電路設(shè)計(jì)論文范文10篇

AD9883A是高性能的三通道視頻ADC可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)RGB三色信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣。系統(tǒng)采用32位浮點(diǎn)芯片ADSP-21160來(lái)處理數(shù)據(jù),能實(shí)時(shí)完成伽瑪校正、時(shí)基校正,圖像優(yōu)化等處理,且滿足了系統(tǒng)的各項(xiàng)性能需求。ADSP-21160有6個(gè)獨(dú)立的高速8位并行鏈路口,分別連接ADSP-21160前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9883A和后端的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADV7125。ADSP-21160具有超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu),支持單指令多操作數(shù)(SIMD)模式,采用高效的匯編語(yǔ)言編程能實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)處理,不會(huì)因?yàn)樘幚頂?shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)而出現(xiàn)延遲。

系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用不同的鏈路口完成輸入和輸出,可以避免采用總線可能產(chǎn)生的通道沖突。模擬視頻信號(hào)由AD9883A完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。AD9883A是個(gè)三通道的ADC,因此系統(tǒng)可以完成單色的視頻信號(hào)處理,也可以完成彩色的視頻信號(hào)處理。采樣所得視頻數(shù)字信號(hào)經(jīng)鏈路口輸入到ADSP-21160,完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125,完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。ADV7125是三通道的DAC,同樣也可以用于處理彩色信號(hào)。輸出視頻信號(hào)到灰度電壓產(chǎn)生電路,得到驅(qū)動(dòng)液晶屏所需要的驅(qū)動(dòng)電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標(biāo)志腳,可用于接受外部控制信號(hào),給系統(tǒng)及其模塊發(fā)送控制信息,以使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定有序地工作。例如,ADSP-21160為灰度電壓產(chǎn)生電路和液晶屏提供必要的控制信號(hào)。另外,系統(tǒng)還設(shè)置了一些LED燈,用于直觀的指示系統(tǒng)硬件及DSP內(nèi)部程序各模塊的工作狀態(tài)。

本設(shè)計(jì)采用從閃存引導(dǎo)的方式加載DSP的程序文件,閃存具有很高的性價(jià)比,體積小,功耗低。由于本系統(tǒng)中的閃

存既要存儲(chǔ)DSP程序,又要保存對(duì)應(yīng)于不同的伽瑪值的查找表數(shù)據(jù)以及部分預(yù)設(shè)的顯示數(shù)據(jù),故選擇ST公司的容量較大的M29W641DL,既能保存程序代碼,又能保存必要的數(shù)據(jù)信息。

圖2為DSP與閃存的接口電路。因?yàn)椴捎?位閃存引導(dǎo)方式,所以ADSP-21160地址線應(yīng)使用A20-A0,數(shù)據(jù)線為D39—32,讀、寫和片選信號(hào)分別接到閃存相應(yīng)引腳上。

系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)

薄膜晶體管液晶顯示器(TFT—LCD)具有重量輕、平板化、低功耗、無(wú)輻射、顯示品質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn),其應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步擴(kuò)大,已經(jīng)從音像制品、筆記本電腦等顯示器發(fā)展到臺(tái)式計(jì)算機(jī)、工程工作站(EWS)用監(jiān)視器。對(duì)液晶顯示器的要求也正在向高分辨率,高彩色化發(fā)展。

由于CRT顯示器和液晶屏具有不同的顯示特性,兩者的顯示信號(hào)參數(shù)也不同,因此在計(jì)算機(jī)(或MCU)和液晶屏之間設(shè)計(jì)液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)電路是必需的,其主要功能是通過(guò)調(diào)制輸出到LCD電極上的電位信號(hào)、峰值、頻率等參數(shù)來(lái)建立交流驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)。

本文實(shí)現(xiàn)了將VGA接口信號(hào)轉(zhuǎn)換到模擬液晶屏上顯示的驅(qū)動(dòng)電路,采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP—21160來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路的主要功能。

硬件電路設(shè)計(jì)

AD9883A是高性能的三通道視頻ADC可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)RGB三色信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣。系統(tǒng)采用32位浮點(diǎn)芯片ADSP-21160來(lái)處理數(shù)據(jù),能實(shí)時(shí)完成伽瑪校正、時(shí)基校正,圖像優(yōu)化等處理,且滿足了系統(tǒng)的各項(xiàng)性能需求。ADSP-21160有6個(gè)獨(dú)立的高速8位并行鏈路口,分別連接ADSP-21160前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9883A和后端的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADV7125。ADSP-21160具有超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu),支持單指令多操作數(shù)(SIMD)模式,采用高效的匯編語(yǔ)言編程能實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)處理,不會(huì)因?yàn)樘幚頂?shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)而出現(xiàn)延遲。

