电力电子线路设计
电子行业04电子电路设计方法
电子行业04电子电路设计方法1. 引言电子电路设计是电子行业中至关重要的一环。
准确和高效地设计电子电路对于电子产品的性能和可靠性都具有重要的影响。
本文将介绍一些常用的电子电路设计方法，并详细讨论每种方法的原理和优缺点。
2. 基本原理电子电路设计的基本原理是根据所需功能和性能要求，选择合适的电子元器件，并将其连接成合适的电路。
在设计电路时需要考虑电路的工作频率、功耗、噪声、抗干扰等因素。
3. 原理图设计在电子电路设计的初期阶段，通常使用原理图来表示电路的结构和连接方式。
原理图设计是电子电路设计的基础，通过对原理图的设计和分析，可以确定合适的元器件和电路拓扑。
在原理图设计中，常用的元器件包括电阻、电容、电感、二极管、晶体管等。
通过将这些元器件按照实际需求连接在一起，可以形成一个简单的电路示意图。
原理图设计可以使用专业的原理图设计软件，如Altium Designer、Cadence等。
4. 电路模拟与验证设计完成原理图后，需要进行电路模拟与验证。
电路模拟可以通过使用电子设计自动化（EDA）软件进行。
常见的EDA软件包括SPICE、Cadence Virtuoso等。
在进行电路模拟时，可以设置合适的输入信号，并观察电路的输出信号。
通过电路模拟可以判断电路的性能是否符合要求，如频率响应、输入输出电压关系等。
如果电路模拟结果不理想，可以对原理图进行调整和优化，然后重新进行模拟。
5. PCB设计PCB（Printed Circuit Board）设计是电子电路设计的关键一步。
PCB是电子设备中的一个重要组成部分，它提供了电子器件之间的连接和支持。
在进行PCB设计时，需要将原理图中的元器件布局到PCB板上，并通过导线连接它们。
PCB设计需要考虑到信号传输、功耗分布、热管理等因素。
合理的PCB布局和布线能有效地减少电路中的串扰和噪声。
常用的PCB设计软件包括Altium Designer、PADS、Eagle等。
电子线路设计课程设计心得
电子线路设计课程设计心得一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电子线路设计的基本原理和方法，理解常见电子元件的功能和特性。
2. 使学生了解电路图的绘制规则，能正确解读并绘制简单的电子电路图。
3. 帮助学生掌握基本的电路分析方法，能够分析简单电路的工作原理和性能。
技能目标：1. 培养学生运用电子元件和仪器设备进行实验操作的能力，提高动手实践能力。
2. 培养学生具备独立设计简单电子线路的能力，能够解决实际问题。
3. 提高学生的团队协作能力，学会与他人共同分析、解决问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子线路设计的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。
2. 培养学生具备良好的科学素养，认识到电子技术在实际应用中的重要性。
3. 引导学生树立环保意识，关注电子产品的节能、环保问题，培养社会责任感。
本课程针对初高中年级学生，结合电子线路设计学科特点，注重理论与实践相结合，以培养学生的动手能力、创新能力为目标。
课程设计遵循由浅入深、循序渐进的原则，充分考虑学生的认知水平、学习兴趣和实际需求，确保学生在课程学习过程中取得具体的学习成果。
通过本课程的学习，使学生能够掌握电子线路设计的基本知识和技能，为后续相关课程的学习打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 电子元件的认识：介绍常用电子元件如电阻、电容、二极管、三极管等的种类、符号、功能及参数。
2. 电路图的绘制：讲解电路图的绘制规则，使学生能够读懂并绘制简单电路图。
3. 电路分析方法：教授基本的电路分析方法，如等效电路、节点电压法等，帮助学生分析电路性能。
4. 电子线路设计实例：结合教材实例，引导学生学习并实践简单电子线路的设计与搭建。
