时间：2023-10-07 09:02:11
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现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献
(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992
(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998
(3)叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998
张国君,男,1962年生,博士后,副总工程师,1997年5月于天津大学测控博士后流动站出站,现从事通信电源和电力直流操作电源系统的研究开发工作,并在清华大学电力电子研究中心进行第二站博士后研究工作。
【关键词】电力电子 电源 发展趋势
1 电力电子的发展及发展趋势
电力电子技术是利用电力电子元件对电能进行控制和转换的学科。电力电子技术已经与其他技术相结合成为一门交叉的科学，它经历了三个阶段：整流器时期、逆变器时期、变频器时期，随着电力电子器件和技术的更新，使得其在很多领域都得到应用。
1.1 整流器时期
随着美国通用电气研制了第一个工业用的晶闸管，从而开启了整流器时代。上个世纪50年代工业用电基本上是50HZ的交流电，但是像电解、牵引、直流传动都需要直流电提供动力，于是基于晶闸管基础上的硅整流器就应运而生了，它能把工频交流电转化为直流电，极大的促进了工业的发展。
1.2 逆变器时期
由于20世纪70年代出现了世界性的能源危机，晶闸管作为半控型器件，不能自动断开，因此也不能适应企业的需要。交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展，这些自开断的全控型器件也得到了极大的发展，但是由于技术限制，发展也有限。
1.3 变频器时期
在八十年代随着电力电子技术的发展，大规模和超大规模的集成电路的发展标志着现代电力电子时代的来临，其中以MOSFET和IGBT为代表。它们的出现使得电频从低频向高频转化，同时也使设备向小、轻等方面发展。
现代电力电子技术的研究核心任然是电源技术，目前现代电力电子技术正向规模化和集成化发展；现代电力电子技术正从低频向高频发展；现代电力电子技术向全控化和数字化转变；现代电力电子技术正向着绿色化转变。
目前我国政府和企业都在强调创新的作用，现代电力电子技术的发展使得其与多个领域的科学相结合，其发展创新将会惠及多个领域，目前现代电力电子技术也是向着智能化和绿色化的方面去发展。这样的发展不仅能够为我国工业发展提高效率而且能够带来环境方面的保护。
2 电源技术的发展及发展趋势
开关电源的前身是线性稳压电源。电源的种类按照不同的分类标准来看，主要有以下几种：按输入-输出分为AC-AC、AC-C、DC-C、DC-C；按同负载连接稳压方式分为串联型稳压电源、并联型稳压电源；按工作状态分为线性电源、开关电源、二极管稳压电源。在我们生活中，大多数电子装置、电气控制设备的工作电源是直流电源。随着计算机等电子装备的集成度的增加，体积越来越小而功率却越来越大来取代了体积庞大的线性电源开关。新型的电力电子技术给电源开关的发展提供了物质基础，20世纪60年代末，高耐压、大电流的双极型电力晶体管的出现，使得采用高工作频率的开关电源得以问世。
开关频率的提高有利于开关电源的体积减小、重量减轻。最早期的开关频率仅仅是几千赫兹随着电力电子技术的发展开关的频率逐渐提高，当频率达到10kHz左右时，变压器、电感等磁性元件发出很刺耳的噪声。为了降低噪声，科研人员不断研发最终使得开关频率突破了人耳听觉极限的20kHz，随着电力MOSFET的应用，开关电源和开关频率进一步提高，使得电源体积更小，重量更轻，功率密度进一步提高。IGBT可以看成是MOSFET和GTR复合而成的器件。IGBT的出现，使得开关电源的容量不断增大。另外，为了解决开关频率的提高也使得电源的电磁干扰问题，20世纪80年代出现了采用准谐振技术的零电压开关电路和零电流开关电路，这种电路利用以谐振为主的辅助换流手段，使开关开通或关断前的电压、电流分别为零，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高，从而，使开关电源进一步向体积小、重量轻、效率高、功率密度大的方向发展。电力电子技术随着需要会不断的向前发展和创新，新的产品会不断的更新换代去适应企业的发展需求，目前无论是国外还是国内都有极大的需求量，而电源技术会不断向高频、小体积方面发展。
3 电力电子技术在电源领域方面的应用
3.1 计算机绿色高效率电源
计算机能够为人类的工作生活带来方便，但是过去计算机的体积庞大，在八十年代，计算机率先采用了电源开关，促使更多的电子设备采用电源开关。计算机换取了电源开关之后，为省电、环保方面做出了贡献。
3.2 高频开关电源
通信业的快速发展促使电源行业的快速发展，目前频率高体积小的电源是通信业的主流。通信设备中所用的集成电路种类繁多，电源电压要根据不同的情况使用有所不同，在 通 信 供 电 系 统 中 采 用 高 功 率 密 度 的 高 频 DC-DC隔离电源模块可以减小损耗、方便维护和安装。
3.3 直流-直流变换器
DC/DC 变化器可以将固定的直流电压转变为可变的直流电压，可以再无轨电车、地铁等行业进行应用，可以使的加速平稳，得到快速的响应，别且能够节约电能。同时 DC/DC二次电源已近商品化，一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块，功率密度有较大幅度的提高。
3.3.1 不间断电源
不间断电源（UPS）是计算机 、通信系统以及要求提供不 能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件，微处理器软硬件技术的引入使得其实现了对UPS的智能化管理。
3.3.2 变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频的调速，随着日本东芝的将这种技术应用于空调技术中，国内90年代开始应用这种变频技术，极大的节省了电能。
3.3.3 高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源，代表了当今焊机电源的发展方向。由于电焊机工作环境恶劣，电焊机频繁的出现一些问题，高频逆变式整流焊机电源的出现解决了常出现的问题，提高了焊机工作的可靠性。
4 结语
本文笔者通过分析电力电子的发展和电源技术的发展及电力电子技术在电源领域的应用，来揭示未来电力电子的发展趋势，鼓励更多的科研人员能够敢于想象，发挥自己的创造力研发出更多适合工业和能源需求的电源。
参考文I
[1]韦和平. 现代电力电子及电源技术的发展[J]. 现代电子技术，2005，18：102-105.
