導(dǎo)言：作為寫(xiě)作愛(ài)好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇數(shù)字電子技術(shù)論文，它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1.1555組成的秒時(shí)基電路仿真

秒時(shí)基電路是時(shí)序邏輯電路中經(jīng)常使用的單元塊電路，可以通過(guò)555組成的多諧振蕩器構(gòu)成秒時(shí)基電路，只需要選擇合適的電阻和電容值就實(shí)現(xiàn)。秒時(shí)基電路應(yīng)用非常廣泛，交通燈電路系統(tǒng)、LED數(shù)字顯示的電子表電路等，均需要產(chǎn)生秒時(shí)基脈沖電路單元。在Proteus選擇大小合適的圖紙，建立圖形輸入仿真文件，根據(jù)理論計(jì)算確定有關(guān)電阻電容數(shù)值，選取器件，修改電路參數(shù)，連接元器件組成電路。通過(guò)波形可以很直觀的看出設(shè)計(jì)是否滿足要求為1秒的時(shí)基電路，同時(shí)修改有關(guān)電阻值可以在周期為1秒的前題下改變脈沖的占空比。使學(xué)生充分理解多諧振蕩電路，并可以根據(jù)實(shí)際需要產(chǎn)生不同周期和占空比的脈沖，激發(fā)學(xué)生對(duì)555電路的深層次的學(xué)習(xí)，從真正意義上認(rèn)識(shí)555電路特性，驗(yàn)證其組成設(shè)計(jì)單諧、多諧振蕩電路以及有實(shí)際應(yīng)用的觸發(fā)報(bào)警、脈沖產(chǎn)生等電路。

1.2譯碼顯示電路仿真

顯示器件是數(shù)字電路一個(gè)重要部分，其中LED數(shù)碼管應(yīng)用尤為廣泛。本例通過(guò)譯碼芯片74LS47和共陽(yáng)極數(shù)碼管來(lái)完成譯碼電路和顯示電路的內(nèi)容。輸入數(shù)字為013（采用2進(jìn)制000000010011）通過(guò)譯碼器件，譯出相應(yīng)7段ABCDEFG的高低電平，譯碼芯片與共陽(yáng)極數(shù)碼管連接，最終正確的輸出相關(guān)顯示內(nèi)容。同學(xué)還可以利用其它譯碼芯片CD4511、74LS48和共陰極數(shù)碼連接，在此基礎(chǔ)上還可以加入計(jì)數(shù)器，脈沖電路，這樣就能實(shí)現(xiàn)脈沖的自動(dòng)計(jì)數(shù)及顯示，效果直觀。進(jìn)行完一整套設(shè)計(jì)學(xué)生很有成就感，能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

篇2

二、項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施步驟

1.創(chuàng)造情境，激發(fā)學(xué)生興趣。

在教學(xué)中創(chuàng)建良好的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如在課程的“組合邏輯電路設(shè)計(jì)”教學(xué)中，詢問(wèn)學(xué)生有沒(méi)有獻(xiàn)過(guò)血。通過(guò)此問(wèn)題可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，探究獻(xiàn)血和所學(xué)知識(shí)的相關(guān)性；接著詢問(wèn)血型匹配知識(shí)。通過(guò)此問(wèn)題調(diào)動(dòng)大家探討的積極性；最后提出能否利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)血型匹配判斷電路。通過(guò)前期的情境培養(yǎng)，使學(xué)生對(duì)“組合邏輯電路設(shè)計(jì)”知識(shí)產(chǎn)生濃厚的興趣。

2.圍繞主題，逐步深入。

學(xué)習(xí)了典型的時(shí)序集成電路后，為了進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)集成電路的理解和應(yīng)用，繼而引導(dǎo)學(xué)生作進(jìn)一步討論：能否用現(xiàn)有知識(shí)設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘？數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)包含哪些模塊？學(xué)生對(duì)數(shù)字電子鐘比較熟悉，能夠確定數(shù)字電子鐘需要實(shí)現(xiàn)哪些功能。學(xué)生通過(guò)研究和討論，設(shè)計(jì)出數(shù)字電子鐘的總體結(jié)構(gòu)圖。數(shù)字電子鐘的模塊包括：秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生、計(jì)數(shù)、譯碼、校時(shí)和顯示等基本模塊，利用Multisim仿真軟件實(shí)現(xiàn)各電路模塊的獨(dú)立調(diào)試和仿真，再進(jìn)行系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)調(diào)試。在此過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考數(shù)字電子鐘的關(guān)鍵問(wèn)題：秒脈沖信號(hào)如何產(chǎn)生？時(shí)計(jì)數(shù)電路，即二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？分、秒計(jì)數(shù)電路，即六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？時(shí)（分、秒）譯碼電路如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？時(shí)（分、秒）顯示電路如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)？怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分的校準(zhǔn)。