5. 实验操作与调试：组织学生进行实验操作，学会使用仪器设备，掌握电子线路的搭建、调试方法。
教学内容按照以下进度安排：第一周：电子元件的认识，电路图的绘制；第二周：电路分析方法，电子线路设计实例；第三周：实验操作与调试，总结与反馈。
电子线路设计 实验报告
电子线路设计实验报告一、实验目的本次实验旨在通过设计和搭建电子线路，掌握电子线路搭建与调试的基本技能，加深对电子线路原理的理解，并能熟练运用相关软件进行模拟与仿真。
二、实验原理本实验选取了一个常见的电子线路——放大电路作为设计对象。
放大电路是一种将输入信号放大的电子线路，由一个或多个放大器组成，常用于音频放大、视频信号处理等领域。
设计一个放大电路的基本步骤如下：1. 确定放大电路的参数要求，包括输入信号幅值、放大倍数、最大输出幅值等。
2. 选择合适的放大器型号。
3. 根据放大电路要求，计算电路中的元件数值。
4. 利用软件进行电路模拟与仿真，查看电路的输出情况。
5. 搭建实际电子线路，进行调试。
三、实验过程本次实验以设计一个音频放大电路为例进行说明。
1. 确定放大电路参数要求假设我们的放大电路要求输入信号幅值为0.1V，放大倍数为50，最大输出幅值为5V。
2. 选择放大器型号根据放大电路参数要求，我们选择了一款标称放大倍数为100的放大器。
3. 计算电路中的元件数值根据放大器的输入阻抗和电压放大倍数公式，我们可以计算出电路中的元件数值：- 输入电阻：RI = Vin / Iin = 0.1V / 0.001A = 100Ω- 输出电阻：Ro = 1.8Ω- 输入电容：CI = 10uF- 输出电容：Co = 100uF- 反馈电阻：Rf = (Av + 1) * Ro = (50 + 1) * 1.8Ω= 90Ω4. 电路模拟与仿真利用电子线路设计软件，我们可以对电路进行模拟与仿真。
通过输入目标信号，观察电路的输出情况，优化电路设计。
5. 搭建实际电子线路根据模拟与仿真结果，我们可以在实验室搭建实际的电子线路。
按照之前计算的元件数值，选择相应型号和数值的电阻、电容进行连接。
使用万用表等工具进行电路的调试和测试。
四、实验结果经过实验，我们成功搭建了一个音频放大电路，并在实验中得到了相应的结果。
将不同幅值的音频信号输入到放大电路中，观察输出信号波形。
电子行业电子电路设计
电子行业电子电路设计1. 简介电子行业是现代科技发展的支柱之一，而电子电路设计则是电子行业中的关键环节。
电子电路设计是指通过使用电子元器件和电路理论，将电子器件连接并实现特定功能的过程。
2. 电子电路设计的重要性在电子行业中，电子电路设计扮演着非常重要的角色。
一个良好的电子电路设计可以确保电子产品的稳定性、可靠性和功能性。
电子电路设计决定了电子产品的性能、功耗、成本和坚固程度。
因此，一个高质量的电子电路设计对于电子产品的成功开发和商业化至关重要。
3. 电子电路设计的主要步骤电子电路设计包括以下主要步骤：3.1. 需求分析需求分析是电子电路设计的第一步。
在这个阶段，设计师需要与客户或项目经理进行沟通，明确电子产品的功能要求、性能指标和预算限制。
通过仔细分析需求，设计师可以明确设计目标，为后续的设计工作奠定基础。
3.2. 选择元器件选择合适的电子元器件是电子电路设计的关键一步。
设计师需要从成千上万种不同的电子元器件中选择合适的元器件，以满足产品的功能需求和性能指标。
在选择元器件时，设计师需要考虑元器件的特性、稳定性、成本和供应商可靠性等因素。
3.3. 电路设计在电路设计阶段，设计师将根据需求分析和元器件选择的结果，绘制电路板的原理图和布局图。
原理图描述了电子元器件之间的连接关系和信号传输路径，而布局图则指导电子元器件在电路板上的物理布局。
3.4. 电路仿真电路仿真是电子电路设计中重要的环节。
通过使用电路仿真软件，设计师可以模拟电路的工作状态并验证电路的性能。
通过仿真，设计师可以发现和解决电路中的潜在问题，优化电路的性能和可靠性。
3.5. 原型制作和测试在完成电路设计和仿真后，设计师需要制作电路板的原型并进行测试。
