标签: 电子设备

在现代电子设备的设计与应用中，光电耦合器（简称光耦）作为重要的元器件，扮演着不可或缺的角色。无论是工业控制、智能家居，还是消费类电子产品，光耦的应用都随处可见。那么，为什么需要光耦呢？下面让我们从几个关键方面来解答。 连接具有不同接地电位的电路 在许多实际应用中，常常需要将不同接地电位的电路进行信号传输。例如，当需要在使用交流电源的电路与电话电路之间交换信号时，由于这两类电路的接地电位不同，直接连接会产生风险，甚至引发故障。在这种情况下，光耦可以有效隔离不同电位的电路，同时实现信号的稳定传输，避免接地回路问题。它成为了连接不同系统之间的“桥梁”，确保信号安全可靠地传输。 防止共模噪声的影响 在控制大负载设备如电机、螺线管时，这类设备常常会产生较大的共模噪声，这些噪声通过地线可能严重影响微处理器等处理微弱信号的设备。如果没有有效的隔离措施，微处理器可能会因为噪声干扰而出现误动作，导致系统不稳定，甚至损坏电路。 光耦的电气隔离功能在此时显得尤为重要。通过使用光耦，将控制电路与噪声源隔离开来，能够有效防止共模噪声对微处理器的影响，确保系统的稳定运行。 确保人身安全 安全始终是电子产品设计中的重中之重，尤其是对于由交流电源供电的家用电子设备。无论是家电、通信设备还是智能家居，产品设计必须确保使用者不会直接接触到危险的高压电源。为此，各国都制定了严格的安全标准。 光耦正是实现电气隔离的理想元件之一。它不仅能隔离高压与低压电路，还能够有效防止由于意外接触电源而导致的电击等安全事故。通过使用光耦，设计人员可以轻松满足各国的安全标准，保障用户的人身安全。

热敏电阻介绍 热敏电阻（ Thermistor ）是一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而变化，其体积随温度的变化比一般的固定电阻要大很多。组成热敏电阻的材料一般是陶瓷或聚合物，在有限的温度范围内能实现较高的精度，通常是 -90 ℃ ~130 ℃。和热敏电阻类似的有使用纯金属（ RTD ）制作的电阻温度计，适用于较大的温度范围。 假设温度和电阻的变化为线性，热敏电阻和温度之间有关系式： ∆ R=K ∆ T 其中， K 称为温度系数，热敏电阻根据温度系数 K 分为两类： K 为正值，电阻值随着温度的升高而增大，称为正温度系数热敏电阻（ PTC ）； K 为负值，电阻值随着温度的升高而减小，称为负温度系数热敏电阻（ NTC ）； 注意：对于热敏电阻而言， K 一般不是固定的值，温度和电阻值之间呈现非线性。而 RTD 温度和电阻值之间呈现线性。 由于实际条件下， ∆ R ，∆ T 是非线性的，所有很少用温度系数 K 来描述热敏电阻的性能，而是使用电阻温度系数来 aT 描述，定义如下： 这个公式反应电阻随温度的变化率，电阻温度系数越大，说明热敏电阻对温度越敏感，能感知到热量的变化越明显。 根据上述原理，热敏电阻主要有以下 6 种使用场合： 1. 过液面控制 2. 温度测量 3. 温度补偿 4. 温度限制 5. 温度保护 6. 过热保护 负温度系数（NTC）电阻 NTC 是 NegaTIve Temperature Coefficent 的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓 NTC 热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。 它是以锰（ Mn ）、钴（ Co ）、镍（ Ni ）、铝（ Al ）、锌（ Zn ）等两种或者两种以上高纯度金属氧化物为主要材料， 经共同沉淀或水热法合成的纳米粉体材料，后经球磨充分混合、静压成型、高温烧结、半导体切片、划片、玻封烧结或环氧包封等封结工艺制成的，接近理论密度结构的，半导体电子陶瓷材料。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。 它具有电阻值随着温度的变化而相应变化的特性。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。 