3.模塊化設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)合作。

基本設(shè)計(jì)思路確定以后，進(jìn)入項(xiàng)目的實(shí)施階段。在對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組時(shí)，應(yīng)從多個(gè)方面考慮團(tuán)隊(duì)成員的組合，如知識(shí)結(jié)構(gòu)、特長(zhǎng)、性格等。確定了小組成員后，明確每位同學(xué)職責(zé)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人將項(xiàng)目任務(wù)模塊化，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的整體組織和協(xié)調(diào)，確保項(xiàng)目有條不紊地開(kāi)展；成員兩人一組完成子模塊的設(shè)計(jì)與調(diào)試；最后以小組為單位，梳理項(xiàng)目，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人組織編寫(xiě)和完善所有項(xiàng)目文檔和報(bào)告。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生參考他人的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法時(shí)，主要是學(xué)習(xí)他人的設(shè)計(jì)方法，如編碼、接口和電路的工作原理，而不是原封不動(dòng)地使用他人的電路。在項(xiàng)目的方案論證過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展討論。學(xué)生可以通過(guò)提方案、相互補(bǔ)充和正反對(duì)比等多種探討思路，對(duì)所擬定的方案進(jìn)行仿真或試驗(yàn)驗(yàn)證。教師在這一環(huán)節(jié)中力求全面把握學(xué)生動(dòng)向，主動(dòng)獲取學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程中的認(rèn)知錯(cuò)誤，加以指導(dǎo)。最后學(xué)生可以得出電子鐘每一子模塊的設(shè)計(jì)內(nèi)容。數(shù)字電子鐘的第一部分是時(shí)間基準(zhǔn)，即時(shí)鐘。學(xué)生通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，為了獲得可能的最高精度，時(shí)鐘電路選擇比較常見(jiàn)的32.768kHz的晶振，而32768是2的15次方，所以對(duì)這種晶振進(jìn)行15次分頻的話，就可以得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的1Hz的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。數(shù)字電子鐘的第二部分是秒計(jì)數(shù)器。秒計(jì)數(shù)器的工作原理為：給其裝載一個(gè)初始值并執(zhí)行減計(jì)數(shù)至零。當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖并將其傳遞給分計(jì)數(shù)器。在這里，裝載的初始值根據(jù)需要設(shè)定的時(shí)間和時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)計(jì)算，若時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)為1Hz，則60s的設(shè)定時(shí)間所需的初始值為60，若時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)為2Hz，則60s的設(shè)定時(shí)間所需的初始值為120。也就是說(shuō)，裝載的初始值等于需要設(shè)定的時(shí)間乘以時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字電子鐘的第三部分是分計(jì)數(shù)器，它實(shí)現(xiàn)分的計(jì)數(shù)和顯示，且進(jìn)行小時(shí)比較。每當(dāng)秒計(jì)數(shù)器減至零時(shí)，分計(jì)數(shù)器加1。電路需包含一個(gè)比較電路的8位計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)分的復(fù)位并使小時(shí)計(jì)數(shù)器加1。通過(guò)仿真，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，為了保證LED顯示的正確性，當(dāng)復(fù)位為零時(shí)，設(shè)置顯示值為59。數(shù)字電子鐘的第四部分是時(shí)計(jì)數(shù)器，當(dāng)分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到60時(shí)，小時(shí)計(jì)數(shù)器加1。在計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生最容易忽略計(jì)數(shù)器的工作特性，在仿真時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。例如，在電子鐘設(shè)計(jì)中計(jì)數(shù)器選用74LS193時(shí)，就要考慮其工作特性，在分計(jì)數(shù)器的值小于而不是等于60的那一個(gè)時(shí)刻加1。這樣做可以避免使用額外的邏輯運(yùn)算，來(lái)使比較器的輸出轉(zhuǎn)化為小時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入時(shí)鐘脈沖。小時(shí)計(jì)數(shù)器電路中也應(yīng)該包含一個(gè)比較器，用以檢測(cè)當(dāng)前值是否為12（電子鐘小時(shí)顯示為12進(jìn)制），如果是，立即將小時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位。

4.總結(jié)問(wèn)題，共同研討。

在項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中，教師在做到整體掌握、全程引導(dǎo)的同時(shí)，還要尊重學(xué)生的設(shè)計(jì)，協(xié)助學(xué)生解決遇到的難題。如學(xué)生在校時(shí)電路的設(shè)計(jì)中遇到了如下問(wèn)題：校時(shí)電路的開(kāi)關(guān)在接通和斷開(kāi)時(shí)均存在抖動(dòng)問(wèn)題，使電路無(wú)法正常工作。這時(shí)學(xué)生在教師的鼓勵(lì)、引導(dǎo)下查閱資料，了解到常用的消除抖動(dòng)的方法：軟實(shí)現(xiàn)（編程實(shí)現(xiàn)）、硬件實(shí)現(xiàn)。軟實(shí)現(xiàn)即處理器查詢或者監(jiān)視開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有改變狀態(tài)時(shí)，即認(rèn)為開(kāi)關(guān)已經(jīng)不再抖動(dòng)。常用的硬件去抖動(dòng)的方法有：（1）使用施密特觸發(fā)器電路；（2）使用CMOS555定時(shí)器；（3）基本RS鎖存器電路。利用施密特觸發(fā)器電路消除抖動(dòng)時(shí)，應(yīng)確保施密特觸發(fā)器的門(mén)限電壓盡可能小，以保證能被電容上的電壓觸發(fā)；當(dāng)開(kāi)關(guān)存在很多抖動(dòng)時(shí)，最好的方法是采用CMOS555定時(shí)器構(gòu)建單穩(wěn)態(tài)電路來(lái)消除抖動(dòng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)，555定時(shí)器可以輸出一個(gè)穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，代替開(kāi)關(guān)來(lái)觸發(fā)實(shí)際；利用基本RS鎖存器電路，將鎖存器的S端接開(kāi)關(guān)輸入，R端接應(yīng)用電路，將開(kāi)關(guān)的狀態(tài)鎖存，當(dāng)操作完成后取消鎖存。學(xué)生可以分組，應(yīng)用不同的方法消除抖動(dòng)，比較去抖動(dòng)的效果，確定最佳方案。學(xué)生通過(guò)查閱資料，不僅解決了設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，同時(shí)也發(fā)散了思維，擴(kuò)展了知識(shí)面。