通过测试，可以验证电路的性能和功能是否满足设计要求。
如果存在问题，设计师需要进行修改和优化，直到满足要求为止。
3.6. 量产和批量生产在通过测试后，电路设计可以进入量产和批量生产阶段。
在这个阶段，设计师需要与电子制造商合作，进行电路板的生产和组装工作。
电子电路设计的基本步骤和技巧
电子电路设计的基本步骤和技巧电路设计是电子工程师必备的核心技能之一，实际电子电路的设计过程十分繁琐，需要经历从问题定义、芯片选择、原理设计、电路仿真、布线布板到实际测试的各个环节。
下面将详细介绍电子电路设计的基本步骤和技巧。
一、问题定义1. 确定设计需求：明确电路应用的具体功能和性能需求，包括输入输出特性、工作电压、功耗、环境温度等。
2. 制定设计规范：根据需求确定电路设计的性能指标，如增益、带宽、噪声等。
二、芯片选择1. 选择芯片类型：根据电路应用需求，确定需要使用的集成电路类型，如运放、比较器、开关等。
2. 考虑芯片参数：根据设计规范，选择各项重要参数合适的芯片，如输入输出电压范围、温度特性、功耗等。
三、原理设计1. 绘制电路原理图：使用电路设计软件，根据设计需求和选定的芯片，绘制出电路的原理图。
2. 确定电路拓扑结构：根据电路功能需求，选择合适的电路拓扑结构，如放大电路、滤波电路、控制电路等。
3. 选择电路参数：根据设计规范，选择合适的电阻、电容、电感等元件参数，确保电路性能满足设计需求。
四、电路仿真1. 参数仿真：使用电路仿真软件，对电路进行参数化仿真，验证电路设计的基本功能和性能。
2. 信号仿真：利用仿真软件，对电路的输入输出信号进行仿真，验证电路的工作波形和频率特性。
3. 稳定性仿真：通过仿真，检测电路的稳定性，确保电路在不同工况下的性能稳定。
五、布线布板1. 设计布局：根据电路原理图，进行电路布局设计，合理安排电路元件和信号走线的位置。
2. 完成布线：将电路原理图中的元件、信号线等转化为实际的导线和连接器，注意避免信号干扰和交叉耦合。
3. 进行布板：将布线设计转化为实际的电路板，通过 PCB 设计软件进行电路板的布局和布线。
六、实际测试1. 制作样品：根据布板设计，制作电路板样品，注意焊接质量和连接准确性。
2. 进行测试：将样品接入实际测试平台，进行电路功能验证、性能测试和稳定性测试。
电子线路设计 (21)
电子线路设计、测试与实验直流稳压电源常用仪器操作—1几乎所有实验电路工作时都需要直流稳压电源设备来提供稳定的直流工作电压和必须的电能量。
相关理论学习中，电原理图可以隐含直流电源相关部分不画出。
但实际操作中，没有正确提供直流电源，电路无法正常工作。
放大器工作原理的基本电原理图（实操可参考）理论分析用的简化电原理图（未画出电源）1信号源直流电源产生信号的设备。
幅度基本单位：伏特常用代表符号：v提供直流电压和能量的设备。
幅度基本单位：伏特常用代表符号：V DC不要混淆1◆直流稳压电源的基本功能◆主从路工作模式设置◆状态指示灯的含义◆单电源供电基本操作◆正负双电源供电的操作◆小结--加电无输出的处理直流稳压电源的基本功能1电源总开关输出开关&指示灯MASTER 主路CH1区域固定5V CH3区域SLAVE 从路CH2区域打开电源总开关后，还要打开OUTPUT 输出开关，当输出指示灯亮起，设备才算正式工作。
工作模式设置区SLAVE从路CH2区域MASTER主路CH1区域从路电流指示从路电压指示主路电流指示主路电压指示从路电流调节从路电压调节主路电流调节主路电压调节从路状态灯主路状态灯主路输出接线柱从路输出接线柱CH1主路CH2从路每路可单独提供参数可调的直流电源，各自有一套组件。
每路直流电压通过各自+、-接线柱向外输出。
MASTER 主路CH1区域工作模式设置区两路还可根据工作模式设置形成两路并联或串联（此时从路电压受主路控制，不再由CH2的电压调节旋钮调节，而是直接等于主路电压）。
SLAVE 从路CH2区域从路电压调节主路电压调节固定5V CH3区域CH3路输出接线柱CH3路输出：固定5伏直流输出，不可调节，与工作模式设置也无关；故没有参数调节和显示。
