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電路設(shè)計問題范文第1篇

【關(guān)鍵詞】印刷線路板;注意事項;設(shè)計

一、引言

印制電路板{PCB線路板}，又稱印刷電路板，它提供電子元器件焊接的基礎(chǔ)。它的發(fā)展已有100多年的歷史了;它的設(shè)計主要是版圖設(shè)計;采用電路板的主要優(yōu)點是大大減少布線和裝配的差錯，提高了自動化水平和生產(chǎn)勞動率。因此我們在設(shè)計印刷電路板要注意些問題。

二、設(shè)計印刷電路板應(yīng)該注意的事項

一塊印刷電路板（PCB）上包括了整個系統(tǒng)所要用到的元器件，其中芯片有兩種，一種為直插式，另一種為貼片式。因此在印刷板電路設(shè)計時應(yīng)該統(tǒng)籌規(guī)劃。具體表現(xiàn)在以下方面：

1.自動布線有時候會存在一些不滿意的地方，為了設(shè)計一個美觀的印刷電路板需要手工調(diào)整布局。

2.為了減小分布電容，布線時應(yīng)該遵循最短路徑原則。

3.為了提高印刷線路板的抗干擾能力，增加系統(tǒng)的可靠性，我們需要在電源與接地的地方進(jìn)行處理?？刹扇〉姆椒ㄈ缦拢涸谟≈齐娐钒鍟r可通過接入電容或是采取地線與電源線和一些需要過電流較大的線加寬的辦法，盡量縮短走線且長度差不多來減小地線的阻抗方法。在高頻電路中，良好的接地對印刷電路板是非常重要。本印制板設(shè)計中采用多點接地法，這樣可以增大接地面積，減小地線電感。

4.空余管腳的處理。從邏輯觀點來看，當(dāng)輸入管腳閑置處于懸空狀態(tài)時，相當(dāng)于“1”的輸入狀態(tài)的邏輯關(guān)系。由于開路的輸入端具有輸入阻抗高，易受到外部的電磁干擾。因此為了提高系統(tǒng)抗干擾性能，需要對元器件的空余輸入管腳進(jìn)行處理。如今有兩種處理方法：一種是將閑置輸入管腳與使用輸入管腳并聯(lián)，此方法不足之處是增加了前級電路的輸出負(fù)擔(dān);另一種方法是將閑置輸入管腳通過串聯(lián)大電阻拉到電源端（VCC）。本系統(tǒng)采用后者，其優(yōu)點是簡單易行。因此在電路設(shè)計中對元器件空余的輸入管腳都拉到了高電平。

5.抗干擾有效措施：

a）為了減小對地的分布電容，在布線的時候，要盡量縮短數(shù)據(jù)線、地址線和控制線并且要使且其長短和走線方式盡量一致，以避免造成非同步干擾。

b）本設(shè)計的電路板采用雙面布線，為了防止總線間的電磁串?dāng)_，兩面的線盡量保持垂直。為了不把噪聲耦合至芯片內(nèi)部，盡量避免在高速器件DDS下方走線。

c）在線路板的邊緣要留有一定的距離，因為信號線或電源線上電流會產(chǎn)生較大輻射，所以關(guān)鍵信號線盡量不要分布于線路板的邊緣。

d）盡可能地減少過孔的數(shù)量，因為電路板的一個過孔相當(dāng)于給電路加了一個10pF的電容，針對高頻電路，這個將會成為引入干擾原因之一，而且過多的過孔也會造成電路板的機械強度降低。

三、雜散噪聲處理

由前面分析可知，DDS本身存在眾多雜散，且隨著輸出帶寬的擴展，雜散會越來越明顯。為了解決雜散噪聲，采取以下幾個措施來降低系統(tǒng)的雜散。

1.器件的選取

通過對雜散的分析可以得出，影響相位截斷誤差中所形成的雜散與以下三個參數(shù)有關(guān)，分別是頻率控制字K，頻率控制字位數(shù)M、相位截斷位長B。經(jīng)過分析可以看出，當(dāng)數(shù)模變換器的分辨率Δf確定后，w每增加一位，DDS輸出雜散可以降低6dB;當(dāng)w確定后Δf每增加一位，輸出雜散將降低8.5dB;

但是并不是位數(shù)越大，就越能改善輸出雜散，因為輸出雜散性能對DAC的位數(shù)也是具有飽和特性，一旦達(dá)到飽和，其輸出雜散的變化就不明顯。所以，本文選用AD9953芯片。

2.參考時鐘的選取

時鐘信號耦合到了DAC的采樣周期中，將會導(dǎo)致輸出信號被此時鐘調(diào)制，進(jìn)而使雜散分量更大了。為了克服參考時鐘所帶來的雜散噪聲，本文選擇20MHz晶振為參考時鐘源。