系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用不同的鏈路口完成輸入和輸出,可以避免采用總線可能產(chǎn)生的通道沖突。模擬視頻信號(hào)由AD9883A完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。AD9883A是個(gè)三通道的ADC,因此系統(tǒng)可以完成單色的視頻信號(hào)處理,也可以完成彩色的視頻信號(hào)處理。采樣所得視頻數(shù)字信號(hào)經(jīng)鏈路口輸入到ADSP-21160,完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125,完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。ADV7125是三通道的DAC,同樣也可以用于處理彩色信號(hào)。輸出視頻信號(hào)到灰度電壓產(chǎn)生電路,得到驅(qū)動(dòng)液晶屏所需要的驅(qū)動(dòng)電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標(biāo)志腳,可用于接受外部控制信號(hào),給系統(tǒng)及其模塊發(fā)送控制信息,以使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定有序地工作。例如,ADSP-21160為灰度電壓產(chǎn)生電路和液晶屏提供必要的控制信號(hào)。另外,系統(tǒng)還設(shè)置了一些LED燈,用于直觀的指示系統(tǒng)硬件及DSP內(nèi)部程序各模塊的工作狀態(tài)。

1電路設(shè)計(jì)

1．1設(shè)計(jì)思路

恒溫電路設(shè)計(jì)的研究主要用于電力采集產(chǎn)品上，對(duì)電力采集產(chǎn)品來(lái)講，安裝在PT側(cè)，需要耐受100℃的溫度變化，卻要求萬(wàn)分之五的精度。除需要從理論上進(jìn)行最終的計(jì)算和分析外，還要考慮各種因素。如其中重要的一個(gè)因素高精度器件的溫漂，器件穩(wěn)定性、可靠性受溫度變化的影響，是電子器件不可回避的問(wèn)題。對(duì)于電力采集產(chǎn)品中高精度的AD采集模塊，溫漂的問(wèn)題更為嚴(yán)重，要保證AD采集模塊精度在允許的范圍內(nèi)，恒溫電路的設(shè)計(jì)是很重要的。基于對(duì)電力采集產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境的考慮，將高精度的AD采集模塊放置在恒溫盒中，同時(shí)配合加熱電阻來(lái)穩(wěn)定恒溫盒溫度的方法，來(lái)保證環(huán)境在－20℃～+75℃變化時(shí)，恒溫盒內(nèi)的溫度變化在±1℃，使電力產(chǎn)品在萬(wàn)分之五的精度范圍以內(nèi)穩(wěn)定工作。器件主要由分壓電阻、熱敏電阻、加熱電阻、運(yùn)放、三極管等組成，從設(shè)計(jì)上看電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好。選擇的運(yùn)放是低價(jià)、高性能、低噪聲的雙運(yùn)算放大器ne5532，熱敏電阻選擇低價(jià)，對(duì)溫度反應(yīng)靈敏的電阻。根據(jù)電路，為了保證恒溫盒內(nèi)的器件工作最佳狀態(tài)，首先確定恒溫盒內(nèi)要保持的恒定溫度，通過(guò)測(cè)試和計(jì)算，恒溫盒的溫度恒定在75℃為最佳，AD采集模塊可以穩(wěn)定的工作，電力產(chǎn)品可以達(dá)到萬(wàn)分之五的精度。當(dāng)溫度降低時(shí)，通過(guò)分壓電阻電路、負(fù)反饋電路、恒流源控制電路，加熱電阻電路使溫度穩(wěn)定在75℃。

1．2電路具體設(shè)計(jì)

具體分析如:當(dāng)溫度低于75℃時(shí)，由于熱敏電阻(MF1是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻)的阻值變大，V0≠V1，V1＞V0，根據(jù)深度負(fù)反饋電路虛短、虛斷的特點(diǎn)，R18上有電流，在經(jīng)過(guò)負(fù)反饋電路放大，后級(jí)運(yùn)算放大U2B同向輸入端和反向輸入端形成壓差，輸出電壓放大，三級(jí)管基極電壓大于發(fā)射極電壓，三級(jí)管導(dǎo)通，有電流流過(guò)加熱電阻，加熱電阻加熱，再通過(guò)三極管、運(yùn)算放大U2B、電阻等組成的恒流控制源電路控制流過(guò)加熱電阻電流，使恒溫盒溫度保持在75℃左右。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要理論計(jì)算配合仿真軟件。下面是SaberSketch軟件仿真結(jié)果，根據(jù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)特性，在仿真過(guò)程中給熱敏電阻設(shè)定不同的參數(shù)值，從而達(dá)到模擬溫度升高和溫度降低環(huán)境的目的。

