电科毕业设计开题报告电科毕业设计开题报告 篇一：华中科技大学电气本科生毕业设计开题报告 毕业设计开题报告 数字信号输入/输出隔离器设计 学号 uXX11971 姓名 潘明俊 班级电气 0806 班 时间 一 背 景 1.1 J-TEXT 托卡马克与 J-TEXT 装置电源系统 J-TEXT 托卡马克原为美国能源部支持的建在德克萨斯 大学（奥斯丁）的聚变实验装置，专门用于培养核聚变技 术人才和进行基础性前沿性的物理实验研究。该装置从 1976 年的纸面设计工作开始就得到美国能源部的财政支持 和其它基金支持。XX 年，华中科技大学接受了美国无偿捐 赠的价值高达 XX 万美元的 TEXT-U 托卡马克装置，并依托 该装置建立了中美联合托卡马克实验室，开展磁约束核聚 变方面的研究工作。 XX 年初，J-TEXT 装置纵场电源系统调试基本完成，可 提供 92.5kA/1s 的平顶电流，产生的磁场强度为 1.74T， 足以满足 J-TEXT 装置目前的实验要求。由于纵场磁体的瞬 时功耗巨大且负载为磁体线圈(功率因数低)，为避免对电 网产生冲击及谐波污染，HL-2A 装置是通过改变发电机励 磁电压来控制纵场电流，EAST 装置采用基于 Labview 设计 的纵场反馈控制系统，J-TEXT 装置纵场电源采用一台卧式 脉冲发电机组(100MW/100MJ)供电。J-TEXT 装置的纵场电源 控制系统需要测量模拟信号有 9 路，交互的 I/O 信号有 18 路，根据电源运行环境及稳定性要求，纵场电源控制系统 硬件采用了电气和机械性能较好的凌华原装工控机，以及 模拟采集卡 PCI1713、模拟量输出卡 PCI1720、数字量输入 输出 PCI1750、网络设备、隔离及显示设备。给出纵场电源 控制系统拓扑图如下： 图 1 纵场电源控制系统拓扑图 J-TEXT 装置有 4 套电源系统：纵场、加热场、垂直场和水平场。每套 电源各有 一套完整的控制系统，另外还有真空送气、数据采集、 诊断等子系统，任何一个子系统出现故障都会导致放电实 验的失败。 目前，纵场电源控制系统也有一些问题需要解决：控 制程序的优化设计，降低现场采集的噪声，提高采集精度， 消除外部对控制量信号的干扰，纵场电流在平顶前期仍有 少许波动，需要作相应处理等1。要消除外部信号对控制 量的干扰使用隔离技术是非常必要的。 1.2 J-TEXT 数据系统与数字输入/输出隔离器 数字隔离器是用来连接输入与输出之间实现信号隔离 的器件，并需要按照其他要求进行进一步的电路连接2。 数字隔离技术具有与模拟隔离器相同的电气隔离能力，是 无噪声地传输数字信号的一种可靠的方法。数字隔离电路 主要用于数字信号和开关量信号的传输。使用隔离电路的 首要原因是为了消除噪声。另外一个重要原因是保护器件 （或人）免受高电压的危害。在加入信号隔离过程以后希 望能使信号失真较小，线性度要尽量高，精度带宽等参数 都要达到使用所设定的要求。 在 J-TEXT 装置中数据系统是其重要的组成部分，由数 据采集和数据服务组成。数据采集选用 PCI 总线采集卡， 当采集系统接收到采集信号以后，采集开始。 采集触发到 来后，采集系统获取从传感器送来的电压信号，通过 A/D 转换器转换成数字信号存入工控机的缓存3。实验数据采 集系统负责把实验各个系统的控制信号和诊断测量获得的 物理参量信号等转换为数字信号存储到磁盘里4。聚变实 验对数据采集要求较高，采集通道多，采集率复杂多样， 数据传输要求稳定可靠性高，需要储存和传输的数据量巨 大，数据大多都是数字信号，信号量大并且数字信号处理 复杂，对于信号的可靠性需要从各个方面来提高其可靠性， 于是在输出过程中加入一个数字隔离器环节实现对干扰的 屏蔽，使系统得到的信号更准确。 二 国内外现状 2.1 国内外的相关研究 现在对于隔离器的研究主要是一些生产厂家在进行， 而研究机构对于数字隔离器一般是基于某一个科研项目， 或者是基于某一个试验对于信号的要求。