验装置更便于实验教学和维护，也便于学生的学习和使用。 1 传统箱柜实验平台的不足 通常实验箱由一块实验板构成，或者DSP最小系统板加上功能实验模块总板构成，例如图1所示现有DSP实验箱结构，就是由TMS320LF2407A最小系统板和电路模块总板构成，实验箱的所有模块包括电源模块、信号产生电路、AD调理电路、显示电路、CAN总线电路、D/A转换模块以及指示灯和按键等电路都在一块实验板上，优点是结构紧凑易于整理，这样的实验平台是现在商品化实验教具的主要形式。但在实验教学当中经常会遇到这样的问题，就是具体电路分析不清晰，实验箱统一上电，那么各个模块都是处于待机状态的，各个模块直接就存在着信号混杂的现象。虽然在电路总板上也画出了相应电路的区域，但讲解具体电路时，学生面对一个整体电路板，看不到实际连线无法准确分析具体功能模块电路。 如图2所示的现有实验箱的功能结构图。 2 DSP芯片的选择 《DSP原理及应用》课程开设的目标在于培养学生应用高级电子技术进行工业控制的能力，C2000系列DSP具有TMS320C2000系列DSP具有的数字信号处理能力，又具有强大的事件管理器能力和嵌入式控制功能，基于业内领先的C28xCPU的32位微控制器，CPU拥有一个功率信号处理引擎，能够处理严苛的闭环任务，从而让设计人员能够改善系统效率、可靠性和灵活性。非常适用于电机控制、数字电源、太阳能、照明领域、逆变器、风力发电等绿色能源应用领域也将得到广泛应用[2]。随着电子技术的飞速发展，TI已经开始把C2000系列DSP列为高性能MCU，但工业应用依然把C2000系列控制器视为DSP，主要包括PiccoloTM系列的F2802x/3x/5x/6x/7x等、DelfinoTM系列的F2833x/F2837x等以及定点F280x/1x等DSP。做为基础理论教学应用，采用Piccolo系列DSP既可以简化实验设备又能出色完成实时控制任务，使学生能更方便的学习而把实验室学习延伸至实验室外，使实验器材口袋化。文中设计采用Piccolo F28027为例进行实验装置的设计。 2.1 PiccoloTM 系列DSP的特点 PiccoloTM DSP具有低成本、高集成度32位微控制器，采用最新的架构技术和增强型外设，能够承担通常相同成本应用难以承担的32位实时控制功能的优势。如图1所示实验箱中的DSP芯片为TMS320F2407A已经不再生产，但它的功能和性能完全可以由Piccolo F28027替代，而1.85美元的价格会大大拉低整个应用电路的成本。 Piccolo F28027具有以下主要性能[3]。 （1）60M高性能32位CPU（TMS320C2 8xTM）； （2）3.3V供电，集成上电复位掉电保护； （3）3个32位CPU定时器； （4）12位A/D转换器件； （5）增强的控制外设：8个PWM输出端口，4个高分辨率脉宽调制模块（HRPWM）。 2.2 F28027控制板的设计 F28027 DSP控制板的设计非常简单，TI提供了标准的设计参数，可以通过Protel等课程设计来让学生自行设计和制作，更能调动学生的学习热情。控制板原理图如图3所示，需要重点注意电源电路的电压转换，复位电路和JTAG电路中的器件参数。 图4为焊接后的F28027电路板，和TI大学计划的Launch Pad板相似，所不同的地方在于使用外接仿真器，实验室在应用中使用XDS100V2仿真器进行实验。 3 具有典型特点功能模块化的电路设计 设计新型DSP芯片的核心板、功能电路板最小系统的开放性设计和针对各个实验项目的PCB的制作，将整个实验系统模块化并分解为电路模块做成独立的实验板卡，实验中选取核心板和该项目实验的板卡采用连接母板进行连接。 有源逆变技术目前使用最多的逆变电路是SPWM逆变电路，应用等面积法和规则采样法对SPWM逆变电路进行数字化控制，实现对逆变电路的控制，能够体现DSP技术的优越性[4]。 逆变电路开关管选用功率管IRF640，为了保证IRF640可靠关断和开启通常使用栅极驱动电路。考虑到逆变电路多为桥式开关电路，设计中使用IR2110这样集成芯片。DSP输出信号经过光耦隔离后接入主电路的HIN和LIN端口，做到电气隔离，可以保护DSP。 驱动电路如图5所示。图中开关管Q1和Q2选用IRF640，栅极电阻RG1和RG2可以使用50 Ω电阻。 4 结语 作为一门工程应用性非常强的课程，如何能让学生尽快掌握DSP技术的应用和开发是每个教师思考的重点。通过综合设计具有应用特点的实验项目让学生有兴趣学习，并适应学生的学习特点逐步改善实验设备，分解呆板的实验箱为灵活应用的模块化的功能电路，使实验应用更丰富，也大大提高了实验设备的可用性，减少了因为局部电路的损坏而报废整个实验箱的情况，口袋化的实验装置可以把学生的学习延伸至实验室外。 参考文献 [1] 宁改娣，曾翔君，骆一萍.DSP控制器原理及应用[M].北京：科学出版社，2009. [2] 徐科军，陶维青，汪海宁.DSP及其电气与自动化工程应用[M].北京：清华大学出版社，2010. 