用于数字电路实验较方便。
CH3路状态灯大地接线柱：标着GND，但和本实验课程中常说的“GND共地”并非同一概念。
本课程中，此接线柱不做大地接线柱任何连接！1必须遵循的操作规则：当电源连着外电路开始正式工作时，整个电路不允许有大的调整。
电子线路的分析与设计
电源：提供 电路所需的 能量
负载：消耗 电路的能量
连接器：连 接电源和负 载的部件
控制元件： 控制电路的 工作状态
保护元件： 保护电路免 受损害
信号处理元 件：处理和 传输信号
直流分析法：用于分析电子线路的静态 工作点
噪声分析法：用于分析电子线路的噪声 性能
交流分析法：用于分析电子线路的动态 性能
解决方案：简化设计，采用模块化设计方法
问题：线路功耗过大，不符合节能要求 解决 方案：优化电路设计，降低功耗
解决方案：优化电路设计，降低功耗
问题：线路性能不稳定，容易受到干扰 解 决方案：采用屏蔽技术，提高抗干扰能力
解决方案：采用屏蔽技术，提高抗干扰能力
问题：线路安全性不足，存在安全隐患 解决 方案：加强安全设计，采用安全器件和保护电 路
应用领域：电子、 通信、自动化等
电路仿真软件：用于模 拟电子线路的行为和性
能
功能：电路设计、仿真、 分析、优化等
常用电路仿真软件： Multisim、
Proteus、PSpice 等
特点：界面友好、操 作简单、功能强大、 支持多种电路元件和
模型
Altium Designer： 功能强大，适合 复杂电路设计
稳定性分析法：用于分析电子线路的稳 定性能
频率响应分析法：用于分析电子线路的 频率特性
功率分析法：用于分析电子线路的功率 特性
识别电路图的符号和标识
理解电路图的功能和工作原理
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
分析电路图的连接关系和信号流向
掌握电路图的设计方法和技巧
识别元器件的类型和功能 检测元器件的外观和性能 使用万用表检测元器件的电阻、电压和电流 使用示波器检测元器件的信号波形和频率
电子电路设计的一般方法与步骤
电子电路设计的一般方法与步骤电子电路设计的一般方法与步骤一、总体方案的设计与选择1.方案原理的构想在设计一个复杂的系统时，需要进行原理方案的构思。
这就是要确定用什么原理来实现系统要求。
为此，需要对课题的任务、要求和条件进行仔细的分析与研究，找出其关键问题，并提出实现的原理与方法。
同时，应该广泛收集与查阅有关资料，提出尽可能多的方案以便作出更合理的选择。
所提方案必须对关键部分的可行性进行讨论，并通过试验加以确认。
2.总体方案的确定原理方案选定以后，便可着手进行总体方案的确定。
为了把总体方案确定下来，必须把每一个框图进一步分解成若干个小框，每个小框为一个较简单的单元电路。
总之,应从单元电路和单元之间连接的设计与选择出发，恰当地分解框图。
二、单元电路的设计与选择1.单元电路结构形式的选择与设计按已确定的总体方案框图，对各功能框分别设计或选择出满足其要求的单元电路。
因此，必须根据系统要求，明确功能框对单元电路的技术要求，必要时应详细拟定出单元电路的性能指标，然后进行单元电路结构形式的选择或设计。
满足功能框要求的单元电路可能不止一个，因此必须进行分析比较，择优选择。
2.元器件的选择1)元器件选择的一般原则在选择元器件时，应根据单元电路的要求，选择性能稳定、质量可靠、价格合理的元器件。
同时，还要考虑元器件的电气参数是否符合要求，以及元器件的封装形式和安装方式是否适合设计要求。
在选择元器件时，还要考虑其供应渠道是否可靠，以及是否有足够的库存量。
在电子元器件领域，元器件的品种规格繁多，性能、价格和体积各异，新品种不断涌现。
因此，我们需要经常关注元器件信息和新动向，多查阅器件手册和有关的科技资料，熟悉常用的元器件型号、性能和价格，以便为单元电路和总体电路设计提供有利的信息。
在选择合适的元器件时，需要进行分析比较，首先考虑满足单元电路对元器件性能指标的要求，然后考虑价格、货源和元器件体积等方面的要求。