2應(yīng)用

1信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)工作

信號(hào)處理電路本身也存在于低電壓手持心電的前置信號(hào)放大結(jié)構(gòu)中，其主要為手持心電的電極拾取飾件發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行接受以及處理和分辨等工作，同時(shí)有效的對(duì)心臟跳動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行增益，對(duì)相關(guān)雜亂信號(hào)進(jìn)行降噪處理。具體來(lái)講，信號(hào)處理電路首先需要針對(duì)自身的抗極化電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證抗極化電壓能夠有效滿足信號(hào)放大的要求，保證信號(hào)處理電路能夠在滿足信號(hào)增益的過(guò)程中滿足低電壓手持心電的正常工作情況，其具體的抗極化電壓以及電路設(shè)置的增益情況應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和調(diào)整。一般抗極化電壓設(shè)置為500mV；其次信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)需要保證電路的頻率不會(huì)對(duì)心臟跳動(dòng)信號(hào)的頻率采集工作造成一定的影響，具有相應(yīng)的雜頻降噪功能，使用輸入緩沖電路中的高精度運(yùn)算放大器就能夠有效的完成這一工作。同時(shí)注意好信號(hào)處理電路的失調(diào)電壓設(shè)置工作，保證失調(diào)電壓不會(huì)出現(xiàn)飽和情況，常規(guī)下信號(hào)處理電路的失調(diào)電壓設(shè)置的最大線路為0.55mV。

2右腿驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)工作

右腿驅(qū)動(dòng)電路的作用更多的是在低電壓手持心電的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中消除手持心電自身工作頻率對(duì)心臟頻率信號(hào)采集工作的干擾，使低電壓手持心電在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中能夠提供更小的電能消耗以及擁有更小的輸出擺幅。具體來(lái)講，右腿驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證手持心電電壓最大的輸出范圍部隊(duì)對(duì)手持心電的功能發(fā)揮造成影響，保證其在60uA的靜態(tài)工作電流下仍然能夠有效的發(fā)揮手持心電的具體功能作用。

3起搏脈沖檢測(cè)電路設(shè)計(jì)工作

起搏脈沖檢測(cè)電路的功能主要是對(duì)低電壓手持心電中起搏脈沖信號(hào)的收集以及檢測(cè)再到最終與A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)交換工作提供相應(yīng)的電能，因此起搏脈沖檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)工作對(duì)于低電壓手持心電的具體工作沒(méi)有較大影響，只要注意到發(fā)揮其降低手持心電的功率消耗以及電能成本的優(yōu)點(diǎn)就行。

摘要：介紹了一種用TOPSwitch器件設(shè)計(jì)的新穎單端正激式電源電路。詳細(xì)分析了其電路設(shè)計(jì)方法，給出了主要參數(shù)的計(jì)算及實(shí)驗(yàn)波形。

關(guān)鍵詞：三端離線PWM開關(guān)；正激變換器；高頻變壓器設(shè)計(jì)

引言

TOPSwitch是美國(guó)功率集成公司（PI）于20世紀(jì)90年代中期推出的新型高頻開關(guān)電源芯片，是三端離線PWM開關(guān)（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的縮寫。它將開關(guān)電源中最重要的兩個(gè)部分——PWM控制集成電路和功率開關(guān)管MOSFET集成在一塊芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡(jiǎn)化，其工作頻率高達(dá)100kHz，交流輸入電壓85～265V，AC/DC轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90％。對(duì)200W以下的開關(guān)電源，采用TOPSwitch作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕，自我保護(hù)功能齊全，從而降低了開關(guān)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，是一種簡(jiǎn)捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）設(shè)計(jì)方案。