隔离器从原理上 一般分为三类：光电隔离器，电感式隔离器和电容隔离器。 这三类隔 离器应用广泛，各有优缺点。国外隔离器的研究主要 是大型的公司进行的，Avago 公司所研究的光耦合器可采用 独特的集成电路设计和厚绝缘层材料，在不影响隔离和绝 缘性能的条件下大幅度节省功耗，其 ACML 一 74x0 系列的 强劲绝缘性能通过 UL 认证 1 分钟 56 kVRMS(数字隔离器 的最高标准)，使现有设备可用于更高电压 或在高压环境 下实现更高的安全系数。在数据传输过程中，器件发射低 电流脉冲通过隔离屏障，即使在高数据率下也能够保持低 电磁干扰(EMI)。这种低 EMI 性能也使终端应用更易通过规 范测试。此系列隔离器包含一个四通道结构，并提供单向 或双向配置，从而节省 PCB 空间。ACML-74x0 的其他产品特 性：在 100 MBd 数据率中实现每通道 13 mA 的低功耗；宽 泛的操作温度：-40105 C；符合最大 32 ns 的低传播 延迟和最大 2 as 的低脉宽失真要求；传播延迟变化在通道 间最大为 4 ns，在器件间最大为 5 ns；33 V 和 5 V 电源 电压；最低 25 kVs 的高共模抑制能力 5；Silicon Labs 公司在 XX 年研制了 5kV 额定数字 隔离器，此种耦合器比光耦合器可靠性高很多，其 Si84xx 隔离器提供高于 25kV/s 的共模瞬变抗干扰能力(CMTI) 比光耦合器的 CMTI 性能提高 50% 100%，可提供高达 300V/m 的电场和高达 1000A/m 的电磁场抗干扰能力。ADI 公司研制的 iCoupler 隔离器是基于芯片尺寸变压器的磁耦 合器，是采用脉冲调制方式实现的数字隔离器件，隔离电 压高达 1kV,和光耦合器相比,具有优异的性能,每边的工作 电压 4.5 V 到 5.5 V,数据速率高达 10Mbps(NRZ),工作温度 高达 105 ,主要用在通用的单向多路数据隔离。 国内的一些学者对于数字隔离技术进行了一些研究。 例如天津大学 ADI 联合实验室对于基于 iCoupler 磁隔离技 术的数字隔离器即磁耦合隔离器进行了研究。他们所研究 的是磁耦合为主体的数字隔离器，取消了光电耦合器中影 响效率的光电转换环节，因此其功耗仅为光点耦合的 1/10 到 1/506。再者他们研究的 iCoupler 数字隔离器的隔离 通道具有比光电耦合器更高的数据传输速率，时序精度和 瞬态共模抑制能力。他们还考虑了低功耗的相关问题。但 是他们发现所设计的隔离器在磁场抗干扰方面有一定的局 限性。 电子科技大学的学者对巨磁电阻隔离器进行了研究。 长期以来，一直采用光隔离器来隔离干扰信号。但随着对 电子系统的要求越来越高，光隔离器体积大、速度慢、能 耗高的缺点也越来越明显。1988 年，MNBaibich 首先 在层 FeCr 金属多层膜中发现了巨磁电阻效应，此后，关 于巨磁电阻隔离究成果也是接踵而至，到 1991 年， BDieny 等人首先发现了“NiFecuNiFe/FeMn” 自旋 阀的低饱和场巨磁电阻效应，对于自旋阀巨磁电阻器件的 开发也是迅速展开，XX 年， 商用的巨磁电阻隔离器开始投 放市场， 具有许多传统光隔离器无法比拟的优点。巨磁电 阻隔离器的工作原理就是将输入电流流经一个线圈产生对 应的磁场，该磁场经过高绝缘的介电薄膜被巨磁电阻单元 检出，产生和输入电流成比例的输出，这就要求巨磁电阻 单元有大小合适的矫顽力和工作偏置点7。当然如果想要 得 到符合要求的巨磁电阻单元需要花费很大，而且还不 一定成功。 