随着微电子技术的飞速发展，集成电路的应用越来越广泛。
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Z J U
P ERI
《电力电子线路设计》
陈国柱2011.冬
ZheJiang University, China
16学时、1学分考查、专题讨论、多媒体
电力电子与电力传动专业研究生选修课程
P ERI第一讲电力电子线路设计特点和内容Z J U
典型电力电子线路（装置）
Z J U各种电路拓扑如何变成一个个具体装置？
•拓扑：DC/DC、AC/DC、
DC/AC、AC/AC
•应用：开关电源，整流电源
（含PWM、PFC）、直流电机驱
动、充电器/机；逆变电源（UPS,
变频调速器、焊机电源）；周波变
换器、电能质量控制器、分布式发
电并网、电力换流站；脉冲电源、
充磁、点火、离子加速等
典型电力电子装置
Z J U电气连接（＋美观）够吗？
一套电力电子电路原理图，不一定每个人都能顺利实现调试成功！为什么？
Z J U
¾电力电子装置设计步骤
安装：电、机、热；调试
线路拓扑、控制方法器件、线缆材料、布局布线、辅助设计原理设计物理设计设计实施优化设计
完成
项目提出
注意撰写规范的“方案设计书”和“先紧后松”给调试预留足够时间处理不可预测事项
Z J U决定（推动）电力电子设计性能和成败的关键因数
•器件•线路拓扑•控制策略
•布局布线
•热管理
•机械结构
•综合封装
Dr. Varma, Sabi Tyco Electronics Co .
以前现在及以后重视焦点：
Z J U
Application
P r o g r e s s
Present Time
应用推动发展：解决应用实际问题！
电力电子技术的发展阶段
Prof. Bimal K. Bose, Life Fellow, IEEE, Univ. of Tennessee
Z J U
¾典型电力电子装置组成
•功率变换，驱动、隔离电路、控制电路•辅助电源、热管理、操作管理
驱动、隔离
功率变换
辅助电源
控制
热管理
操作管理
Z J U•某变频器控制电路
Z J U•某变频器驱动、隔离、辅助电源电路
Z J U•某变频器主电路、热管理
Z J U¾电力电子线路特点
•高功率密度
•高频率开关工作
•连续信号与脉冲信号电路混合
•强干扰源与敏感电路的混合
•电、热、机、材料混合
•标准线路与非标准元件布局的混合
Z J U特点1：开关工作，谐波/频谱复杂举例
用集成驱动
电路驱动大
功率IGBT
模块的电路
Z J U上升/下降、延时
•功率开关：IGBT 0.1~10 us, MOSFET: 10ns~1 us
•驱动电路：IR2110 ~30ns, M57962L ~1us
•逻辑电路：74L ~30 ns; 74HC ~15ns; 74LS ~10ns GaAs: 0.3 ns •导线： 6 inch/ns
Z J U电力电子线路频率范围广!
•产生的等效高频谐波：30kHz~1GHz, + 倍频•主要谐波还有：开关频率纹波几kHz~几MHz
Z J U 特点2：功率变换，功率/能量密度大、干扰强
功率：mW~ MW
电压：<1V~10 kV
电流：mA~几kA (组合等方法更大)
dt
di L v =dt
dv C i =能量开关带来问题：
Z J U能量开关问题I电磁干扰大
能量开关问题II
Z J U
•动态过程重要，边沿质量、线路效应
边沿质量线路效应
Z J U线路(元件、连线)的非理想引起线路效应
~mΩ/cm
~nH/cm
~pF
ESL: nH ESR:0.5Ω
能量开关问题III
Z J U寄生、分布参数影响
Z J U 1
2
3
45
6Loop1: main circuit loop;
Loop2&3: driver discharging
loops;
Loop4&5: driver charging loops;
Loop6: DC voltage charging
loop.能量开关问题IV: 回路重要!