NTC 热敏电阻器在室温下的变化范围在 100~1500000 欧姆，温度系数 -2%~-5% 。外观形状一般有引线型、片状型等，如下图所示。 根据前面的介绍， NTC 电阻的特性是温度系数 K 为负，即温度升高，电阻值减小。 由上面的曲线可知，如果知道 NTC 电阻的阻值，就能计算出当前的温度。计算方法如下 其中， T 是温度，单位为 K ， R0 是周围温度为 T0 (K) 时的电阻值， B 为常数。 B 常数随温度变化，反应了热敏电阻的电阻值变化倾向，通常称为材料 B 值。影响 B 值的因素有： 材料成分比例、烧结温度、烧结气氛和结构 下面以 MF52A 热敏电阻为例，来说明 B 常数， 从 MF52A 的手册中可以看出，在 25~50 ℃和 25~85 ℃两个不同的温度范围内， NTC 电阻的 B 值是不一样的。这就提醒在使用热敏电阻做温度传感器时，需要注意测温范围和 B 值的确定。 应用举例 具有负温度系数特征的热敏电阻具有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、成本低等特点， NTC 热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。 热敏电阻用于防浪涌 热敏电阻在开关电源输入电路中应用也比较多，主要是用来防止开机浪涌大电流对系统造成破坏。常温时，热敏电阻的阻值是 K Ω级，电源接通后，流过热敏电阻的电流产生热量，温度上升，阻值下降；电源稳定时，热敏电阻的阻值降为了几Ω甚至更低，因此，不会消耗太多的能量。 当然，如果连续快速的多次上下电， NTC 电阻也无法启到防浪涌的目的。 热敏电阻用于温度监测 锂离子电池的接口一般有三根线，分别为：正，负， NTC 。在锂电池内部搭载的 NTC 热敏电阻就是用来监控电池正常使用过程中以及充电时的温度。电池温度上升时， NTC 热敏电阻温度也会随之上升，从而电阻值会下降，当超过上限充电温度时，充电控制 IC 将会停止充电。如果设备要进行销售到国外的安规认证，有些文件中明确指出，锂电子组必须带有 NTC 温度监测才行。 总结 热敏电阻具有阻值和温度之间呈相关性的特点，广泛用于各种电子设备中。在使用热敏电阻时，需要考虑是选择 PTC 还是选择 NTC 。由于温度和阻值之前呈现非线性的特点，如果用在精确测温时，往往需要考虑到它自身的 B 值，以及线性拟合的方法。

对于电子设备来说，工作时都会产生一定的热量，从而使设备内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发出去，设备就会持续的升温，器件就会因过热而失效，电子设备的可靠性能就会下降。 因此，对电路板进行很好的散热处理是非常重要的。 PCB 电路板的散热是一个非常重要的环节，那么 PCB 电路板散热技巧是怎样的，下面我们一起来讨论下。 01 通过 PCB 板本身散热目前广泛应用的 PCB 板材是覆铜 / 环氧玻璃布基材或酚醛树脂玻璃布基材，还有少量使用的纸基覆铜板材。 这些基材虽然具有优良的电气性能和加工性能，但散热性差，作为高发热元件的散热途径，几乎不能指望由 PCB 本身树脂传导热量，而是从元件的表面向周围空气中散热。 但随着电子产品已进入到部件小型化、高密度安装、高发热化组装时代，若只靠表面积十分小的元件表面来散热是非常不够的。 同时由于 QFP 、 BGA 等表面安装元件的大量使用，元器件产生的热量大量地传给 PCB 板，因此，解决散热的最好方法是提高与发热元件直接接触的 PCB 自身的散热能力，通过 PCB 板传导出去或散发出去。 ▼加散热铜箔和采用大面积电源地铜箔 ▼热过孔 ▼ IC 背面露铜，减小铜皮与空气之间的热阻 PCB 布局 热敏感器件放置在冷风区。 温度检测器件放置在最热的位置。 同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列，发热量小或耐热性差的器件（如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等）放在冷却气流的最上流（入口处），发热量大或耐热性好的器件（如功率晶体管、大规模集成电路等）放在冷却气流最下游。 