3.確定合理的系統(tǒng)時鐘和輸出頻率

由前面對DDS的原理分析，有如下公式：

fo/fc=K/2M （1）

式（1）中，fc是系統(tǒng)時鐘頻率，M是頻率控制字的位數(shù)，K是頻率控制字。

因為雜散的放大系數(shù)正比于倍頻系數(shù)的平方N2。所以可通過提高DDS的輸出頻率fo以達(dá)到減小N值的目的，則N2會越小，進(jìn)而可減小雜散的放大系數(shù)，該方法能有效抑制雜散放大。fo的提高也受到很大的限制，因為在提高輸出頻率fo的同時，輸出雜散分量也會跟隨放大;另外，fo具體參數(shù)的選取還將受到DDS系統(tǒng)時鐘fc選擇的影響，對于雜散信號大且接近主頻的點，在實際工作中是很難去除的。因此應(yīng)該通過實驗合理地確定fo和fc的值。通過對雜散的分析，在DDS系統(tǒng)中設(shè)定出不同K和N的值，經(jīng)過多次的測試DDS的輸出信號、相位噪聲以及雜散水平，可得出本系統(tǒng)的系統(tǒng)時鐘頻率fc為200MHz，輸出頻率fo為65.5MHz-84.2MHz。

4.電路輸出接口的設(shè)計

系統(tǒng)產(chǎn)生的信號最后需要通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化模塊（DAC）轉(zhuǎn)化成模擬信號輸出。AD9953的DAC輸出信號為電流型，最大值可達(dá)20mA，根據(jù)以往的經(jīng)驗，當(dāng)滿量程通過AD9953的管腳DAC RSET進(jìn)行設(shè)置RSET=39.9/IO時，系統(tǒng)能夠取得較好的SFDR性能，此時RSET=3.9KΩ。

5.用濾波器來抑制雜散

由于輸出信號中雜散比較大，所以要在DDS的輸出信號的后面加一個低通濾波器來抑制輸出信號的雜散。因為濾波器的通帶帶寬主要由系統(tǒng)時鐘頻率fc和輸出頻率fo兩部分決定，因此低通濾波器的設(shè)計要綜合考慮到濾波器的復(fù)雜程度fo和fc的選擇等諸多因素。本系統(tǒng)采用的低通濾波器，它的輸出驅(qū)動頻率為86兆赫茲，通過并聯(lián)一個200歐姆負(fù)載，使其等效負(fù)載為100歐姆，這樣可以濾除DDS輸出頻率的鏡像頻率、雜散以及高次諧波。

四、小結(jié)

印制電路板提供電子元器件焊接的基礎(chǔ)，它的設(shè)計主要是版圖設(shè)計;采用電路板的主要優(yōu)點是大大減少布線和裝配的差錯，提高了自動化水平和生產(chǎn)勞動率。并且對電路設(shè)計中的注意事項進(jìn)行了詳細(xì)分析;最后提出了解決一些降低系統(tǒng)雜散的措施，達(dá)到理想的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張萬奎.模擬電子技術(shù)[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2005.

電路設(shè)計問題范文第2篇

關(guān)鍵詞：波紋；開關(guān)電源；晶體管

引言

在用電控制的儀器設(shè)備中，都需要穩(wěn)壓電源，由于價格、功率等的要求，因此設(shè)計人員更傾向于使用開關(guān)電源，而很少使用線性電源。開關(guān)電源的優(yōu)勢在于轉(zhuǎn)換效率高，最高可以達(dá)到將近97%，另外開關(guān)電源重量輕、體積小。開關(guān)電源最大的缺點是輸出的紋波和噪聲電壓較大，而這一性能影響到儀器設(shè)備的運行，特別是對于需要處理小信號的儀器中，電源產(chǎn)生的噪聲可能會干擾輸入的信號，使得儀器無法正確運行。如何處理好電源的噪聲，有很多方法[1][2]，本文通過一個典型電源電路分析開關(guān)電源產(chǎn)生紋波和噪聲的原因及減小紋波和噪聲的措施，并詳細(xì)探討了電源各部分電路的原理功能和實現(xiàn)的方法。

1干擾產(chǎn)生分析

電信號干擾分為：噪聲（nois）和紋波（ripple）兩種，其表現(xiàn)形式為圖1形式。噪聲的定義是指在直流電壓或電流中，疊加了振幅和頻率上完全無規(guī)律的交流分量。該分量會干擾電路的分析、邏輯關(guān)系，影響其設(shè)備正常工作。紋波是指疊加在直流電壓或電流上的交流信號，會降低電源的效率，嚴(yán)重的波紋更有可能會損壞用電設(shè)備，另外波紋還會干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系，影響設(shè)備工作狀態(tài)。通常的開關(guān)電源輸出的直流電壓中疊加了由噪聲和波紋引起的交流信號。波紋主要是由于開關(guān)電源的開關(guān)動作造成的，而波動的頻率跟開關(guān)的頻率是一致的，大小取決于輸入、輸出電容的參數(shù)。作為開關(guān)的元件都有寄生的電感與電容，當(dāng)元件在電流流動變化工作時，會產(chǎn)生電壓與電流的浪涌，這些浪涌信號都會在電源產(chǎn)生干擾信號。浪涌電流指電源接通瞬間，流入電源設(shè)備的峰值電流。該峰值電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)輸入電流，這種瞬時過電流稱為浪涌電流，是一種瞬變干擾。噪聲電壓主要跟電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路中的寄生參數(shù)、工作的電磁環(huán)境以及印制電路板的布線有關(guān)。當(dāng)信號較小的時候，會產(chǎn)生干擾的信號。圖2（a）是實驗信號波形，（b）是小信號上疊加了干擾的波形。干擾可以表現(xiàn)為尖峰、階躍、正弦波或隨機噪聲，干擾的產(chǎn)生來自多方面，電路設(shè)計不合理、器件使用不當(dāng)、工作環(huán)境干擾、電源噪聲等，其中電源產(chǎn)生的噪聲是常見主要的原因，而這些干擾信號會造成后續(xù)電路一系列的處理誤差，所以在要求較高的場合，這樣的噪聲是必須要解決的。

