時(shí)間：2023-10-07 09:02:11
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現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。
1.1整流器時(shí)代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。
1.2逆變器時(shí)代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
1.3變頻器時(shí)代
進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域
2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源
高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關(guān)電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。
因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源
高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。
逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源
大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。
國內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。
2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。
八十年代初期,對(duì)分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)
在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車和變頻傳動(dòng)中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。
3.1高頻化
理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的5~l0%。無論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為“開關(guān)變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個(gè)模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。
3.3數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對(duì)于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開了。
3.4綠色化
電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對(duì)開關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開關(guān)電源工作效率,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
總而言之,電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。
參考文獻(xiàn)
(l)林渭勛:淺談半導(dǎo)體高頻電力電子技術(shù),電力電子技術(shù)選編,浙江大學(xué),384-390,1992
(2)季幼章:迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,發(fā)展電源技術(shù)應(yīng)用,電源技術(shù)應(yīng)用,N0.2,l998
(3)葉治正,葉靖國:開關(guān)穩(wěn)壓電源。高等教育出版社,1998
張國君,男,1962年生,博士后,副總工程師,1997年5月于天津大學(xué)測(cè)控博士后流動(dòng)站出站,現(xiàn)從事通信電源和電力直流操作電源系統(tǒng)的研究開發(fā)工作,并在清華大學(xué)電力電子研究中心進(jìn)行第二站博士后研究工作。
【關(guān)鍵詞】電力電子 電源 發(fā)展趨勢(shì)
1 電力電子的發(fā)展及發(fā)展趨勢(shì)
電力電子技術(shù)是利用電力電子元件對(duì)電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。電力電子技術(shù)已經(jīng)與其他技術(shù)相結(jié)合成為一門交叉的科學(xué)，它經(jīng)歷了三個(gè)階段：整流器時(shí)期、逆變器時(shí)期、變頻器時(shí)期，隨著電力電子器件和技術(shù)的更新，使得其在很多領(lǐng)域都得到應(yīng)用。
1.1 整流器時(shí)期
隨著美國通用電氣研制了第一個(gè)工業(yè)用的晶閘管，從而開啟了整流器時(shí)代。上個(gè)世紀(jì)50年代工業(yè)用電基本上是50HZ的交流電，但是像電解、牽引、直流傳動(dòng)都需要直流電提供動(dòng)力，于是基于晶閘管基礎(chǔ)上的硅整流器就應(yīng)運(yùn)而生了，它能把工頻交流電轉(zhuǎn)化為直流電，極大的促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展。
1.2 逆變器時(shí)期
由于20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了世界性的能源危機(jī)，晶閘管作為半控型器件，不能自動(dòng)斷開，因此也不能適應(yīng)企業(yè)的需要。交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展，這些自開斷的全控型器件也得到了極大的發(fā)展，但是由于技術(shù)限制，發(fā)展也有限。
1.3 變頻器時(shí)期
在八十年代隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路的發(fā)展標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子時(shí)代的來臨，其中以MOSFET和IGBT為代表。它們的出現(xiàn)使得電頻從低頻向高頻轉(zhuǎn)化，同時(shí)也使設(shè)備向小、輕等方面發(fā)展。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的研究核心任然是電源技術(shù)，目前現(xiàn)代電力電子技術(shù)正向規(guī)?；图苫l(fā)展；現(xiàn)代電力電子技術(shù)正從低頻向高頻發(fā)展；現(xiàn)代電力電子技術(shù)向全控化和數(shù)字化轉(zhuǎn)變；現(xiàn)代電力電子技術(shù)正向著綠色化轉(zhuǎn)變。
目前我國政府和企業(yè)都在強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新的作用，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展使得其與多個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)相結(jié)合，其發(fā)展創(chuàng)新將會(huì)惠及多個(gè)領(lǐng)域，目前現(xiàn)代電力電子技術(shù)也是向著智能化和綠色化的方面去發(fā)展。這樣的發(fā)展不僅能夠?yàn)槲覈I(yè)發(fā)展提高效率而且能夠帶來環(huán)境方面的保護(hù)。
2 電源技術(shù)的發(fā)展及發(fā)展趨勢(shì)
開關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。電源的種類按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)來看，主要有以下幾種：按輸入-輸出分為AC-AC、AC-C、DC-C、DC-C；按同負(fù)載連接穩(wěn)壓方式分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源；按工作狀態(tài)分為線性電源、開關(guān)電源、二極管穩(wěn)壓電源。在我們生活中，大多數(shù)電子裝置、電氣控制設(shè)備的工作電源是直流電源。隨著計(jì)算機(jī)等電子裝備的集成度的增加，體積越來越小而功率卻越來越大來取代了體積龐大的線性電源開關(guān)。新型的電力電子技術(shù)給電源開關(guān)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，20世紀(jì)60年代末，高耐壓、大電流的雙極型電力晶體管的出現(xiàn)，使得采用高工作頻率的開關(guān)電源得以問世。
開關(guān)頻率的提高有利于開關(guān)電源的體積減小、重量減輕。最早期的開關(guān)頻率僅僅是幾千赫茲隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展開關(guān)的頻率逐漸提高，當(dāng)頻率達(dá)到10kHz左右時(shí)，變壓器、電感等磁性元件發(fā)出很刺耳的噪聲。為了降低噪聲，科研人員不斷研發(fā)最終使得開關(guān)頻率突破了人耳聽覺極限的20kHz，隨著電力MOSFET的應(yīng)用，開關(guān)電源和開關(guān)頻率進(jìn)一步提高，使得電源體積更小，重量更輕，功率密度進(jìn)一步提高。IGBT可以看成是MOSFET和GTR復(fù)合而成的器件。IGBT的出現(xiàn)，使得開關(guān)電源的容量不斷增大。另外，為了解決開關(guān)頻率的提高也使得電源的電磁干擾問題，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了采用準(zhǔn)諧振技術(shù)的零電壓開關(guān)電路和零電流開關(guān)電路，這種電路利用以諧振為主的輔助換流手段，使開關(guān)開通或關(guān)斷前的電壓、電流分別為零，解決了電路中的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問題，使開關(guān)頻率可以大幅度提高，從而，使開關(guān)電源進(jìn)一步向體積小、重量輕、效率高、功率密度大的方向發(fā)展。電力電子技術(shù)隨著需要會(huì)不斷的向前發(fā)展和創(chuàng)新，新的產(chǎn)品會(huì)不斷的更新?lián)Q代去適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展需求，目前無論是國外還是國內(nèi)都有極大的需求量，而電源技術(shù)會(huì)不斷向高頻、小體積方面發(fā)展。
3 電力電子技術(shù)在電源領(lǐng)域方面的應(yīng)用
3.1 計(jì)算機(jī)綠色高效率電源
計(jì)算機(jī)能夠?yàn)槿祟惖墓ぷ魃顜矸奖?，但是過去計(jì)算機(jī)的體積龐大，在八十年代，計(jì)算機(jī)率先采用了電源開關(guān)，促使更多的電子設(shè)備采用電源開關(guān)。計(jì)算機(jī)換取了電源開關(guān)之后，為省電、環(huán)保方面做出了貢獻(xiàn)。
3.2 高頻開關(guān)電源
通信業(yè)的快速發(fā)展促使電源行業(yè)的快速發(fā)展，目前頻率高體積小的電源是通信業(yè)的主流。通信設(shè)備中所用的集成電路種類繁多，電源電壓要根據(jù)不同的情況使用有所不同，在 通 信 供 電 系 統(tǒng) 中 采 用 高 功 率 密 度 的 高 頻 DC-DC隔離電源模塊可以減小損耗、方便維護(hù)和安裝。
3.3 直流-直流變換器
DC/DC 變化器可以將固定的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊闹绷麟妷?，可以再無軌電車、地鐵等行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，可以使的加速平穩(wěn)，得到快速的響應(yīng)，別且能夠節(jié)約電能。同時(shí) DC/DC二次電源已近商品化，一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。
3.3.1 不間斷電源
不間斷電源（UPS）是計(jì)算機(jī) 、通信系統(tǒng)以及要求提供不 能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源?，F(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件，微處理器軟硬件技術(shù)的引入使得其實(shí)現(xiàn)了對(duì)UPS的智能化管理。
3.3.2 變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻的調(diào)速，隨著日本東芝的將這種技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)技術(shù)中，國內(nèi)90年代開始應(yīng)用這種變頻技術(shù)，極大的節(jié)省了電能。
3.3.3 高頻逆變式整流焊機(jī)電源
高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源，代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于電焊機(jī)工作環(huán)境惡劣，電焊機(jī)頻繁的出現(xiàn)一些問題，高頻逆變式整流焊機(jī)電源的出現(xiàn)解決了常出現(xiàn)的問題，提高了焊機(jī)工作的可靠性。
4 結(jié)語
本文筆者通過分析電力電子的發(fā)展和電源技術(shù)的發(fā)展及電力電子技術(shù)在電源領(lǐng)域的應(yīng)用，來揭示未來電力電子的發(fā)展趨勢(shì)，鼓勵(lì)更多的科研人員能夠敢于想象，發(fā)揮自己的創(chuàng)造力研發(fā)出更多適合工業(yè)和能源需求的電源。
參考文I
[1]韋和平. 現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，18：102-105.