TOPSwitch系列可在降壓型，升壓型，正激式和反激式等變換電路中使用。但是，在現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)以及PI公司提供的設(shè)計(jì)手冊(cè)中，所介紹的都是用TOPSwitch制作單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。反激式變換器一般有兩種工作方式：完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流不連續(xù)）和不完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流連續(xù)）。這兩種工作方式的小信號(hào)傳遞函數(shù)是截然不同的，動(dòng)態(tài)分析時(shí)要做不同的處理。實(shí)際上當(dāng)變換器輸入電壓在一個(gè)較大范圍發(fā)生變化，和（或者）負(fù)載電流在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，必然跨越兩種工作方式，因此，常要求反激式變換器在完全能量和不完全能量轉(zhuǎn)換方式下都能穩(wěn)定工作。但是，要求同一個(gè)電路能實(shí)現(xiàn)從一種工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N工作方式，在設(shè)計(jì)上是較為困難的。而且，作為單片開關(guān)電源的核心部件高頻變壓器的設(shè)計(jì)，由于反激式變換器中的變壓器兼有儲(chǔ)能、限流、隔離的作用，在設(shè)計(jì)上要比正激式變換器中的高頻變壓器困難，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)很難掌握。筆者采用TOP225Y設(shè)計(jì)了一種單端正激式開關(guān)電源電路，實(shí)驗(yàn)證明該電路是切實(shí)可行的。下面介紹其工作原理與設(shè)計(jì)方法，以供探討。

1TOPSwitch系列應(yīng)用于單端正激變換器中存在的問(wèn)題

1EHW的機(jī)理及相關(guān)技術(shù)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所要求解決的問(wèn)題日趨復(fù)雜，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。而復(fù)雜性的提高就意味著可靠性的降低，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，要想使如此復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零出錯(cuò)率幾乎是不可能的，因此人們寄希望于系統(tǒng)的容錯(cuò)性能：即系統(tǒng)在出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下的適應(yīng)能力。對(duì)于如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和可靠性，大自然給了我們近乎完美的藍(lán)本。人體是迄今為止我們所知道的最復(fù)雜的生物系統(tǒng)，通過(guò)千萬(wàn)年基因進(jìn)化，使得人體可以在某些細(xì)胞發(fā)生病變的情況下，不斷地進(jìn)行自我診斷，并最終自愈。因此借用這一機(jī)理，科學(xué)家們研究出可進(jìn)化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可進(jìn)化硬件不但同樣具有自我診斷能力，能夠通過(guò)自我重構(gòu)消除錯(cuò)誤，而且可以在設(shè)計(jì)要求或系統(tǒng)工作環(huán)境發(fā)生變化的情況下，通過(guò)自我重構(gòu)來(lái)使電路適應(yīng)這種變化而繼續(xù)正常工作。嚴(yán)格地說(shuō)，EHW具有兩個(gè)方面的目的，一方面是把進(jìn)化算法應(yīng)用于電子電路的設(shè)計(jì)中；另一方面是硬件具有通過(guò)動(dòng)態(tài)地、自主地重構(gòu)自己實(shí)現(xiàn)在線適應(yīng)變化的能力。前者強(qiáng)調(diào)的是進(jìn)化算法在電子設(shè)計(jì)中可替代傳統(tǒng)基于規(guī)范的設(shè)計(jì)方法；后者強(qiáng)調(diào)的是硬件的可適應(yīng)機(jī)理。當(dāng)然二者的區(qū)別也是很模糊的。本文主要討論的是EHW在第一個(gè)方面的問(wèn)題。

對(duì)EHW的研究主要采用了進(jìn)化理論中的進(jìn)化計(jì)算（EvolutionaryComputing）算法,特別是遺傳算法（GA）為設(shè)計(jì)算法，在數(shù)字電路中以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）為媒介，在模擬電路設(shè)計(jì)中以現(xiàn)場(chǎng)可編程模擬陣列（FPAA）為媒介來(lái)進(jìn)行的。此外還有建立在晶體管級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)可編程晶體管陣列（FPTA），它為同時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)字電路和和模擬電路提供了一個(gè)可靠的平臺(tái)。下面主要介紹一下遺傳算法和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的相關(guān)知識(shí)，并以數(shù)字電路為例介紹可進(jìn)化硬件設(shè)計(jì)方法。

1．1遺傳算法

遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過(guò)程的一種自適應(yīng)全局優(yōu)化算法，它借鑒了物種進(jìn)化的思想，將欲求解問(wèn)題編碼，把可行解表示成字符串形式，稱為染色體或個(gè)體。先通過(guò)初始化隨機(jī)產(chǎn)生一群個(gè)體，稱為種群，它們都是假設(shè)解。然后把這些假設(shè)解置于問(wèn)題的“環(huán)境”中，根據(jù)適應(yīng)值或某種競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制選擇個(gè)體（適應(yīng)值就是解的滿意程度），使用各種遺傳操作算子（包括選擇，變異，交叉等等）產(chǎn)生下一代（下一代可以完全替代原種群，即非重疊種群；也可以部分替代原種群中一些較差的個(gè)體，即重疊種群），如此進(jìn)化下去，直到滿足期望的終止條件，得到問(wèn)題的最優(yōu)解為止。