2解決措施

開關(guān)電源電路一般由整流平滑電路、集成開關(guān)電路、浪涌電壓吸收電路、電壓檢測電路、次級側(cè)整流平滑電路等構(gòu)成。其工作原理：開關(guān)電路供應(yīng)穩(wěn)定電壓和平滑的電流，是本電路的主要部分，開關(guān)晶體管的集電極電流決定電源的輸出電流。紋波的解決措施[3][4]主要有：調(diào)整電感和電容參數(shù)、增加電容電阻緩沖網(wǎng)絡(luò)。

2.1調(diào)整電感和電容參數(shù)

電流波動與電感參數(shù)、以及輸出電容大小有關(guān)，通常電感值越小，波動越大，輸出電容值越小，波紋越大。因此可以通過增大電感值和輸出電容值來降低波紋。在這里以BUCK型開關(guān)電源為例，當(dāng)開關(guān)電源工作時，提供的電壓不變，但是電流會變化，為了穩(wěn)定電源的輸出電流，在如圖4（a）的指示位置并聯(lián)一個電容C+。通過增加電感值的方法來減小波紋的做法是受限的。因為電感越大，體積就越大。電感的取值可以這樣計算：假定輸入電壓為Vin，輸出電壓為Vo，工作頻率為f，輸出電流為I，電感中電流的波動值為駐I的話，有：在電路調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，隨著C+不斷增加，減小波紋的效果會越來越差，同時增加f，會增加開關(guān)損失。因此可以通過再加一級LC濾波器的方法來改善，如圖4（b）所示。LC濾波器抑制波紋的效果較好，只要根據(jù)需要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容即可。

2.2增加電容電阻緩沖網(wǎng)絡(luò)

在二極管高速導(dǎo)通截止時，要考慮寄生參數(shù)。在二極管反向恢復(fù)期間，等效電感和等效電容成為一個RC振蕩器，產(chǎn)生高頻振蕩。為了抑制這種高頻振蕩，需在二極管兩端并聯(lián)電容C或RC緩沖網(wǎng)絡(luò)。電阻與電容取值要經(jīng)過反復(fù)試驗才能確定，一般選擇電阻為10Ω-100Ω，電容取4.7pF-2.2nF。如果選用不當(dāng)，反而會造成更嚴(yán)重的振蕩。

3電路設(shè)計及實測

根據(jù)以上分析，設(shè)計出了一種開關(guān)穩(wěn)壓電源如圖5所示，采用可控硅觸發(fā)方式。通過整流放大后的波紋去觸發(fā)可控硅的導(dǎo)通，當(dāng)整流電壓值為零時，可控硅自動關(guān)斷。只要用輸出電壓的變化來控制觸發(fā)信號的前沿，即可實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓電路主要由可控硅、4個晶體管和1個變壓器等組成，如圖5所示。我們在multisim環(huán)境下對該電路進(jìn)行仿真，效果非常好。再用實際電路搭試，并加上30歐姆純電阻阻抗后，選取了7個測試點，測試波形見圖6所示。圖中變壓器T、二極管D1～D4和電容器C1-4組成整流濾波電路，測試點1電壓紋波波形見圖6中1的圖像，顯然是在全波整流后的紋波出現(xiàn)；電阻R2、R3和隔直電容C5組成取樣電路，測試點2電壓紋波波形見圖6中2的圖像；控制可控硅的紋波信號測試點3、4電壓紋波波形見圖6中的3、4的圖像；隔直后的測試點5電壓紋波波形見圖6中的5的圖像；線圈T2控制信號的初級波形見圖6中7的圖像；線圈T2次級控制可控硅信號見圖6中6的圖像。當(dāng)電壓沒有紋波時，線圈T2不發(fā)揮作用，但當(dāng)電壓有波動時（紋波），則自動控制可控硅工作，抑制電壓的波動。在電路中的電感對抑制電壓的波動也起到了良好的作用，其電感值可以根據(jù)電壓的大小和對紋波的要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。該電路在最后的輸出功率可以達(dá)到110W，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化10-104歐姆時，電壓變化的范圍大約是1毫伏。

4結(jié)束語

本文對開關(guān)電源噪聲與紋波的產(chǎn)生原因和抑制方法進(jìn)行了分析和討論，并設(shè)計出了一種晶體管開關(guān)穩(wěn)壓電源電路，觀察仿真實驗，可以得出該設(shè)計能夠抑制一定的電源噪聲與波紋。在實際中，需要依據(jù)產(chǎn)品的參數(shù)，如體積、成本等問題綜合考慮，選擇合適的設(shè)計方法。

參考文獻(xiàn)：

電路設(shè)計問題范文第3篇

關(guān)鍵詞 CMOS電路；噪聲問題；抗噪聲優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號 TN432 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0183-01

