基于元器件參數(shù)的電容器選型工具設計研究

陳泫文，丁春光，葛智君，沈佳塔，梁安健

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所,廣東 廣州 510610）

0 引言

當前社會處于大數(shù)據(jù)時代,信息化技術的發(fā)展不斷地優(yōu)化著電子元器件的數(shù)據(jù)管理。隨著電子元器件產(chǎn)品種類的月益增多,為了便捷、快速、有效、精準地從眾多的電子元器件中篩選出符合需求的產(chǎn)品,需要借助計算機和軟件技術,通過信息化手段研究開發(fā)選型工具,結合實際的應用情況實現(xiàn)電子元器件的產(chǎn)品選型。

電子元器件產(chǎn)品的質量與可靠性直接關系到裝備的技術性能、研制進程和作戰(zhàn)能力[1],電容器的選擇同樣關乎設備性能的效用性。電容器產(chǎn)品選型一方面指的是根據(jù)整機裝備的設計需要,從眾多的符合條件的電子元器件產(chǎn)品中選擇最適合的產(chǎn)品,以力求達到整機裝備的最高性能和安全穩(wěn)定；另一方面也指從眾多的同類元器件產(chǎn)品中,選擇和查找能夠符合用戶需要的具體元器件產(chǎn)品。本文研究的選型側重于滿足用戶的具體需求。

電容器屬于電子元器件的一種,它是由兩塊平行金屬極板中間隔一絕緣體組成的[2]。根據(jù)GJB 8118-2013《軍用電子元器件分類與代碼》[3]中對軍用電子元器件的分類,電容器屬于第一層類目,其代碼為5910,在電容器這一分類下,包括固定電容器、可變電容器、電容網(wǎng)絡和其他電容器；而且這4類電容器還可以進一步地細分,如圖1所示。

圖1 軍用電子元器件中電容器的分類

1 選型方法研究

1.1 參數(shù)的選取

電容器的特征是儲存電荷 （即電場能量）,其在電力系統(tǒng)中是提高功率因數(shù)的重要器件,在電子電路中是獲得振蕩、濾波、相移、旁路和耦合等作用的主要元件。電容器的產(chǎn)品信息和性能參數(shù)[4]通常包括產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品分類、產(chǎn)品型號、產(chǎn)品用途、產(chǎn)品特點、介質耐壓、絕緣電阻、損耗角正切、漏電流、工作溫度范圍、執(zhí)行標準、質量等級、產(chǎn)品型號、封裝形式、外形尺寸、電容溫度系數(shù)、額定工作電壓、標稱電容量和容量允許偏差,以及引出端等。

通過對電容器的功能和性能進行分析,并結合用戶的實際需求,確定電容器的核心參數(shù)主要有標稱電容量、質量等級、封裝形式、外形尺寸、額定工作電壓、容量偏差或精度、溫度特性或系數(shù)和引出端。

a）標稱電容量

電容器的容值,一般會標注在電容器的外殼上。電容器容量的標注方法[5]有直接標注法、數(shù)字符號法、數(shù)碼標注法和色環(huán)標注法。直接標注法直接將電容器的容量值標注出來；數(shù)字符號法是將數(shù)字和單位符號按一定的規(guī)則進行標注；數(shù)碼標注法使用3個數(shù)字來表示電容器的容量,前兩個數(shù)字表示有效值,后一個數(shù)字表示有效數(shù)字后面0的個數(shù),如遇小數(shù)則用R代表小數(shù)點；色環(huán)標注法使用3種顏色圈表示電容量的大小 （在國內不常見）。

b）質量等級

電容器在制造、檢驗和篩選過程中有質量的控制等級,質量等級不同,可靠性水平也不同。通常,質量等級越高,電容器的可靠性水平也越高。在我國,一般有國軍標、企軍標和工業(yè)級等通用控制等級,還有航天一院、航天五院和航天八院等單位的專用控制等級。

c）封裝形式及外形尺寸

電容器可以用外形代碼,以及相應的長、寬、高數(shù)值進行描述。封裝外形通常與執(zhí)行標準有關。

d）額定工作電壓

電容器的額定工作電壓是指電容器在電路中長期可靠地工作所允許加的最高直流電壓,其單位通常是V。

e）容量允許偏差

即允許誤差,是指電容器的標稱容量與實際容量之間存在的差額值。

f）電容溫度系數(shù)