[2]陳曉東.現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展[J].科技信息，2010，01：1015-1016+1082.
[3]紀(jì)圣勇.現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，03：98-100.
關(guān)鍵詞 電子技術(shù)；單元電路；設(shè)計(jì)步驟；設(shè)計(jì)方法
中圖分類號(hào)：TN792 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0074-01
設(shè)計(jì)電子電路，首先應(yīng)該明確設(shè)計(jì)任務(wù)，然后根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案的選擇。完成總體的電路設(shè)計(jì)，應(yīng)該準(zhǔn)確的完成各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)，完成參數(shù)的計(jì)算、元器件的選擇，之后連接各個(gè)單元電路，組成完整的電子電路。所以，單元電路的設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，也是電子設(shè)計(jì)中重要的一部分。
1 電子技術(shù)及單元電路的概念
電子技術(shù)就是根據(jù)電子學(xué)原理，將各功能的電子元件，按照一定功能、一定實(shí)現(xiàn)順序連接，實(shí)現(xiàn)某種功能，這是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，電子技術(shù)包括兩大分支：信息電子技術(shù)、電路電子技術(shù)。其中信息電子技術(shù)是電工類基礎(chǔ)學(xué)科，包括模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)。電子技術(shù)主要的處理對(duì)象是針對(duì)信號(hào)的，我們生活中常見的衛(wèi)星信號(hào)、超聲波信號(hào)等，處理的方式包括放大、濾波、轉(zhuǎn)換等。
電子電路設(shè)計(jì)需要用到大量的電子元器件，電子元件是指電容器、電阻器、變壓器、開關(guān)等，電子器件包括晶體管、電子管、離子管等。電子電路按照組成分類，可以分為集成電路、分立電路，單元電路是電子電路中，具有一定功能的一個(gè)小部分，常用的單元電路有放大電路、整流電路、振蕩電路、檢波電路、數(shù)字電路。數(shù)字電路中還包括的常用的邏輯電路有：與門、或門、非門、及組合起來的計(jì)數(shù)電路、觸發(fā)器、加減運(yùn)算器等。提高單元電路的設(shè)計(jì)精度，能夠提高電子電路整體的精度。
2 單元電路的設(shè)計(jì)步驟
2.1 明確任務(wù)
再設(shè)計(jì)電路時(shí)，首先要明確電路需要的功能，制定詳細(xì)的任務(wù)書，確定需要的單元電路，星系擬定電路的性能指標(biāo)，再通過計(jì)算電壓需要放大的倍數(shù)、電路中輸入輸出電阻的大小，繪制執(zhí)行流程圖，通過設(shè)計(jì)，將電路所需的成本降到最低，提高每個(gè)單元電路、參數(shù)的精度，在提高設(shè)計(jì)電路的可靠性、穩(wěn)定性的前提下，盡量簡化設(shè)計(jì)電路。
2.2 參數(shù)計(jì)算
計(jì)算參數(shù)是設(shè)計(jì)電路必須要進(jìn)行得步驟，通過計(jì)算，來保證電路中各個(gè)單元電路的功能指標(biāo)需要達(dá)到的要求，計(jì)算參數(shù)需要電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，單元電路的設(shè)計(jì)需要強(qiáng)大的理論知識(shí)的支撐，才能做到爐火純青。例如，在計(jì)算如下放大電路的時(shí)候，我們需要計(jì)算每個(gè)電阻的阻值、以及放大倍數(shù)，同一個(gè)電路，可能有很多數(shù)據(jù)，所以要正確的選擇數(shù)據(jù)，注意方法。
2.3 繪制電路圖
電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要將單元電路與整機(jī)電路相連，設(shè)計(jì)完整的具有一定功能的電路圖，在連接時(shí)，需要注意單元電路間連接的簡化，以及最重要的是，電路的電氣連接，是否能夠?qū)ǎ瑢?shí)現(xiàn)預(yù)定功能。例如，設(shè)計(jì)單元電路間的級(jí)聯(lián)時(shí)，各單元電路設(shè)計(jì)完成時(shí)，還要考慮這些，意在減少浪費(fèi)，還要注意輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、控制信號(hào)間的關(guān)系，同時(shí)還要注意一些事項(xiàng)：首先，注意電路圖的可讀性。繪圖時(shí)，盡量將主電路圖繪制在一張圖紙上，其中較為獨(dú)立的部分單元電路、以及次要部分可以繪制在另一張圖上，但是一定要注意圖之間的電氣端口的連接，是否對(duì)應(yīng)，各圖紙間的輸入輸出端口都要提前做好標(biāo)記。
其次，注意信號(hào)流向以圖形符號(hào)。信號(hào)的流向，一般從輸入端、信號(hào)源開始，從左至右、從上到下，按信號(hào)的流向依次連接單元電路。而且，圖中要加上適當(dāng)?shù)恼f明，如符號(hào)的標(biāo)注、阻值等。
最后，注意連接線畫法。電路圖中，各元件間的連接應(yīng)為直線，且盡量減少交叉線，連接線的分布應(yīng)為水平或者垂直，除非應(yīng)對(duì)特殊情況，否則不要化斜線，如圖中不可避免的出現(xiàn)交叉，要將連接點(diǎn)用原點(diǎn)表示。
3 幾種典型單元電路的設(shè)計(jì)方法
電子電路設(shè)計(jì)中，單元電路一定要設(shè)計(jì)合理，否則將會(huì)影響整個(gè)電路的聯(lián)通，所以，電氣工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)該更謹(jǐn)慎的致力于單元電路的設(shè)計(jì)。
3.1 對(duì)于線性集成運(yùn)放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)
穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，一般先讓輸入電壓通過電壓變壓器，然后進(jìn)行整流，然后經(jīng)過濾波電路，成為穩(wěn)壓電路。設(shè)計(jì)單元電路時(shí)，串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可分為幾個(gè)部分，調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。這樣的設(shè)計(jì)能夠使單元電路具有保護(hù)過流、短路電流。
3.2 單元電路之間的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)
單元電路設(shè)計(jì)完成之后，還要考慮單元電路間的級(jí)聯(lián)問題。例如，電氣特性的相互匹配、信號(hào)耦合方式、時(shí)序配合、相互干擾等。其中信號(hào)耦合方式，還包括：直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光耦合。時(shí)序配合的問題，相對(duì)比較復(fù)雜，需要對(duì)每個(gè)單元電路的信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析，來確定電路時(shí)序。
3.3 對(duì)于運(yùn)算放大器電路的設(shè)計(jì)
運(yùn)算放大電路在電路設(shè)計(jì)中十分常用，它能夠與反饋網(wǎng)絡(luò)連接，組成具有特定功能的電路模塊，是具有很高放大倍數(shù)的單元電路。運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)，可以通過元器件的組合，也可以通過具有相應(yīng)功能的芯片構(gòu)成，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各種參數(shù)都要整體權(quán)衡，不能盲目的追求某個(gè)指標(biāo)的先進(jìn)。其中，要引起重視的是，應(yīng)在消震引腳間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹癖M量避免兩級(jí)以上的放大級(jí)相連。
4 結(jié)束語
電子電路種類繁多，其中涉及的理論和技巧也比較多，所以，為實(shí)現(xiàn)某種功能，有很多設(shè)計(jì)方法。隨著集成電路的迅猛發(fā)展，很多新型元器件層出不窮，使電子設(shè)計(jì)又出現(xiàn)了新的格局。要求工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，能夠漸漸地脫離復(fù)雜繁多的單元電路，更多的利用集成的電路芯片，同時(shí)，還要求設(shè)計(jì)者深入了解集成芯片的功能，以及單元電路的連接，實(shí)現(xiàn)集成電路與單元電路的合理的連接，進(jìn)而簡化總體的電路設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
[1]李妙長.淺談電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計(jì)[J].中國校外教育（基教版），2012（05）：12-16.
[2]索靜，劉杰.電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計(jì)方法研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（11）：21-25.
[3]雷時(shí)榮.電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計(jì)方法[J].電子世界，2011（11）：04-09.