1 CMOS電路及其噪聲

硅半導(dǎo)體的CMOS電路技術(shù)因為其容易大規(guī)模集成的特點，及其自身的性價比優(yōu)勢和日漸成熟的技術(shù)和工藝，得到了廣泛的應(yīng)用，并且在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)在規(guī)模集成電路中將會占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著個人數(shù)字系統(tǒng)、通訊終端的不斷發(fā)展，CMOS不斷向著高密度、高速率的方向發(fā)展。但與此同時，現(xiàn)代CMO系統(tǒng)內(nèi)部的器件尺寸不斷縮小，集成密度擴大，各個金屬線之間的間隔縮短，因噪聲干擾或電路跳變過程中產(chǎn)生的毛刺都有可能使數(shù)字電路出現(xiàn)邏輯故障。因此要盡可能減少噪聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。CMOS的噪聲影響到電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，近幾年來對抗噪聲的研究設(shè)計也層出不窮。筆者將在下文中對現(xiàn)代CMOS電路的抗噪聲優(yōu)化設(shè)計做出詳細(xì)的闡述。

2 現(xiàn)代CMOS電路的抗噪聲優(yōu)化設(shè)計

在本次設(shè)計研究中，筆者以動態(tài)電路噪聲問題、同步開關(guān)噪聲問題以及襯底噪聲問題為主要研究對象，針對這幾種CMOS中常出現(xiàn)的噪聲問題展開分析。

2.1 深亞微米CMOS抗噪聲動態(tài)電路設(shè)計

靜態(tài)電路本身具有相對較好的抗噪聲特性，但是其具有低速、高耗能的缺點，因此在電路的關(guān)鍵部分，還需要動態(tài)電路來提高線路的整體性能，尤其是提高速率和降低能耗。伴隨著深亞微米工藝水平的發(fā)展，器件的尺寸更進(jìn)一步減小，密度增大，這對動態(tài)電路的抗噪聲性提出了更大的挑戰(zhàn)。

動態(tài)電路中的噪聲源主要包括了電源噪聲、節(jié)點噪聲、串繞噪聲等。改善動態(tài)電路的抗噪聲性能其中一個方法便是提高邏輯門的閥值電壓。但是提高閥值電壓就會降低電路的速度，提高功耗，削弱了動態(tài)電路的優(yōu)勢，因此在優(yōu)化方案的設(shè)計中減少噪聲是目標(biāo)，但是也不能讓電路的其他性能遭到過分損害。針對動態(tài)電路，筆者認(rèn)為可以利用鏡像NMOS網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建具有高能量效率的抗噪聲電路。設(shè)計圖如圖1所示。

由圖可見，鏡像抗噪聲動態(tài)線路需要兩個相同的NMOS求值網(wǎng)絡(luò)，附加NMOS管M3，其工作原理大致為：預(yù)充電階段時，時鐘信號φ將M1打開，將輸出電壓Vout充電達(dá)到最高水平，Vx的電壓達(dá)到VDD-Vm。另外由于晶體管體效應(yīng)，頂端的NMOS網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)閥值電壓相對應(yīng)增加，從而達(dá)到了改善動態(tài)電路抗噪聲性能

的目的。

2.2 同步開關(guān)噪聲優(yōu)化設(shè)計

由于深亞微米電路規(guī)模的不斷增大，電路系統(tǒng)的中門電路翻轉(zhuǎn)頻率逐漸提高，再加上電源電壓的降低，低電平電壓的開關(guān)噪聲突顯粗來，影響了數(shù)字電路的穩(wěn)定性。同步開關(guān)噪聲主要由帶有大負(fù)載電容的I/O緩沖器開關(guān)和內(nèi)部電路的開關(guān)這兩種開關(guān)引起地“跳動”。集成電路的高速高密度化發(fā)展使得與I/O輸出緩沖器相聯(lián)的電源和地上出現(xiàn)大量的噪聲。其次從內(nèi)部電路開關(guān)噪聲來看，要提高同步開關(guān)的抗噪聲性能，首先需要減小電感，主要辦法是通過特殊的地線PAD，將其與襯底直接相離并且連接到地平面上；其次是減小恒定電流，通過恒流電壓轉(zhuǎn)換器利用鏡像電流源提供恒定的電流。

噪聲控制的結(jié)構(gòu)方案主要有三種，一是采用局部倒相器數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，一般情況下，當(dāng)所有總線同時開關(guān)時，理想情況下是一半是0一半是1，上拉下拉開關(guān)電流由旁路電容供給，從而使得較少的AC電流通過電源和地線上的電感，最終達(dá)到減小電壓跳動的目的。二是采用時鐘偏移化方案，其規(guī)則大致與動態(tài)電路相同，避免所有時鐘在同一時刻內(nèi)開關(guān)，減小電壓跳動。