5.時(shí)序仿真，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

學(xué)生通過(guò)原理圖設(shè)計(jì)，得到了秒脈沖信號(hào)、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過(guò)仿真可以得到其時(shí)序圖，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)利用集成計(jì)數(shù)器芯片實(shí)現(xiàn)其他進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法，最后通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)和仿真。每個(gè)小組實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)后，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人應(yīng)向全班匯報(bào)并展示本組設(shè)計(jì)的作品，列舉在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案。

6.拓展項(xiàng)目，鼓勵(lì)創(chuàng)新。

在學(xué)生實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目任務(wù)時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目的拓展，增強(qiáng)學(xué)生的靈活應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行討論，如現(xiàn)在市場(chǎng)上的電子鐘定時(shí)有何特點(diǎn)，學(xué)生自身對(duì)定時(shí)功能有何要求等。學(xué)生可以通過(guò)提方案、互相補(bǔ)充、多方面對(duì)比等探討過(guò)程，實(shí)現(xiàn)電子鐘個(gè)性化定時(shí)的設(shè)計(jì)。在這一過(guò)程中，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)思維探索，而且提高了對(duì)知識(shí)的理解記憶，為課程學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。不要局限于一套設(shè)計(jì)方案。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，將學(xué)生分組，要求每組同學(xué)采用不同的方法達(dá)到設(shè)計(jì)目的。例如用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個(gè)閃爍式LED時(shí)序電路，在設(shè)計(jì)時(shí)序發(fā)生器時(shí)可以采用以下幾種方法：（1）555定時(shí)器；（2）慢時(shí)鐘；（3）快時(shí)鐘，通過(guò)計(jì)數(shù)器來(lái)分頻。

篇3

2教學(xué)模式和教學(xué)策略的改革

2．1轉(zhuǎn)變教學(xué)理念

在數(shù)字電子技術(shù)的傳統(tǒng)教學(xué)中，采用的是“教－學(xué)－練”的教學(xué)模式。而現(xiàn)如今，信息大爆炸和獨(dú)生子女教育的負(fù)面問(wèn)題，使得學(xué)生的自我約束能力降低，學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性降低，傳統(tǒng)教學(xué)模式不再合適，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式勢(shì)在必行。ISEC項(xiàng)目中，教學(xué)模式為“引導(dǎo)－問(wèn)答－探究－發(fā)現(xiàn)”。教師不再是教學(xué)活動(dòng)中的主體和靈魂，而是要形成以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)的教育理念，真正成為高等教育中的“導(dǎo)師”而是“教書(shū)匠”。引導(dǎo)不僅僅是對(duì)教學(xué)內(nèi)容的引導(dǎo)，還有對(duì)學(xué)生的能力訓(xùn)練的引導(dǎo)，精神追求的引導(dǎo)。因此，任課教師首先要對(duì)本門(mén)課程的歷史沿革、理論體系和前沿發(fā)展具有深入的了解，在教學(xué)中能夠?yàn)閷W(xué)生傳授更加貼近實(shí)際，更加符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的理論知識(shí)。課堂教學(xué)模式需要從單一向?qū)W生傳授教科書(shū)上的現(xiàn)成知識(shí)，轉(zhuǎn)為以提高學(xué)生的能力為主要目標(biāo)的教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生不再只是被動(dòng)的接受和記憶，而是要在主動(dòng)思考和提出問(wèn)題的過(guò)程中，將聽(tīng)到的、看到的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為自己的。通過(guò)小組合作討論的形式，探究更深層的知識(shí)，既提高學(xué)習(xí)的興趣和效率，又能在討論中學(xué)會(huì)與他人合作、分享，而最終具有將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中的能力。

2．2互動(dòng)式教學(xué)

受傳統(tǒng)文化的影響，我國(guó)的教師更喜歡站在講臺(tái)上講課，而國(guó)外的很多教師，更偏向于走到學(xué)生中間。課堂實(shí)踐證明，站在學(xué)生中間更容易引起學(xué)生的共鳴、認(rèn)同和學(xué)習(xí)興趣。消除了空間上的距離感，同時(shí)也會(huì)減輕學(xué)生心目中的隔閡感，更容易對(duì)自己的老師產(chǎn)生認(rèn)同感，而對(duì)任課教師的認(rèn)同是影響學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)很大的因素。在課堂中，還可以采用其他很多種互動(dòng)的方式。例如，(1)可以將簡(jiǎn)單的授課內(nèi)容分配給學(xué)生來(lái)講。這類內(nèi)容大多零散、連貫性差、偏重概念理論，如果由教師講，很容易使得學(xué)生在聽(tīng)講中感覺(jué)枯燥乏味，而由他們自己來(lái)講解，就可以解決這一問(wèn)題，同時(shí)又可以鍛煉學(xué)生的總結(jié)和語(yǔ)言表達(dá)能力。(2)可以將人們喜聞樂(lè)見(jiàn)的娛樂(lè)節(jié)目中的競(jìng)賽形式引入課堂中，將枯燥的知識(shí)點(diǎn)融入到競(jìng)賽題目中去，同時(shí)制定合理的獎(jiǎng)勵(lì)政策，這將大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，并能促進(jìn)學(xué)生利用課余時(shí)間去學(xué)習(xí)，為課堂學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備，提高課堂學(xué)習(xí)效率。

