基于可靠性仿真技術的電路設計分析

宋月麗，劉立軍（遼寧機電職業技術學院，遼寧丹東，118009）

基于可靠性仿真技術的電路設計分析

宋月麗，劉立軍
（遼寧機電職業技術學院，遼寧丹東，118009）

隨著現代教育改革的深化推進，社會對于人才的需求更強調實踐性，這給《數字電子技術》課程的發展提出了新的發展要求，其內含的電路設計是課改的關鍵，針對此，本文將以新課內容及教學實踐需求為研究基點，利用可靠性仿真技術進行電路設計，由此在電路制作之前將通過仿真軟件將電路結構及元器件參數調整至最佳狀態，以為實踐教學提供有效支撐。

可靠性仿真技術；課改要求；任務驅動；電路設計

1 基于可靠性仿真技術的電路設計需求分析

基于可靠性仿真技術的電路設計主要是以虛擬儀器設備替代現實電子元器件，從而為電子電路的實踐教學提供有效支撐，從而更好了踐行“理實一體化”的教學理念，促進學生實踐技能的提升，促使課程回歸教學的本質。

1.1 實踐性教學開展的內在需求

基于可靠性仿真技術的電路設計，學生可以參與擬訂設計方案、仿真模擬等環節，從電路的設計方案、仿真模擬等環節，能夠將晦澀難懂的理論知識與實踐知識相結合，幫助學生提升實踐技能。

1.2 實現層次化和差異化教學的必然選擇

關涉電路設計的技術型教學內容涉及的元器件較為繁雜，且不同元器件性能、參數、封裝形式、價格、功耗等存在較大區別，在教學過程中需要反復的實驗、測試，這增加了設備投資成本，而且因為學生個性化差異，學習、接受能力各不相同，加之電子元器件復雜程度的不同，應該據此分層次設定目標，以貼近生活、學生所喜愛的教學內容，以“任務驅動”的形式引導學生進入知識和技能的學習，但這勢必增加電子元器件的投入，而仿真模擬電路的設計可以利用仿真軟件呈現電子電路的操作面板和功能，并通過交互式操作完成相應測試任務，不僅滿足了教學需求，而且控制了教學成本。

2 基于可靠性仿真技術的電路設計方案

2.1 電路設計的整體流程

可靠性仿真技術可以檢驗電路存在的故障并發現設計的薄弱環節，從而有針對性的進行改進，為了遵循由簡入繁的原則，以有效調動學生學習熱情和積極性，本文以典型電路電源模塊設計為例，設計過程中首先應該進行可靠性仿真實驗，其具體的流程如圖1所示。

圖1 基于電路設計的流程

2.2 電路設計的具體步驟

2.2.1 設計信息采集

為了實現電源電路的優化設計，應詳細搜集其應用環境和使用方法等信息，具體包含所采用的元器件、原材料特性（技術指標、尺寸、裝量及封裝形式）及數量。

2.2.2 數字樣機建模

電路設計中數字樣機建模須采用專業軟件實現，但因為學生學習、接受能力存在差異，應該目標層次，將設計過程進行分解，并以“任務驅動”的形式，將不同設計知識分配到各個任務之中，讓學生通過分步設計完成理論知識的實踐應用，由此才能確保電路設計學習的效果，通常存在熱設計信息和振動設計信息兩類建模方式，具體的建模步驟為：

首先根據將所獲取的電路信息進行簡化，完成CAD數字樣機模型的構建，并依據熱設計信息建立CFD數字樣機模型，而后依據振動設計信息建立FEA數字樣機模型。

其次，為確保CFD數字樣機與物理樣機的一致性，須對其進行修正與驗證，利用對電源模塊工作狀態熱測量的方式，獲取其關鍵元器件點溫度測試數據，并根據所得結果修正電源模塊CFD數字樣機的邊界條件、期間參數，由此實現對CFD數字樣機的修正。

再次，同理，也須采用相同的方法對FED數字樣機進行修正，且測試過程中，應該在約束條件下對電源模塊重點部位，關鍵元器件進行模態分析，并依據結果完成修正。

2.2.3 應力分析

溫度應力分析選用Mentor Graphics 公司的FloTherMV90分析計算電源模塊CFD數字樣機模型，經過分析可知，電源模塊設計中如元器件排布不合理，則會導致電路設計存在熱分布過度集中的缺陷。分析中，平臺環境溫度70℃設定為第一參考溫度條件，電源模塊表層軍溫度72℃設為第二參考溫度條件，經過分析，為電源模塊所在分級提供5V工作電源的功率器區域，是熱分布較集中的部位，需要修正電路設計方案。而對于振動應力分析，則選用ANSYS公司的ANSYS Workbench12.1分析計算電源模塊FEA數字樣機模型，分析結果顯示，電源模塊中元器件數量和重量排布、安裝方式設計不合理，使得電源模塊產生局部共振的設計問題，應該據此進行及時修正，以優化電路設計。

3 結束語

本文將可靠性仿真技術引入電路設計之中，將電路細化分類，并根據學生個體差異由簡入繁、逐步引導，實現了教學目標的分層實現，也將培養學生的實踐技能真正落實到實處。

[1]王朝新,任斌,陳潔,董緒. 基于虛擬實驗平臺的模擬電子技術課程設計開發與仿真[J].電子設計工程,2012,14:44-47. [2]吳維艷.虛擬仿真技術在職高電子元器件與電路基礎教學中的實踐應用[J].職業教育(中旬刊),2015,05:18-21.

[3]楊烈君,吳玉芹.虛擬仿真技術在電子類實驗課程項目教學中的應用[J].寧德師范學院學報(自然科學版),2016,04:444-448.

Analysis of circuit design based on Reliability Simulation Technology

Song Yueli，Liu Lijun
（Liaoning mechatronics college，Dandong Liaoning,118009）

With the deepening development of modern education reform, the social demand for talent more emphasizes on practice, it puts forward new requirements for the “digital electronic technology” course, its circuit design is the key of curriculum reform, base on this, this paper takes teaching content and practice requirements as the focus, use reliability simulation technology to design circuit, so as to make circuit structure and component parameters are adjusted to the best state, provide effective support for practice teaching.

reliability simulation technology; curriculum reform requirements; task driven; circuit design

全國職業院校電子信息類專業教研課題立項項目：課程改革與教學資源建設研究--《數字電子技術課程改革》，項目編號：GXH2016-82。