2.3 襯底噪聲加固設(shè)計

伴隨著硅器件技術(shù)的飛速發(fā)展，電路的整體構(gòu)造和設(shè)計變得愈加復(fù)雜，在SOC中也已經(jīng)實現(xiàn)了混合技術(shù)，并且將模擬數(shù)字集成在了統(tǒng)一襯底上。但隨著數(shù)字時鐘頻率的不斷上升，復(fù)雜性進(jìn)一步提高，電路系統(tǒng)中工藝器件和單元面積的縮小，集成電路設(shè)計中的襯底噪聲問題的解決成為了設(shè)計中的難點和重點。I/O緩沖器開關(guān)以及內(nèi)部羅繼電器的開關(guān)也是引起襯底噪聲的主要噪聲源，另外電離電流也是引起襯底噪聲的原因之一。襯底噪聲的優(yōu)化方法主要有四種：一是保護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)是指IC設(shè)計中防止襯底噪聲常用的方法，其工作原理是指在敏感器件周圍形成法拉第隔離，使得敏感器件受到保護(hù)，減少襯底噪聲對其造成的干擾；二是N阱溝，主要是指可用于噪聲電路和敏感電路之間，阻止襯底電流的襯底表面流動；三是較小電源跳動；四是平面布局的方法，在空間電路布局時充分考慮減小襯底噪聲的耦合效應(yīng)。

綜上所述，隨著電路規(guī)模的逐漸擴大，現(xiàn)代CMOS電路的抗噪聲優(yōu)化設(shè)計成為了當(dāng)前電路設(shè)計的重點和關(guān)鍵。本文主要針對動態(tài)電路的抗噪聲性能以及同步開關(guān)噪聲優(yōu)化設(shè)計和襯底噪聲加固設(shè)計做了詳細(xì)闡述，相信隨著電路技術(shù)的飛速發(fā)展，CMOS的抗噪聲優(yōu)化設(shè)計會日漸完善。

參考文獻(xiàn)

[1]陳曦,莊奕琪,羅宏偉,胡凈,韓孝勇.深亞微米CMOS IC抗噪聲ESD保護(hù)電路的設(shè)計[J].微電子學(xué),2003,05.

電路設(shè)計問題范文第4篇

關(guān)鍵詞 輸電線路；設(shè)計問題；分析

中圖分類號 TM 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0098-01

1 安全原則，維護(hù)系統(tǒng)運行

1.1 意識方面

思想觀念上對110 kV～220 kV輸電線路設(shè)計中必須引起重視，這樣才能確保線路設(shè)計安全的前提條件。而且設(shè)計人員安全意識不足，所設(shè)計出來的方案肯定會存在安全隱患。電力施工單位在安排設(shè)計師時要經(jīng)過相關(guān)的職能考核，在思想、專業(yè)、技能等方面挑選經(jīng)驗豐富的設(shè)計師參加設(shè)計，為后面的安全施工提供保證。

1.2 路徑方面

由于各種輸電設(shè)施的結(jié)構(gòu)存在差異，在輸電線路路徑設(shè)計上應(yīng)該從實際情況出發(fā)。設(shè)計人員應(yīng)先具體勘察分析輸電布置情況，再制定切實可行的運行方案以指導(dǎo)設(shè)計。線路勘測是路徑設(shè)計不可缺少的工作，在監(jiān)測階段可以找準(zhǔn)線路沿線施工的狀況，從多個角度把握輸電線路的

設(shè)計。

1.3 桿塔方面

桿塔是輸電線路設(shè)計的核心基礎(chǔ)，桿塔自身的穩(wěn)定性直接決定了輸電線路能否長期運行，影響了線路輸電功能的發(fā)揮。設(shè)計過程中應(yīng)該嚴(yán)格把握桿塔的設(shè)置點，控制好每個桿塔之間的距離。1）可以防止電力聚集造成輸電線路損壞。2）能避免施工階段出現(xiàn)各種安傘問題而危害人員安全。

1.4 線路方面

110 kV～220 kV線路是一個極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組成，沒計時若沒有把握好其中的結(jié)構(gòu)形式則難以準(zhǔn)確布置線路。設(shè)計人員要充分考慮到輸電線路的使用性能需要，結(jié)合桿塔周圍的自然環(huán)境來布置線路組織。此外，在線路材料的選擇上也要經(jīng)過相應(yīng)的質(zhì)量檢測，以達(dá)到正常使用狀態(tài)下的需要。

1.5 工具方面

電力系統(tǒng)的作業(yè)需要運用到小同的電力工具，在使用工具時若選擇不當(dāng)會引起不同的意外事故。一般情況下，技術(shù)人員在安裝輸電線路時需選擇絕緣工具，防止線路電壓帶來的不利影響，這些對于維護(hù)電力施工作業(yè)的安全性都是很重要的。

2 在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常問題

2.1 氣象監(jiān)測

由于輸電線路都是暴露于自然之中，正常使用狀態(tài)下會受到不同環(huán)境因素的影響，使得線路的運行狀態(tài)受到影響，不利于電力系統(tǒng)的長期運行。氣象監(jiān)測系統(tǒng)的運用能對外界環(huán)境的變化進(jìn)行監(jiān)控，防止受到風(fēng)偏、雷擊、污穢等多方面的影響，對于在線傳輸數(shù)據(jù)也能起到很好的控制作用。