2．3任務(wù)教學(xué)法

在數(shù)字電子技術(shù)課程中，可以選擇數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)作為一個(gè)任務(wù)，它既包含數(shù)字電子技術(shù)課程的主要內(nèi)容，既有組合電路的部分，又包含時(shí)序電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)又是生活中常見(jiàn)的實(shí)物，難度也在可控的范圍內(nèi)。學(xué)生需要獨(dú)立地制定設(shè)計(jì)方案、選擇設(shè)計(jì)元件、評(píng)估設(shè)計(jì)成果。通過(guò)一個(gè)任務(wù)的完成，使學(xué)生在獲得基本知識(shí)的同時(shí)，又鍛煉了多方面的能力，一舉多得。

3過(guò)程性考核形式改革

課程的考核評(píng)價(jià)是教學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要組成部分，當(dāng)前考核方式的弊端已經(jīng)制約了良好學(xué)風(fēng)的形成和教學(xué)質(zhì)量的提高，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，考試失去了它所具有的評(píng)估、反饋功能。過(guò)程性考核要求閉卷考試的成績(jī)不得超過(guò)總成績(jī)的40%，增加例如小論文、研究報(bào)告、市場(chǎng)調(diào)研、案例分析、答辯、口述、面試等其他多種考試形式。同時(shí)，學(xué)生的出勤和課堂參與情況也是一個(gè)考核的方面。采用多元化、過(guò)程性的考核方式，既可以避免學(xué)生只在考試前一周突擊學(xué)習(xí)和抄襲的不良風(fēng)氣，又能夠促進(jìn)教學(xué)互動(dòng)，同時(shí)還可以鍛煉學(xué)生應(yīng)對(duì)多種挑戰(zhàn)的能力，對(duì)新世紀(jì)能力型人才的培養(yǎng)具有重要意義。

篇4

筆者認(rèn)為，同樣是數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用課程,在教學(xué)內(nèi)容上要有區(qū)分，對(duì)于職高的學(xué)生而言，學(xué)校更應(yīng)注重其實(shí)際操作能力的培養(yǎng)和提高。

1.2教學(xué)模式有待創(chuàng)新

我國(guó)傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為主、學(xué)生為輔，通常是教師講什么，學(xué)生就學(xué)什么，學(xué)生處于較為被動(dòng)的地位。同時(shí)又由于《數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用》這門(mén)課本身理論性較強(qiáng)、難度較大從而導(dǎo)致學(xué)生缺乏興趣，不愿意自主學(xué)習(xí)和探索，這樣就很難取得突破。

1.3教學(xué)理念急需轉(zhuǎn)變

“應(yīng)試教育”這一理念在我國(guó)的學(xué)校教育中可謂根深蒂固，雖然高職、本科生的教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生要自主學(xué)習(xí)，給學(xué)生更多的自由時(shí)間，盡可能地讓學(xué)生自己去探索和實(shí)踐，但仍沒(méi)有取得滿意的效果。

1.4理論與實(shí)踐相脫節(jié)

目前在我國(guó)高校教學(xué)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一部分的重視程度并不高，主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)器材配置較落后、學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性不高，多是為了應(yīng)付考試、教師沒(méi)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行跟進(jìn)和評(píng)估。而受我國(guó)傳統(tǒng)教育的影響，教師偏重課堂上的理論教育，學(xué)生則多以看書(shū)學(xué)習(xí)為主，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)比例分配不合理。從而導(dǎo)致理論與實(shí)際相偏離。

1.5考核方式比較單一

大部分高校在進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)估的時(shí)候還是以考試為主，將筆試成績(jī)、出勤率、實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)三個(gè)方面按不同的比例來(lái)分配，期末總成績(jī)則由三項(xiàng)成績(jī)加總而成。顯然由于考核因素太少，這種考核方式存在很大的局限性，因此可以通過(guò)增加更多的考核因素來(lái)完善考核制度。

2數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用課程的改革與實(shí)踐之策

2.1傳統(tǒng)教學(xué)模式與現(xiàn)代化模式相結(jié)合

現(xiàn)代化的多媒體教學(xué)則可以通過(guò)制作生動(dòng)的課件將理論以視頻、動(dòng)畫(huà)、圖片等方式呈現(xiàn)出來(lái)，不僅可以活躍課堂氣氛，同時(shí)還能讓學(xué)生更好的理解教學(xué)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)，將傳統(tǒng)教學(xué)模式與現(xiàn)代教學(xué)模式相結(jié)合，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解會(huì)相對(duì)輕松有效。

2.2項(xiàng)目式教學(xué)模式的引入

項(xiàng)目教學(xué)法是教師帶領(lǐng)學(xué)生在開(kāi)展一個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)際操作將理論知識(shí)傳授給學(xué)生的教學(xué)模式。該模式主要包括項(xiàng)目的選取、項(xiàng)目模塊化、自主發(fā)揮部分、項(xiàng)目實(shí)施及總結(jié)評(píng)估幾個(gè)部分。

2.3推行校企聯(lián)合教學(xué)的模式

學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系，可以與相關(guān)企業(yè)簽訂實(shí)習(xí)協(xié)議，安排學(xué)生去實(shí)習(xí)，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力，此外也可聘請(qǐng)企業(yè)高級(jí)技術(shù)人才進(jìn)校開(kāi)展主題講座，以給學(xué)生更多的機(jī)會(huì)去了解行業(yè)的最新動(dòng)態(tài)，適當(dāng)調(diào)整自己的學(xué)習(xí)方向，逐漸去適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展要求。

2.4調(diào)整考核方式

通過(guò)引進(jìn)更多的考核因素，如學(xué)生參加科技競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、自主做實(shí)驗(yàn)次數(shù)、實(shí)習(xí)期表現(xiàn)情況等方面，增強(qiáng)考試的公平性、合理性。