[2]陈晓东.现代电力电子及电源技术的发展[J].科技信息，2010，01：1015-1016+1082.
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关键词 电子技术；单元电路；设计步骤；设计方法
中图分类号：TN792 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0074-01
设计电子电路，首先应该明确设计任务，然后根据任务进行方案的选择。完成总体的电路设计，应该准确的完成各个单元电路的设计，完成参数的计算、元器件的选择，之后连接各个单元电路，组成完整的电子电路。所以，单元电路的设计是基础，也是电子设计中重要的一部分。
1 电子技术及单元电路的概念
电子技术就是根据电子学原理，将各功能的电子元件，按照一定功能、一定实现顺序连接，实现某种功能，这是一门实践性很强的学科，电子技术包括两大分支：信息电子技术、电路电子技术。其中信息电子技术是电工类基础学科，包括模拟电子技术、数字电子技术。电子技术主要的处理对象是针对信号的，我们生活中常见的卫星信号、超声波信号等，处理的方式包括放大、滤波、转换等。
电子电路设计需要用到大量的电子元器件，电子元件是指电容器、电阻器、变压器、开关等，电子器件包括晶体管、电子管、离子管等。电子电路按照组成分类，可以分为集成电路、分立电路，单元电路是电子电路中，具有一定功能的一个小部分，常用的单元电路有放大电路、整流电路、振荡电路、检波电路、数字电路。数字电路中还包括的常用的逻辑电路有：与门、或门、非门、及组合起来的计数电路、触发器、加减运算器等。提高单元电路的设计精度，能够提高电子电路整体的精度。
2 单元电路的设计步骤
2.1 明确任务
再设计电路时，首先要明确电路需要的功能，制定详细的任务书，确定需要的单元电路，星系拟定电路的性能指标，再通过计算电压需要放大的倍数、电路中输入输出电阻的大小，绘制执行流程图，通过设计，将电路所需的成本降到最低，提高每个单元电路、参数的精度，在提高设计电路的可靠性、稳定性的前提下，尽量简化设计电路。
2.2 参数计算
计算参数是设计电路必须要进行得步骤，通过计算，来保证电路中各个单元电路的功能指标需要达到的要求，计算参数需要电子技术的相关知识，单元电路的设计需要强大的理论知识的支撑，才能做到炉火纯青。例如，在计算如下放大电路的时候，我们需要计算每个电阻的阻值、以及放大倍数，同一个电路，可能有很多数据，所以要正确的选择数据，注意方法。
2.3 绘制电路图
电路设计时，需要将单元电路与整机电路相连，设计完整的具有一定功能的电路图，在连接时，需要注意单元电路间连接的简化，以及最重要的是，电路的电气连接，是否能够导通，实现预定功能。例如，设计单元电路间的级联时，各单元电路设计完成时，还要考虑这些，意在减少浪费，还要注意输入信号、输出信号、控制信号间的关系，同时还要注意一些事项：首先，注意电路图的可读性。绘图时，尽量将主电路图绘制在一张图纸上，其中较为独立的部分单元电路、以及次要部分可以绘制在另一张图上，但是一定要注意图之间的电气端口的连接，是否对应，各图纸间的输入输出端口都要提前做好标记。
其次，注意信号流向以图形符号。信号的流向，一般从输入端、信号源开始，从左至右、从上到下，按信号的流向依次连接单元电路。而且，图中要加上适当的说明，如符号的标注、阻值等。
最后，注意连接线画法。电路图中，各元件间的连接应为直线，且尽量减少交叉线，连接线的分布应为水平或者垂直，除非应对特殊情况，否则不要化斜线，如图中不可避免的出现交叉，要将连接点用原点表示。
3 几种典型单元电路的设计方法
电子电路设计中，单元电路一定要设计合理，否则将会影响整个电路的联通，所以，电气工程师在设计电路时，应该更谨慎的致力于单元电路的设计。
3.1 对于线性集成运放组成的稳压电源的设计
稳压电源的设计，一般先让输入电压通过电压变压器，然后进行整流，然后经过滤波电路，成为稳压电路。设计单元电路时，串联反馈式稳压电路可分为几个部分，调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。这样的设计能够使单元电路具有保护过流、短路电流。
3.2 单元电路之间的级联设计
单元电路设计完成之后，还要考虑单元电路间的级联问题。例如，电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合、相互干扰等。其中信号耦合方式，还包括：直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光耦合。时序配合的问题，相对比较复杂，需要对每个单元电路的信号进行详细的分析，来确定电路时序。
3.3 对于运算放大器电路的设计
运算放大电路在电路设计中十分常用，它能够与反馈网络连接，组成具有特定功能的电路模块，是具有很高放大倍数的单元电路。运放电路的设计，可以通过元器件的组合，也可以通过具有相应功能的芯片构成，设计时对各种参数都要整体权衡，不能盲目的追求某个指标的先进。其中，要引起重视的是，应在消震引脚间接入适当的电容消振尽量避免两级以上的放大级相连。
4 结束语
电子电路种类繁多，其中涉及的理论和技巧也比较多，所以，为实现某种功能，有很多设计方法。随着集成电路的迅猛发展，很多新型元器件层出不穷，使电子设计又出现了新的格局。要求工程师在设计时，能够渐渐地脱离复杂繁多的单元电路，更多的利用集成的电路芯片，同时，还要求设计者深入了解集成芯片的功能，以及单元电路的连接，实现集成电路与单元电路的合理的连接，进而简化总体的电路设计。
参考文献
[1]李妙长.浅谈电子技术中单元电路的设计[J].中国校外教育（基教版），2012（05）：12-16.
[2]索静，刘杰.电子技术中单元电路的设计方法研究[J].数字技术与应用，2011（11）：21-25.
[3]雷时荣.电子技术中单元电路的设计方法[J].电子世界，2011（11）：04-09.