第6篇：电路板优化设计范文 为了分析半导体制冷器工艺设计方法与制冷效率的关系，探讨其工作寿命的影响因素，文章通过改进半导体制冷器基板材料，采用新型胶黏剂，并通过实验来对比分析半导体电偶间不同的铜片排布方式对制冷器制冷性能、寿命的影响。实验结果表明，连接铜片排布回路形式对制冷性能影响不大，但对产品的使用寿命有一定的影响。铜线排列走向简单，电阻变化率低，使用寿命相对较长。 关键词: 半导体制冷器;制冷性能;基板;铜片回路 半导体制冷技术因其具有的独特优点而在各行各业得到了广泛的应用［1-3］。为提高其性能、增强机械强度和稳定性，国内外有关科技人员进行了很多研究工作。宣向春等［4］提出可在普通半导体电臂对的P型和N型电偶臂之间淀积一层厚度适当的银膜，提高电偶对的制冷性能。李茂德［5］和任欣［6］等认为，提高制冷系统热端的散热强度可以改善半导体制冷器的制冷性能，但制冷性能并不能随散热强度的提高无限提高。 YANLANASHIM［7］优化了制冷系统设计方法。此外，GAOMin［8］等指出电偶臂的长度在很大程度上影响半导体的热电性能。YUJianlin［9］等详细研究了制冷单元的个数和电偶臂的长度对制冷性能的影响程度。本文主要对半导体制冷器的制造工艺进行了分析，讨论了不同的半导体铜片连接回路以及半导体电偶对与基板的黏结性能对半导体制冷器制冷效果及其寿命的影响，并通过实验进行了性能测试，实验结果可以为提高半导体制冷器的制冷性能及产品寿命提供较好的依据，具有一定的实际指导意义。 1半导体制冷器设计工艺 半导体制冷器的性能主要包括制冷效率和使用寿命，取决于组成半导体制冷器主体的制冷电偶对的设计制造工艺，半导体材料的热电优值系数及半导体制冷器系统的结构等［10］。本文仅讨论半导体制冷器基板材料以及不同的半导体铜片连接回路对半导体制冷器制冷效果及其寿命的影响。 1．1基板设计工艺半导体制冷器的导热绝缘层由陶瓷基板构成，由1个放热面和1个吸热面组成一组，2个面之间由铜片连接不同型的、相互错开的半导体颗粒，形成回路，如图1所示。陶瓷基板材料及基板厚度对半导体制冷器制冷效率有显著的影响。设计采用了质量分数为96%氧化铝(Al2O3)的陶瓷基板。同时，为提高半导体制冷效率，通过减薄陶瓷基板厚度(由目前的1．00mm，减薄到0．50～0．13mm)，降低热阻，提高了传热性能，制冷效率COP值得到提高，但成本相应增加;另外，也可以将基板换成氮化铝(AlN)，氮化铝热导率为180W•m－1•K－1左右(20℃环境温度下测试)，而氧化铝为22W•m－1•K－1左右(20℃环境温度下测试)，热导率提高了约7倍，同样也可以提高COP值，但是基板成本会更高，约为原来的10倍。 1．2铜片回路连接工艺将半导体电偶对、基板和接线端子用铜片焊接起来，形成通电回路。实验设计了2种不同回路走线方式A型和B型(CP/127/060/A和CP/127/060/B)，如图2～3所示，图中粗线为回路走线路径。由于基板与半导体颗粒间焊接了铜片，半导体颗粒与基板形成刚性连接，在温度变化的时候材料的内应力很大。因此生产工艺中将半导体颗粒与瓷片用胶黏剂粘接，用于卸去大部分应力，提高产品的寿命。但由于胶黏剂的导热性较差，制冷性能会受到一定影响。本文采用了自主研发的一种胶黏剂，粘接层很薄，热导率相对比较高，使得产品具有一定的市场竞争优势。 2半导体制冷器性能实验分析 2．1铜片排布方式对性能的影响实验现场如图4所示，实验原理如图5所示。实验材料:A型产品和B型产品各5个。实验时，将整个装置放置于真空中，测试仪器中设置好控制温度Th=50℃，先测试最大温度差ΔTmax值。在每个产品的基板上分别选择4个测试点，依次递增施加不同的测试电压(16～20V)，得到测试数据ΔT值，拟合曲线，找出极值点。极值点对应的ΔT值就是ΔTmax，其对应的电流就是Imax。然后给产品施加Imax的电流，通过加热片控制冷热面的温度差ΔT=0℃，测定此时的制冷量Qc值即为Qcmax，即加热片的功率。实验数据如表1～2所示。由表1～2可知，2种不同铜片排布形式，其温度差ΔT，制冷量Qc的数据差异均在实验仪器误差范围内，针对ΔT，Qc这两项来说，铜片回路形式对半导体制冷器制冷效率影响不大。 2．2铜片排布方式对产品寿命的影响对2种回路的制冷器分别进行制冷—制热循环实验。实验条件:1个循环为1min(40s制冷，制冷温度降到0．0℃，电流4．0A;20s制热，制热温度升到100．0℃，电流4．5A);压力280±20N，2．4万次循环实验结束。每0．15万次循环测1次电阻，若2．4万次循环之内，电阻变化率超过10%表示产品失效，实验结束。实验样品选择CP/127/060/A和CP/127/060/B各2组，实验结果如图6所示。由图6可知，在2．4万次循环结束时，A型产品2组实验样品的电阻变化率分别为1．35%和1．45%，而B型产品2组实验样品的电阻变化率均在2．04%左右。实验数据表明，A型基板的电阻变化率相对较低，寿命趋势相对较长。 