在水平方向上，大功率器件尽量靠近印制板边沿布置，以便缩短传热路径；在垂直方向上，大功率器件尽量靠近印制板上方布置，以便减少这些器件工作时对其他器件温度的影响。 设备内印制板的散热主要依靠空气流动，所以在设计时要研究空气流动路径，合理配置器件或印制电路板。 空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动，所以在印制电路板上配置器件时，要避免在某个区域留有较大的空域。整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题。 对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域（如设备的底部），千万不要将它放在发热器件的正上方，多个器件最好是在水平面上交错布局。 将功耗最高和发热最大的器件布置在散热最佳位置附近。不要将发热较高的器件放置在印制板的角落和四周边缘，除非在它的附近安排有散热装置。 在设计功率电阻时尽可能选择大一些的器件，且在调整印制板布局时使之有足够的散热空间。 元器件间距建议： 02 高发热器件加散热器、导热板当 PCB 中有少数器件发热量较大时 ( 少于 3 个 ) 时，可在发热器件上加散热器或导热管，当温度还不能降下来时，可采用带风扇的散热器，以增强散热效果。 当发热器件量较多时 ( 多于 3 个 ) ，可采用大的散热罩 ( 板 ) ，它是按 PCB 板上发热器件的位置和高低而定制的专用散热器或是在一个大的平板散热器上抠出不同的元件高低位置。将散热罩整体扣在元件面上，与每个元件接触而散热。 但由于元器件装焊时高低一致性差，散热效果并不好。通常在元器件面上加柔软的热相变导热垫来改善散热效果。 03 对于采用自由对流空气冷却的设备，最好是将集成电路 ( 或其他器件 ) 按纵长方式排列，或按横长方式排列。 04 采用合理的走线设计实现散热由于板材中的树脂导热性差，而铜箔线路和孔是热的良导体，因此提高铜箔剩余率和增加导热孔是散热的主要手段。评价 PCB 的散热能力，就需要对由导热系数不同的各种材料构成的复合材料一一 PCB 用绝缘基板的等效导热系数 ( 九 eq) 进行计算。 05 同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列，发热量小或耐热性差的器件 ( 如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等 ) 放在冷却气流的最上流 ( 入口处 ) ，发热量大或耐热性好的器件 ( 如功率晶体管、大规模集成电路等 ) 放在冷却气流最下游。 06 在水平方向上，大功率器件尽量靠近印制板边沿布置，以便缩短传热路径 ; 在垂直方向上，大功率器件尽量靠近印制板上方布置，以便减少这些器件工作时对其他器件温度的影响。 07 设备内印制板的散热主要依靠空气流动，所以在设计时要研究空气流动路径，合理配置器件或印制电路板。 空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动，所以在印制电路板上配置器件时，要避免在某个区域留有较大的空域。 整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题。 08 对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域 ( 如设备的底部 ) ，千万不要将它放在发热器件的正上方，多个器件最好是在水平面上交错布局。 09 将功耗最高和发热最大的器件布置在散热最佳位置附近。不要将发热较高的器件放置在印制板的角落和四周边缘，除非在它的附近安排有散热装置。在设计功率电阻时尽可能选择大一些的器件，且在调整印制板布局时使之有足够的散热空间。 10 避免 PCB 上热点的集中，尽可能地将功率均匀地分布在 PCB 板上，保持 PCB 表面温度性能的均匀和一致。 往往设计过程中要达到严格的均匀分布是较为困难的，但一定要避免功率密度太高的区域，以免出现过热点影响整个电路的正常工作。 如果有条件的话，进行印制电路的热效能分析是很有必要的，如现在一些专业 PCB 设计软件中增加的热效能指标分析软件模块，就可以帮助设计人员优化电路设计。 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。