1.1明确任务
再设计电路时，首先要明确电路需要的功能，制定详细的任务书，确定需要的单元电路，星系拟定电路的性能指标，再通过计算电压需要放大的倍数、电路中输入输出电阻的大小，绘制执行流程图，通过设计，将电路所需的成本降到最低，提高每个单元电路、参数的精度，在提高设计电路的可靠性、稳定性的前提下，尽量简化设计电路。
1.2参数计算
计算参数是设计电路必须要进行得步骤，通过计算，来保证电路中各个单元电路的功能指标需要达到的要求，计算参数需要电子技术的相关知识，单元电路的设计需要强大的理论知识的支撑，才能做到炉火纯青。例如，在计算如下放大电路的时候，我们需要计算每个电阻的阻值、以及放大倍数，同一个电路，可能有很多数据，所以要正确的选择数据，注意方法。
1.3绘制电路图
电路设计时，需要将单元电路与整机电路相连，设计完整的具有一定功能的电路图，在连接时，需要注意单元电路间连接的简化，以及最重要的是，电路的电气连接，是否能够导通，实现预定功能。例如，设计单元电路间的级联时，各单元电路设计完成时，还要考虑这些，意在减少浪费，还要注意输入信号、输出信号、控制信号间的关系，同时还要注意一些事项：首先，注意电路图的可读性。绘图时，尽量将主电路图绘制在一张图纸上，其中较为独立的部分单元电路、以及次要部分可以绘制在另一张图上，但是一定要注意图之间的电气端口的连接，是否对应，各图纸间的输入输出端口都要提前做好标记。其次，注意信号流向以图形符号。信号的流向，一般从输入端、信号源开始，从左至右、从上到下，按信号的流向依次连接单元电路。而且，图中要加上适当的说明，如符号的标注、阻值等。最后，注意连接线画法。电路图中，各元件间的连接应为直线，且尽量减少交叉线，连接线的分布应为水平或者垂直，除非应对特殊情况，否则不要化斜线，如图中不可避免的出现交叉，要将连接点用原点表示。
2几种典型单元电路的设计方法
电子电路设计中，单元电路一定要设计合理，否则将会影响整个电路的联通，所以，电气工程师在设计电路时，应该更谨慎的致力于单元电路的设计。
2.1对于线性集成运放组成的稳压电源的设计
稳压电源的设计，一般先让输入电压通过电压变压器，然后进行整流，然后经过滤波电路，成为稳压电路。设计单元电路时，串联反馈式稳压电路可分为几个部分，调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。这样的设计能够使单元电路具有保护过流、短路电流。
2.2单元电路之间的级联设计
单元电路设计完成之后，还要考虑单元电路间的级联问题。例如，电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合、相互干扰等。其中信号耦合方式，还包括：直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光耦合。时序配合的问题，相对比较复杂，需要对每个单元电路的信号进行详细的分析，来确定电路时序。
2.3对于运算放大器电路的设计
运算放大电路在电路设计中十分常用，它能够与反馈网络连接，组成具有特定功能的电路模块，是具有很高放大倍数的单元电路。运放电路的设计，可以通过元器件的组合，也可以通过具有相应功能的芯片构成，设计时对各种参数都要整体权衡，不能盲目的追求某个指标的先进。其中，要引起重视的是，应在消震引脚间接入适当的电容消振尽量避免两级以上的放大级相连。
3结束语
【关键词】数字开关电源；DSP；PD控制
0 引言
数字能够控制电源的开关完成，主要是通过依据数字形式来实现对电源的控制，对电源系统的保护以及用于通信的新型的电源开关技术。此种技术在应用过程中所具备的优良特性，以及对电源的整体控制优点与特点，被广泛的应用于当前社会。并且将电源进行数字化之后使得此开关相较于普通开关，更加的具有灵活适应性，对电源所处的环境具备了实时勘测的能力，从而满足了使用者的多样化需求。数字电源还能够在电源进行自行诊断，以及对电流输出调节方面起到很大的作用，从而减轻整个电源系统的工作量，满足了多样化功能需求。（DSP的控制性能）数字电源开关在使用过程中避免出现类似于传统开关的多样化缺陷问题，提升了整个电源系统的灵活实用性，使得单个的产品更加的可靠。数字控制技术在电子技术此领域已经得到了广泛的应用，（DSP的发展）但是在当前多数电子设备行业中，还没有取得大量的采用，因此数字开关电源的DSP控制具备良好的发展前景。
1 开关电源模拟控制和数字控制的比较
1.1 开关电源模拟控制
通过对电源的开关使用模拟控制，可以使得模拟电源的信号持续不断的发生变化，并且变化发生的时间段以及变化频率都没有限制。9V的电池器件就相当于一个模拟的电源，该电池所输出的电压指的并不是每次输出的电压值都能够达到9V，而是随着不变的多方面因素变化，从而达到9V相近的多样化数值。那么相似的电池在吸收的电流中也不会是固定的数值，通常只是在制造时的数值之间。
电源的电压和电流都可以采用模拟开关进行控制。比如在对收音机的音量进行模拟开关控制的过程中，音量的旋钮变动时，电阻值就会随之增大或者减小，那么经过这个电阻的电流也会随之增加或者减少，以此改变了收音机的音量大小。开关电源使用模拟控制此种方法虽然使用较为简单方便，可是这种方法并不是一直都能够随着社会的不断变化而可行的。此种电源在使用过程中就会由于时间的增加，从而变得越来越难对进行调节。并且严重时还会导致设备发热，产生的噪音也会将电源系统中电流的数值发生改变。
1.2 开关电源数字控制