3结论 通过理论分析和实验研究，得到以下结论:1)陶瓷基板材料及基板厚度对半导体制冷器制冷效率有显著的影响:氮化铝(AlN)基板因热导率高于氧化铝(Al2O3)，可以提高COP值，但其成本会提高;通过减薄陶瓷基板厚度降低热阻，可提高传热性能，提高制冷效率COP值。2)半导体颗粒与瓷片用胶黏剂粘接，可卸去大部分应力，提高产品的寿命。但由于胶黏剂的导热性较差，制冷性能会受到一定影响。可采用自主研发的胶黏剂，粘接层很薄，热导率相对比较高，保证产品在市场竞争上具有一定的优势。3)通过实验数据对比分析，温差ΔT和制冷量Qc的数据差异均在实验仪器误差范围内，针对ΔT和Qc来说，回路形式对半导体制冷器制冷效率影响不大。4)在寿命方面，在2．4万次循环结束时，A型成品电阻变化率分变为1．35%和1．45%，而B型均在2．04%左右。直观的数据对比显示A型基板的电阻变化率相对较低，寿命趋势相对更长。 参考文献: ［1］卢菡涵，刘志奇，徐昌贵，等．半导体制冷技术及应用［J］．机械工程与自动化，2013(4):219－221． ［2］王千贵，杨永跃．半导体车载冰箱的智能温控系统设计［J］．电子设计工程，2012，20(17):132－134． ［3］梁斯麒．半导体制冷技术在小型恒温箱的应用研究［D］．广州:华南理工大学，2011:1－7． ［4］宣向春，王维杨．半导体制冷器“无限级联”温差电偶对工作参数的理论分析［J］．半导体学报，1999，20(7):606－611． ［5］李茂德，卢希红．热电制冷过程中散热强度对制冷参数的影响分析［J］．同济大学学报(自然科学版)，2002，30(7):811－813． ［6］任欣，张麟．有限散热强度下半导体制冷器性能的实验研究［J］．低温工程，2003(4):57－62． ［7］YAMANASHIM．Anewapproachtooptimumdesigninthermoelectriccoolingsystem［J］．AppliedPhysicsA:MaterialsScience＆Processing，1980(9):5494－5502． ［8］GAOMin，ROWEDM，KONTOSTAVLAKISK．Thermoelectricfigure-of-meritunderlargetemperaturedifferences［J］．JournalofPhysicsDAppliedPhysics，2004，37(8):1301－1304． ［9］YUJianlin，ZHAOHua，XIEKangshan．Analysisofoptimumconfigurationoftwo-stagethermoelectricmodules［J］．InstituteofRefrigerationandCryogenicsEngnieering，2007，47(2):89－93． 第7篇：电路板优化设计范文 【关键词】印刷线路板;注意事项;设计 一、引言 印制电路板{PCB线路板}，又称印刷电路板，它提供电子元器件焊接的基础。它的发展已有100多年的历史了;它的设计主要是版图设计;采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。因此我们在设计印刷电路板要注意些问题。 二、设计印刷电路板应该注意的事项 一块印刷电路板（PCB）上包括了整个系统所要用到的元器件，其中芯片有两种，一种为直插式，另一种为贴片式。因此在印刷板电路设计时应该统筹规划。具体表现在以下方面： 1.自动布线有时候会存在一些不满意的地方，为了设计一个美观的印刷电路板需要手工调整布局。 2.为了减小分布电容，布线时应该遵循最短路径原则。 3.为了提高印刷线路板的抗干扰能力，增加系统的可靠性，我们需要在电源与接地的地方进行处理。可采取的方法如下：在印制电路板时可通过接入电容或是采取地线与电源线和一些需要过电流较大的线加宽的办法，尽量缩短走线且长度差不多来减小地线的阻抗方法。在高频电路中，良好的接地对印刷电路板是非常重要。本印制板设计中采用多点接地法，这样可以增大接地面积，减小地线电感。 4.空余管脚的处理。从逻辑观点来看，当输入管脚闲置处于悬空状态时，相当于“1”的输入状态的逻辑关系。由于开路的输入端具有输入阻抗高，易受到外部的电磁干扰。因此为了提高系统抗干扰性能，需要对元器件的空余输入管脚进行处理。如今有两种处理方法：一种是将闲置输入管脚与使用输入管脚并联，此方法不足之处是增加了前级电路的输出负担;另一种方法是将闲置输入管脚通过串联大电阻拉到电源端（VCC）。本系统采用后者，其优点是简单易行。因此在电路设计中对元器件空余的输入管脚都拉到了高电平。 5.抗干扰有效措施： a）为了减小对地的分布电容，在布线的时候，要尽量缩短数据线、地址线和控制线并且要使且其长短和走线方式尽量一致，以避免造成非同步干扰。 b）本设计的电路板采用双面布线，为了防止总线间的电磁串扰，两面的线尽量保持垂直。为了不把噪声耦合至芯片内部，尽量避免在高速器件DDS下方走线。 