2.5多元化學(xué)習(xí)模式

同一專業(yè)同學(xué)可以根據(jù)自身的優(yōu)勢(shì)成立學(xué)習(xí)小組，團(tuán)隊(duì)成員間互相監(jiān)督和幫助，提高學(xué)習(xí)的積極性。此外還可以通過(guò)成立課余興趣小組、舉辦高?？萍几?jìng)賽等方式來(lái)營(yíng)造多元化的學(xué)習(xí)環(huán)境。

2.6實(shí)驗(yàn)室管理

更加人性化完善實(shí)驗(yàn)室管理,延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放時(shí)間，并配備值班教師在必要時(shí)指導(dǎo)課余時(shí)間自主做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)。

篇5

2教學(xué)方法改革

（1）改變傳統(tǒng)教師直接講新內(nèi)容的方式，可以在每節(jié)課開(kāi)始，先寫(xiě)出本節(jié)課要解決的所有問(wèn)題，按照問(wèn)題來(lái)講課，讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課，這樣可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如在講卡諾圖化簡(jiǎn)時(shí)，可先提幾個(gè)問(wèn)題：①什么是最小項(xiàng)？②卡諾圖的結(jié)構(gòu)？③邏輯函數(shù)和卡諾圖的關(guān)系？④用卡諾圖如何化簡(jiǎn)表達(dá)式以及卡諾圖化簡(jiǎn)規(guī)則？在講課中可一步一步逐漸解決問(wèn)題，最后讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式。

（2）因?yàn)樵跀?shù)字電子技術(shù)課程中主要以分析和設(shè)計(jì)兩部分為主，在學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課程中就可以讓學(xué)生逐步建立設(shè)計(jì)思維，可從最基礎(chǔ)最簡(jiǎn)單的開(kāi)始，例如最初可讓設(shè)計(jì)一個(gè)判斷輸血者與受血者的血型是否符合的邏輯電路，4－6個(gè)人分為一組，采用小組討論的形式，最后要求每組說(shuō)明自己的設(shè)計(jì)思路，并比較每種設(shè)計(jì)的優(yōu)劣點(diǎn)。這樣可逐步設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器、秒表計(jì)時(shí)器等等。當(dāng)然在此過(guò)程中，為防止個(gè)別學(xué)生偷懶，可在每組說(shuō)明自己的設(shè)計(jì)思路時(shí)，要求每位同學(xué)只說(shuō)一個(gè)部分。

（3）傳統(tǒng)的教學(xué)手法主要用黑板講授，但是數(shù)字電子技術(shù)這門(mén)課有大量的電路，像集成芯片的內(nèi)部電路圖，需花費(fèi)大量時(shí)間畫(huà)圖，而且這種教學(xué)手法單一，很難提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，隨著現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)發(fā)展，多媒體技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越多，我們可以在數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)中采用多媒體教學(xué)，當(dāng)然多媒體教學(xué)也有弊端，幻燈片放映過(guò)快，沒(méi)有黑板講述思路清晰，所以我們可以在以多媒體講課為主的情況下，采用黑板輔助的教學(xué)方式。這樣既節(jié)省大量教學(xué)時(shí)間，又可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分需要降低驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例，增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視度，可增加實(shí)驗(yàn)考試部分，可在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)告訴學(xué)生將會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考試，實(shí)驗(yàn)考試內(nèi)容就在所有做過(guò)的實(shí)驗(yàn)中，到時(shí)抽簽決定做那個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以提高學(xué)生獨(dú)自做實(shí)驗(yàn)的積極性。

篇6

二、基于CDIO教育理念的“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)模式重構(gòu)

1．課堂授課策略的重構(gòu)

目前，在多數(shù)高校中“數(shù)字電子技術(shù)”課程普遍采用的是“教師講授+多媒體教學(xué)”的傳統(tǒng)教學(xué)形式，主要以教師講解為主，以幫助學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)為指導(dǎo)思想，一般是先利用幻燈片向?qū)W生介紹本章節(jié)涉及的邏輯單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和邏輯功能等，然后通過(guò)例題給學(xué)生講解組合邏輯電路或時(shí)序邏輯電路的工作原理及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。在整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生更多的是充當(dāng)“聽(tīng)眾”的角色，跟著教師的思路去理解、記憶相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生的“學(xué)”完全圍繞教師的“教”來(lái)進(jìn)行，這種傳統(tǒng)的教師主動(dòng)“教”的模式，只能帶來(lái)學(xué)生被動(dòng)“學(xué)”的困境。不可否認(rèn)，這種教學(xué)方法對(duì)學(xué)生快速掌握課程知識(shí)點(diǎn)具有顯著的效果，但是，也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在未來(lái)工作中面對(duì)實(shí)際的工程項(xiàng)目束手無(wú)策的尷尬局面。根據(jù)CDIO“做中學(xué)，學(xué)中做”的理念，教師要改變?cè)械慕虒W(xué)方法，采取能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的基于問(wèn)題的教學(xué)方法(Prob-lembasedLearning，PBL)。PBL教學(xué)方式是先由教師在課前提出根據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)的具有啟發(fā)性的問(wèn)題，再由學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)資料學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的“教與學(xué)”緊密結(jié)合的過(guò)程。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中，作為課堂教學(xué)主體之一的教師是學(xué)習(xí)方法的引導(dǎo)者、基礎(chǔ)知識(shí)的講授者、創(chuàng)新教學(xué)模式的整體設(shè)計(jì)者、學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)控者、學(xué)習(xí)質(zhì)量的評(píng)價(jià)者和師生互動(dòng)之間的協(xié)助者;而作為教學(xué)過(guò)程中心的學(xué)生，需要自己解決學(xué)習(xí)問(wèn)題，承擔(dān)自主學(xué)習(xí)的責(zé)任，成為學(xué)習(xí)過(guò)程的真正主體?！皵?shù)字電路技術(shù)”課程中組合邏輯電路這部分教學(xué)內(nèi)容，教師可以立足于生活引出“數(shù)字顯示搶答器”的設(shè)計(jì)問(wèn)題，由學(xué)生分組討論并各抒己見(jiàn)，讓學(xué)生的自得到尊重，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得以激發(fā)，在學(xué)生完成設(shè)計(jì)后，教師在現(xiàn)場(chǎng)用電子電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化(ElectronicDesignAutomation，EDA)軟件Multisim搭接電路并仿真實(shí)效，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)做出評(píng)價(jià)，EDA軟件具體可參考文獻(xiàn)。這樣的教學(xué)模式，不僅能讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中掌握相關(guān)的知識(shí)技術(shù)和學(xué)習(xí)策略，也有利于學(xué)生更好地適應(yīng)未來(lái)職場(chǎng)上創(chuàng)新性的開(kāi)發(fā)工作，而于教師本身而言，也是一個(gè)教學(xué)相長(zhǎng)的過(guò)程，對(duì)教學(xué)水平的提高和職業(yè)技能的開(kāi)拓都大有裨益。