1.1明確任務(wù)
再設(shè)計(jì)電路時(shí)，首先要明確電路需要的功能，制定詳細(xì)的任務(wù)書，確定需要的單元電路，星系擬定電路的性能指標(biāo)，再通過計(jì)算電壓需要放大的倍數(shù)、電路中輸入輸出電阻的大小，繪制執(zhí)行流程圖，通過設(shè)計(jì)，將電路所需的成本降到最低，提高每個(gè)單元電路、參數(shù)的精度，在提高設(shè)計(jì)電路的可靠性、穩(wěn)定性的前提下，盡量簡化設(shè)計(jì)電路。
1.2參數(shù)計(jì)算
計(jì)算參數(shù)是設(shè)計(jì)電路必須要進(jìn)行得步驟，通過計(jì)算，來保證電路中各個(gè)單元電路的功能指標(biāo)需要達(dá)到的要求，計(jì)算參數(shù)需要電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，單元電路的設(shè)計(jì)需要強(qiáng)大的理論知識(shí)的支撐，才能做到爐火純青。例如，在計(jì)算如下放大電路的時(shí)候，我們需要計(jì)算每個(gè)電阻的阻值、以及放大倍數(shù)，同一個(gè)電路，可能有很多數(shù)據(jù)，所以要正確的選擇數(shù)據(jù)，注意方法。
1.3繪制電路圖
電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要將單元電路與整機(jī)電路相連，設(shè)計(jì)完整的具有一定功能的電路圖，在連接時(shí)，需要注意單元電路間連接的簡化，以及最重要的是，電路的電氣連接，是否能夠?qū)ǎ瑢?shí)現(xiàn)預(yù)定功能。例如，設(shè)計(jì)單元電路間的級(jí)聯(lián)時(shí)，各單元電路設(shè)計(jì)完成時(shí)，還要考慮這些，意在減少浪費(fèi)，還要注意輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、控制信號(hào)間的關(guān)系，同時(shí)還要注意一些事項(xiàng)：首先，注意電路圖的可讀性。繪圖時(shí)，盡量將主電路圖繪制在一張圖紙上，其中較為獨(dú)立的部分單元電路、以及次要部分可以繪制在另一張圖上，但是一定要注意圖之間的電氣端口的連接，是否對(duì)應(yīng)，各圖紙間的輸入輸出端口都要提前做好標(biāo)記。其次，注意信號(hào)流向以圖形符號(hào)。信號(hào)的流向，一般從輸入端、信號(hào)源開始，從左至右、從上到下，按信號(hào)的流向依次連接單元電路。而且，圖中要加上適當(dāng)?shù)恼f明，如符號(hào)的標(biāo)注、阻值等。最后，注意連接線畫法。電路圖中，各元件間的連接應(yīng)為直線，且盡量減少交叉線，連接線的分布應(yīng)為水平或者垂直，除非應(yīng)對(duì)特殊情況，否則不要化斜線，如圖中不可避免的出現(xiàn)交叉，要將連接點(diǎn)用原點(diǎn)表示。
2幾種典型單元電路的設(shè)計(jì)方法
電子電路設(shè)計(jì)中，單元電路一定要設(shè)計(jì)合理，否則將會(huì)影響整個(gè)電路的聯(lián)通，所以，電氣工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)該更謹(jǐn)慎的致力于單元電路的設(shè)計(jì)。
2.1對(duì)于線性集成運(yùn)放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)
穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，一般先讓輸入電壓通過電壓變壓器，然后進(jìn)行整流，然后經(jīng)過濾波電路，成為穩(wěn)壓電路。設(shè)計(jì)單元電路時(shí)，串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可分為幾個(gè)部分，調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。這樣的設(shè)計(jì)能夠使單元電路具有保護(hù)過流、短路電流。
2.2單元電路之間的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)
單元電路設(shè)計(jì)完成之后，還要考慮單元電路間的級(jí)聯(lián)問題。例如，電氣特性的相互匹配、信號(hào)耦合方式、時(shí)序配合、相互干擾等。其中信號(hào)耦合方式，還包括：直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光耦合。時(shí)序配合的問題，相對(duì)比較復(fù)雜，需要對(duì)每個(gè)單元電路的信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析，來確定電路時(shí)序。
2.3對(duì)于運(yùn)算放大器電路的設(shè)計(jì)
運(yùn)算放大電路在電路設(shè)計(jì)中十分常用，它能夠與反饋網(wǎng)絡(luò)連接，組成具有特定功能的電路模塊，是具有很高放大倍數(shù)的單元電路。運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)，可以通過元器件的組合，也可以通過具有相應(yīng)功能的芯片構(gòu)成，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各種參數(shù)都要整體權(quán)衡，不能盲目的追求某個(gè)指標(biāo)的先進(jìn)。其中，要引起重視的是，應(yīng)在消震引腳間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹癖M量避免兩級(jí)以上的放大級(jí)相連。
3結(jié)束語
【關(guān)鍵詞】數(shù)字開關(guān)電源；DSP；PD控制
0 引言
數(shù)字能夠控制電源的開關(guān)完成，主要是通過依據(jù)數(shù)字形式來實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的控制，對(duì)電源系統(tǒng)的保護(hù)以及用于通信的新型的電源開關(guān)技術(shù)。此種技術(shù)在應(yīng)用過程中所具備的優(yōu)良特性，以及對(duì)電源的整體控制優(yōu)點(diǎn)與特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于當(dāng)前社會(huì)。并且將電源進(jìn)行數(shù)字化之后使得此開關(guān)相較于普通開關(guān)，更加的具有靈活適應(yīng)性，對(duì)電源所處的環(huán)境具備了實(shí)時(shí)勘測(cè)的能力，從而滿足了使用者的多樣化需求。數(shù)字電源還能夠在電源進(jìn)行自行診斷，以及對(duì)電流輸出調(diào)節(jié)方面起到很大的作用，從而減輕整個(gè)電源系統(tǒng)的工作量，滿足了多樣化功能需求。（DSP的控制性能）數(shù)字電源開關(guān)在使用過程中避免出現(xiàn)類似于傳統(tǒng)開關(guān)的多樣化缺陷問題，提升了整個(gè)電源系統(tǒng)的靈活實(shí)用性，使得單個(gè)的產(chǎn)品更加的可靠。數(shù)字控制技術(shù)在電子技術(shù)此領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，（DSP的發(fā)展）但是在當(dāng)前多數(shù)電子設(shè)備行業(yè)中，還沒有取得大量的采用，因此數(shù)字開關(guān)電源的DSP控制具備良好的發(fā)展前景。
1 開關(guān)電源模擬控制和數(shù)字控制的比較
1.1 開關(guān)電源模擬控制
通過對(duì)電源的開關(guān)使用模擬控制，可以使得模擬電源的信號(hào)持續(xù)不斷的發(fā)生變化，并且變化發(fā)生的時(shí)間段以及變化頻率都沒有限制。9V的電池器件就相當(dāng)于一個(gè)模擬的電源，該電池所輸出的電壓指的并不是每次輸出的電壓值都能夠達(dá)到9V，而是隨著不變的多方面因素變化，從而達(dá)到9V相近的多樣化數(shù)值。那么相似的電池在吸收的電流中也不會(huì)是固定的數(shù)值，通常只是在制造時(shí)的數(shù)值之間。
電源的電壓和電流都可以采用模擬開關(guān)進(jìn)行控制。比如在對(duì)收音機(jī)的音量進(jìn)行模擬開關(guān)控制的過程中，音量的旋鈕變動(dòng)時(shí)，電阻值就會(huì)隨之增大或者減小，那么經(jīng)過這個(gè)電阻的電流也會(huì)隨之增加或者減少，以此改變了收音機(jī)的音量大小。開關(guān)電源使用模擬控制此種方法雖然使用較為簡單方便，可是這種方法并不是一直都能夠隨著社會(huì)的不斷變化而可行的。此種電源在使用過程中就會(huì)由于時(shí)間的增加，從而變得越來越難對(duì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，產(chǎn)生的噪音也會(huì)將電源系統(tǒng)中電流的數(shù)值發(fā)生改變。
1.2 開關(guān)電源數(shù)字控制
對(duì)開關(guān)電源實(shí)施數(shù)字控制的方法也就是對(duì)電源系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行控制處理，也就是將此種控制器對(duì)電源的系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)字區(qū)域內(nèi)所采用的電流控制算法。在使用此種控制方法過程中能夠?qū)﹄娫聪到y(tǒng)的兩個(gè)數(shù)值串對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行控制，而不是直接使用傳統(tǒng)控制方法中的PWM比較器。數(shù)字控制的主要過程正是將所有的電源系統(tǒng)模擬參數(shù)都轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而在數(shù)字區(qū)域內(nèi)對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，然后將計(jì)算所得數(shù)值產(chǎn)生的反應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。從而完成了開關(guān)電源的數(shù)字控制過程。
那么實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的數(shù)字控制主要有兩種方法：其一就是通過單片機(jī)對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行控制，使用單片機(jī)的控制技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展相較成熟，并且其設(shè)計(jì)的基本原理比較容易掌握，這種技術(shù)雖然目前在會(huì)用中成本投入不高，但是電路系統(tǒng)會(huì)較為復(fù)雜，使用過程中產(chǎn)生一定的問題；其二就是通過數(shù)字信息對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行控制的方法，此種方法在使用過程中能夠?qū)⒄麄€(gè)電源的電路進(jìn)行簡化，從而加快控制算法的速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源開關(guān)的控制，以及電路的整體精度和性能。
2 基于DSP芯片的數(shù)字開關(guān)電源控制
2.1 數(shù)字控制電源系統(tǒng)的特點(diǎn)
此種控制技術(shù)的特點(diǎn)之一就是通過數(shù)字信號(hào)處理器DSP或者單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的主要核心，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制電源系統(tǒng)的智能化結(jié)構(gòu)。其次就是此種技術(shù)是通過對(duì)電源系統(tǒng)的數(shù)字進(jìn)行整合，從而使得電源開關(guān)系統(tǒng)中的各個(gè)組件和數(shù)字進(jìn)行組合優(yōu)化效果。然后就是使用過程中能夠完成高集成度，從而實(shí)現(xiàn)了電源系統(tǒng)的多樣芯片集成效果，充分的發(fā)揮了數(shù)字對(duì)電源進(jìn)行控制時(shí)的各個(gè)組間作用，以及信號(hào)處理設(shè)備和控制器的優(yōu)點(diǎn)，從而促進(jìn)數(shù)字控制電源系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展。
2.2 數(shù)字控制電源系統(tǒng)的發(fā)展
此種技術(shù)在應(yīng)用過程中能夠在使用過程中將電源的負(fù)載值保持在固定的應(yīng)用之間，使得電源系統(tǒng)一直運(yùn)行在高頻率的狀態(tài)，比如電源系統(tǒng)的功率矯正、電源的非中斷情況、多個(gè)電池以及電機(jī)控制情況之下。除此之外，此種方法還可以應(yīng)用于多個(gè)可以對(duì)其配置的PWM內(nèi)核及其控制作用中，對(duì)電源系統(tǒng)實(shí)施診斷作用，以及在接口構(gòu)造電路結(jié)構(gòu)的PDA或者PMU等應(yīng)用。在運(yùn)行中對(duì)電源系統(tǒng)中的子電路實(shí)施控制，也可以將電流的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為最適用的方法，從而更加的節(jié)能。因此數(shù)字電源控制具備了更好的發(fā)展前景。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王仲根.基于DSP的推挽正激DC/DC變換器的設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù).2013（04）.