2.2 視頻監(jiān)測

這是最近幾年電力系統(tǒng)施工采用的先進(jìn)技術(shù)，能夠滿足110 kV～220 kV輸電線正常監(jiān)控的需要。在市場經(jīng)濟不斷發(fā)展的同時，我們需要重視對電力行業(yè)線路設(shè)計的調(diào)整，避免在線路使用時受到其他因素的干擾。設(shè)計人員應(yīng)積極編制有效的監(jiān)控、監(jiān)測手段，以合理調(diào)整輸電線路的設(shè)計模式與結(jié)構(gòu)。

2.3 覆冰監(jiān)測

覆冰是輸電線路在冬季常見的問題，對整個線路安全運行有著較大的影響。設(shè)計輸電線路的在線監(jiān)測中，應(yīng)該對覆冰區(qū)域加以關(guān)注，對線路上的覆冰情況進(jìn)行24 h監(jiān)測。設(shè)計師可創(chuàng)建一個實用的數(shù)字模型，包括：導(dǎo)線自重、風(fēng)壓系數(shù)、絕緣子傾斜角等，可及時預(yù)告線路的覆冰

情況。

2.4 桿塔監(jiān)測

因受到建筑施工的影響，桿塔在建造過程中常會受到多方面因素的限制而造成傾斜問題。對桿塔創(chuàng)建監(jiān)測系統(tǒng)，主要是針對塔身的垂直度監(jiān)控，這樣在桿塔發(fā)生異常狀況后可及時調(diào)整。設(shè)計時對桿塔傾斜儀相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效控制，把握好程序設(shè)計傳輸時間的控制，當(dāng)異常狀況發(fā)生后可及時整理。

2.5 防盜監(jiān)測

近年來，很多不法分子開始盜取輸電線路以謀求經(jīng)濟利益，這不利于我國電力行業(yè)的發(fā)展。防盜監(jiān)測主要借助于對應(yīng)的報警系統(tǒng)，以此來做好輸電線路的安全防范?？蔀殡娏€路設(shè)計一個探測器，如溫度感應(yīng)等，在盜賊接近線路時自動發(fā)出報警信號，以提醒工作人員盡快處理。

3 硬件結(jié)構(gòu)，注重各個環(huán)節(jié)

3.1 軟件結(jié)構(gòu)

軟件是電力系統(tǒng)的另外一個組成部分，軟件注重系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的控制，其對于系統(tǒng)的運行同樣有著較大的影響。軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該根據(jù)硬件裝置進(jìn)行，如操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，這些都應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)有的硬件結(jié)構(gòu)裝置設(shè)計才能達(dá)到理想的功能。

3.2 傳感結(jié)構(gòu)

在輸電線路中安裝傳感器，這樣能夠加快數(shù)據(jù)信息的收集處理。傳感器能夠及時收集感觸各方面信息，做好不同的數(shù)據(jù)信息傳輸工作。在設(shè)計傳感器位置時要結(jié)合線路的運行狀況進(jìn)行，將傳感器安裝到具體的位置后再實施調(diào)控模擬，保證線路傳感能及時收集到各類數(shù)據(jù)信號，這對于工作人員的線路控制能提供真實信息。

3.3 電源結(jié)構(gòu)

自動化電力系統(tǒng)必須要充足的電源才能實現(xiàn)運行，對電源部分嚴(yán)格維護(hù)是很有必要的。電力系統(tǒng)負(fù)責(zé)人應(yīng)根據(jù)線路的實際需要，安排設(shè)計人員實施電源裝置的檢查，保證各項裝置連接的有效性，防止電源接觸不良等。經(jīng)過這些工作之后開展設(shè)計，才能保證電源裝置的合理分配，確保后期用電力系統(tǒng)各裝置的順利運行。

3.4 采集結(jié)構(gòu)

電力系統(tǒng)中的采集器是極為關(guān)鍵的裝置，影響著電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息收集狀況。設(shè)計這一裝置時需要做好多方面的電力系統(tǒng)試驗，對各裝置結(jié)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)檢查，如采集器指示燈狀態(tài)等。對于采集器的通訊口的通訊線接頭和各傳感器的接地接頭等也要加強設(shè)計，使電力發(fā)生故障之后能及時處理好各類問題。

3.5 防雷結(jié)構(gòu)

由于承受著外界自然環(huán)境的影響，電力系統(tǒng)在運行過程中會面臨雷電問題，特別是110 kV～220 kV輸電線路。這就要求設(shè)計人員加強防雷接地的設(shè)置，在設(shè)計自動化運行模式時充分考慮到計算機設(shè)備的全面保護(hù)，控制好雷雨天氣電路的電壓、電流大小，防止強電流、電壓帶來的線路損壞問題，創(chuàng)造良好的輸電線路運行環(huán)境。

4 防雷保護(hù)，多方開展設(shè)計

4.1 屏蔽保護(hù)

現(xiàn)代化電力模式的運行需要借助于計算機裝置性能的發(fā)揮，在設(shè)計維護(hù)方案時需要做好不同方面的檢測處理。對于一些外來的干擾信息可以重點屏蔽處理，以此來達(dá)到對電力系統(tǒng)設(shè)備的保護(hù)作用。如：對信號線、電源線結(jié)合屏蔽電纜或穿金屬管屏蔽，且保證線路的有效鏈接。

4.2 設(shè)備保護(hù)