2．教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)

“數(shù)字電子技術(shù)”原有課程教學(xué)內(nèi)容以數(shù)字邏輯電路的基礎(chǔ)知識(shí)和原理為主線，教學(xué)目標(biāo)主要是讓學(xué)生了解或驗(yàn)證相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。在現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)的框架下，學(xué)生雖然能夠掌握單一的知識(shí)點(diǎn)及其應(yīng)用技巧，但不清楚如何在整個(gè)項(xiàng)目中合理地使用各類技術(shù)，形成“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”的認(rèn)知習(xí)慣，造成學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的單一性和淺薄性。筆者在教學(xué)過(guò)程中，經(jīng)常遇到學(xué)生反映教學(xué)內(nèi)容枯燥難懂，在未來(lái)工作中又沒(méi)有實(shí)際意義，由此形成了教學(xué)主客體的雙重尷尬局面。在CDIO特色的教學(xué)內(nèi)容體系下，通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)將整個(gè)課程體系有機(jī)、系統(tǒng)地融合起來(lái)，所有的教學(xué)內(nèi)容都圍繞該項(xiàng)目展開(kāi);符合CDIO模式思想的“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容，需要教師能從較高層次把握這些內(nèi)容各自的地位和作用，幫助學(xué)生理清課程中各種內(nèi)容之間的關(guān)系，從而凸顯設(shè)計(jì)和應(yīng)用，改變過(guò)去重視原理、忽視設(shè)計(jì)、忽視應(yīng)用的狀況?！皵?shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容以原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用為主線，將課程教學(xué)內(nèi)容劃分成與之對(duì)應(yīng)的三個(gè)部分:(1)數(shù)字電子技術(shù)原理部分，涉及邏輯門(mén)電路和觸發(fā)器等;(2)數(shù)字邏輯電子電路設(shè)計(jì)部分，涉及組合邏輯電路和有記憶功能的時(shí)序邏輯電路等;(3)數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用部分，涉及硬件描述語(yǔ)言、EDA電子仿真實(shí)驗(yàn)和硬件電路調(diào)試實(shí)驗(yàn)等。筆者擬建立基于CDIO特色的“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容體系，如圖1所示，虛線框的內(nèi)容代表教學(xué)內(nèi)容，實(shí)線框的內(nèi)容代表教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)教學(xué)的作用。

3．教學(xué)評(píng)價(jià)模式的重構(gòu)

在傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)模式中，理論考試和實(shí)踐考試分離，課程考核基本采用單一筆試的考評(píng)方式，像大部分課程仍采用“期末成績(jī)(70%)+平時(shí)成績(jī)(30%，包括出勤和作業(yè)兩個(gè)部分)”的評(píng)價(jià)模式，該模式簡(jiǎn)單公正，但注重的是理論知識(shí)的考核。這種考核方式僅僅反映出學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，很難體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)踐能力和工作態(tài)度;此外，這種只關(guān)注結(jié)果的考核評(píng)價(jià)具有較濃的功利色彩，學(xué)生也僅僅為考試而學(xué)習(xí)，沒(méi)有主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程的熱情，根本體會(huì)不到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，更談不到創(chuàng)新能力的提高。CDIO創(chuàng)新教學(xué)模式的愿景是要為工科學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)、建立在實(shí)際工程上產(chǎn)品的C—D—I—O過(guò)程的環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育;而基于CDIO的教育理念構(gòu)建的課程考核評(píng)價(jià)方式，應(yīng)將培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)界的工程師需要具備的各種能力和素質(zhì)變?yōu)閷W(xué)生考核的主要目標(biāo)。因此，我們擬建立以教師、實(shí)驗(yàn)師和學(xué)生三方為主體，結(jié)合學(xué)習(xí)過(guò)程、項(xiàng)目結(jié)果和考試三方面的綜合評(píng)價(jià)模式，在這種評(píng)價(jià)模式下課程的成績(jī)?cè)u(píng)定，采用“結(jié)果性”考核與關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)出的態(tài)度、素養(yǎng)、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力等“過(guò)程性”考核相結(jié)合的模式來(lái)決定。減少“結(jié)果性”期末理論考核在總評(píng)中所占比例，設(shè)定比例為35%，重點(diǎn)考查學(xué)生的知識(shí)和技術(shù)。加強(qiáng)“過(guò)程性”考核的力度，提高平時(shí)考核所占比例，學(xué)習(xí)過(guò)程和項(xiàng)目結(jié)果占的比例為65%，重點(diǎn)考查學(xué)生的能力和態(tài)度。學(xué)習(xí)過(guò)程考核主要由課堂表現(xiàn)16分和協(xié)作成績(jī)14分組成，教師評(píng)課堂表現(xiàn)，學(xué)生互評(píng)協(xié)作成績(jī);項(xiàng)目結(jié)果考核中項(xiàng)目質(zhì)量和創(chuàng)新占20分，項(xiàng)目答辯占10分，這兩部分成績(jī)是教師和實(shí)驗(yàn)師針對(duì)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)打出的，互評(píng)成績(jī)5分是根據(jù)項(xiàng)目組內(nèi)根據(jù)對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)程度由學(xué)生互評(píng)得出，既能使成績(jī)總體上取決于團(tuán)隊(duì)成績(jī)，使學(xué)生重視團(tuán)隊(duì)協(xié)作，又能衡量在一個(gè)項(xiàng)目組內(nèi)各學(xué)生對(duì)項(xiàng)目貢獻(xiàn)的大小。然而，項(xiàng)目設(shè)計(jì)的結(jié)果往往不是唯一答案，因此，要重點(diǎn)關(guān)注有特點(diǎn)、亮點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，并給予大力鼓勵(lì)與表?yè)P(yáng)?？傊?，“結(jié)果性”和“過(guò)程性”課程的考核評(píng)價(jià)不僅注重知識(shí)和技術(shù)的評(píng)價(jià)，而且要注重能力和態(tài)度的評(píng)價(jià)。