从已有的一些研究可以知道学者们已经提到了数字隔 离器的多种用途，以及数字隔离器的重要性，他们已经分 析过了数字隔离器的功率损耗的问题，并且对数字隔离器 的选材也给出了一定的分析，然而对于电路中的一个环节， 我们需要它对电路的影响越小越好，因此我们希望设计出 来的数字隔离器能够不产生任何的信号衰减，功耗，不占 用面积，无需价格，当然这样的器件是不存在的，于是我 们需要做的是进一步努力使得做出来的数字隔离器能够功 率损耗尽量的小，并且在我前面调研的文章看来，对于供 电电源带来的纹波干扰的问题解决的还不是很多，我需要 对其分析一下纹波干扰的问题，对于已有的数字隔离箱体 都有一定的体积规模，而箱体的体积规模主要还是由电路 原理图决定的，因而我还要努力在隔离器小型化方面下功 夫，尽可能的使 PCB 板设计得小一些。 三 研究路线 3.1 研究内容 在本课题整个研究过程中，我需要回顾并学习电力电 子技术的基础知识，熟悉并了解一下已有的和正在研究的 数字隔离器的电路原理图及其工作原理特性，由于是需要 工程实际使用的隔离器材，我还要分析解决由供电电源带 来的纹波干扰的问题拿出处理方法。任何的电气电子器材 都会有一定的功率损耗，因此降低数字隔离器的功率损耗 也是本研究必不可少的一个部分。对于一个需要拿出实体 的工程实际运用的箱体，还需要考虑它的空间占用问题以 及长期使用的可靠运行问题，解决这个问题就需要考虑电 路原理的优化实现隔离器的小型化。 3.2 研究路线 对于数字隔离器的设计研究，大致的研究路线如下： （1）对各方面相关设计方案进行调研，选择出理论上比较 合适的电路原理图；（2）选择一个原理符合，并且实际可 行的电路原理图；（3）选择并购买元器件，用所选的器材 搭建模型，进行初步的测试；（4）分析测试结果，研究供 电电源纹波干扰、功率损耗等等能否达到预期的标准，没 有达到则需要进行更好的解决方案的选择或者更改元器件； （5）确定符合要求以后，开始设计并要求厂家制作 PCB 板；（6）完成样品焊接，并进行测试；（7）解决样品 测试结果中发现的问题；（8）完成整体的焊接以及箱体成 型任务。 篇二：毕业设计开题报告 金 2 水电站施工组织设计 学 生： 指导老师： 水利与环境学院 1 工程概况 金 2 水电站位于云南省丽江市境内的金沙江中游河段 上，是金沙江中游河段规划的第五级电站。本工程采用坝 后厂房枢纽布置方案。枢纽建筑物主要由拦河坝、坝后式 引水发电系统、右岸溢洪道、冲砂泄洪底孔等永久建筑物 组成。 拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程 1424m，最 大坝高 158m，坝顶长度 640m。坝体上、下游面为变态混凝 土防渗层，中间部位为碾压混凝土。从左至右依次为混凝 土键槽坝段，左岸非溢流坝段，河床坝段，左岸冲沙底孔 坝段、电站进水口坝段、右岸泄洪（冲沙）底孔坝段，右 岸溢流坝段，右岸非溢流坝段。非溢流坝段坝顶宽度 12m。 本工程枢纽区坝址基岩裸露，其岩性以玄武岩为主， 中间夹有火山角砾熔岩和凝灰岩。岩体强风化带深度 6m20m，弱风化带深度 20m50m，河床冲积层厚 5.5m。 枯期河水面高程 1294m，水面宽 60m100m，水深约 10m。 河谷呈“V”型，为纵向单斜谷，两岸地形基本对称，山体 雄厚，地形陡峻。坝址处控制流域面积 23.74104km2，年 径流量 527108m3，多年平均流量 1670m3/s，多年平均降 雨量 954mm。洪水由暴雨形成，6 月至 10 月为汛期，11 月 至次年 5 月为枯水期，实测月平均最大流量 7120m3/s，实 测月平均最小流量 397m3/s。坝址处多年平均输沙量 3919104t，其中汛期输沙量占全年的 97.6%，多年平均含 沙量 0.74kg/m3。坝区属北亚热带边缘气侯，多年平均气温 12.6，绝对最高气温 32.3，绝对最低气温-10.3；多 年平均相对湿度 63%；风向多为南风，多年平均风速 3.5m/s。 2 本工程设计的目的和意义 通过本次设计，目的是让学生掌握导流设计的主要内 容、编制原则、方法等；巩固所学的基础理论知识和专业 知识，并能实际运用于设计、施工中，培养独立分析和解 决 问题的能力；明确工程建设任务，培养正确的设计思 想；