[2]佘致廷，張紅梅，曹達(dá)，余立.新型半橋式DC-DC軟開關(guān)逆變焊機(jī)的數(shù)字化控制[J].電源技術(shù).2013（01）.
關(guān)鍵詞：高速數(shù)字信號(hào)處理；DSP+FPGA；系統(tǒng)電源
中圖分類號(hào)：TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）07-1678-04
1 概述
現(xiàn)代信號(hào)處理對(duì)信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性要求越來越高，實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)具有更快的處理速度和更大的數(shù)據(jù)吞吐率，往往處理器要求達(dá)到每秒幾十，甚至幾百億次運(yùn)算，這使得單個(gè)處理器無能為力，很多數(shù)字波束（DBF）雷達(dá)系統(tǒng)中都引入了并行計(jì)算系統(tǒng)，采用了多處理器并行處理技術(shù)。多處理器并行處理高速數(shù)字信號(hào)處理板上大部分電路是高速數(shù)字電路，電源對(duì)邏輯電路影響主要集中在電源的響應(yīng)帶寬和紋波電壓上。高速數(shù)字邏輯器件在狀態(tài)轉(zhuǎn)換瞬間需要吸收較大電流，容易導(dǎo)致供電電壓下降，電源的帶寬足夠?qū)挄r(shí)可以獲得更快的反應(yīng)速度，避免因?yàn)殡娫措妷旱牟▌?dòng)導(dǎo)致的邏輯錯(cuò)誤；紋波電壓是穩(wěn)壓源電壓輸出的波動(dòng)，紋波電壓會(huì)引起數(shù)字信號(hào)的邊緣抖動(dòng)，也會(huì)造成邏輯誤判，因此電源的設(shè)計(jì)要求帶寬寬和紋波電壓小。
2 高速數(shù)字信號(hào)處理器電源設(shè)計(jì)研究
圖1是高速數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。DSP_A和DSP_B是并行系統(tǒng)的運(yùn)算核心模塊，主要完成并行算法的復(fù)雜運(yùn)算；數(shù)據(jù)的輸入通道有條：GPIO口、SFP光纖接頭和SATA接頭，如果前端是A/D采集模塊，通常使用PM1和PM2用作數(shù)據(jù)輸入通道。FPGA是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心，負(fù)責(zé)控制兩個(gè)DSP數(shù)據(jù)的輸入輸出與數(shù)據(jù)預(yù)處理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適合數(shù)據(jù)流流水處理方式，又適合并行分布式處理，同時(shí)支持?jǐn)U展多個(gè)處理板。
目前直流穩(wěn)壓電源根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)來分主要有兩種，一種是線性穩(wěn)壓電源，一種是開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性直流穩(wěn)壓電源調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下，調(diào)整管可以看成是一個(gè)連續(xù)可變的電阻，當(dāng)輸出電壓偏離了設(shè)定電壓時(shí)，反饋回路便調(diào)整管子的電阻，使得輸出電壓維持在一個(gè)穩(wěn)定電壓值上，而不會(huì)受到負(fù)載變動(dòng)的影響。線性電源的輸出電壓比輸入電壓低，具有反應(yīng)速度快、輸出紋波小、工作噪聲低的特點(diǎn)，但是效率比較低，而且發(fā)熱量大，會(huì)間接增加系統(tǒng)的熱噪聲，因此線性電源比較適合小電流、輸入輸出壓差小的應(yīng)用場(chǎng)合。
開關(guān)電源的調(diào)整管不是工作在線性狀態(tài)下，而是工作在飽和態(tài)和截止態(tài)。開關(guān)電源常用脈沖方式控制調(diào)整管的開關(guān)狀態(tài)，調(diào)整方式有脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制兩種，脈寬調(diào)制方式控制調(diào)整管的脈沖信號(hào)頻率不變，通過調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的脈寬來維持輸出電壓的穩(wěn)定。頻率調(diào)制方式主要是通過改變脈沖信號(hào)的頻率來維持輸出電壓穩(wěn)定。直流開關(guān)電源效率遠(yuǎn)比線性電源高，通常達(dá)到70%以上，具有發(fā)熱量少，穩(wěn)壓范圍寬、穩(wěn)壓精度高的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備。系統(tǒng)設(shè)計(jì)大電流工作電壓采用開關(guān)電源提供[2][3]。
FPGA的中的RocketIO MGT收發(fā)模塊和PCI-E都有高速的差分收發(fā)器，兩者對(duì)電源的噪聲非常敏感，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中采用了線性穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，以期降低電源噪聲（紋波）所帶來的影響。利用3.3V作為輸入，經(jīng)過UC385-ADJ分別產(chǎn)生MGT1.2V、MGT1.5V和MGT2.5V 3組專門用于RocketIO MGT模塊的低噪聲電源。FPGA配置芯片的核電壓1.8V所需電流較小，因此采用線性穩(wěn)壓芯片AMS1117-18實(shí)現(xiàn)，以減少占用PCB面積。圖2是系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)圖。
ADSP-T201有嚴(yán)格的上電順序，VDDCORE可以先于VDDDRAM和VDDIO上電，也可以后于VDDDRAM和VDDIO上電，但VDDDRAM必須要在VDDIO上電之后才能供電，所以必須設(shè)計(jì)上電順序控制電路，圖3為本設(shè)計(jì)采用的上電順序控制電路。由于內(nèi)部有上電保護(hù)鎖存器，外設(shè)的電壓必須要在VDDIO上電后才可以供電，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上電順序依次是1.2V、2.5V、3.3V，VDDDRAM所需的1.6V電壓由3.3V經(jīng)過UC385-ADJ穩(wěn)壓所得。
除了提供穩(wěn)定的電壓外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要在各個(gè)芯片的每個(gè)電源腳盡可能放置一個(gè)退耦電容，對(duì)于普通的邏輯芯片，采用10～100nF的陶瓷電容，對(duì)于DSP、FPGA和PCI-E接口控制器每個(gè)電源引腳需要在盡可能靠近引腳的地方混合使用1nF和10nF的陶瓷電容放置。而對(duì)于DSP的鎖相環(huán)邏輯電源引腳、PCI-E接口控制器的鎖相環(huán)電源引腳以及FPGA的RocketIO MGT模塊的各個(gè)電源引腳要加上一個(gè)LC濾波器，以減少噪聲的影響。
3 系統(tǒng)電源需求分析 [22，24，32，36]
電源設(shè)計(jì)首先要估算板上器件所需要消耗的電流，按照最大功率并且保持20%的功率裕度原則設(shè)計(jì)。板上功耗較大的器件有DSP、FPGA、PCI-E接口控制器。
ADSP-TS201正常工作需要3組電源分別給核心電壓、鎖相環(huán)、片上DRAM和IO口供電，工作電流會(huì)隨著頻率的提高而線性增加，也會(huì)隨著環(huán)境溫度升高而增加。 DSP工作電流主要由靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)電流兩部分構(gòu)成，其1.2V核心電壓VDD的電流消耗可以表示為：
[IDD=IDD-DYNAMIC+IDD-STATIC+IDD-ANALOG] （1）
[IDD-DYNAMIC]為核心動(dòng)態(tài)電流，最大值達(dá)4.381A，[IDD-STATIC]為靜態(tài)電流，最大值為320mA，[IDD-ANALOG]為DSP鎖相環(huán)電路邏輯所需電流，大小為55mA。根據(jù)公式（1）可以計(jì)算到單個(gè)DSP的[IDD]電流最大值為4.756A 。DSP片上DRAM所需的電流相對(duì)較小，在600MHz主頻下工作時(shí)，IDD_DRAM典型值為280mA，最大值為430mA，因此得IDD_DRAM（max）為430mA。
DSP的IO電流IDD_IO由外部總線接口電流IDD_IO_EP和高速鏈路口電流IDD_IO_LINK兩部分構(gòu)成。外部總線接口電流IDD_IO_EP是總線接口靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)電流之和，其中總線接口靜態(tài)電流為7mA，動(dòng)態(tài)電流與總線工作頻率有關(guān)，當(dāng)總線工作時(shí)鐘為100MHz時(shí)動(dòng)態(tài)電流大小為38mA，因此得外部總線接口電流的最大值為IDD_IO_EP（max）為45mA。同樣的高速鏈路口電流IDD_IO_LINK也是動(dòng)態(tài)電流與靜態(tài)電流之和，鏈路口的靜態(tài)電流為53mA，動(dòng)態(tài)電流與傳輸模式和頻率有關(guān)，當(dāng)DSP四個(gè)鏈路口都工作在600MHz時(shí)鐘頻率下以4bit模式傳輸時(shí)，動(dòng)態(tài)電流為165mA，因此得高速鏈路口電流的最大值IDD_IO_LINK（max） 為218mA。所以DSP的IO電流的最大值IDD_IO（max） 是IDD_IO_EP（max）與 IDD_IO_LINK（max）之和為263mA。而FPGA的工作電流也是會(huì)隨著核心頻率提高而工作電流增大，并且隨著片上邏輯資源的使用率的增大而線性增加，XC4VFX60內(nèi)核最大電流[IDD-INT（max）]為5.5A，所有SelectIO 的BANK最大工作電流[IDD-O（max）]為4A，輔助電壓工作電流[IDD-AUX]為0.3A，由公式（2）可以推算FPGA的最大功耗為17.35W。