1．2現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPGA)

摘要：提出了一種直接檢測(cè)IGBT發(fā)生短路故障的方法，在詳細(xì)分析IGBT短路檢測(cè)原理的基礎(chǔ)上給出了相應(yīng)的IGBT短路保護(hù)電路。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明該電路工作穩(wěn)定可靠，能很好地對(duì)IGBT實(shí)施有效的保護(hù)。

關(guān)鍵詞：IGBT短路保護(hù)電路設(shè)計(jì)

固態(tài)電源的基本任務(wù)是安全、可靠地為負(fù)載提供所需的電能。對(duì)電子設(shè)備而言，電源是其核心部件。負(fù)載除要求電源能供應(yīng)高質(zhì)量的輸出電壓外，還對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性等提出更高的要求。

IGBT是一種目前被廣泛使用的具有自關(guān)斷能力的器件開關(guān)頻率高廣泛應(yīng)用于各類固態(tài)電源中。但如果控制不當(dāng)，它很容易損壞。一般認(rèn)為IGBT損壞的主要原因有兩種：一是IGBT退出飽和區(qū)而進(jìn)入了放大區(qū)使得開關(guān)損耗增大；二是IGBT發(fā)生短路，產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電流，從而使IGBT損壞。IGBT的保護(hù)通常采用快速自保護(hù)的辦法即當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，關(guān)斷IGBT驅(qū)動(dòng)電路，在驅(qū)動(dòng)電路中實(shí)現(xiàn)退飽和保護(hù)；或者當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，快速地關(guān)斷IGBT。根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同IGBT的短路保護(hù)可分為Uge監(jiān)測(cè)法或Uce監(jiān)測(cè)法二者原理基本相似都是利用集電極電流IC升高時(shí)Uge或Uce也會(huì)升高這一現(xiàn)象。當(dāng)Uge或Uce超過(guò)Ugesat或Ucesat時(shí)，就自動(dòng)關(guān)斷IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。由于Uge在發(fā)生故障時(shí)基本不變，而Uce的變化較大并且當(dāng)退飽和發(fā)生時(shí)Uge變化也小難以掌握因而在實(shí)踐中一般采用Uce監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)對(duì)IGBT進(jìn)行保護(hù)。本文研究的IGBT保護(hù)電路，是通過(guò)對(duì)IGBT導(dǎo)通時(shí)的管壓降Uce進(jìn)行監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的保護(hù)。

采用本文介紹的IGBT短路保護(hù)電路可以實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)，同時(shí)又可以節(jié)省檢測(cè)短路電流所需的霍爾電流傳感器，降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。實(shí)踐證明，該電路有比較大的實(shí)用價(jià)值，尤其是在低直流母線電壓的應(yīng)用場(chǎng)合，該電路有廣闊的應(yīng)用前景。該電路已經(jīng)成功地應(yīng)用在某型高頻逆變器中。

1短路保護(hù)的工作原理

經(jīng)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，在基于ZigBee技術(shù)的太陽(yáng)能光伏電池組件遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集電路通常由獨(dú)立的DC－DC電源模塊供電．DC－DC電源模塊負(fù)責(zé)把光伏電池組件輸出的電能轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)采集電路需要的電源［1－3］．但是采用獨(dú)立的DC/DC模塊進(jìn)行供電具有一定的弊端，首先它會(huì)增大了電路板的尺寸，其次會(huì)增加研發(fā)成本，最后諧波的干擾也會(huì)增大很多［4］．鑒于上述問(wèn)題，本文研究了基于太陽(yáng)能光伏電池模塊的微芯片電源電路．該電路巧妙利用CC2530芯片中A/D變換采集的電壓、電流數(shù)據(jù)，通過(guò)芯片中MCU分析比較產(chǎn)生PWM波，通過(guò)PWM控制電路中的VMOS調(diào)整管，使其輸出為5V左右的電壓，然后再通過(guò)AMS1117穩(wěn)壓芯片得到3．3V穩(wěn)定工作電壓．本文提出的供電電路設(shè)計(jì)有自適應(yīng)和寬動(dòng)態(tài)特性．因?yàn)樘?yáng)能光伏組件輸出的直流電壓在一天中變化很大，如果用多級(jí)穩(wěn)壓模塊級(jí)聯(lián)，則電源電路的效率低、能耗大，該電源電路通過(guò)脈寬調(diào)制和模擬穩(wěn)壓混合模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)寬動(dòng)態(tài)范圍輸入電壓的自適應(yīng)穩(wěn)壓，并具有能耗低、效率高的優(yōu)點(diǎn)［5－6］．