在給定的溫度間隔內,溫度每變化1℃,電容的變化數(shù)值與該溫度下的標稱電容量的比值。

g）引出端

包括電容器的端子引出形式和電極材料,引出形式有內彎、外彎和插裝等；電極材料有錫、鎳和合金等。

對設計師或者采購人員而言,他們一般會重點關注電容器的這些核心參數(shù),所以這些參數(shù)的選取對于電容器產(chǎn)品的選型具有重要的意義,同樣地,這些參數(shù)的選擇可以進一步地滿足用戶的需求。

1.2 選型方法

基于元器件參數(shù)的電容器選型方法,是以電容器核心參數(shù)為切入點進行產(chǎn)品的選型,選型參數(shù)之前相互影響和變化。電容器產(chǎn)品選型方法設計如圖2所示。

圖2 選型方法流程

選型步驟的操作描述如下。

a）如果用戶需要根據(jù)電容器的核心參數(shù)進行產(chǎn)品選型,則進入步驟b）；否則,直接進入步驟e）。

b）選擇參數(shù)類型和具體的參數(shù)值。

c）根據(jù)用戶的選擇自動更新已選的和未選的參數(shù)類型的具體參數(shù)值候選范圍。

d）如果用戶需要繼續(xù)選擇其他類型參數(shù)的參數(shù)值或者需要對已選的參數(shù)進行調整,則重復執(zhí)行步驟b）；否則進入步驟e）。

e）根據(jù)用戶已選的產(chǎn)品參數(shù)值搜索查找符合條件的產(chǎn)品信息 （如果用戶沒有選擇任何類型參數(shù)的參數(shù)值,視為默認選型,即所有的選型參數(shù)值為空,搜索查找和顯示所有的產(chǎn)品）,顯示結果產(chǎn)品列表。

f）用戶根據(jù)產(chǎn)品列表的條目可以選擇查看具體的產(chǎn)品詳細內容。

g）選型過程結束。

2 選型工具設計

2.1 數(shù)據(jù)關系設計

數(shù)據(jù)庫不僅可以用于對電容器產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存儲與維護管理,同時也可以為用戶進行電容器的參數(shù)選型提供支撐。對電容器產(chǎn)品數(shù)據(jù)關系的分析設計,能夠很好地幫助建立電容器產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫。

通過分析電容器產(chǎn)品的參數(shù)信息,提取共性參數(shù),并考慮到電容器存在容值區(qū)間范圍的情況,所以電容器產(chǎn)品數(shù)據(jù)關系設計如圖3所示。

圖3 電容器產(chǎn)品數(shù)據(jù)關系

對于電容器產(chǎn)品基本信息,產(chǎn)品分類通常位于最底層,是產(chǎn)品信息的基礎；而建立在產(chǎn)品分類信息之上的是電容器的型號或系列信息,一般來說,同一種型號或系列往往擁有多個相同的產(chǎn)品信息內容,比如產(chǎn)品用途、生產(chǎn)廠家和備注等。

對于電容器性能參數(shù)信息而言,將質量等級、電容溫度系數(shù)、額定工作電壓、引出端、容量點值和容量允許偏差等參數(shù)作為電容器的基礎參數(shù),即作為字典庫數(shù)據(jù)單獨維護；封裝形式及外形尺寸參數(shù)與執(zhí)行標準有關,不同執(zhí)行標準的封裝形式代碼和長寬高值不一樣,所以封裝形式及外形尺寸參數(shù)作為特殊的基礎數(shù)據(jù)單獨維護,并且執(zhí)行標準也作為特殊的基礎數(shù)據(jù)單獨維護,便于與封裝形式及外形尺寸數(shù)據(jù)關聯(lián)。在電容器基礎參數(shù)之上維護電容器產(chǎn)品的數(shù)據(jù)規(guī)則信息。電容器產(chǎn)品的數(shù)據(jù)規(guī)則,是指電容器產(chǎn)品數(shù)據(jù)根據(jù)容量值區(qū)間范圍、不同引出端或者容量允許偏差的不同而形成的數(shù)據(jù)集合,在這個集合中,產(chǎn)品的參數(shù)值可能不是精確和唯一的,例如:產(chǎn)品數(shù)據(jù)規(guī)則中沒有具體的容值,容值參數(shù)提供的是容值區(qū)間范圍。

最后,通過將電容器的共性數(shù)據(jù)與個性數(shù)據(jù)組合,同時根據(jù)排列組合規(guī)則和不同系列容值展開規(guī)則 （電容器一般采用E12系列、E6系列或者E24系列等）展開電容器產(chǎn)品的具體信息和參數(shù)值,從而得到電容器產(chǎn)品的詳細參數(shù)信息。例如:根據(jù)容量值區(qū)間范圍和不同系列的容值展開規(guī)則來確定某個產(chǎn)品數(shù)據(jù)規(guī)則下電容器產(chǎn)品的具體容量值。