表中DSP與FPGA可以共享一個(gè)1.2V穩(wěn)壓電源作各自的核心電源和鎖相環(huán)電源， DSP的IO電源、PCI-E接口的本地總線核心邏輯電壓（VDD2.5）和FPGA輔助電源及部分IO電源可以共享一個(gè)2.5V的穩(wěn)壓電源，F(xiàn)PGA部分IO口電源和板上其他芯片共享一組3.3V的穩(wěn)壓電源。DSP的片上存儲(chǔ)器電源VDDDRAM需要獨(dú)立提供1.6V電壓。根據(jù)SDRAM模組和板上其他芯片大概估算3.3V電源也需要有5A以上的電流。
4 系統(tǒng)電源測(cè)試總結(jié)
測(cè)試的目的主要是驗(yàn)證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電源的性能是否符合設(shè)計(jì)要求，是否滿足各個(gè)高速處理模塊的供電需求。各組電源電壓用萬用表測(cè)試結(jié)果如表2。
表2 電源電壓測(cè)試結(jié)果
[標(biāo)稱值＼&實(shí)際值＼&1.2V（CPU和FPGA核電壓）＼&1.170V＼&1.5V＼&1.503V＼&1.6V＼&1.612V＼&1.8V＼&1.791V＼&2.5V（CPU和FPGA IO電壓）＼&2.493V＼&3.3V＼&3.295V＼&1.2V（RocketIO MGT模塊）＼&1.210V＼&1.5V（RocketIO MGT模塊）＼&1.503V＼&2.5V（RocketIO MGT模塊）＼&2.504V＼&]
測(cè)試數(shù)據(jù)表明，各路電壓輸出誤差不超過標(biāo)稱電壓的±5%， 均符合各個(gè)芯片的工作電壓要求，利用示波器在限制20MHz帶寬的條件下，圖4用交流耦合測(cè)試的各路開關(guān)電源模塊（PTH08T210W）輸出紋波電壓峰峰值（VPP）為27mV，圖5線性穩(wěn)壓器AMS1117紋波電壓峰峰值為12.5mV，低壓差線性穩(wěn)壓器UC385-ADJ各路輸出的紋波電壓峰峰值不超過14mV。值得注意的是UC385-ADJ的輸出電容不可不接，而且必須要接100uF以上的鉭電容或者固體電容才能穩(wěn)定工作。
5 結(jié)論
本文提出了高速數(shù)字信號(hào)處理器電源設(shè)計(jì)的基本方法，分析了DSP+FPGA信號(hào)處理板的系統(tǒng)電源需求，經(jīng)測(cè)試該電源設(shè)計(jì)符合高速數(shù)字信號(hào)處理器的供電需求。實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證也表明該電源系統(tǒng)帶寬寬和紋波電壓小，電壓輸出具有高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉書明，羅勇江.ADSP TS201XS系列DSP原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.
關(guān)鍵詞：電子技術(shù)基礎(chǔ)；課程改革；任務(wù)驅(qū)動(dòng)
中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）22-0122-02
《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程是技工院校機(jī)電類專業(yè)基礎(chǔ)課程，安排在中級(jí)工階段進(jìn)行。一直以來，由于技工院校學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，學(xué)習(xí)習(xí)慣較差，學(xué)習(xí)興趣不高，給《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的傳統(tǒng)授課帶來了很大困難。隨著以學(xué)生為主體的教學(xué)方法的不斷更新，以“一體化”教學(xué)思想為主導(dǎo)的教學(xué)改革的不斷開展，因地制宜地對(duì)《電子技術(shù)基礎(chǔ)》等專業(yè)基礎(chǔ)課程的改革也勢(shì)在必行。
我校機(jī)械設(shè)備維修、電氣設(shè)備安裝與維修專業(yè)的課程體系改革在有條不紊地進(jìn)行，最先完成的主要是核心課程建立與改革，而作為基礎(chǔ)課程，還未被系統(tǒng)地完成課改工作。在這樣的背景下，作者嘗試以任務(wù)為載體，將《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的各相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合中級(jí)工階段其他專業(yè)課程對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的要求，對(duì)本課程進(jìn)行梳理設(shè)計(jì)，嘗試開展課程改革。
一、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法較傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)
以往《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的授課主要以課堂講授為主，也結(jié)合個(gè)別小實(shí)驗(yàn)課程，知識(shí)的習(xí)得主要以教師講，學(xué)生在座位上安靜地聽，這樣的單方向的傳遞為主，由于知識(shí)的抽象性較強(qiáng)，看不到，摸不著，很多學(xué)生聽著聽著就去見了周公。雖然偶爾有實(shí)驗(yàn)，但或因?yàn)槿の缎圆?，或因?yàn)榛A(chǔ)知識(shí)沒掌握，不知實(shí)驗(yàn)到底是在做什么，為了什么而做，使得實(shí)驗(yàn)也不能達(dá)到很好的效果。
任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在教學(xué)形式上以學(xué)生為主體，在教室的指導(dǎo)下完成某項(xiàng)任務(wù)，按照咨詢―計(jì)劃―決策―實(shí)施―檢查的實(shí)施過程，學(xué)生在這個(gè)過程中是主體，通過教學(xué)任務(wù)的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生自覺主動(dòng)地投入到項(xiàng)目實(shí)施當(dāng)中。整個(gè)過程，知識(shí)的傳遞是通過學(xué)生的自主活動(dòng)完成的，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生思考能力、解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作的能力。
二、理清課程橫向與縱向知識(shí)脈絡(luò)
實(shí)施課程改革的前提時(shí)熟練掌握本門課程的橫向知識(shí)脈絡(luò)，明確對(duì)知識(shí)點(diǎn)的要求程度?！峨娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)》課程包含七章內(nèi)容：半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管及放大電路、集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用、直流穩(wěn)壓電源、門電路及組合邏輯電路、觸發(fā)及時(shí)序邏輯電路、晶閘管及其應(yīng)用電路。還要了解本課程知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)在本專業(yè)的縱向要求。即了解整個(gè)課程體系中后續(xù)課程對(duì)該課程的要求，這樣項(xiàng)目設(shè)計(jì)才能有針對(duì)性。
對(duì)于七章課程內(nèi)容，出熟練掌握各知識(shí)要點(diǎn)外，可以按了解、理解、掌握等幾個(gè)層次將知識(shí)點(diǎn)歸類，以表格的形式，為以項(xiàng)目為載體的課程改革做準(zhǔn)備。舉例如下：
三、廣泛調(diào)研需求，設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)
這一課程任務(wù)的設(shè)計(jì)也許依賴于廣泛的調(diào)研與研討。由于是中級(jí)工一年級(jí)階段的專業(yè)基礎(chǔ)課程，要求的難度不高，因此，該調(diào)研應(yīng)以本專業(yè)畢業(yè)生職業(yè)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)技能為目標(biāo)開展。設(shè)計(jì)的任務(wù)能夠把學(xué)生引入電子技術(shù)知識(shí)之門，打開他們的興趣之窗為后續(xù)高年級(jí)的課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
以此為目的，設(shè)計(jì)調(diào)研表，開展系列訪談。（1）開展畢業(yè)生的調(diào)研與訪談，了解學(xué)生工作中體會(huì)到的在技校初級(jí)學(xué)習(xí)階段的需求。（2）開展中級(jí)工二年級(jí)階段學(xué)生調(diào)研與訪談，了解學(xué)生學(xué)習(xí)該課程時(shí)的興趣點(diǎn)，知識(shí)難點(diǎn)。（3）開展高級(jí)工階段學(xué)生調(diào)研與訪談，了解哪些中級(jí)工階段知識(shí)的對(duì)高級(jí)工階段的學(xué)習(xí)最重要，哪些是難點(diǎn)。將學(xué)生反映的問題收集整理，作為任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)。
四、依托大賽，以賽促學(xué)