1硬件部分

1．1CC2530參數(shù)CC2530集ZigBeeRF前端、微控制器和內(nèi)存為一體，CC2530采用8位MCU(8051)，256kB可編程閃存和8kBRAM，并包括A/D轉(zhuǎn)換器，AES－128協(xié)同處理器，定時(shí)器，32kHz晶振的睡眠模式定時(shí)器，掉電檢測(cè)電路，上電復(fù)位電路和21個(gè)I/O端口，功能可以滿足大部分的研發(fā)需求［7］．CC2530框圖如圖1所示．CC2530芯片用0．18μmCMOS的制作工藝，CC2530在接收以及發(fā)送模式時(shí)，電流消耗都小于30mA和40mA，工作電流為20mA，是一款功耗低、集成度非常大的芯片［8］．1．2電路結(jié)構(gòu)及工作原理基于光伏太陽(yáng)能電池組件的微芯片電源電路結(jié)構(gòu)，如圖2所示，電源電路大體用微處理器CC2530，光電耦合器，VMOS開關(guān)管T1，電阻R1、R2組成的電壓采樣電路，電阻R3以及電容C1構(gòu)成的延時(shí)電路，3．3V穩(wěn)壓模塊AMS1117等部分構(gòu)成．額定輸出電壓24V的太陽(yáng)能光伏電池組件，在太陽(yáng)輻射能量最小可以接近0V輸出，最大可以高于24V．由于AMS1117穩(wěn)壓模塊的輸入電壓不能超過(guò)15V，承受不住超過(guò)15V的太陽(yáng)能光伏組件直接供電．為了保證電路板的安全，在此設(shè)計(jì)中通過(guò)使用VMOS管(T1)來(lái)調(diào)整太高的直流電壓，以確保AMS1117穩(wěn)壓模塊的輸入電壓可以在設(shè)定范圍內(nèi)改變，保證AMS1117穩(wěn)壓模塊安全穩(wěn)定的工作．本設(shè)計(jì)中VMOS管T1一定要在開關(guān)狀態(tài)下工作［9］．同時(shí)為了提高電路的效率，通過(guò)設(shè)置VMOS管T1的輸出電壓為5V，從而最大限度地降低了AMS1117穩(wěn)壓模塊的輸入電壓，從而減少了全部電源電路的直流能耗，使整個(gè)裝置的發(fā)熱也減少了很多．如圖2，由R1和R2組成的分壓電路連接著太陽(yáng)能光伏組件輸出端，用于電壓采樣．假設(shè)太陽(yáng)能光伏組件的輸出電壓為US，由R1、R2組成的分壓電路的輸入電壓設(shè)為Ui．由于Ui=US，則分壓電路的輸出電壓Uof為:Uof=R2R1+R2Ui=R2R1+R2US(1)考慮到CC2530的A/D變換器，它的輸入電壓為0～1V，此設(shè)計(jì)中取樣電路分壓比設(shè)置為:Uof=US/30(2)由CC2530的A/D通道采集電壓數(shù)據(jù)后，發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，該數(shù)據(jù)同時(shí)也是控制PWM占空比的依據(jù)．CC2530通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器生成PWM波然后由P0．4輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)光耦器件．因?yàn)樵陔娐分蠺1的三個(gè)電極工作時(shí)的電壓都高于CC2530的安全電壓，所以CC2530的P0．4端口與VMOS管T1的柵極直接相連．如圖2，本電路中CC2530通過(guò)光耦隔離連接到T1柵極．PWM信號(hào)通過(guò)光耦驅(qū)動(dòng)VMOS管T1，在太陽(yáng)能電源輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，PWM信號(hào)占空比會(huì)發(fā)生變化，可以通過(guò)這個(gè)變化來(lái)調(diào)整AMS1117輸入電壓，包括調(diào)整VMOS管T1的輸出電壓，以確保AMS1117輸入電壓在設(shè)定的范圍內(nèi)變化［10］．太陽(yáng)能光伏電池組件突然對(duì)電路供電時(shí)，考慮到CC2530初始化要一定時(shí)間，不能立即產(chǎn)生PWM信號(hào)，AMS1117穩(wěn)壓模塊突然通過(guò)太高的電壓，有可能發(fā)生危險(xiǎn)，所以增加設(shè)計(jì)了RC延時(shí)電路，以及電源電路輸入端加裝保險(xiǎn)絲來(lái)減少芯片發(fā)生故障時(shí)的損失，同時(shí)CC2530在獨(dú)自復(fù)位時(shí)，可能會(huì)有危險(xiǎn)，所以在此設(shè)計(jì)中采用CC2530與RC延時(shí)電路聯(lián)動(dòng)復(fù)位機(jī)制．