c）在线路板的边缘要留有一定的距离，因为信号线或电源线上电流会产生较大辐射，所以关键信号线尽量不要分布于线路板的边缘。 d）尽可能地减少过孔的数量，因为电路板的一个过孔相当于给电路加了一个10pF的电容，针对高频电路，这个将会成为引入干扰原因之一，而且过多的过孔也会造成电路板的机械强度降低。 三、杂散噪声处理 由前面分析可知，DDS本身存在众多杂散，且随着输出带宽的扩展，杂散会越来越明显。为了解决杂散噪声，采取以下几个措施来降低系统的杂散。 1.器件的选取 通过对杂散的分析可以得出，影响相位截断误差中所形成的杂散与以下三个参数有关，分别是频率控制字K，频率控制字位数M、相位截断位长B。经过分析可以看出，当数模变换器的分辨率Δf确定后，w每增加一位，DDS输出杂散可以降低6dB;当w确定后Δf每增加一位，输出杂散将降低8.5dB; 但是并不是位数越大，就越能改善输出杂散，因为输出杂散性能对DAC的位数也是具有饱和特性，一旦达到饱和，其输出杂散的变化就不明显。所以，本文选用AD9953芯片。 2.参考时钟的选取 时钟信号耦合到了DAC的采样周期中，将会导致输出信号被此时钟调制，进而使杂散分量更大了。为了克服参考时钟所带来的杂散噪声，本文选择20MHz晶振为参考时钟源。 3.确定合理的系统时钟和输出频率 由前面对DDS的原理分析，有如下公式： fo/fc=K/2M （1） 式（1）中，fc是系统时钟频率，M是频率控制字的位数，K是频率控制字。 因为杂散的放大系数正比于倍频系数的平方N2。所以可通过提高DDS的输出频率fo以达到减小N值的目的，则N2会越小，进而可减小杂散的放大系数，该方法能有效抑制杂散放大。fo的提高也受到很大的限制，因为在提高输出频率fo的同时，输出杂散分量也会跟随放大;另外，fo具体参数的选取还将受到DDS系统时钟fc选择的影响，对于杂散信号大且接近主频的点，在实际工作中是很难去除的。因此应该通过实验合理地确定fo和fc的值。通过对杂散的分析，在DDS系统中设定出不同K和N的值，经过多次的测试DDS的输出信号、相位噪声以及杂散水平，可得出本系统的系统时钟频率fc为200MHz，输出频率fo为65.5MHz-84.2MHz。 4.电路输出接口的设计 系统产生的信号最后需要通过数字模拟转化模块（DAC）转化成模拟信号输出。AD9953的DAC输出信号为电流型，最大值可达20mA，根据以往的经验，当满量程通过AD9953的管脚DAC RSET进行设置RSET=39.9/IO时，系统能够取得较好的SFDR性能，此时RSET=3.9KΩ。 5.用滤波器来抑制杂散 由于输出信号中杂散比较大，所以要在DDS的输出信号的后面加一个低通滤波器来抑制输出信号的杂散。因为滤波器的通带带宽主要由系统时钟频率fc和输出频率fo两部分决定，因此低通滤波器的设计要综合考虑到滤波器的复杂程度fo和fc的选择等诸多因素。本系统采用的低通滤波器，它的输出驱动频率为86兆赫兹，通过并联一个200欧姆负载，使其等效负载为100欧姆，这样可以滤除DDS输出频率的镜像频率、杂散以及高次谐波。 四、小结 印制电路板提供电子元器件焊接的基础，它的设计主要是版图设计;采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。并且对电路设计中的注意事项进行了详细分析;最后提出了解决一些降低系统杂散的措施，达到理想的效果。 参考文献 [1]张万奎.模拟电子技术[M].长沙：湖南大学出版社，2005. 第8篇：电路板优化设计范文 关键词：核电 闭式冷却水系统 流量分配 分析 中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0058-02 本文主要介绍的是核电机组常规岛闭式循环冷却水系统的流量分配问题。闭式循环冷却水系统是在机组各种运行工况下向各放热设备提供冷却介质的闭式回路，以保证设备安全运行。 在常规火电厂闭式冷却水系统中，根据设备制造厂的要求，一般采用调节阀或可控蝶阀，对到各设备的水量进行分配控制；在我国自主化设计的秦山核电工程中，仍然采用的是调节阀方案来调节冷却水量。 但是在大亚湾核电站（2×984 MW）、岭澳核电1、2号机组（2×990 MW），正在建设的岭澳核电3、4号机组（2×1089 MW）以及法国FA3 EPR电站的闭式水系统设计中，均采用的是孔板来调节至各设备的冷却水流量。 通过上述电厂的设计及运行经验，核电站中采用调节阀、可调蝶阀或孔板作为冷却水流量调节分配方式均是可行的。 1 闭式冷却水系统流量分配两种方式概述 某核电站常规岛闭式冷却水系统一般设置3×50%容量的闭式循环冷却水泵，用于整个系统的闭式冷却水循环。为了排出从各冷却设备中带来的热量，系统设置了3×50%的换热器。经过冷却器后，闭式水系统各并联回路分别供给汽轮发电机组各冷却器及辅助系统需冷却的设备。 在冷却水向各放热设备提供冷却介质的闭式回路中，主要问题在于根据各个设备的换热要求，提供相应的水量。