防雷技術(shù)發(fā)揮作用要依賴于各個設(shè)備的運用，尤其是先進(jìn)的計算機裝置結(jié)構(gòu)。電力系統(tǒng)工作人員需定期對各設(shè)備進(jìn)行檢查，一般周期在半個月左右。對于一些常見的裝置問題要及時處理，若有需要則更換裝置，如避雷器、計算機設(shè)備等，通過這些更換能增強防雷效果。

4.3 接地保護(hù)

接地保護(hù)是防雷技術(shù)的常見方式，通過接地可以把電力系統(tǒng)上的強電流、電壓引入地下以達(dá)到防雷效果。維護(hù)自動化電力系統(tǒng)時需要借助于不同的施工技術(shù)，將相應(yīng)的防雷器安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?，各傳感器設(shè)備與防雷地網(wǎng)之間要保證良好的搭配，對防雷結(jié)構(gòu)實施必要的劃分處理。

4.4 線路保護(hù)

線路是電網(wǎng)正常運行的保證，在設(shè)計過程中要考慮到線網(wǎng)自身承受的載荷大小。對線路實施保護(hù)最終是為了避免雷電波從信號線、電源線傳輸?shù)阶詣与娏ο到y(tǒng)室內(nèi)，由此會給電力系統(tǒng)設(shè)備帶來巨大的損壞。設(shè)計人員應(yīng)該合理選擇線路結(jié)構(gòu)，布置好有效的線路安排。

4.5 裝置保護(hù)

對于防雷結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用到的各種裝置，設(shè)計人員要加強保護(hù)處理，如避雷器、避雷裝置等，采取綜合性的裝置保護(hù)方案，這樣才能達(dá)到理想的輸電線路保護(hù)需要。正常使用情況下，還需要定期實施裝置結(jié)構(gòu)保護(hù)，對防雷體系進(jìn)行及時優(yōu)化改進(jìn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，110 kV～220 kV輸電線路在電力系統(tǒng)中是很重要的結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計人員必須全面考慮多方面因素控制好線路結(jié)構(gòu)的安排。設(shè)計者要從線路的安全性能、在線監(jiān)測、硬件結(jié)構(gòu)、防雷裝置等方面深入分析。此外，設(shè)計階段還需要注重先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，通過技術(shù)改造的方式來保證設(shè)計效果。

電路設(shè)計問題范文第5篇

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路設(shè)計　路徑優(yōu)化選擇　導(dǎo)地線選型　基礎(chǔ)設(shè)計　新型節(jié)能金具　全壽命周期管理

中圖分類號：TM7 53　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　文章編號：1672-3791(2012)02(a)-0140-01

高壓輸電線路是電網(wǎng)的骨架，隨著國民經(jīng)濟快速增長，各地電網(wǎng)建設(shè)迅猛發(fā)展，電力建設(shè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，供電可靠性進(jìn)一步提高，電網(wǎng)輸送能力大大增強。但在電網(wǎng)建設(shè)中，要充分考慮各個方面的問題，優(yōu)化設(shè)計、合理施工，最大限度降低工程成本，實現(xiàn)社會效益與經(jīng)濟效益的最大化。

1　路徑優(yōu)化選擇

輸電線路路徑選擇是整個線路設(shè)計工作中的關(guān)鍵，方案的合理性對線路的經(jīng)濟、技術(shù)指標(biāo)和施工、運行條件起著重要作用。在這個過程中，首先要了解當(dāng)?shù)氐臍庀?、水文、地質(zhì)條件。根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦翁攸c，合理選擇路徑。在此基礎(chǔ)上，對線路沿線地上、地下、在建、擬建的工程設(shè)施，尤其是采礦區(qū)的資料，進(jìn)行充分的收集和調(diào)研。并應(yīng)用衛(wèi)片選線技術(shù)，進(jìn)行多方案路徑比選。應(yīng)用全壽命周期成本(LCC)管理方法，比選出最優(yōu)路徑。

路徑應(yīng)避開不良地質(zhì)、水文及氣象地段，提高工程抵御自然災(zāi)害和突發(fā)事故的能力和水平；避讓了危及線路安全可靠運行的設(shè)施，減少了線路建設(shè)對地方規(guī)劃及其它設(shè)施的負(fù)面影響；尤其是最大程度地避讓了采礦區(qū)，提高線路的安全運行條件。在各方面條件允許的情況下，本次工程線路盡可能與已有及擬建電力線并行，減少交叉跨越，降低建設(shè)成本。做好輸電線路對環(huán)境影響的各項評價工作，對涉及外部條件的環(huán)境影響評價、壓覆礦產(chǎn)評估、地質(zhì)災(zāi)害評估、文物調(diào)查及評估、地震安全性評價等工程前期工作都需得到相關(guān)行政管理部門的許可批準(zhǔn)后，工程才能實施。