2軟件設(shè)計(jì)

本電路設(shè)計(jì)中CC2530芯片既承擔(dān)了數(shù)據(jù)通信及組網(wǎng)的任務(wù)，還承擔(dān)了控制電源輸出電壓的任務(wù)，程序設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵．筆者在ZigBee協(xié)議的研究基礎(chǔ)上，對(duì)CC2530通信應(yīng)用程序模塊、組網(wǎng)程序模塊、電源控制模塊等進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，使通信、組網(wǎng)、電源管理等程序模塊協(xié)同工作．鑒于此，在電源控制程序模塊設(shè)計(jì)中，控制PWM的時(shí)用定時(shí)器來(lái)進(jìn)行中斷，就是用定時(shí)器的中斷服務(wù)來(lái)生成PWM信號(hào)，保證PWM波不受其它程序的干擾．在選擇CC2530定時(shí)器時(shí)，由于Time2是Mac定時(shí)器，Time1、Time3、Time4可以用，Time2不能用．此設(shè)計(jì)中用Time1定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生PWM波，通過(guò)設(shè)置T1CTL0寄存器、T1CTL2寄存器、T1CTL寄存器、T1CC0H和T1CC0L寄存器、T1CC2H和T1CC2L寄存器，即可輸出PWM波．在T1控制寄存器里，對(duì)應(yīng)選項(xiàng)要設(shè)定成輸出對(duì)照方式，T1CC0H和T1CC0L設(shè)定成適合的固定的數(shù)值，T1CC2L與T1CC2H的數(shù)值就由A/D變換器得出的值來(lái)確定，以上過(guò)程流程如圖3．由圖3可知，PWM波占空比是通過(guò)A/D變換得出的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)的．此設(shè)計(jì)中，PWM波的周期是通過(guò)T1CC0確定的，T1CC2來(lái)確定占空比．

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路的基本要求

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

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

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

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

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

1系統(tǒng)組成原理

對(duì)于正常人來(lái)說(shuō)，心臟的興奮主要是通過(guò)這樣幾個(gè)步驟完成的，首先是竇心房產(chǎn)生興奮，然后經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間和相關(guān)的圖形，將興奮傳遞給心室和心房，這樣就可以導(dǎo)致心臟興奮，所以，按照上述過(guò)程，心臟跳動(dòng)的完整周期應(yīng)該是包含一定的規(guī)律的，不僅僅是在次序以及時(shí)間上有規(guī)律，而且在電傳播的途徑與方向上都是有規(guī)律的。對(duì)于人體而言，生物電的變化終究會(huì)使得身體的各個(gè)部分隨著心跳的變化而發(fā)生很有節(jié)律的電變化，畢竟整個(gè)電變化的過(guò)程要隨著心臟的跳動(dòng)并通過(guò)體液反映到我們的身體上，也就是說(shuō)從我們身體表面來(lái)看，只要距離不是太近，不管具體的數(shù)值有多小，任意兩個(gè)存在一定距離的點(diǎn)之間一定是會(huì)有電位差存在，那么身體表面上不同的點(diǎn)其電位也是客觀存在的，但是畢竟由于心臟是處于不斷跳動(dòng)的過(guò)程中，那么電位的分布就不可能是一成不變的，這種電位的分布要隨著心臟跳動(dòng)導(dǎo)致的電活動(dòng)而不斷的變化，所以電位差也不能是一個(gè)常數(shù)，必然是一種隨著心臟跳動(dòng)而變化的周期性變化曲線。在醫(yī)學(xué)治療的過(guò)程中，我們經(jīng)常會(huì)見到將幾個(gè)電極放到人身體的相應(yīng)位置，通過(guò)對(duì)心臟跳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電變化進(jìn)行記錄，這樣產(chǎn)生的圖形就是我們非常熟悉的常規(guī)心電圖（用ECG表示）。醫(yī)生可以通過(guò)觀察心電圖從而獲得患者的心臟的部分機(jī)能，對(duì)心臟有一定病變的患者來(lái)說(shuō)，其心電圖一定和正常人會(huì)有所不同，從這個(gè)角度來(lái)看，心電圖對(duì)心臟疾病的初期診斷就有非常重要的作用，也是目前為止初步診斷心臟病的非常重要的手段，尤其是患者患有心律失常和心肌梗塞等常見心臟疾病，都可以通過(guò)心電圖進(jìn)行初步診斷。一個(gè)完整的心電圖包含如下幾個(gè)主要的特征波形：P波，P-R間期，QRS波群，S-T段，T波，Q-T間期，U波，每個(gè)波形代表了不同的意義。經(jīng)過(guò)對(duì)原始的電信號(hào)進(jìn)行一定的調(diào)理以后，可以設(shè)計(jì)出圖2所示的原理圖，從圖中可知，采集到的胎兒的心電圖畢竟信號(hào)非常的微弱，而且還容易收到母體的干擾，所以必須要先經(jīng)過(guò)一次放大的操作，然后為了進(jìn)一步減少各種噪聲因素的影響，將此信號(hào)通過(guò)高通濾波器去除掉所有的低頻分量和直流分量，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的放大，此時(shí)再次放大的作用就是為了滿足進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候?qū)π盘?hào)幅度的要求，將此信號(hào)通過(guò)低通濾波器濾除掉高頻的分量，由于儀器設(shè)備使用的交流電頻率一般都是50HZ，為了消除這個(gè)頻率的干擾，特別的設(shè)計(jì)了兩個(gè)50HZ的雙T可調(diào)陷波器，為了進(jìn)一步的提高數(shù)據(jù)采集的精度，又設(shè)計(jì)了右腿驅(qū)動(dòng)電路，這樣就可以保證利用相關(guān)的激勵(lì)降低相關(guān)的交流干擾，比如說(shuō)人體本身的內(nèi)阻、皮膚的電阻等各種各樣可能產(chǎn)生的干擾，對(duì)醫(yī)護(hù)人員的要求也降低了許多，至少在操作上要簡(jiǎn)單了很多。