对开关电源实施数字控制的方法也就是对电源系统内部进行控制处理，也就是将此种控制器对电源的系统内部的数字区域内所采用的电流控制算法。在使用此种控制方法过程中能够对电源系统的两个数值串对脉冲的宽度进行控制，而不是直接使用传统控制方法中的PWM比较器。数字控制的主要过程正是将所有的电源系统模拟参数都转换为数字信号，从而在数字区域内对这些数值进行计算，然后将计算所得数值产生的反应对系统进行控制。从而完成了开关电源的数字控制过程。
那么实现开关电源的数字控制主要有两种方法：其一就是通过单片机对开关电源进行控制，使用单片机的控制技术在当前已经发展相较成熟，并且其设计的基本原理比较容易掌握，这种技术虽然目前在会用中成本投入不高，但是电路系统会较为复杂，使用过程中产生一定的问题；其二就是通过数字信息对开关电源进行控制的方法，此种方法在使用过程中能够将整个电源的电路进行简化，从而加快控制算法的速度，实现对电源开关的控制，以及电路的整体精度和性能。
2 基于DSP芯片的数字开关电源控制
2.1 数字控制电源系统的特点
此种控制技术的特点之一就是通过数字信号处理器DSP或者单片机作为控制系统的主要核心，从而实现数字控制电源系统的智能化结构。其次就是此种技术是通过对电源系统的数字进行整合，从而使得电源开关系统中的各个组件和数字进行组合优化效果。然后就是使用过程中能够完成高集成度，从而实现了电源系统的多样芯片集成效果，充分的发挥了数字对电源进行控制时的各个组间作用，以及信号处理设备和控制器的优点，从而促进数字控制电源系统的技术发展。
2.2 数字控制电源系统的发展
此种技术在应用过程中能够在使用过程中将电源的负载值保持在固定的应用之间，使得电源系统一直运行在高频率的状态，比如电源系统的功率矫正、电源的非中断情况、多个电池以及电机控制情况之下。除此之外，此种方法还可以应用于多个可以对其配置的PWM内核及其控制作用中，对电源系统实施诊断作用，以及在接口构造电路结构的PDA或者PMU等应用。在运行中对电源系统中的子电路实施控制，也可以将电流的运行状态转换为最适用的方法，从而更加的节能。因此数字电源控制具备了更好的发展前景。
【参考文献】
[1]王仲根.基于DSP的推挽正激DC/DC变换器的设计[J].电源技术.2013（04）.
[2]佘致廷，张红梅，曹达，余立.新型半桥式DC-DC软开关逆变焊机的数字化控制[J].电源技术.2013（01）.
关键词：高速数字信号处理；DSP+FPGA；系统电源
中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）07-1678-04
1 概述
现代信号处理对信号处理的实时性要求越来越高，实时信号处理系统具有更快的处理速度和更大的数据吞吐率，往往处理器要求达到每秒几十，甚至几百亿次运算，这使得单个处理器无能为力，很多数字波束（DBF）雷达系统中都引入了并行计算系统，采用了多处理器并行处理技术。多处理器并行处理高速数字信号处理板上大部分电路是高速数字电路，电源对逻辑电路影响主要集中在电源的响应带宽和纹波电压上。高速数字逻辑器件在状态转换瞬间需要吸收较大电流，容易导致供电电压下降，电源的带宽足够宽时可以获得更快的反应速度，避免因为电源电压的波动导致的逻辑错误；纹波电压是稳压源电压输出的波动，纹波电压会引起数字信号的边缘抖动，也会造成逻辑误判，因此电源的设计要求带宽宽和纹波电压小。
2 高速数字信号处理器电源设计研究
图1是高速数字信号处理系统设计框图。DSP_A和DSP_B是并行系统的运算核心模块，主要完成并行算法的复杂运算；数据的输入通道有条：GPIO口、SFP光纤接头和SATA接头，如果前端是A/D采集模块，通常使用PM1和PM2用作数据输入通道。FPGA是系统的数据交换中心，负责控制两个DSP数据的输入输出与数据预处理，系统结构设计适合数据流流水处理方式，又适合并行分布式处理，同时支持扩展多个处理板。
目前直流稳压电源根据调整管的工作状态来分主要有两种，一种是线性稳压电源，一种是开关稳压电源。线性直流稳压电源调整管工作在线性状态下，调整管可以看成是一个连续可变的电阻，当输出电压偏离了设定电压时，反馈回路便调整管子的电阻，使得输出电压维持在一个稳定电压值上，而不会受到负载变动的影响。线性电源的输出电压比输入电压低，具有反应速度快、输出纹波小、工作噪声低的特点，但是效率比较低，而且发热量大，会间接增加系统的热噪声，因此线性电源比较适合小电流、输入输出压差小的应用场合。
开关电源的调整管不是工作在线性状态下，而是工作在饱和态和截止态。开关电源常用脉冲方式控制调整管的开关状态，调整方式有脉宽调制和频率调制两种，脉宽调制方式控制调整管的脉冲信号频率不变，通过调节脉冲信号的脉宽来维持输出电压的稳定。频率调制方式主要是通过改变脉冲信号的频率来维持输出电压稳定。直流开关电源效率远比线性电源高，通常达到70%以上，具有发热量少，稳压范围宽、稳压精度高的特点，已被广泛应用于各种电子设备。系统设计大电流工作电压采用开关电源提供[2][3]。
FPGA的中的RocketIO MGT收发模块和PCI-E都有高速的差分收发器，两者对电源的噪声非常敏感，因此在实际设计中采用了线性稳压设计，以期降低电源噪声（纹波）所带来的影响。利用3.3V作为输入，经过UC385-ADJ分别产生MGT1.2V、MGT1.5V和MGT2.5V 3组专门用于RocketIO MGT模块的低噪声电源。FPGA配置芯片的核电压1.8V所需电流较小，因此采用线性稳压芯片AMS1117-18实现，以减少占用PCB面积。图2是系统的电源结构图。