能量开关问题V
Z J U动态电流大, 对电源要求高
能量开关问题VI
Z J U对地线（零参考点）要求高
•直流参数
•交流参数（趋肤）
•分布参数
P ERI特点3：综合性强，干扰源与敏感部件并存Z J U
•模拟＋数字
•模拟：零漂、噪声、干扰
•数字：高低电平切换、对边沿要求高
不同特性电路的区域分割、联系。
如模拟
地、数字地的分离与连接
Z J U特点4：共模干扰突出,即使电路电隔
•功率电路、驱动电路、控制电路、模拟电
路、数字电路，中性线、保护地和信号地•互相联系、有时必须隔离
Z J U特点5：功率耗散大、温度管理突出
•重要性：损坏器件、改变器件特性、影响电力电子设备寿命（加速老化、降低绝缘等级）
Z J U
热管理的内容：
•电力电子线路（器件）产生多少热、结温能有多高
•如何散热、系统热路（气流）
•发热器件、热敏感器件的排放
•PE设计者的自由度
特点6：非标准元件
Z J U
•特性不一致，如载流能力、安装布线要求不统一
Z J U线宽/焊盘/过孔，自动布线不能满足要求
特点7：应用性强，必须考虑现场环境因素
Z J U
•正确连接（略）
•可靠工作（前述内容：电磁干扰、元件非理想、线路效应、热管理）
•可操作：系统结构、空间布局：如进线出现、功率线路、控制线路；散热通路（自冷、风、水）、机械强度；端口器件的布局：插头、插座、指示灯、开关、按键、连接缆等
•可行：可得元器件、部件加工工艺或成本、装配工艺流程、返修过程的考虑
Z J U
•保护/安全：设备、人身
•调试/维修，大比量生产效率、成本。
如DFX，(X：制造、测试、成本、质量、可靠性、交付时间、使用、维修、回收、报废等)
Z J U 成功高效的线路设计，除原理图上的电气性能连接外，还须包括：
电力电子线路设计是系统工程
•知识涉及：电气、电磁、电子、半导体、绝缘、机械、热、材料等
•可靠性：静态指标、动态稳定；抗/产生干扰；散热；温
度、湿度、气压、振动等环境因素
•维护性：维修拆卸方便
•量产性：大规模复制工序、测试、成本
Z J U电力电子线路设计靠经验积累？
•一般讲，电力电子线路设计要靠长时间的实践经验积累。
但事实上，这种观点也不宜多提。
在传统的教育中多着重于电路原理而忽略实践知识；多集中于电原理，略视相关学科知识。
不能满足现代技术发展要求。
本课程的目的
•对于许多设计的实践知识事实上早已理论化或是大部分已理论化。
这样讲是希望新来者或困惑者能克服认识上的障碍，多学习别人的经验（理论？），其收益要远大于多年无头绪的从头开始的摸索。
PCB设计是电力电子线路设计的主要内容之一Z J U
•PCB装置
所有线路均在
PCB(1~n块)上实现
Z J U现代复杂电力电子线路中，PCB地位重要原因
•多个小元件（含IC）
•减小分布参数（据称60％EMC问题））
•提高一致行和量产效率
•固定需要
PCB实现的部分
•控制电路
•驱动电路
•吸收电路
•辅助部件
P ERI本课程的内容
Z J U
•电力电子线路设计内容和特点
•PCB 基础，电子设计自动化(EDA) 工具评价，设计原则与技巧（但不课堂讲授操作细节，要求自学）
•线路效应、信号完整性、回路与镜像、分布参数分析（Track, Pad, Via, Layer）
•电力电子的EMI机理与模型，滤波、屏蔽、阻抗匹配、接地方式、分层与回路优化等对策
•热模型及热设计
•系统构架、绝缘与连接、PCB板内关键元件的布局、以及测试与维护的线路考虑
本课程的先期课程
Z J U
•电力电子学的基础知识(拓扑、电路、电子技术、电磁场)•EMC/EMI
•电路CAD
•EDA基本知识
•课堂讲授基本原则，要求理论联系实践，亲自动手体会这些原则的应用，课堂讨论时间也有限
思考问题
Z J U
•电力电子电路设计特点？
•设计一个电力电子装置涉及哪些主要内容？
•结合自己课题选择一个典型电力电子线路原理方案（要求有一定复杂度，为后续课时用）
16学时、1学分，考查（研究生）＋讨论＋作业、多媒体。