为了控制各个冷却水分支满足要求，一般情况下采用装设调节阀或者可调蝶阀的方式来调节到各路的水量。调节阀的选取可根据系统流量压力等参数的要求进行选取。在调试以及运行中微调阀门开度精细满足流量的要求。此种计算方法已有很多文献在此不再赘述。 但是根据现有资料，在国外很多大型核电站常规岛闭式冷水系统设计中均采用的是孔板来调节至各设备的冷却水流量。流体在通过装有节流孔板的管道时，由于节流孔板的局部阻力而产生的部分能量损耗使得通过孔板流体的压力降低，同时节流孔板的使用也会改变相应流体驱动设备的出口管路特性，使得通过该管路的流体流量减少。 节流孔板具有易于安装、方便维护、价格低廉等特点，但是节流孔板的孔径属于一次成型，如孔径选择不合适则节流孔板选用不当，在闭式冷却水系统中因节流孔板选用不当会导致到各个设备的流量不满足设备换热的要求，在电厂运行中引发一系列的问题。 关于水管道中节流孔板的选用，在《DL/T 5054-1996.火力发电厂汽水管道设计技术规定[S].》中的附录C.7有详细的节流孔板孔径计算公式。但是此计算是基于单独的水管道，针对闭式冷却水系统，节流孔板的作用不仅需要满足设备的需要，同时需要满足水管网路中流量配平的需要。 2 闭式冷却水系统流量分配之节流孔板孔径计算用软件简介 对于闭式冷却水的流量分配计算，在本文中采用的是FLOWMASTER2软件进行计算。FLOWMASTER2是一维流体系统仿真解算工具，是面向工程的完备的流体系统仿真软件包。对于各种复杂的流体系统，均可以利用FLOWMASTER2建立精确的系统模型，并进行完备的分析。 FLOWMASTER2具备的分析模块可以对流体系统（含液压系统）进行稳态和瞬态以及流量配平分析。 3 闭式冷却水系统流量分配之节流孔板孔径计算方法简介 3.1 建模过程简介 首先，将几个大型的设备用相应的组件进行模拟，高位水箱，用“水箱”组件进行模拟；SRI泵，用“泵”组件进行模拟；SRI旁路控制阀，用“阀门”组件进行模拟；SRI换热器，因在此计算中，不用考虑换热的问题，所以用“DL”组件进行模拟即可。管路中的管道、弯头、三通等，根据计算得来的压降要求，用“DL”组件进行模拟。根据系统及管道布置图，将上述的组件连接起来，即整合为整个系统的模型。 3.2 “DL”组件的处理——计算之必要的简化处理简介 在FLOWMASTER软件中，“DL”组件是一压力降组件。在此组件中只要填阻力系数等数据就可模拟相关的压降，而不必再将管道模型一一列出。举例来说，从GGR供应进水，到GGR供应回水，两个三通之间，必然有管路、三通、弯头进行连接，如果在模型中一一表示出来，则整体模型过于庞大和繁琐。为了简化整体模型，可单独对这段管路进行模拟，得出这段管路的压降数后反方向得出在DL组件中的数据，最后将此数据代入到整体模型中相应的DL组件中，即可直接模拟这段管路的压降。 3.3 稳态计算简述 首先进行的稳态计算，模拟的是闭式冷却水泵两台正常运行，并且泵的运行点正好在额定流量和额定扬程点上的状态。调整各个支路中DL组件。 3.4 流量配平计算步骤简述 FLOWMASTER2 软件的流量平衡模型可以允许在管道弯路模型中设置需要的流量，然后它可以计算出在这些平衡元件上的压力状况，使能够选择设置的这些流量平衡的元件的参数来达到需要的流量。某核电站常闭式冷却水系统经过分析得出的节流孔板的孔径如表1。 把流量平衡模拟出来的节流孔板孔径带入原系统再进行稳态计算，分析后得到的流量和压力与系统要求的数据对应一致，则分析计算结束。 4 闭式冷却水系统流量分配之两种方式技术经济的比较 闭式水系统采用节流孔板价格便宜，故障率低，系统运行在设计工况下工作可靠，但如运行工况偏离设计条件，则调节效果上偏离较大。 采用调节阀价格相对较贵，存在发生故障的可能，优点是可调节性要比孔板好，工作也比较可靠。 综合厂家的报价，某核电站具体的经济比较如表2。 通过以往核电站的运行经验反馈，如设计工况稳定，可选用节流孔板。如工况可能经常发生变化，则推荐选用调节阀；凡是和油温调节要求有关的，以及对冷却水效果要求较高的系统均应设调节阀。 如根据各设备对冷却水的需求特点仅GFR；GHE；GGR；GRH；GST等系统设置为阀门调节，其余系统还是采用节流孔板方式调节，则约需要初投资：15.6万元。 5 综述 通过上述分析可知，从设计方面来说，节流孔板调节方式以及阀门调节方式各有优缺点。从投资方面来说，节流孔板调节方式在初投资方面较为节省。 考虑到随着核电事业的发展及容量的增加，将来核电机组将不再只承担基本负荷，运行工况也将经常发生变化，为提高机组应对调峰的能力，并综合考虑到初投资，推荐各种对油温控制要求较高的油冷却器冷却水采用阀门调节方式，其余系统冷却水采用节流孔板方式调节。 