2胎兒心電信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步的提高胎兒心電圖儀系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的精度，又設(shè)計(jì)了右腿驅(qū)動(dòng)電路，這樣就可以保證利用相關(guān)的激勵(lì)降低相關(guān)的交流干擾，比如說(shuō)人體本身的內(nèi)阻、皮膚的電阻等各種各樣可能產(chǎn)生的干擾，對(duì)醫(yī)護(hù)人員的要求也降低了許多，至少在操作上要簡(jiǎn)單了很多。

3右腿驅(qū)動(dòng)電路

總體來(lái)看人體畢竟是導(dǎo)體，那就意味著人和電源線以及任何大地之間分別存在著兩個(gè)電容CP和CB，必然會(huì)導(dǎo)致50HZ的工頻干擾會(huì)耦合到人體當(dāng)中，而且放大電路部分和大地之間當(dāng)然也會(huì)存在電容CS，所以說(shuō)人體內(nèi)流過(guò)的偏置電流就會(huì)使得人和大地之間存在這電勢(shì)Vp，心電檢測(cè)時(shí)兩個(gè)用來(lái)提取信號(hào)的電極和皮膚之間也存在著兩個(gè)未必完全相等的電阻，用Re1和Re2表示，這兩個(gè)電阻一般來(lái)看阻值可能有幾十千歐姆，特殊情況下可以達(dá)到幾百千歐姆，這樣就會(huì)將上文所述的Vp變成了兩個(gè)部分Vcm和Vim，前者表示的是人體與放大器之間的共模電壓，或者表示的是放大器和大地產(chǎn)生的差模電壓。前置放大電路U1,U2的兩個(gè)輸出端(TLC2652的6腳)，通過(guò)阻值相等的兩個(gè)電阻R56和R57取出共模電壓，送入如圖3所示的右腿驅(qū)動(dòng)電路,該電路由U20及C78和R59組成。檢出的共模信號(hào)經(jīng)過(guò)U20將其倒相，放大并反饋到人體上。這是個(gè)負(fù)反饋，促使共模電壓降低。人體的位移電流不流到地，而是流到運(yùn)放的輸出端。采用右腿驅(qū)動(dòng)電路后，可將50Hz的共模干擾電壓降低到1％以下。就心電放大器來(lái)說(shuō)，這樣就減小了共模電壓的拾取，并且有效地使病人接地。同時(shí)可有效的減少屏蔽層和信號(hào)線間分布電容的影響。為達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換器所需信號(hào)幅度，經(jīng)由前置放大器放大后的信號(hào)，由后級(jí)放大電路進(jìn)一步放大及濾波。