基于元器件参数的电容器选型工具设计研究

陈泫文，丁春光，葛智君，沈佳塔，梁安健

（工业和信息化部电子第五研究所,广东 广州 510610）

0 引言

当前社会处于大数据时代,信息化技术的发展不断地优化着电子元器件的数据管理。随着电子元器件产品种类的月益增多,为了便捷、快速、有效、精准地从众多的电子元器件中筛选出符合需求的产品,需要借助计算机和软件技术,通过信息化手段研究开发选型工具,结合实际的应用情况实现电子元器件的产品选型。

电子元器件产品的质量与可靠性直接关系到装备的技术性能、研制进程和作战能力[1],电容器的选择同样关乎设备性能的效用性。电容器产品选型一方面指的是根据整机装备的设计需要,从众多的符合条件的电子元器件产品中选择最适合的产品,以力求达到整机装备的最高性能和安全稳定；另一方面也指从众多的同类元器件产品中,选择和查找能够符合用户需要的具体元器件产品。本文研究的选型侧重于满足用户的具体需求。

电容器属于电子元器件的一种,它是由两块平行金属极板中间隔一绝缘体组成的[2]。根据GJB 8118-2013《军用电子元器件分类与代码》[3]中对军用电子元器件的分类,电容器属于第一层类目,其代码为5910,在电容器这一分类下,包括固定电容器、可变电容器、电容网络和其他电容器；而且这4类电容器还可以进一步地细分,如图1所示。

图1 军用电子元器件中电容器的分类

1 选型方法研究

1.1 参数的选取

电容器的特征是储存电荷 （即电场能量）,其在电力系统中是提高功率因数的重要器件,在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路和耦合等作用的主要元件。电容器的产品信息和性能参数[4]通常包括产品名称、产品分类、产品型号、产品用途、产品特点、介质耐压、绝缘电阻、损耗角正切、漏电流、工作温度范围、执行标准、质量等级、产品型号、封装形式、外形尺寸、电容温度系数、额定工作电压、标称电容量和容量允许偏差,以及引出端等。

通过对电容器的功能和性能进行分析,并结合用户的实际需求,确定电容器的核心参数主要有标称电容量、质量等级、封装形式、外形尺寸、额定工作电压、容量偏差或精度、温度特性或系数和引出端。

a）标称电容量

电容器的容值,一般会标注在电容器的外壳上。电容器容量的标注方法[5]有直接标注法、数字符号法、数码标注法和色环标注法。直接标注法直接将电容器的容量值标注出来；数字符号法是将数字和单位符号按一定的规则进行标注；数码标注法使用3个数字来表示电容器的容量,前两个数字表示有效值,后一个数字表示有效数字后面0的个数,如遇小数则用R代表小数点；色环标注法使用3种颜色圈表示电容量的大小 （在国内不常见）。

b）质量等级

电容器在制造、检验和筛选过程中有质量的控制等级,质量等级不同,可靠性水平也不同。通常,质量等级越高,电容器的可靠性水平也越高。在我国,一般有国军标、企军标和工业级等通用控制等级,还有航天一院、航天五院和航天八院等单位的专用控制等级。

c）封装形式及外形尺寸

电容器可以用外形代码,以及相应的长、宽、高数值进行描述。封装外形通常与执行标准有关。

d）额定工作电压

电容器的额定工作电压是指电容器在电路中长期可靠地工作所允许加的最高直流电压,其单位通常是V。

e）容量允许偏差

即允许误差,是指电容器的标称容量与实际容量之间存在的差额值。

f）电容温度系数

在给定的温度间隔内,温度每变化1℃,电容的变化数值与该温度下的标称电容量的比值。

g）引出端

包括电容器的端子引出形式和电极材料,引出形式有内弯、外弯和插装等；电极材料有锡、镍和合金等。

对设计师或者采购人员而言,他们一般会重点关注电容器的这些核心参数,所以这些参数的选取对于电容器产品的选型具有重要的意义,同样地,这些参数的选择可以进一步地满足用户的需求。

1.2 选型方法

基于元器件参数的电容器选型方法,是以电容器核心参数为切入点进行产品的选型,选型参数之前相互影响和变化。电容器产品选型方法设计如图2所示。

图2 选型方法流程

选型步骤的操作描述如下。

a）如果用户需要根据电容器的核心参数进行产品选型,则进入步骤b）；否则,直接进入步骤e）。

b）选择参数类型和具体的参数值。

c）根据用户的选择自动更新已选的和未选的参数类型的具体参数值候选范围。

d）如果用户需要继续选择其他类型参数的参数值或者需要对已选的参数进行调整,则重复执行步骤b）；否则进入步骤e）。

e）根据用户已选的产品参数值搜索查找符合条件的产品信息 （如果用户没有选择任何类型参数的参数值,视为默认选型,即所有的选型参数值为空,搜索查找和显示所有的产品）,显示结果产品列表。

f）用户根据产品列表的条目可以选择查看具体的产品详细内容。

g）选型过程结束。

2 选型工具设计

2.1 数据关系设计

数据库不仅可以用于对电容器产品数据的存储与维护管理,同时也可以为用户进行电容器的参数选型提供支撑。对电容器产品数据关系的分析设计,能够很好地帮助建立电容器产品的数据库。