参考文献 [1] 广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社，2007，Guangdong Nuclear Power Training Center.System amd Equipment of 900MW Pressurized Water Sector Nuclear Power Plant [M] Beijing： Nuclear Energy Press，2007. [2] D.S.MILLER Internal Flow Systems [M].Pubished by BHR Group Limited. [3] DL/T 5054—1996，火力发电厂汽水管道设计技术规定[S]. [4] 国家电力公司东北电力设计院.火力发电厂调节阀选型及选择计算技术规定（送审稿）[Z].广州：广东省电力设计研究院，1998. [5] 陈娟.节流孔板在发电厂的应用[J].广东电力，2004，8. 第9篇：电路板优化设计范文 关键词:模态仿真分析;航天电子产品;结构设计;ANSYS 中图分类号:TB115 文献标识码:A 文章编号:1672-3198(2010)09-0307-03 1 航天电子产品力学特点 航天电子产品结构的功能是维持设备的外部构型,提供内部电路板组件、独立的元器件及模块的安装空间,满足安装要求,确保在各种受载条件下元器件、组件的安全,其中力学设计是结构设计中最重要的内容之一。 航天电子产品所承受的载荷根据其力学特性可分为静载荷和动载荷,通常静载荷可以通过采取适当措施减小其影响。动载荷则比较复杂,航天器在地面到发射、进入轨道和返回地面的各阶段工作状态下要经受各种环境条件,都属于动载荷范畴,下表是航天器飞行过程中的动态激励特性。 POGO:液体火箭发动机的液体输送系统与火箭结构之间的液固耦合现象。 动载荷中的高频部分容易衰减,低频部分则不容易衰减,如果航天电子产品中的元器件或结构组件的固有频率与上述动态激励的频率相同,则容易引起共振,发生事故,所以航天电子产品的结构设计过程中必须尽量提高整体的基频。 模态分析的目的是确定航天电子产品结构的动态特性(固有频率和振型)。因为它一方面可以避免与电子元件及控制元件的频率共振,另一方面是其它动力响应分析的基础,为结构设计选型提供依据。 2 航天电子产品结构设计流程 航天结构设计的一般流程如图1所示。其中一个数值分析验证和试验验证两个反馈环节,其中的力学分析就包含模态分析,但此时模态分析的目的是检验详细设计后的结构是否满足基频的要求。一般从总体设计到详细设计中间环节往往凭设计人员的工程经验,如果到详细设计完成后的力学分析中发现问题,则需要重新进行详细设计,甚至可能需要对总体设计的进行更改。 同时,由于模态分析可以使用比较简单的模型,使用有限元分析便可得到结构的固有频率,需要的代价很小,且在结构详细设计之前增加一项模态分析能有助于结构的选型,可以提前发现问题,有效的减少结构设计的反复,并能为详细力学分析提供初始数据。结合实际工作提出如下结构设计的优化流程,具体如图2所示: 下文就通过一个实例来分析总体设计阶段增加模态分析的对于航天电子产品设计的重要作用。 3 模态分析理论基础 有限元的基本思想是将弹性体离散成有限个单元,然后据各单元节点的位移协调和节点力平衡,其动力学基本方程: 由于一般结构阻尼对结构的固有频率和振型影响极小,所以,求结构的固有频率和振型时,直接用无阻尼的自由振动方程求解,即: 因任意弹性体的自由振动都可分解为一系列的简谐振动的迭加:即结构上各节点位移为: δ0为节点位移振幅向量(即振型),与时间t无关的位移幅值; ω为与该振型对应的频率。 将节点位移代入动力方程,化简得广义特征值问题: 上式称为结构的特征方程。设计结构的自由度为n,则特征方程为ω的n次代数方程,其n个根称为特征值,记为ω21,…ω2n。 它们的平方根称为系统的固有频率,即ωr,r=1,…n 将这些固有频率从小到大依次排列为ω1≤ω2…ωn 最低的频率ω1称为基频,它是所有频率中最重要的一个。 对于有n个自由度正定系统,就得到ω2的n个大于零正实根。振型就是任一阶固有频率作简谐振动时,各频率对应的n个振幅值间所具有确定的相对比值,表示系统有一定的振动形态。由于篇幅所限其具体方法本文不再赘述。 4 模态分析应用实例 航天电子产品中电路板形状的选择是一个比较常见的任务,也是电路设计、结构设计和可靠性设计的基础。下面将就某仪器的三种电路板方案进行分析,来说明模态分析在结构选型过程中的应用。 4.1 有限元建模 本文模型建立过程中对其忽略电路板和元器件细节,在ANSYS有限元软件平台上,假设有效载荷和模块结构质量均匀分布。本文结合实际,选择三种面积基本相当的电路板形状作为备选,具体情况如下: 方案A的电路板为正方形,其对应的箱体为薄的、底面为正方形的箱体,如图3所示。 图3 方案A电路板外形和其可能对应的箱体外形图 方案B电路板选择为长方形,其对应的箱体是薄的、底面为长方形的箱体,相对于方案A,其特点是减小了面板面积,增加了长度,如图4所示。 图4 方案B电路板外形和其可能对应的箱体外形图 方案C则选择两层电路板布线,通过四颗支柱连接,其对应的箱体是比A、B两个方案高的正方形箱体,但减小了底面积,如图5所示。 