通過以上對電容器產(chǎn)品數(shù)據(jù)關系的分析,結合數(shù)據(jù)庫設計原則設計數(shù)據(jù)庫表結構并確定表之間的關聯(lián)關系。

2.2 軟件架構設計

電容器選型工具是集數(shù)據(jù)維護管理和參數(shù)選型等核心功能于一體的信息系統(tǒng),對選型工具的軟件架構以面向對象的思想為指導,采用基于MVC設計模式[6]進行設計。另一方面,考慮到當前社會處于移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的時代,根據(jù)移動設備操作系統(tǒng)的普及率情況、不同用戶的習慣、實際應用場景和部分環(huán)境限制,整套選型工具包括:PC端的B/S與C/S版本、移動端的Android、iOS版本和移動觸屏網(wǎng)頁版本。

選型工具的軟件架構如圖4所示。選型工具的軟件架構設計為3層,即:支撐結構層、算法邏輯層和應用表現(xiàn)層。

支撐結構層是選型工具架構的最底層,主要包括數(shù)據(jù)庫服務器建立數(shù)據(jù)庫并存儲維護產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息,還包括相關的硬件設施設備、網(wǎng)絡部署環(huán)境、數(shù)據(jù)的安全防護和數(shù)據(jù)容災備份處理等。支撐結構層是支撐選型工具的基礎。

圖4 選型工具架構

算法邏輯層是選型工具的算法核心部分,主要有服務器程序,其中包括對產(chǎn)品數(shù)據(jù)封裝、解析和傳輸?shù)奶幚?選型算法和功能模塊的具體實現(xiàn),數(shù)據(jù)存儲與提取的通道和接口,對系統(tǒng)的訪問控制處理,數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用芘c解密處理,服務器分布式部署以及訪問負載均衡處理。

應用表現(xiàn)層是最上層,直接面向用戶,其中包含選型和管理兩大類系統(tǒng),包括有B/S、C/S、Android、iOS和觸屏網(wǎng)頁等不同形式。B/S端運行在計算機上,通過網(wǎng)頁瀏覽器進行訪問操作；C/S端運行在計算機上,通過客戶端軟件進行操作；Android端是運行在安卓移動操作系統(tǒng)上的客戶端APP軟件；iOS端是運行在蘋果移動操作系統(tǒng)上的客戶端APP軟件；觸屏網(wǎng)頁端是為適應移動設備瀏覽器的訪問提供相應的界面。同時,為了保證在特殊內部環(huán)境下正常使用選型工具進行電容器的選型,選型系統(tǒng)還分為互聯(lián)網(wǎng)和單機兩種版本。

根據(jù)以上選型工具的軟件架構設計,結合業(yè)務關系,并考慮實際情況,采用相應的計算機軟件工具和編程語言對選型工具系統(tǒng)進行開發(fā)實現(xiàn)。

3 結束語

電子元器件的選型工具既是元器件研制生產(chǎn)單位提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理信息化的手段,也是提供給客戶單位的產(chǎn)品宣傳平臺和電子產(chǎn)品手冊,同時還是促進電子元器件可靠性管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)一標準化的一個有效途徑。本文從元器件參數(shù)的角度,研究了基于元器件參數(shù)的電容器選型方法,設計了電容器產(chǎn)品信息和性能參數(shù)維護管理的數(shù)據(jù)關系,并對電容器選型工具系統(tǒng)的軟件架構進行了分析設計。本文所提出的方法能夠準確、有效地選擇出符合用戶需求的電容器產(chǎn)品。

[1]潘勇,黃進永,胡寧.可靠性概論 [M].北京:電子工業(yè)出版社,2015.

[2]吳立新.實用電子技術手冊 [M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.

[3]中華人民共和國總裝備部.軍用電子元器件分類與代碼:GJB 8118-2013[S].北京:總裝備部軍標出版發(fā)行部,2013.

[4]陳思維.電容器的應用與篩選 [J].科技傳播,2012（6）:156； 174.

[5]譚敏強.對電容器電容標注法的補充 [J].物理教學,2010,32 （12）:28.

[6]任中方,張華,閆明松,等.MVC模式研究的綜述 [J].計算機應用研究, 2004,21（10）:1-4.