ADSP-T201有严格的上电顺序，VDDCORE可以先于VDDDRAM和VDDIO上电，也可以后于VDDDRAM和VDDIO上电，但VDDDRAM必须要在VDDIO上电之后才能供电，所以必须设计上电顺序控制电路，图3为本设计采用的上电顺序控制电路。由于内部有上电保护锁存器，外设的电压必须要在VDDIO上电后才可以供电，系统设计上电顺序依次是1.2V、2.5V、3.3V，VDDDRAM所需的1.6V电压由3.3V经过UC385-ADJ稳压所得。
除了提供稳定的电压外，系统设计需要在各个芯片的每个电源脚尽可能放置一个退耦电容，对于普通的逻辑芯片，采用10～100nF的陶瓷电容，对于DSP、FPGA和PCI-E接口控制器每个电源引脚需要在尽可能靠近引脚的地方混合使用1nF和10nF的陶瓷电容放置。而对于DSP的锁相环逻辑电源引脚、PCI-E接口控制器的锁相环电源引脚以及FPGA的RocketIO MGT模块的各个电源引脚要加上一个LC滤波器，以减少噪声的影响。
3 系统电源需求分析 [22，24，32，36]
电源设计首先要估算板上器件所需要消耗的电流，按照最大功率并且保持20%的功率裕度原则设计。板上功耗较大的器件有DSP、FPGA、PCI-E接口控制器。
ADSP-TS201正常工作需要3组电源分别给核心电压、锁相环、片上DRAM和IO口供电，工作电流会随着频率的提高而线性增加，也会随着环境温度升高而增加。 DSP工作电流主要由静态电流和动态电流两部分构成，其1.2V核心电压VDD的电流消耗可以表示为：
[IDD=IDD-DYNAMIC+IDD-STATIC+IDD-ANALOG] （1）
[IDD-DYNAMIC]为核心动态电流，最大值达4.381A，[IDD-STATIC]为静态电流，最大值为320mA，[IDD-ANALOG]为DSP锁相环电路逻辑所需电流，大小为55mA。根据公式（1）可以计算到单个DSP的[IDD]电流最大值为4.756A 。DSP片上DRAM所需的电流相对较小，在600MHz主频下工作时，IDD_DRAM典型值为280mA，最大值为430mA，因此得IDD_DRAM（max）为430mA。
DSP的IO电流IDD_IO由外部总线接口电流IDD_IO_EP和高速链路口电流IDD_IO_LINK两部分构成。外部总线接口电流IDD_IO_EP是总线接口静态电流和动态电流之和，其中总线接口静态电流为7mA，动态电流与总线工作频率有关，当总线工作时钟为100MHz时动态电流大小为38mA，因此得外部总线接口电流的最大值为IDD_IO_EP（max）为45mA。同样的高速链路口电流IDD_IO_LINK也是动态电流与静态电流之和，链路口的静态电流为53mA，动态电流与传输模式和频率有关，当DSP四个链路口都工作在600MHz时钟频率下以4bit模式传输时，动态电流为165mA，因此得高速链路口电流的最大值IDD_IO_LINK（max） 为218mA。所以DSP的IO电流的最大值IDD_IO（max） 是IDD_IO_EP（max）与 IDD_IO_LINK（max）之和为263mA。而FPGA的工作电流也是会随着核心频率提高而工作电流增大，并且随着片上逻辑资源的使用率的增大而线性增加，XC4VFX60内核最大电流[IDD-INT（max）]为5.5A，所有SelectIO 的BANK最大工作电流[IDD-O（max）]为4A，辅助电压工作电流[IDD-AUX]为0.3A，由公式（2）可以推算FPGA的最大功耗为17.35W。
表中DSP与FPGA可以共享一个1.2V稳压电源作各自的核心电源和锁相环电源， DSP的IO电源、PCI-E接口的本地总线核心逻辑电压（VDD2.5）和FPGA辅助电源及部分IO电源可以共享一个2.5V的稳压电源，FPGA部分IO口电源和板上其他芯片共享一组3.3V的稳压电源。DSP的片上存储器电源VDDDRAM需要独立提供1.6V电压。根据SDRAM模组和板上其他芯片大概估算3.3V电源也需要有5A以上的电流。
4 系统电源测试总结
测试的目的主要是验证设计的系统电源的性能是否符合设计要求，是否满足各个高速处理模块的供电需求。各组电源电压用万用表测试结果如表2。
表2 电源电压测试结果
[标称值＼&实际值＼&1.2V（CPU和FPGA核电压）＼&1.170V＼&1.5V＼&1.503V＼&1.6V＼&1.612V＼&1.8V＼&1.791V＼&2.5V（CPU和FPGA IO电压）＼&2.493V＼&3.3V＼&3.295V＼&1.2V（RocketIO MGT模块）＼&1.210V＼&1.5V（RocketIO MGT模块）＼&1.503V＼&2.5V（RocketIO MGT模块）＼&2.504V＼&]
测试数据表明，各路电压输出误差不超过标称电压的±5%， 均符合各个芯片的工作电压要求，利用示波器在限制20MHz带宽的条件下，图4用交流耦合测试的各路开关电源模块（PTH08T210W）输出纹波电压峰峰值（VPP）为27mV，图5线性稳压器AMS1117纹波电压峰峰值为12.5mV，低压差线性稳压器UC385-ADJ各路输出的纹波电压峰峰值不超过14mV。值得注意的是UC385-ADJ的输出电容不可不接，而且必须要接100uF以上的钽电容或者固体电容才能稳定工作。
5 结论
本文提出了高速数字信号处理器电源设计的基本方法，分析了DSP+FPGA信号处理板的系统电源需求，经测试该电源设计符合高速数字信号处理器的供电需求。实际应用验证也表明该电源系统带宽宽和纹波电压小，电压输出具有高稳定性的特点。
参考文献：
[1] 刘书明，罗勇江.ADSP TS201XS系列DSP原理与应用设计[M].北京：电子工业出版社，2007.