通过分析电容器产品的参数信息,提取共性参数,并考虑到电容器存在容值区间范围的情况,所以电容器产品数据关系设计如图3所示。

图3 电容器产品数据关系

对于电容器产品基本信息,产品分类通常位于最底层,是产品信息的基础；而建立在产品分类信息之上的是电容器的型号或系列信息,一般来说,同一种型号或系列往往拥有多个相同的产品信息内容,比如产品用途、生产厂家和备注等。

对于电容器性能参数信息而言,将质量等级、电容温度系数、额定工作电压、引出端、容量点值和容量允许偏差等参数作为电容器的基础参数,即作为字典库数据单独维护；封装形式及外形尺寸参数与执行标准有关,不同执行标准的封装形式代码和长宽高值不一样,所以封装形式及外形尺寸参数作为特殊的基础数据单独维护,并且执行标准也作为特殊的基础数据单独维护,便于与封装形式及外形尺寸数据关联。在电容器基础参数之上维护电容器产品的数据规则信息。电容器产品的数据规则,是指电容器产品数据根据容量值区间范围、不同引出端或者容量允许偏差的不同而形成的数据集合,在这个集合中,产品的参数值可能不是精确和唯一的,例如:产品数据规则中没有具体的容值,容值参数提供的是容值区间范围。

最后,通过将电容器的共性数据与个性数据组合,同时根据排列组合规则和不同系列容值展开规则 （电容器一般采用E12系列、E6系列或者E24系列等）展开电容器产品的具体信息和参数值,从而得到电容器产品的详细参数信息。例如:根据容量值区间范围和不同系列的容值展开规则来确定某个产品数据规则下电容器产品的具体容量值。

通过以上对电容器产品数据关系的分析,结合数据库设计原则设计数据库表结构并确定表之间的关联关系。

2.2 软件架构设计

电容器选型工具是集数据维护管理和参数选型等核心功能于一体的信息系统,对选型工具的软件架构以面向对象的思想为指导,采用基于MVC设计模式[6]进行设计。另一方面,考虑到当前社会处于移动互联网快速发展的时代,根据移动设备操作系统的普及率情况、不同用户的习惯、实际应用场景和部分环境限制,整套选型工具包括:PC端的B/S与C/S版本、移动端的Android、iOS版本和移动触屏网页版本。

选型工具的软件架构如图4所示。选型工具的软件架构设计为3层,即:支撑结构层、算法逻辑层和应用表现层。

支撑结构层是选型工具架构的最底层,主要包括数据库服务器建立数据库并存储维护产品数据信息,还包括相关的硬件设施设备、网络部署环境、数据的安全防护和数据容灾备份处理等。支撑结构层是支撑选型工具的基础。

图4 选型工具架构

算法逻辑层是选型工具的算法核心部分,主要有服务器程序,其中包括对产品数据封装、解析和传输的处理,选型算法和功能模块的具体实现,数据存储与提取的通道和接口,对系统的访问控制处理,数据传输的加密与解密处理,服务器分布式部署以及访问负载均衡处理。

应用表现层是最上层,直接面向用户,其中包含选型和管理两大类系统,包括有B/S、C/S、Android、iOS和触屏网页等不同形式。B/S端运行在计算机上,通过网页浏览器进行访问操作；C/S端运行在计算机上,通过客户端软件进行操作；Android端是运行在安卓移动操作系统上的客户端APP软件；iOS端是运行在苹果移动操作系统上的客户端APP软件；触屏网页端是为适应移动设备浏览器的访问提供相应的界面。同时,为了保证在特殊内部环境下正常使用选型工具进行电容器的选型,选型系统还分为互联网和单机两种版本。

根据以上选型工具的软件架构设计,结合业务关系,并考虑实际情况,采用相应的计算机软件工具和编程语言对选型工具系统进行开发实现。

3 结束语

电子元器件的选型工具既是元器件研制生产单位提高产品数据管理信息化的手段,也是提供给客户单位的产品宣传平台和电子产品手册,同时还是促进电子元器件可靠性管理、数据统一标准化的一个有效途径。本文从元器件参数的角度,研究了基于元器件参数的电容器选型方法,设计了电容器产品信息和性能参数维护管理的数据关系,并对电容器选型工具系统的软件架构进行了分析设计。本文所提出的方法能够准确、有效地选择出符合用户需求的电容器产品。

[1]潘勇,黄进永,胡宁.可靠性概论 [M].北京:电子工业出版社,2015.

[2]吴立新.实用电子技术手册 [M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]中华人民共和国总装备部.军用电子元器件分类与代码:GJB 8118-2013[S].北京:总装备部军标出版发行部,2013.

[4]陈思维.电容器的应用与筛选 [J].科技传播,2012（6）:156； 174.

[5]谭敏强.对电容器电容标注法的补充 [J].物理教学,2010,32 （12）:28.

[6]任中方,张华,闫明松,等.MVC模式研究的综述 [J].计算机应用研究, 2004,21（10）:1-4.