三种方案各有优缺点,在没有其它设计约束的情况下,电路设计人员和结构设计人员要凭经验选择一种方案作为设计的输入,本文试图通过对三种电路板的模态分析试图找出其中的优劣,进而做出选择。 4.2 模态仿真分析 在ANSYS软件中我们利用3D-Elastic Shell 63和3D-Elastic Beam 4单元对电路板的连接杆进行模拟。输入实常数及材料常数,以Smartsizing网格密度的方式。电路板材料采用环氧酚醛层压玻璃布板,电路板连接结构采用2A12硬铝。 由于主要影响系统结构是最低几阶的固有频率,本例中我们取前5阶固有频率进行计算,具体计算过程从简,由于经过了适当简化,普通配置的台式机的计算时间一般只需要几秒钟。在相同的边界条件和物理属性参数的情况下,经过仿真计算,获得了三种不同方案的电路板结构的固有频率和振型,三种方案的基频和振型结果分别见表2,三种方案的第一阶振型和应力云图分别见图6、图7和图8。 4.3 模态分析结果 上述结果可以看到,方案A的固有频率最小为221.03Hz,方案B的固有频率最小为187.02Hz,固有频率均大于100Hz,且均未出现应力集中的情况均能符合要求。分析结果显示出正方形电路板方案的固有频率更高,对结构 设计更加有利。如果仅从模态分析考虑,电路板形状应该 选择方案A,且箱体选择薄的、底面为正方形的结构,如图3所示。 方案C的最小固有频率为23.10Hz,基频太低,与表1中动态激励中的低频部分重叠较多,容易引起共振而破坏系统结构。且方案C的产生的应力比前两个方案大,并且出现了应力集中的情况,薄弱环节出现在4根支柱的连接处,有可能在上下两层电路板的这8个点对造成直接的破坏,换句话说,要采用方案C则需要对两电路板进一步加固,或改为其他的双层固定方式,并同时解决固定支柱位置的应力集中问题。 4.4 讨论和说明 关于以上分析,还有以下几点需要总结和说明: (1)通过上文分析,可以得出,方案A最优,可以作为下一步结构设计的输入,如果必须选C则应该另选其他的支撑形式,并且还要对连接处做进一步分析,处理好电路板上应力集中的问题; (2)采用模态分析对航天电子产品结构选型有一定的指导意义,能从大量的方案种找出可能比较合理的方案,并为详细设计后的力学分析提供了初步的分析依据; (3)模态分析仅仅是航天电子结构动力学分析的一种,也是其他动力学分析的基础,故模态分析数据良好并不能说明其他动力学分析可以忽略。反之如果模态分析出现问题,则必须认真分析结果,并采取措施提高基频; (4)计算的时候仅考虑了电路板,忽略了元器件的重量和分布,忽略了电路板上覆铜层的特点,所以计算结果与实际可能有一定差别,但计算结果能对定性的分析构型的优劣提供可靠依据,对结构选型有一定的参考价值。且计算固有频率和振型结果,没有考虑阻尼等因素,还需进一步仿真分析修正和模拟空间环境模态分析试验验证。 5 结束语 航天电子产品结构设计过程中,使用有限元分析方法进行初步的模态分析可较方便的得到某一构型的基频和振型,为判断结构的优劣提供了依据,可以给电路设计和结构设计提供了初始的输入,也为进一步动态仿真分析和模拟空间环境模态分析试验验证提供了依据,由此可以看出,在总体设计阶段增加简单的模态分析可以以很小的代价获得最终产品的大致评价,对初始设计阶段的选型有一定的指导意义,可以减少设计的盲目性,可以改进航天电子产品结构设计流程。 参考文献 PCB抄板，业界也常被称为电路板抄板、电路板克隆、电路板复制、PCB克隆、PCB逆向设计或PCB反向研发。即在已经有电子产品实物和电路板实物的前提下，利用反向研发技术手段对电路板进行逆向解析，将原有产品的PCB文件、物料清单（BOM）文件、原理图文件等技术文件以及PCB丝印生产文件进行1：1的还原。 然后再利用这些技术文件和生产文件进行PCB制板、元器件焊接、飞针测试、电路板调试，完成原电路板样板的完整复制。 对于PCB抄板，很多人不了解，到底什么是PCB抄板，有些人甚至认为PCB抄板就是山寨。山寨在大家的理解中，就是模仿的意思，但是PCB抄板绝对不是模仿，PCB抄板的目的是为了学习国外最新的电子电路设计技术，然后吸收优秀的设计方案，再用来开发设计更优秀的产品。随着抄板行业的不断发展和深化，今天的PCB抄板概念已经得到更广范围的延伸，不再局限于简单的电路板的复制和克隆，还会涉及产品的二次开发与新产品的研发。比如，通过对既有产品技术文件的分析、设计思路、结构特征、工艺技术等的理解和探讨，可以为新产品的研发设计提供可行性分析和竞争性参考，协助研发设计单位及时跟进最新技术发展趋势、及时调整改进产品设计方案，研发最具有市场竞争性的新产品。PCB抄板的过程通过对技术资料文件的提取和部分修改，可以实现各类型电子产品的快速更新升级与二次开发，根据抄板提取的文件图与原理图，专业设计人员还能根据客户的意愿对PCB进行优化设计与改板。也能够在此基础上为产品增加新的功能或者进行功能特征的重新设计，这样具备新功能的产品将以最快的速度和全新的姿态亮相，不仅拥有了自己的知识产权，也在市场中赢得了先机，为客户带来的是双重的效益。