关键词：电子技术基础；课程改革；任务驱动
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）22-0122-02
《电子技术基础》课程是技工院校机电类专业基础课程，安排在中级工阶段进行。一直以来，由于技工院校学生基础知识薄弱，学习习惯较差，学习兴趣不高，给《电子技术基础》课程的传统授课带来了很大困难。随着以学生为主体的教学方法的不断更新，以“一体化”教学思想为主导的教学改革的不断开展，因地制宜地对《电子技术基础》等专业基础课程的改革也势在必行。
我校机械设备维修、电气设备安装与维修专业的课程体系改革在有条不紊地进行，最先完成的主要是核心课程建立与改革，而作为基础课程，还未被系统地完成课改工作。在这样的背景下，作者尝试以任务为载体，将《电子技术基础》的各相关知识点，结合中级工阶段其他专业课程对专业基础知识的要求，对本课程进行梳理设计，尝试开展课程改革。
一、任务驱动教学法较传统教学的优势
以往《电子技术基础》课程的授课主要以课堂讲授为主，也结合个别小实验课程，知识的习得主要以教师讲，学生在座位上安静地听，这样的单方向的传递为主，由于知识的抽象性较强，看不到，摸不着，很多学生听着听着就去见了周公。虽然偶尔有实验，但或因为趣味性差，或因为基础知识没掌握，不知实验到底是在做什么，为了什么而做，使得实验也不能达到很好的效果。
任务驱动教学法在教学形式上以学生为主体，在教室的指导下完成某项任务，按照咨询―计划―决策―实施―检查的实施过程，学生在这个过程中是主体，通过教学任务的设计，引导学生自觉主动地投入到项目实施当中。整个过程，知识的传递是通过学生的自主活动完成的，同时培养了学生思考能力、解决问题的能力、团队合作的能力。
二、理清课程横向与纵向知识脉络
实施课程改革的前提时熟练掌握本门课程的横向知识脉络，明确对知识点的要求程度。《电子技术基础》课程包含七章内容：半导体二极管、半导体三极管及放大电路、集成运算放大器及其应用、直流稳压电源、门电路及组合逻辑电路、触发及时序逻辑电路、晶闸管及其应用电路。还要了解本课程知识点对应在本专业的纵向要求。即了解整个课程体系中后续课程对该课程的要求，这样项目设计才能有针对性。
对于七章课程内容，出熟练掌握各知识要点外，可以按了解、理解、掌握等几个层次将知识点归类，以表格的形式，为以项目为载体的课程改革做准备。举例如下：
三、广泛调研需求，设计教学任务
这一课程任务的设计也许依赖于广泛的调研与研讨。由于是中级工一年级阶段的专业基础课程，要求的难度不高，因此，该调研应以本专业毕业生职业为导向，以培养学生学习兴趣、提高学习积极性和主动性，掌握基础知识和基础技能为目标开展。设计的任务能够把学生引入电子技术知识之门，打开他们的兴趣之窗为后续高年级的课程学习打下基础。
以此为目的，设计调研表，开展系列访谈。（1）开展毕业生的调研与访谈，了解学生工作中体会到的在技校初级学习阶段的需求。（2）开展中级工二年级阶段学生调研与访谈，了解学生学习该课程时的兴趣点，知识难点。（3）开展高级工阶段学生调研与访谈，了解哪些中级工阶段知识的对高级工阶段的学习最重要，哪些是难点。将学生反映的问题收集整理，作为任务设计时的重点。
四、依托大赛，以赛促学
学生兴趣的激发需要应用各种手段，其中职业技能竞赛在高技能人才培养、选拔和激励等方面有着不可替代的作用。教委每年都有针对中学生开展的电子技术大赛，劳动部也会开展相关内容的职业技能大赛。深入了解大赛的竞赛内容，将相关知识融入课堂教学，如电子技能大赛中寻轨器的焊接等，均可作为课题进行设计开发，融入相关知识点，使学生能够在做中学，在学中做。是参加大赛成为学生有一个短期的努力目标，促进了学生学习活动的开展。
五、任务设计举例
以第一章半导体二极管为例设计学习任务如下：
具体课堂实施设计如下：
学习活动1：认识二极管。能力目标：（1）能通过观察了解二极管的结构；（2）能通过查阅资料了解制作二极管的材料、结构、型号和分类。知识目标：（1）了解半导体材料的基本知识；（2）了解二极管的结构、分类和型号。组织方式：小组学习。学习手段：下发任务书和学材。学习步骤：分析任务，了解任务要求，查看任务资料；查阅资料。了解二极管的相关知识，符号；完成任务书。可展示的结果书面成果：任务书。
学习活动2：拼插二极管电路。能力目标：能设计简单电路；能正确拼插电路；能通过分析得到二极管的单向导电性。知识目标：理解二极管的单向导电性；掌握二极管两个极的判别区分。组织方式：小组学习。学习手段：下发任务书，下发学材电子百拼世界。学习步骤：（1）分析任务制定计划，了解任务要求，查看任务资料；（2）制定计划；（3）查阅资料，了解二极管的相关知识、符号；（4）连接百拼电路，理解二极管的单向导电性；（5）检查发现问题。书面成果：任务书。实物成果：电路。
学习活动3：制作个性闪光标志。能力目标：能设计简单电路；能正确连接电路；能保证电路安全。知识目标：理解二极管的参数；掌握用万用表完成二极管正负极的识别、好坏的判别。组织方式：小组学习。学习手段：下发任务书，下发学材二极管、导电胶带、电池盒、电池等。学习步骤：（1）分析任务，了解任务要求，查看任务资料，了解二极管的参数；（2）制定计划；（3）设计标志，计算出要用到的二极管数目，电池的电动势要求；（4）万用表检测二极管的正负极与好坏；（5）连接电路；（6）检查电路，通电；（7）总结。书面成果：任务书。实物成果：标志电路。
学习活动4：总结评价。能力目标：能总结任务过程，语言通顺、突出重点；能客观评价自己与他人表现。组织方式：小组学习。学习手段：总结展示。学习步骤：（1）展示每个小组设计的标志，是否发光；（2）总结评价；（3）教师点评。
六、实施效果与反思