學(xué)生興趣的激發(fā)需要應(yīng)用各種手段，其中職業(yè)技能競賽在高技能人才培養(yǎng)、選拔和激勵(lì)等方面有著不可替代的作用。教委每年都有針對(duì)中學(xué)生開展的電子技術(shù)大賽，勞動(dòng)部也會(huì)開展相關(guān)內(nèi)容的職業(yè)技能大賽。深入了解大賽的競賽內(nèi)容，將相關(guān)知識(shí)融入課堂教學(xué)，如電子技能大賽中尋軌器的焊接等，均可作為課題進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，融入相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生能夠在做中學(xué)，在學(xué)中做。是參加大賽成為學(xué)生有一個(gè)短期的努力目標(biāo)，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展。
五、任務(wù)設(shè)計(jì)舉例
以第一章半導(dǎo)體二極管為例設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)如下：
具體課堂實(shí)施設(shè)計(jì)如下：
學(xué)習(xí)活動(dòng)1：認(rèn)識(shí)二極管。能力目標(biāo)：（1）能通過觀察了解二極管的結(jié)構(gòu)；（2）能通過查閱資料了解制作二極管的材料、結(jié)構(gòu)、型號(hào)和分類。知識(shí)目標(biāo)：（1）了解半導(dǎo)體材料的基本知識(shí)；（2）了解二極管的結(jié)構(gòu)、分類和型號(hào)。組織方式：小組學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)手段：下發(fā)任務(wù)書和學(xué)材。學(xué)習(xí)步驟：分析任務(wù)，了解任務(wù)要求，查看任務(wù)資料；查閱資料。了解二極管的相關(guān)知識(shí)，符號(hào)；完成任務(wù)書?？烧故镜慕Y(jié)果書面成果：任務(wù)書。
學(xué)習(xí)活動(dòng)2：拼插二極管電路。能力目標(biāo)：能設(shè)計(jì)簡單電路；能正確拼插電路；能通過分析得到二極管的單向?qū)щ娦浴ＶR(shí)目標(biāo)：理解二極管的單向?qū)щ娦?；掌握二極管兩個(gè)極的判別區(qū)分。組織方式：小組學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)手段：下發(fā)任務(wù)書，下發(fā)學(xué)材電子百拼世界。學(xué)習(xí)步驟：（1）分析任務(wù)制定計(jì)劃，了解任務(wù)要求，查看任務(wù)資料；（2）制定計(jì)劃；（3）查閱資料，了解二極管的相關(guān)知識(shí)、符號(hào)；（4）連接百拼電路，理解二極管的單向?qū)щ娦?；?）檢查發(fā)現(xiàn)問題。書面成果：任務(wù)書。實(shí)物成果：電路。
學(xué)習(xí)活動(dòng)3：制作個(gè)性閃光標(biāo)志。能力目標(biāo)：能設(shè)計(jì)簡單電路；能正確連接電路；能保證電路安全。知識(shí)目標(biāo)：理解二極管的參數(shù)；掌握用萬用表完成二極管正負(fù)極的識(shí)別、好壞的判別。組織方式：小組學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)手段：下發(fā)任務(wù)書，下發(fā)學(xué)材二極管、導(dǎo)電膠帶、電池盒、電池等。學(xué)習(xí)步驟：（1）分析任務(wù)，了解任務(wù)要求，查看任務(wù)資料，了解二極管的參數(shù)；（2）制定計(jì)劃；（3）設(shè)計(jì)標(biāo)志，計(jì)算出要用到的二極管數(shù)目，電池的電動(dòng)勢(shì)要求；（4）萬用表檢測(cè)二極管的正負(fù)極與好壞；（5）連接電路；（6）檢查電路，通電；（7）總結(jié)。書面成果：任務(wù)書。實(shí)物成果：標(biāo)志電路。
學(xué)習(xí)活動(dòng)4：總結(jié)評(píng)價(jià)。能力目標(biāo)：能總結(jié)任務(wù)過程，語言通順、突出重點(diǎn)；能客觀評(píng)價(jià)自己與他人表現(xiàn)。組織方式：小組學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)手段：總結(jié)展示。學(xué)習(xí)步驟：（1）展示每個(gè)小組設(shè)計(jì)的標(biāo)志，是否發(fā)光；（2）總結(jié)評(píng)價(jià)；（3）教師點(diǎn)評(píng)。
六、實(shí)施效果與反思
通過在新一級(jí)機(jī)電類專業(yè)班級(jí)中進(jìn)行該課程改革實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)參與率較之前的傳統(tǒng)教學(xué)有了顯著提高，更多的學(xué)生參與到活動(dòng)中來，愿意探究相關(guān)知識(shí)，在任務(wù)的完成中獲得了成就感，看到他們臉上的滿足的笑容，教師也深深地感受到了教與學(xué)之中的滿足感。但是，實(shí)踐中仍然存在很多不足，比如，學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)是否具有實(shí)用性，如何能夠更多地提高學(xué)生的積極性等問題，有待在實(shí)踐中進(jìn)一步完善。
參考文獻(xiàn)：
工業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，電器設(shè)備的應(yīng)用越來越多。低電壓大功率的電器設(shè)備出現(xiàn)一些問題，工作的電流較大，在啟動(dòng)的時(shí)間電流強(qiáng)度更大，影響到實(shí)際的使用問題。最好將高壓電機(jī)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，減小工作的電流以及啟動(dòng)的電流，降低電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。
一、高壓電器設(shè)備的保護(hù)控制
在高壓電機(jī)中，需要保護(hù)的功能較多，對(duì)主電路的高壓部分進(jìn)行控制，可以采用直接啟動(dòng)或者是高壓變頻器進(jìn)行控制，直接啟動(dòng)由計(jì)算機(jī)綜合保護(hù)控制器以及交流真空斷路器聯(lián)合構(gòu)成。
1、直接啟動(dòng)控制的原理
高壓電機(jī)直接啟動(dòng)控制的原理主要表現(xiàn)在把真空接觸器直接啟動(dòng)與綜合保護(hù)控制器結(jié)合在一起，高壓電機(jī)在使用以及漏電狀態(tài)產(chǎn)生電流，經(jīng)過零序電TA和電TA采樣電路，進(jìn)入綜合保護(hù)控制器電流信號(hào)的輸入端，綜合電路保護(hù)器可以對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析，如果發(fā)生漏電、缺相等的故障，執(zhí)行元件真空接觸器的動(dòng)作，將電機(jī)的運(yùn)行電源切斷，上傳故障的情況，與此同時(shí)，顯示聲光報(bào)警。當(dāng)故障沒有排除時(shí)，把綜合保護(hù)控制器的程序鎖定，使其不能進(jìn)入正常工作的狀態(tài)。
2、變頻啟動(dòng)的控制原理
在以前，高壓電機(jī)變頻啟動(dòng)采用的電壓結(jié)構(gòu)是高-低-高，或者是三電平疊加結(jié)構(gòu)，以IGBT大功率絕緣柵雙極性管為基礎(chǔ)，高壓變頻器對(duì)高壓電機(jī)的電源進(jìn)行直接的操控。現(xiàn)階段，大功率高電壓等級(jí)IGBT絕緣柵雙極性晶體管開關(guān)管被成功的研制，電流結(jié)構(gòu)是交-直-交型，鐵心變壓器結(jié)構(gòu)被取代。
三相高壓交流電，通過大電流高壓整流二極管，整流成為高壓直流電，由快速絕緣柵雙極性高壓開關(guān)管IGBT進(jìn)行觸發(fā)，生成三相交流高壓脈沖電源，是可變頻的電源。電抗器進(jìn)行濾波，成為三相正弦波交流電（可變頻），供給高壓交流電機(jī)的日常運(yùn)行。
變頻內(nèi)計(jì)算機(jī)控制中心對(duì)快速絕緣柵雙極性高壓開關(guān)管IGBT的開啟和關(guān)斷進(jìn)行控制，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的內(nèi)部程序和的電子電路，對(duì)高壓交流電頻率以及電壓幅值進(jìn)行控制，高壓交流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、調(diào)控轉(zhuǎn)速以及軟停車。電壓輸出頻率可控范圍為0-400Hz。當(dāng)高壓交流電機(jī)進(jìn)入軟停車狀態(tài)時(shí)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部程序?qū)﹂_啟的脈沖進(jìn)行調(diào)控觸動(dòng)，使高壓濾波電容放出電流，對(duì)IGBT進(jìn)行控制，釋放存電。當(dāng)放電完成后，高壓指示燈熄滅，防止電路引發(fā)事故。
電機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n = 60f/2p，轉(zhuǎn)速和頻率呈現(xiàn)線性的關(guān)系。由此公式推斷，變頻器公式是：c=u/f ，輸出電流是三相交流電，變頻的范圍是0-400Hz，用高載波頻率SPWM方式，載波頻率范圍是10-20kHz，IGBT是開關(guān)功率管，開關(guān)功率管能夠進(jìn)行多只的串聯(lián)使用。如果頻率較低，可以增加起步電壓，電機(jī)機(jī)械運(yùn)行的性能得以提升。