篇7

在工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中的應(yīng)用要進(jìn)行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關(guān)過(guò)程及結(jié)論。

二、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問(wèn)題

由于納米器件的特征尺寸處于納米量級(jí)，因此，其機(jī)理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關(guān)問(wèn)題需要解決，如電子在勢(shì)阱中的隧穿過(guò)程、非彈性散射效應(yīng)機(jī)理等。盡管如此，納米電子學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關(guān)的納米電子技術(shù)方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）納米Si基量子異質(zhì)結(jié)加工

要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋?、光刻等技術(shù)制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中，不同層通常是由不同勢(shì)能的半導(dǎo)體材料制成的，構(gòu)建成納米尺度的量子勢(shì)阱，這種結(jié)構(gòu)稱作“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)”。

（2）分子晶體管和導(dǎo)線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導(dǎo)線，但把這些元件組裝成一個(gè)可以運(yùn)轉(zhuǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)仍是一個(gè)非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個(gè)平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過(guò)陣列的自組裝。盡管，PurdueUniversity等研究機(jī)構(gòu)在這個(gè)方向上取得了可喜的進(jìn)展，但該技術(shù)何時(shí)能夠走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用，仍無(wú)法斷言。

（3）超高密度量子效應(yīng)存儲(chǔ)器

超高密度存儲(chǔ)量子效應(yīng)的電子“芯片”是未來(lái)納米計(jì)算機(jī)的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒(méi)有可動(dòng)機(jī)械部件的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)提供海量存儲(chǔ)手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲(chǔ)的量子效應(yīng)存儲(chǔ)器陣列或芯片同樣給納米電子學(xué)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。

（4）納米計(jì)算機(jī)的“互連問(wèn)題”

一臺(tái)由數(shù)萬(wàn)億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計(jì)算機(jī)注定需要巧妙的結(jié)構(gòu)及合理整體布局，而整體結(jié)構(gòu)問(wèn)題中首當(dāng)其沖需要解決的就是所謂的“互連問(wèn)題”。換句話說(shuō)，就是計(jì)算結(jié)構(gòu)中信息的輸入、輸出問(wèn)題。納米計(jì)算機(jī)要把海量信息存儲(chǔ)在一個(gè)很小的空間內(nèi)，并極快地使用和產(chǎn)生信息，需要有特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的諸多元件，而納米計(jì)算元件之間、計(jì)算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的微型化而言，由于電線之間要相互隔開(kāi)以避免過(guò)熱或“串線”，這樣就有一些幾何學(xué)上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無(wú)限制地增加。因此，納米計(jì)算機(jī)導(dǎo)線間的量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)線與納米電子器件之間的“連接”問(wèn)題急需解決。

（5）納米/分子電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)、性能分析模擬環(huán)境

當(dāng)前，分子力學(xué)、量子力學(xué)、多尺度計(jì)算、計(jì)算機(jī)并行技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已取得快速發(fā)展，利用這些技術(shù)建立一個(gè)能夠完成納米電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術(shù)研究人員獲得虛擬的體驗(yàn)已成為可能。但由于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的速度、分子力學(xué)與量子力學(xué)算法的效率等問(wèn)題，目前建立這種迅速、敏感、精細(xì)的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。

三、交互式電子技術(shù)手冊(cè)

交互式電子技術(shù)手冊(cè)經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段，根據(jù)美國(guó)國(guó)防部的定義：加注索引的掃描頁(yè)圖、滾動(dòng)文檔式電子技術(shù)手冊(cè)、線性結(jié)構(gòu)電子技術(shù)手冊(cè)、基于數(shù)據(jù)庫(kù)的電子技術(shù)手冊(cè)和集成電子技術(shù)手冊(cè)。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術(shù)手冊(cè)并不存在，大多數(shù)電子技術(shù)手冊(cè)基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術(shù)手冊(cè)雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點(diǎn)，較低級(jí)別的電子技術(shù)手冊(cè)目前仍然有著各自的應(yīng)用價(jià)值。由于類以上的電子技術(shù)手冊(cè)在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，電子技術(shù)手冊(cè)就是技術(shù)手冊(cè)的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個(gè)良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術(shù)手冊(cè)的發(fā)展就是圍繞這一過(guò)程來(lái)進(jìn)行的。