通过在新一级机电类专业班级中进行该课程改革实践发现，学生的学习活动参与率较之前的传统教学有了显著提高，更多的学生参与到活动中来，愿意探究相关知识，在任务的完成中获得了成就感，看到他们脸上的满足的笑容，教师也深深地感受到了教与学之中的满足感。但是，实践中仍然存在很多不足，比如，学习任务的设计是否具有实用性，如何能够更多地提高学生的积极性等问题，有待在实践中进一步完善。
参考文献：
工业的规模不断扩大，电器设备的应用越来越多。低电压大功率的电器设备出现一些问题，工作的电流较大，在启动的时间电流强度更大，影响到实际的使用问题。最好将高压电机应用到工业生产中，减小工作的电流以及启动的电流，降低电机启动对电网的影响。
一、高压电器设备的保护控制
在高压电机中，需要保护的功能较多，对主电路的高压部分进行控制，可以采用直接启动或者是高压变频器进行控制，直接启动由计算机综合保护控制器以及交流真空断路器联合构成。
1、直接启动控制的原理
高压电机直接启动控制的原理主要表现在把真空接触器直接启动与综合保护控制器结合在一起，高压电机在使用以及漏电状态产生电流，经过零序电TA和电TA采样电路，进入综合保护控制器电流信号的输入端，综合电路保护器可以对电机的运行状态进行检测分析，如果发生漏电、缺相等的故障，执行元件真空接触器的动作，将电机的运行电源切断，上传故障的情况，与此同时，显示声光报警。当故障没有排除时，把综合保护控制器的程序锁定，使其不能进入正常工作的状态。
2、变频启动的控制原理
在以前，高压电机变频启动采用的电压结构是高-低-高，或者是三电平叠加结构，以IGBT大功率绝缘栅双极性管为基础，高压变频器对高压电机的电源进行直接的操控。现阶段，大功率高电压等级IGBT绝缘栅双极性晶体管开关管被成功的研制，电流结构是交-直-交型，铁心变压器结构被取代。
三相高压交流电，通过大电流高压整流二极管，整流成为高压直流电，由快速绝缘栅双极性高压开关管IGBT进行触发，生成三相交流高压脉冲电源，是可变频的电源。电抗器进行滤波，成为三相正弦波交流电（可变频），供给高压交流电机的日常运行。
变频内计算机控制中心对快速绝缘栅双极性高压开关管IGBT的开启和关断进行控制，经过计算机的内部程序和的电子电路，对高压交流电频率以及电压幅值进行控制，高压交流电机可以实现软启动、调控转速以及软停车。电压输出频率可控范围为0-400Hz。当高压交流电机进入软停车状态时，计算机内部程序对开启的脉冲进行调控触动，使高压滤波电容放出电流，对IGBT进行控制，释放存电。当放电完成后，高压指示灯熄灭，防止电路引发事故。
电机转速公式：n = 60f/2p，转速和频率呈现线性的关系。由此公式推断，变频器公式是：c=u/f ，输出电流是三相交流电，变频的范围是0-400Hz，用高载波频率SPWM方式，载波频率范围是10-20kHz，IGBT是开关功率管，开关功率管能够进行多只的串联使用。如果频率较低，可以增加起步电压，电机机械运行的性能得以提升。
整机主控的核心部分是单片机，以单片机为基础，对变频器信号进行调控，进入指挥的状态，在SPWM发生器中，将信号输入进去，脉冲产生，脉冲进入功率驱动芯片，功率被放大到原来的状态，IGBT开始进入工作状态，输出三相电，滤波电抗器 L对滤波进行处理，三相交流电输出，电机能够进行工作。计算机指挥控制中心对电压、电流、转速等进行控制。
变频控制通常适合变频电机，普通的电机当频率处在低频以及高频状态时，变频器不适合控制，主要是因为变频器是铁心的材质。在低频段，也就是0-20Hz，普通的高压电机会发出高压奇次谐波，电机发热，对电机的使用寿命造成影响。当处在高频段时，也就是50-100Hz以及超过这个范围时，转速过高，电机的轴承不能承受，遭到损坏，对电机的寿命造成影响。
二、高压电气的调试
1、调试范围
高压电气调试为高压电机正常运行提供保证，高压电气的调试包括：（1）高压电缆；（2）电机综合保护器；（3）高压真空接触器；（4）高压电机；（5）高压避雷器；（6）TA；（7）TV；（8）高压变频器。
2、调试内容
高压电气调试需要按照标准严格进行。电机综合保护器技术参数在设定时，结合出厂说明书以及实践经验，进行动作试验，结果显示正常。在调试前，高压电器必须进行绝缘电阻试验，过程是：首先，摇表转速均匀，保持在120r/min以内；其次，绝缘电阻必须使用AC2500V，采用兆欧表进行测试，兆欧表范围是0-2500MΩ；再次，读表时间是15s以及60s，记录数据，并进行阻值吸收比的计算；最后，读表结束以后，进行整理，先把试验表笔拿开，停止摇表，直至停下。高压真空接触器对合闸以及分闸线圈动作电压进行测试，计算相关的数据。
3、调试过程
高压电机应当进行高压耐压的试验，检验三相直流电阻、绝缘电阻以及绕组极性，对三相直流电阻应用精密的直流电桥测量。
试验电源是AC380V，通过试验操作台调压变压器，进行调压，在放电保护球隙器一侧放置输入高压接入，另一侧接入地线。
把放电保护球隙器放电时间调节好，在放电时，保护电压要大于试验电压，电压值调整好之后，断开电源，接入接线，检查地线的连接情况。当确定以后，进行下面的试验。在实验时，电压值缓慢增加，电流表指没有出现晃动，到达试验的时间点，然后电压缓慢降低，断开电源。对于超过400kW的高压电机进行耐压试验，在试验以前，必须进行直流高压泄露试验。电流值必须符合要求。试验前后，测量绝缘电阻值，使阻值符合要求。
结语
高压电器设备大功率的应用将更加普遍，在工程中熟悉高压电器设备自动化控制的原理，掌握电气调试技术，非常重要。高压电器设备实现自动化控制，有助于增加工业生产，拓展企业的业务。在实际的生活中，熟练掌握原理以及调试技术，可以避免电压启动时损坏电网。
参考文献
[1]周维远.综述高压电器设备自动化控制原理及电气调试的技术[J].大科技，2012（18）.