整機(jī)主控的核心部分是單片機(jī)，以單片機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)變頻器信號(hào)進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)入指揮的狀態(tài)，在SPWM發(fā)生器中，將信號(hào)輸入進(jìn)去，脈沖產(chǎn)生，脈沖進(jìn)入功率驅(qū)動(dòng)芯片，功率被放大到原來的狀態(tài)，IGBT開始進(jìn)入工作狀態(tài)，輸出三相電，濾波電抗器 L對(duì)濾波進(jìn)行處理，三相交流電輸出，電機(jī)能夠進(jìn)行工作。計(jì)算機(jī)指揮控制中心對(duì)電壓、電流、轉(zhuǎn)速等進(jìn)行控制。
變頻控制通常適合變頻電機(jī)，普通的電機(jī)當(dāng)頻率處在低頻以及高頻狀態(tài)時(shí)，變頻器不適合控制，主要是因?yàn)樽冾l器是鐵心的材質(zhì)。在低頻段，也就是0-20Hz，普通的高壓電機(jī)會(huì)發(fā)出高壓奇次諧波，電機(jī)發(fā)熱，對(duì)電機(jī)的使用壽命造成影響。當(dāng)處在高頻段時(shí)，也就是50-100Hz以及超過這個(gè)范圍時(shí)，轉(zhuǎn)速過高，電機(jī)的軸承不能承受，遭到損壞，對(duì)電機(jī)的壽命造成影響。
二、高壓電氣的調(diào)試
1、調(diào)試范圍
高壓電氣調(diào)試為高壓電機(jī)正常運(yùn)行提供保證，高壓電氣的調(diào)試包括：（1）高壓電纜；（2）電機(jī)綜合保護(hù)器；（3）高壓真空接觸器；（4）高壓電機(jī)；（5）高壓避雷器；（6）TA；（7）TV；（8）高壓變頻器。
2、調(diào)試內(nèi)容
高壓電氣調(diào)試需要按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行。電機(jī)綜合保護(hù)器技術(shù)參數(shù)在設(shè)定時(shí)，結(jié)合出廠說明書以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)，結(jié)果顯示正常。在調(diào)試前，高壓電器必須進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)，過程是：首先，搖表轉(zhuǎn)速均勻，保持在120r/min以內(nèi)；其次，絕緣電阻必須使用AC2500V，采用兆歐表進(jìn)行測(cè)試，兆歐表范圍是0-2500MΩ；再次，讀表時(shí)間是15s以及60s，記錄數(shù)據(jù)，并進(jìn)行阻值吸收比的計(jì)算；最后，讀表結(jié)束以后，進(jìn)行整理，先把試驗(yàn)表筆拿開，停止搖表，直至停下。高壓真空接觸器對(duì)合閘以及分閘線圈動(dòng)作電壓進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算相關(guān)的數(shù)據(jù)。
3、調(diào)試過程
高壓電機(jī)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行高壓耐壓的試驗(yàn)，檢驗(yàn)三相直流電阻、絕緣電阻以及繞組極性，對(duì)三相直流電阻應(yīng)用精密的直流電橋測(cè)量。
試驗(yàn)電源是AC380V，通過試驗(yàn)操作臺(tái)調(diào)壓變壓器，進(jìn)行調(diào)壓，在放電保護(hù)球隙器一側(cè)放置輸入高壓接入，另一側(cè)接入地線。
把放電保護(hù)球隙器放電時(shí)間調(diào)節(jié)好，在放電時(shí)，保護(hù)電壓要大于試驗(yàn)電壓，電壓值調(diào)整好之后，斷開電源，接入接線，檢查地線的連接情況。當(dāng)確定以后，進(jìn)行下面的試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，電壓值緩慢增加，電流表指沒有出現(xiàn)晃動(dòng)，到達(dá)試驗(yàn)的時(shí)間點(diǎn)，然后電壓緩慢降低，斷開電源。對(duì)于超過400kW的高壓電機(jī)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)以前，必須進(jìn)行直流高壓泄露試驗(yàn)。電流值必須符合要求。試驗(yàn)前后，測(cè)量絕緣電阻值，使阻值符合要求。
結(jié)語
高壓電器設(shè)備大功率的應(yīng)用將更加普遍，在工程中熟悉高壓電器設(shè)備自動(dòng)化控制的原理，掌握電氣調(diào)試技術(shù)，非常重要。高壓電器設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，有助于增加工業(yè)生產(chǎn)，拓展企業(yè)的業(yè)務(wù)。在實(shí)際的生活中，熟練掌握原理以及調(diào)試技術(shù)，可以避免電壓啟動(dòng)時(shí)損壞電網(wǎng)。
參考文獻(xiàn)
[1]周維遠(yuǎn).綜述高壓電器設(shè)備自動(dòng)化控制原理及電氣調(diào)試的技術(shù)[J].大科技，2012（18）.
[2]王靜.對(duì)高壓電器設(shè)備進(jìn)行的探討[J].民營科技，2012（2）.
[3]王璽.新型高壓電器設(shè)備[J].科技致富向?qū)В?013（6）.
作者簡介
王洪，男，（1972-），籍貫，吉林省梨樹縣，大學(xué)本科，工程師，研究方向：電氣工程及自動(dòng)化。
關(guān)鍵詞 資源整合 職教集團(tuán) 深度建設(shè) 發(fā)展機(jī)遇
中圖分類號(hào)：G47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、崗位方向與能力要求
1.1專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)
培養(yǎng)與我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)要求相適應(yīng)，德、智、體、美等方面全面發(fā)展，具有綜合職業(yè)能力，在電子整機(jī)生產(chǎn)、服務(wù)和管理第一線工作的一般電子產(chǎn)品的裝配、調(diào)試與維修人員。
1.2專業(yè)崗位方向
畢業(yè)生主要面向電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)營單位，從事一般電子設(shè)備的裝配、調(diào)試、維修和檢驗(yàn)等技術(shù)工作，以及電子產(chǎn)品、電子元器件的生產(chǎn)、采購和銷售工作。
1.3畢業(yè)生崗位能力要求
1.3.1專業(yè)能力要求
（1）電子產(chǎn)品營銷崗位：要求熟悉電路基本理論，掌握電子元器件、材料、電子產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用領(lǐng)域。
（2）電子產(chǎn)品裝配、調(diào)試崗位：熟悉電路基本理論，掌握常用電子元件的識(shí)別辦法、技術(shù)參數(shù)和裝配要求，掌握電子元件的安裝工藝與焊接工藝，熟悉電子產(chǎn)品的裝配工藝過程，掌握常用電子測(cè)量儀表儀器的使用和操作，掌握電子產(chǎn)品的調(diào)試技術(shù)，能熟練使用各種常用焊接工具與焊接材料，具有較強(qiáng)的PCB板圖和元件裝配圖的識(shí)圖能力以及編寫裝配工藝流程卡的能力，具有使用新的焊接設(shè)備與裝配工藝的能力。
（3）電子產(chǎn)品技術(shù)維修崗位：熟悉電路基本理論，掌握單片機(jī)的工作原理及應(yīng)用技術(shù)，掌握常用電子元器件的技術(shù)參數(shù)和使用要求，熟練分析電子產(chǎn)品的工作原理，具備運(yùn)用常用電子測(cè)量儀器去測(cè)量、分析與判斷電路故障的能力，掌握元器件的替換與焊接技巧和電子產(chǎn)品的運(yùn)行操作能力與調(diào)試技巧，具備良好電子產(chǎn)品維修技能。
（4）電子產(chǎn)品一線生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗(yàn)、調(diào)試、管理生產(chǎn)崗位：熟悉電路基本理論，掌握常用電子元器件的技術(shù)性能和裝配要求和電子產(chǎn)品的加工工藝和生產(chǎn)過程，具有較強(qiáng)組織、溝通與協(xié)調(diào)能力和現(xiàn)代化的管理意識(shí)和管理能力，較強(qiáng)的生產(chǎn)安排與調(diào)配能力、自學(xué)能力，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的管理要求。
1.3.2關(guān)健能力和綜合素質(zhì)要求
（1）具有良好的職業(yè)道德修養(yǎng)、具有敬業(yè)奉獻(xiàn)的吃苦精神。
（2）具有良好溝通協(xié)調(diào)能力，具有與人合作的能力。
（3）具有良好的工作態(tài)度與責(zé)任心，穩(wěn)定的心理承受能力。
（4）具有良好的學(xué)習(xí)發(fā)展能力和創(chuàng)新能力。
（5）具有掌握分析問題、解決問題的能力。
（6）具有適應(yīng)新環(huán)境的能力，自理、自律能力，刻苦耐挫能力，應(yīng)急應(yīng)變能力。
2專業(yè)建設(shè)目標(biāo)、內(nèi)容與措施
2.1專業(yè)建設(shè)目標(biāo)
（1）以理實(shí)一體化教學(xué)改革為重點(diǎn)，深化專業(yè)課程改革，建立人才培養(yǎng)目標(biāo)鮮明的課程體系。
（2）完善“校企融合、教產(chǎn)一體”的工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與用人需求對(duì)接。
（3）改革傳統(tǒng)的結(jié)果評(píng)價(jià)機(jī)制，建立以能力為本位，理實(shí)一體化教學(xué)的過程評(píng)價(jià)機(jī)制。
（4）培養(yǎng)一支結(jié)構(gòu)合理的“雙師”型教師和骨干教師團(tuán)隊(duì)。
2.2專業(yè)建設(shè)的主要內(nèi)容
（1）理實(shí)一體化教學(xué)改革
（2）工學(xué)結(jié)合模式的有效實(shí)施辦法
2.3 專業(yè)建設(shè)措施