  科技的发展，让生活越来越方便。方便的程度，经常超乎我们的相像。   就拿机票来举例，最初，我们需要拿到一个硬纸片，才能去机场，那是很麻烦的； 后来，实行电子客票了，只需要带着身份证就可以去机场了，在柜台换取登机牌即可；再后来，发现在柜台换登机牌速度很慢，机场又有了机器可以自助值机；再后 来，又发展到可以在网上值机，自己打印出来即可直接登机。   最近，更方便的事来了，实现了完全电子化登机，再也不需要纸质的东东了，拿着 你的手机和身份证就可以了。怎么操作呢？先登录航空公司的手机客户端，办理乘机，选好座位之后，下载二维码图片到手机里，到了机场之后，直接可去安检，安 检时出示这个二维码图片即可，当然，还需要身份证。（下图就是我今晚的登机二维码）       只可惜，目前貌似只有首都机场才可以，上海都不行，但相信可以很快推广开来。   有高兴的事儿，就有郁闷的事儿。   几天前，在去杭州的航班上，后排两人在聊天，其中一人说：“终于要离开这个又干燥又污浊的地方了，这几天难受坏了。”另一人立马附和：“是啊，这个鬼地方，以后能不来尽量不来了。”挺到这段对话很郁闷，我就生活在这个鬼地方，这个地方叫做——北京。   当然，挺到这样的对话只是个小郁闷。经常坐飞机的朋友估计都有相同的感受，在飞机上最郁闷的事儿就是听到那段提示语。更郁闷的是，这段提示语你每次飞行都必须会听到，而且每次飞行都要听两遍。   这就是在起飞和降落前提示你关掉所有电子设备，即使是设为飞行模式都不行。比 如最近一次的飞行，我正在修改演讲的PPT，就差最后三四页了，提醒我必须马上关掉电脑。对于刘兴亮这样有强迫症的人来说，做事只剩下个小小的尾巴时，那 份痛苦难以形容。当时我恶狠狠的看了下手表，落地后再看了手表，竟然提前40分钟就让我关机了，惯例是提前半小时通知。要知道，再给我10分钟，PPT就 搞定了。   随着可穿戴设备的流行，新的问题来了。比如此刻我手上戴着的这块智能手表，它可以上网，可以接电话发短信，可以听音乐，每次航班上提醒关掉所有电子设备时，我就在开始纠结，我的这块表，到底关，还是不关？   纠结归纠结，每次都还是没关。安全检查的机组人员，也从来没有提示过我要把手表关掉。   本月初，从丽江返回北京的航班上，看到了《参考消息》的一篇报道，这篇文章顿时让我觉得这份报纸也有可爱的地方，于是立马拿iPad拍了张图片，见下图。       美国联邦航空局（FAA）宣布，美国航空公司将允许乘客在飞行全程使用电子设备阅读电子书、观看视频或玩游戏，但打电话仍在被禁止之列。   美国联邦航空局当天发表声明说，经过由航空公司、飞机制造商、移动通信行业、 乘客、飞行员等方面代表组成的一个专家小组的研究与论证，大多数商务飞机能够抵抗一些电子设备发出的无线电波的干扰，这些电子设备包括平板电脑、电子阅读 器与智能手机等，但航空公司在执行新规前，必须证明它们运营的飞机不会因乘客使用电子设备而存在危险。声明同时表示，乘客在使用电子设备时，必须调到“飞 行模式”。   针对FAA的这一最新报告，日本国土交通相太田昭宏昨日接受采访时表示“将对这一想法进行研究”，探讨放宽限制是否适用于日本的航空公司。    