2　導(dǎo)地線選型

送電線路的導(dǎo)線長期在曠野、山區(qū)或湖海邊緣運行，需要經(jīng)常耐受風(fēng)、冰等外荷載的作用，氣溫的劇烈變化以及化學(xué)氣體等的侵襲，同時受國家資源和線路造價等因素的限制。因此，在設(shè)計中，對電線的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等必須慎選取。線路的輸送容量、傳輸性能、環(huán)境影響問題對輸電線路的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)都有很大的影響。要從導(dǎo)線的電氣特性、機械特性、投資分析及施工等多個方面對各種導(dǎo)線截面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較，特別在導(dǎo)線選型造價分析中按全壽命周期費用最小為原則分析比較，而不是只考慮基建初投資，這樣可以全面考核各導(dǎo)線方案的技術(shù)經(jīng)濟性，最后推薦出在技術(shù)和經(jīng)濟上最優(yōu)的導(dǎo)線型號及截面。導(dǎo)線在線路建設(shè)投資中所占的比例較大，110kV線路一般要占工程本體投資的12％左右，且它也影響到鐵塔荷載的大小和鐵塔高度、地線支架高度的選擇，如果再考慮因?qū)Ь€方案變化而相應(yīng)造成的桿塔工程量和基礎(chǔ)工程量的變化，其對整個工程的造價影響極其巨大。合理選擇導(dǎo)線截面是安全運行和降低建設(shè)投資的關(guān)鍵問題之一。因此，按全壽命周期費用最小為原則選擇導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，對降低輸電線路投資具有重要的意義。

3　基礎(chǔ)設(shè)計

桿塔基礎(chǔ)作為輸電線路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的造價、工期和勞動消耗量在整個線路工程中占很大比重。其施工工期約占整個工期一半時間，運輸量約占整個工程的60％，費用約占整個工程的20％～35％。目前我國高壓輸電線路所采用的普通基礎(chǔ)(不包括樁基礎(chǔ))均屬于淺基礎(chǔ)類型，分回填土和原狀土兩大類。分別按土重法和剪切法計算。輸電線路桿塔基礎(chǔ)在受力上與其它建筑物基礎(chǔ)有所不同，主要是輸電線路桿塔基礎(chǔ)除了受下壓力作用外，還要受大小基本相等的上拔力作用，同時還有水平力作用。而一般的建筑物結(jié)構(gòu)的自重大，基礎(chǔ)只受下壓力，不出現(xiàn)上拔力。因此在輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計時都要既能滿足上拔力又能滿足下壓力的要求。既要利用土的地耐力承受壓力，又要利用土的重力抵抗拔力。輸電線路桿塔基礎(chǔ)有一個顯著的特點，基礎(chǔ)在全路徑內(nèi)分散，沿線地形地貌、地質(zhì)條件、地基力學(xué)性質(zhì)差異性極大，交通運輸條件也是千差萬別。在輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計時，要結(jié)合塔位地質(zhì)情況、基礎(chǔ)荷載特性、地基承載能力、基礎(chǔ)施工方法等因素綜合比較基礎(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟性、環(huán)境保護(hù)和施工條件。

4　新型節(jié)能金具

輸電線路中的金具節(jié)能問題已經(jīng)引起極大關(guān)注。在國家電網(wǎng)頒布的《“兩型三新”線路設(shè)計建設(shè)導(dǎo)則》中明確了采用節(jié)能型金具，如鋁合金懸垂、預(yù)絞式懸垂、預(yù)絞式耐張、預(yù)絞式間隔棒、預(yù)絞式防振錘等新能節(jié)能型金具。

通過大量實驗證明，鋁合金金具線夾節(jié)能效果明顯，在發(fā)達(dá)國家已普遍采用，在我國也已引起有關(guān)部門的高度重視，在部分供電部門開始應(yīng)用，在技術(shù)上已經(jīng)過關(guān)。節(jié)能金具結(jié)構(gòu)先進(jìn)，減少營運維修頻率，大幅度節(jié)約了線路維修費用，但金具價格為傳統(tǒng)金具的數(shù)倍，如果將其節(jié)能效果計算進(jìn)去，一般2年左右就可以收回全部投資，而且長此以往將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

5　全壽命周期管理

全壽命周期成本管理，是指從設(shè)備、項目的長期經(jīng)濟效益出發(fā)，全面考慮設(shè)備、項目或系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、制造、購置、安裝、運行、維修、改造、更新，直至報廢的全過程，即從整個項目生命周期出發(fā)進(jìn)行思考，側(cè)重于從項目決策、設(shè)計、施工、運行維護(hù)等各階段全部造價的確定與控制，使LCC最小的一種管理理念和方法。此方法科學(xué)的劃分設(shè)備在壽命周期內(nèi)的一切費用項目，又利用統(tǒng)計資料和方法建立費用估算關(guān)系式和費用模型，從而可按不同需要相當(dāng)準(zhǔn)確地估算出設(shè)備壽命周期費用，供決策和管理之需。其核心內(nèi)容是對設(shè)備、項目或系統(tǒng)的LCC進(jìn)行分析，并進(jìn)行決策。

對于輸電建設(shè)項目而言，系統(tǒng)效率我們認(rèn)為由下述三個效率的乘積來表述。

輸電線路的系統(tǒng)效率＝輸送能力×可利用率×運行的可靠性。

此外，由于壽命周期費用是在一個長時期內(nèi)發(fā)生的，對費用發(fā)生的時間順序必須加以掌握。材料和勞務(wù)費用的價格一般都會發(fā)生波動，在估算的時候?qū)Υ艘右钥紤]。還有，在計算費用時必須考慮“金錢的時間價值”。