2.3.1理實(shí)一體化教學(xué)改革
（1）理實(shí)一體化課程結(jié)構(gòu)設(shè)置
通過對(duì)電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)的近40家電子企業(yè)走訪和調(diào)研，同時(shí)深入研究分析我國中等職業(yè)教育的現(xiàn)狀，最后得出了一個(gè)結(jié)論是，中職教育的發(fā)展走理實(shí)一體化和工學(xué)結(jié)合的道路勢(shì)在必行。
通過對(duì)用人企業(yè)的調(diào)研和畢業(yè)生反饋信息分析，結(jié)合本專業(yè)畢業(yè)生崗位發(fā)展分析，確定了本專業(yè)的兩個(gè)培養(yǎng)方向：一個(gè)是電子產(chǎn)品的裝配、調(diào)試及生產(chǎn)管理方向；一個(gè)是家用電子產(chǎn)品的維修方向（平板電視維修）；圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)確定課程結(jié)構(gòu)，采用專業(yè)主干課程+專業(yè)化方向課程+專業(yè)拓展課程（選修）的課程結(jié)構(gòu)模式。
圍繞兩個(gè)培養(yǎng)方向，開設(shè)三年制電子產(chǎn)品的裝配、調(diào)試及生產(chǎn)管理班和四年制（3+1）家用電子產(chǎn)品的維修（平板電視維修）班（兩個(gè)方向的課程結(jié)構(gòu)圖略）。
（2）理實(shí)一體化項(xiàng)目教材開發(fā)
項(xiàng)目教材的文本格式反映了編寫者的教學(xué)理念，能否跳出原來的學(xué)科型教學(xué)框架的束縛是成功編寫項(xiàng)目教材的關(guān)鍵。在專業(yè)基礎(chǔ)課程和部分專業(yè)課程教學(xué)中采用項(xiàng)目教學(xué)改革試點(diǎn)，組織骨干教師編寫項(xiàng)目教學(xué)校本教材，其中已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)中的校本教材有《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能項(xiàng)目教程》、《電子技能與實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教程》、《電視機(jī)原理與維修實(shí)用項(xiàng)目教程》。在做好以上項(xiàng)目教材開發(fā)的同時(shí)，繼續(xù)組織專業(yè)骨干教師和企業(yè)專家共同完成《平板電視維修手冊(cè)》校本項(xiàng)目教材的開發(fā)編寫工作。
（3）雙師型教師培養(yǎng)
雙師型教師的培養(yǎng)在專業(yè)建設(shè)過程中已經(jīng)到了迫在眉睫的地步，根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方向，制定了專業(yè)教師培訓(xùn)計(jì)劃：一是選派骨干教師參加國家級(jí)、省級(jí)骨干教師培訓(xùn)；二是選派骨干教師深入企業(yè)參加為期半年或一年的學(xué)習(xí)與鍛煉，其中選派兩名骨干教師到長虹公司和海信公司參加平板電視的維修學(xué)習(xí)；三是聘請(qǐng)典型電子企業(yè)的資深專家定期到校對(duì)專業(yè)教師進(jìn)行培訓(xùn)；四是制定校內(nèi)教師培訓(xùn)方案，采用師傅帶徒弟“傳幫帶”的方式培訓(xùn)。
（4）理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)
依托職教園整合優(yōu)勢(shì)，建設(shè)滿足理實(shí)一體化教學(xué)需要的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室如下表：
（5）理實(shí)一體化教學(xué)設(shè)計(jì)
“理實(shí)一體化”教學(xué)的關(guān)鍵在于理論與實(shí)踐穿行，將兩者有機(jī)的融合，在教學(xué)過程中適時(shí)的穿插投影、掛圖、實(shí)物拆卸、板書、講述，形成“教、學(xué)、做、考”四位一體化教學(xué)新模式，它包括教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)、教學(xué)項(xiàng)目及內(nèi)容的設(shè)計(jì)、教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)、教學(xué)形式和方法的設(shè)計(jì)。
教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)：創(chuàng)建理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)與多媒體教學(xué)于一體，集演示、講授、操作等多功能融于一體的多媒體實(shí)訓(xùn)教室。
教學(xué)項(xiàng)目和內(nèi)容的設(shè)計(jì)：一是設(shè)計(jì)合適的教學(xué)項(xiàng)目，以最大限度地負(fù)載課程的知識(shí)與技能要求；二是做好教學(xué)項(xiàng)目與企業(yè)實(shí)際工作任務(wù)的對(duì)接；三是調(diào)整項(xiàng)目內(nèi)容，以確保項(xiàng)目及時(shí)體現(xiàn)企業(yè)的新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)。
教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)：以綜合職業(yè)能力和綜合素質(zhì)為培養(yǎng)目標(biāo)。重點(diǎn)加強(qiáng)專業(yè)能力、方法能力、社會(huì)能力和道德素質(zhì)的培養(yǎng)。
教學(xué)形式和方法的設(shè)計(jì)：堅(jiān)持以活動(dòng)為中心，以實(shí)踐為主線，進(jìn)行實(shí)踐能力導(dǎo)向的一體化教學(xué)，學(xué)生以行動(dòng)為導(dǎo)向，以完成工作任務(wù)為基礎(chǔ)，在項(xiàng)目任務(wù)的引領(lǐng)下完成理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，以“做”促“學(xué)”，以“體驗(yàn)”促進(jìn)“思維”實(shí)行理論實(shí)踐一體化教學(xué)的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變，創(chuàng)設(shè)合適的職業(yè)活動(dòng)情境來培養(yǎng)學(xué)生綜合職業(yè)能力和綜合素質(zhì)。
（6）理實(shí)一體化教學(xué)效果的評(píng)價(jià)
改變傳統(tǒng)的結(jié)果評(píng)價(jià)方式，建立理實(shí)一體化教學(xué)的過程評(píng)價(jià)方式。建立了教師、學(xué)生、家長和企業(yè)用人單位共同參與的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)制度。重視學(xué)習(xí)過程評(píng)價(jià)，強(qiáng)化綜合實(shí)踐能力考核，逐步建立了以能力為本位、評(píng)價(jià)主體和評(píng)價(jià)方式多元化的評(píng)價(jià)體系。
2.3.2工學(xué)結(jié)合模式的有效實(shí)施辦法
（1）引入生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，形成工學(xué)結(jié)合教學(xué)模式。以職教園整合為契機(jī)，與光寶電子（咸寧）科技有限公司共同投資在校內(nèi)建成一條電源轉(zhuǎn)換器裝配生產(chǎn)線，企業(yè)主要提供生產(chǎn)設(shè)備和材料，包含生產(chǎn)原材料、耗材、檢測(cè)設(shè)備等，學(xué)校提高場(chǎng)地和操作人員，生產(chǎn)線的技術(shù)和管理工作由企業(yè)調(diào)派人員和校內(nèi)專業(yè)教師共同承擔(dān)。電子專業(yè)學(xué)生每周以二天為一個(gè)單元進(jìn)行生產(chǎn)性實(shí)習(xí)，每個(gè)單元中融入了理論教學(xué)、工藝編排、上線生產(chǎn)、產(chǎn)品檢測(cè)、產(chǎn)品返修等多個(gè)環(huán)節(jié)，促進(jìn)了學(xué)校與企業(yè)間的技術(shù)（生產(chǎn)）對(duì)接。
（2）建立企業(yè)中間實(shí)習(xí)制度，積累學(xué)生社會(huì)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。全面落實(shí)中間生產(chǎn)性實(shí)習(xí)制度。從第二學(xué)期開始，每個(gè)學(xué)期均安排專業(yè)教師帶領(lǐng)學(xué)生深入企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)四周（一個(gè)月）時(shí)間，教師主要一方面配合企業(yè)做好學(xué)生管理工作，另一方面還要深入企業(yè)學(xué)習(xí)與鍛煉，學(xué)校按企業(yè)生產(chǎn)方式，組織學(xué)生參與生產(chǎn)性實(shí)習(xí)，企業(yè)按計(jì)件工資標(biāo)準(zhǔn)向?qū)W生發(fā)放勞動(dòng)報(bào)酬。目前已經(jīng)與咸寧奕東電子、咸寧光寶電子科技、咸寧能一郎電子三家企業(yè)簽訂校企合作定崗實(shí)習(xí)協(xié)議，學(xué)生通過參與中間實(shí)習(xí)的實(shí)踐鍛煉，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、與人合作等職業(yè)能力形成，養(yǎng)成吃苦耐勞和爭先奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神。
參考文獻(xiàn)