　　　　　　　 电子设备系统可靠性设计 【主办单位】 智通培训资讯 http://www.ways.org.cn ） 【咨询热线】 0755-26506757 86183357 13798472936 李先生 彭小姐 【报名邮箱】martin-lee@163.com 【培训对象】本课程适于技术管理、设计开发、系统设计与测试、产品工程等岗位，包括总经理，研发总监，总工程师，技术总监，产品经理，研发经理，质量经理，产品开发工程师，质量工程师等 报名方式:电话或是邮件索取报名表→回传报名表→发出参会通知→转账交费 课程背景： 随着电子产品的体积与重量日益缩小，技术含量不断扩大，智能化程度成倍提高，对电子产品可靠性的要求已成为衡量其质量最重要的技术指标之一。可靠性不仅在国防、航天、航空等尖端技术领域倍受关注，在工业、民用电子等领域也同样得到重视。国际领先企业非常重视产品的可靠性，并将产品的可靠性贯穿于整个产品的设计、研发、和生产全过程，以确保产品质量。与发达国家相比，目前我国电子产品的可靠性亟待提高。 为帮助广大电子企业的技术和管理人员更好地开展可靠性管理工作，掌握可靠性技术，智通培训资讯决定组织具有航空、航天、兵器、大型制造企业方面经验的专家开展关于“电子设备系统可靠性设计”高级研修班，以帮助解决如何快速积累设计经验、及在样机研发阶段如何发现潜在隐患的难题。 课程特点： l授课内容包括了系统可靠性设计、电路可靠性设计规范、可靠性测试、元器件选型与失效分析的成功经验和案例，授课为模板演示讲解、案例讨论和反串教学方式。 2授课专家具有多年军工技术+电子制造行业技术双重经验，课程内容和授课方法着重于企业实践技术和学员的消化吸收效果。 3课程本着“从实践中来，到实践中去，用实践所检验”的思想，面向设计生产实际，针对具体问题，充分结合同类公司现状，提炼出经过验证的军工和民用产品的可靠性设计实用方法，帮助客户低成本实现产品可靠性提升。 课程提纲： 第一章：电子可靠性设计原则 1.1 RAMS定义与评价指标； 1.2 电子系统可靠性影响要素分析； 1.3 系统失效率的影响要素； 1.4 电子产品可靠性指标； 1.5 工作环境条件的确定； 1.6 系统设计与微观设计的区别； 1.7 过程审查与测试； 1.8 设计规范与技术标准； 第二章：电路可靠性设计规范 2.1 降额设计：各种器件的降额参数和降额因子、结温降额的计算、降额设计规范、参考标准； 2.2 电路热设计规范：热设计基础、热设计计算、散热方案选择、热设计测试、散热器件选型； 2.3 电路安全性设计规范：安全标记标识、随机文件要求、环境条件要求及防护、电击危险机械危险防护等110项 2.4 电路板EMC设计规范：结构防护、外部接口电路和防护、接地、电路原理图和PCB布线布局设计、接插件和电缆、EMC防护器件特性及选型 2.5 PCB设计规范：电路基板设计规范、PCB布局设计规范、布线规范、阻抗匹配、模拟电路设计、PCB设计中地的分割方法和原则； 2.6 可用性设计规范：可用性设计要素、用户操作分析、设计准则； 2.7 可维修性设计规范：可维修性设计要素、可维修性评估标准、设计方法； 2.8 嵌入式软件可靠性设计规范：计算机系统设计要求、硬件设计要求、需求分析危险分析、冗余设计方法、软硬件接口设计技术、健壮性设计要点、数据要求、防错程序设计、编程规范、软件配置管理 第三章：元器件选型与失效机理分析 3.1 电子元器件的选型基本原则； 3.2 器件分类/特性/选型及应用注意事项（电阻、电容、二极管、接插件、晶振、电控光学器件、AD/DA、电控机械动作器件、能量转换器件、数字IC、保护器件） 3.3 常见元器件失效机理； 4.2分析工具与分析方法； 第四章：可靠性测试 5.1 标准符合性测试； 5.2 边缘极限条件测试； 5.3 容错性测试； 5.4 HALT； 5.5 破坏性试验； 5.6隐含条件测试； 5.7接口条件测试； 师资介绍： 武老师 电子工程硕士，研究领域：电子产品系统可靠性技术。曾任航天二院总体设计所主任设计师、高级项目经理，机电制造企业研发总监、事业部总监，北京市级优秀青年工程师，科协委员。有电子产品、军工、通信等专业方向的设计、测评和技术管理经历，对产品系统设计、可靠性设计、技术管理有较深入研究，曾在学术会议及多家技术刊物发表专业文章。曾为比亚迪、中电30所、29所、松下电工、北京华峰测控、北京航天长峰、普析通用仪器、航天二院、航天五院、深圳普博、伯特利阀门集团、北控高科、南车四方股份等企业提供专业技术和技术管理辅导、培训和咨询。曾作为核心团队成员经历一个企业由零到几个亿、研发团队由几个人到近二百人的发展过程，深谙企业发展过程的产品可靠性问题和解决方法。