无论是被用作在反向研究中分析线路板原理和产品工作特性，还是被重新用作在正向设计中的PCB设计基础和依据，PCB原理图都有着特殊的作用。那么，根据文件图或者实物，怎样来进行PCB原理图的反推，反推过程是怎么样的？有哪些该注意细节呢？ 一、反推步骤： 1.记录PCB相关细节拿到一块PCB，首先在纸上记录好所有元器件的型号，参数，以及位置，尤其是二极管，三级管的方向，IC缺口的方向。最好用数码相机拍两张元器件位置的照片。很多的pcb电路板越做越高级上面的二极管三极管有些不注意根本看不到。 2.扫描的图象拆掉所有器件，并且将PAD孔里的锡去掉。用酒精将PCB清洗干净，然后放入扫描仪内，扫描仪扫描的时候需要稍调高一些扫描的像素，以便得到较清晰的图像。再用水纱纸将顶层和底层轻微打磨，打磨到铜膜发亮，放入扫描仪，启动PHOTOSHOP，用彩色方式将两层分别扫入。注意，PCB在扫描仪内摆放一定要横平竖直，否则扫描的图象就无法使用。3.调整修正图像调整画布的对比度，明暗度，使有铜膜的部分和没有铜膜的部分对比强烈，然后将次图转为黑白色，检查线条是否清晰，如果不清晰，则重复本步骤。如果清晰，将图存为黑白BMP格式文件TOP BMP和BOT BMP，如果发现图形有问题还可以用PHOTOSHOP进行修补和修正。4.校验PAD和VIA的位置重合度将两个BMP格式的文件分别转为PROTEL格式文件，在protel中调入两层，如过两层的PAD和VIA的位置基本重合，表明前几个步骤做的很好，如果有偏差，则重复第三步。所以说pcb抄板是一项极需要耐心的工作，因为一点小问题都会影响到质量和抄板后的匹配程度。5.绘制层将TOP层的BMP转化为TOP PCB，注意要转化到SILK层，就是黄色的那层，然后你在TOP层描线就是了，并且根据第二步的图纸放置器件。画完后将SILK层删掉。不断重复直到绘制好所有的层。6.TOP PCB和BOT PCB合图在PROTEL中将TOP PCB和BOT PCB调入，合为一个图就OK了。7.激光打印TOP LAYER，BOTTOM LAYER用激光打印机将TOP LAYER，BOTTOM LAYER分别打印到透明胶片上（1:1的比例），把胶片放到那块PCB上，比较一下是否有误，如果没错，你就大功告成了。8.测试测试抄板的电子技术性能是不是和原板一样。如果一样那真的是完成了。二、注意细节 1.合理划分功能区域在对一块完好的PCB电路板进行原理图的逆向设计时，合理划分功能区域能够帮工程师减少一些不必要的麻烦，提高绘制的效率。一般而言，一块PCB板上功能相同的元器件会集中布置，以功能划分区域可以在反推原理图时有方便准确的依据。但是，这个功能区域的划分并不是随意的。它需要工程师对电子电路相关知识有一定的了解。首先，找出某一功能单元中的核心元件，然后根据走线连接可以顺藤摸瓜的找出同一功能单元的其他元件，形成一个功能分区。功能分区的形成是原理图绘制的基础。另外，在这一过程中，不要忘记巧妙利用电路板上的元器件序号，它们可以帮助您更快的进行功能分区。2.找对基准件这个基准件也可以说是在进行原理图绘制之初所借助的主要部件PCB网城，在确定基准件之后，根据这些基准件的引脚进行绘制，能够在更大程度上保证原理图的准确性。对于工程师而言，基准件的确定不是很复杂的事情，一般情况下，可以选择在电路中起主要作用的元器件作为基准件，它们一般体积较大、引脚较多，方便绘制的进行，如集成电路、变压器、晶体管等等，都可以作为合适的基准件。3.正确区分线路，合理绘制布线对于地线、电源线、信号线的区分，同样需要工程师有相关的电源知识、电路连接知识、PCB布线知识等等。这些线路的区分，可以从元器件连接情况、线路铜箔宽度以及电子产品本身的特征等方面进行分析。在布线绘制中，为避免线路交叉与穿插，对地线可以大量使用接地符号，各种线路可以使用不同颜色的不同线条保证清晰可辨，对各种有元器件还可以运用专用标志，甚至可以将单元电路分开绘制，最后再进行组合。4.掌握基本框架，借鉴同类原理图对于一些基本电子电路的框架构成和原理图画法，工程师需要熟练掌握，不仅要能对一些简单、经典的单元电路的基本组成形式进行直接绘制，还要能形成电子电路的整体框架。另一方面，不要忽视，同一类型的电子产品在原理图上具有一定的相似性PCB网城，工程师可以根据经验的积累，充分借鉴同类电路图来进行新的产品原理图的反推。5.核对与优化原理图绘制完成之后，还要经过测试与核对环节才能说PCB原理图的逆向设计结束。对PCB分布参数敏感的元件的标称值需要进行核对优化，根据PCB文件图，将原理图进行对比分析与核对，确保原理图与文件图的完全一致。电路板优化设计精选(九篇)的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于(3)模态分析仅仅是航天电子结构动力学分析的一种、电路板优化设计精选(九篇)的信息别忘了在本站进行查找喔。
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