四、電子技術(shù)在時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用

時(shí)間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個(gè)參數(shù)，可由時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，兩者可共用的一個(gè)基準(zhǔn)。

1952年國(guó)際天文協(xié)會(huì)定義的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是基于地球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期而建立的，分別稱為世界時(shí)（UT）和歷書(shū)時(shí)（ET）。這種基于天文方面的宏觀計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備龐大，操作麻煩，精度僅達(dá)10-9。隨著電子技術(shù)與微波光譜學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了量子電子學(xué)、激光等新技術(shù)，由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標(biāo)準(zhǔn)——量子頻率標(biāo)準(zhǔn)。這種頻率標(biāo)準(zhǔn)是利用原子能級(jí)躍遷時(shí)所輻射的電磁波頻率作為頻率標(biāo)準(zhǔn)。目前世界各國(guó)相繼作成各種量子頻率標(biāo)準(zhǔn)，如（133Cs）頻標(biāo)、銣原子頻標(biāo)、氫原子作成的氫脈澤頻標(biāo)、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標(biāo)等等。這樣做后，將過(guò)去基于宏觀的天體運(yùn)動(dòng)的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，改變成微觀的原子本身結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間基準(zhǔn)。這一方面使設(shè)備大為簡(jiǎn)化，體積、重量大減??；另一方面使頻率標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定度大為提高（可達(dá)10-12—10-14量級(jí)，即30萬(wàn)年——300萬(wàn)年差1秒）。1967年第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過(guò)決議，規(guī)定：“一秒等于133Cs原子基態(tài)兩超精細(xì)能級(jí)躍遷的9192631770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間”。該時(shí)間基準(zhǔn)，發(fā)展了高精度的測(cè)頻技術(shù)，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現(xiàn)代微波技術(shù)和雷達(dá)、激光技術(shù)等的發(fā)展。而激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展又為長(zhǎng)度計(jì)量提供了新的測(cè)試手段。

總之，在探討了近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問(wèn)題、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問(wèn)題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)后，廣大科技工作者對(duì)電子技術(shù)在時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用知識(shí)的初步了解和認(rèn)識(shí)。在當(dāng)代高科技產(chǎn)業(yè)日漸繁榮，尖端信息普遍進(jìn)入我們生活之中的同時(shí)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和和諧社會(huì)的構(gòu)建離不開(kāi)我們科技工作者對(duì)新理論的學(xué)習(xí)和新技術(shù)的應(yīng)用，因此說(shuō)，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值是不足為虛的。

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篇8

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(wú)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(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)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(guó)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(mén)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(wú)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(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)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(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)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(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)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(wú)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(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)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(kāi)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(wú)軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無(wú)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)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(kāi)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(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)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(guò)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(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)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(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶最關(guān)心的問(wèn)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(guò)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(guó)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(kāi)關(guān)型高壓直流電源

大功率開(kāi)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(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)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(guó)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(kāi)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(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)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(kāi)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)模控制集成電路作基本部件,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(kāi)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)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(wú)論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開(kāi)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(kāi)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(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來(lái)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(jiàn)的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開(kāi)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(kāi)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(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)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(guò)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(xiě)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(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn),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(kāi)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(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(wàn)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)說(shuō),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(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決,離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開(kāi)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(kāi)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(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源工作效率,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。

總而言之,電力電子及開(kāi)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(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)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_(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)

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(3)葉治正,葉靖國(guó):開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。高等教育出版社,1998

篇9

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(wú)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(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)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(guó)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(mén)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(wú)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(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)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(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)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(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)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(wú)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(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)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(kāi)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(wú)軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無(wú)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)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(kāi)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(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)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(guò)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(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)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(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶最關(guān)心的問(wèn)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(guò)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(guó)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(kāi)關(guān)型高壓直流電源

大功率開(kāi)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(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)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(guó)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(kāi)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(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)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(wú)論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開(kāi)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(kāi)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(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來(lái)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(jiàn)的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開(kāi)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(kāi)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(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)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(guò)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(xiě)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(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn),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(kāi)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(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(wàn)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)說(shuō),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(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決,離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開(kāi)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(kāi)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(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源工作效率,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。

總而言之,電力電子及開(kāi)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(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)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_(kāi)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

篇10

1.電力電子技術(shù)的發(fā)展

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(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)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(lái)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(wú)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(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)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(guó)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(mén)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(wú)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(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)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(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)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(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)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(wú)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(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)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(kāi)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(wú)軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無(wú)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)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(kāi)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(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)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(guò)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(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)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(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶最關(guān)心的問(wèn)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(guò)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(guó)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(kāi)關(guān)型高壓直流電源

大功率開(kāi)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(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)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(guó)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(kāi)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(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)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(wú)論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開(kāi)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(kāi)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(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來(lái)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(jiàn)的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開(kāi)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(kāi)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(guò)電壓、過(guò)電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開(kāi)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(guò)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(xiě)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(kāi)關(guān)電源裝置。由此可見(jiàn),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(kāi)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(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(wàn)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)說(shuō),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(wèn)題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問(wèn)題的解決,離不開(kāi)模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開(kāi)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(kāi)了。

3.4綠色化