[2]王静.对高压电器设备进行的探讨[J].民营科技，2012（2）.
[3]王玺.新型高压电器设备[J].科技致富向导，2013（6）.
作者简介
王洪，男，（1972-），籍贯，吉林省梨树县，大学本科，工程师，研究方向：电气工程及自动化。
关键词 资源整合 职教集团 深度建设 发展机遇
中图分类号：G47 文献标识码：A
1专业培养目标、岗位方向与能力要求
1.1专业培养目标
培养与我国社会主义现代化建设要求相适应，德、智、体、美等方面全面发展，具有综合职业能力，在电子整机生产、服务和管理第一线工作的一般电子产品的装配、调试与维修人员。
1.2专业岗位方向
毕业生主要面向电子产品生产企业和经营单位，从事一般电子设备的装配、调试、维修和检验等技术工作，以及电子产品、电子元器件的生产、采购和销售工作。
1.3毕业生岗位能力要求
1.3.1专业能力要求
（1）电子产品营销岗位：要求熟悉电路基本理论，掌握电子元器件、材料、电子产品的主要技术指标和相关标准以及应用领域。
（2）电子产品装配、调试岗位：熟悉电路基本理论，掌握常用电子元件的识别办法、技术参数和装配要求，掌握电子元件的安装工艺与焊接工艺，熟悉电子产品的装配工艺过程，掌握常用电子测量仪表仪器的使用和操作，掌握电子产品的调试技术，能熟练使用各种常用焊接工具与焊接材料，具有较强的PCB板图和元件装配图的识图能力以及编写装配工艺流程卡的能力，具有使用新的焊接设备与装配工艺的能力。
（3）电子产品技术维修岗位：熟悉电路基本理论，掌握单片机的工作原理及应用技术，掌握常用电子元器件的技术参数和使用要求，熟练分析电子产品的工作原理，具备运用常用电子测量仪器去测量、分析与判断电路故障的能力，掌握元器件的替换与焊接技巧和电子产品的运行操作能力与调试技巧，具备良好电子产品维修技能。
（4）电子产品一线生产、质量检验、调试、管理生产岗位：熟悉电路基本理论，掌握常用电子元器件的技术性能和装配要求和电子产品的加工工艺和生产过程，具有较强组织、沟通与协调能力和现代化的管理意识和管理能力，较强的生产安排与调配能力、自学能力，适应现代化生产的管理要求。
1.3.2关健能力和综合素质要求
（1）具有良好的职业道德修养、具有敬业奉献的吃苦精神。
（2）具有良好沟通协调能力，具有与人合作的能力。
（3）具有良好的工作态度与责任心，稳定的心理承受能力。
（4）具有良好的学习发展能力和创新能力。
（5）具有掌握分析问题、解决问题的能力。
（6）具有适应新环境的能力，自理、自律能力，刻苦耐挫能力，应急应变能力。
2专业建设目标、内容与措施
2.1专业建设目标
（1）以理实一体化教学改革为重点，深化专业课程改革，建立人才培养目标鲜明的课程体系。
（2）完善“校企融合、教产一体”的工学结合人才培养模式，实现人才培养与用人需求对接。
（3）改革传统的结果评价机制，建立以能力为本位，理实一体化教学的过程评价机制。
（4）培养一支结构合理的“双师”型教师和骨干教师团队。
2.2专业建设的主要内容
（1）理实一体化教学改革
（2）工学结合模式的有效实施办法
2.3 专业建设措施
2.3.1理实一体化教学改革
（1）理实一体化课程结构设置
通过对电子技术应用专业毕业生就业的近40家电子企业走访和调研，同时深入研究分析我国中等职业教育的现状，最后得出了一个结论是，中职教育的发展走理实一体化和工学结合的道路势在必行。
通过对用人企业的调研和毕业生反馈信息分析，结合本专业毕业生岗位发展分析，确定了本专业的两个培养方向：一个是电子产品的装配、调试及生产管理方向；一个是家用电子产品的维修方向（平板电视维修）；围绕专业培养目标确定课程结构，采用专业主干课程+专业化方向课程+专业拓展课程（选修）的课程结构模式。
围绕两个培养方向，开设三年制电子产品的装配、调试及生产管理班和四年制（3+1）家用电子产品的维修（平板电视维修）班（两个方向的课程结构图略）。
（2）理实一体化项目教材开发
项目教材的文本格式反映了编写者的教学理念，能否跳出原来的学科型教学框架的束缚是成功编写项目教材的关键。在专业基础课程和部分专业课程教学中采用项目教学改革试点，组织骨干教师编写项目教学校本教材，其中已经运用到实际教学中的校本教材有《电工技术基础与技能项目教程》、《电子技能与实训项目教程》、《电视机原理与维修实用项目教程》。在做好以上项目教材开发的同时，继续组织专业骨干教师和企业专家共同完成《平板电视维修手册》校本项目教材的开发编写工作。
（3）双师型教师培养
双师型教师的培养在专业建设过程中已经到了迫在眉睫的地步，根据专业培养方向，制定了专业教师培训计划：一是选派骨干教师参加国家级、省级骨干教师培训；二是选派骨干教师深入企业参加为期半年或一年的学习与锻炼，其中选派两名骨干教师到长虹公司和海信公司参加平板电视的维修学习；三是聘请典型电子企业的资深专家定期到校对专业教师进行培训；四是制定校内教师培训方案，采用师傅带徒弟“传帮带”的方式培训。
（4）理实一体化实验实训室的建设
依托职教园整合优势，建设满足理实一体化教学需要的现代化实验实训室如下表：
（5）理实一体化教学设计
“理实一体化”教学的关键在于理论与实践穿行，将两者有机的融合，在教学过程中适时的穿插投影、挂图、实物拆卸、板书、讲述，形成“教、学、做、考”四位一体化教学新模式，它包括教学环境的创设、教学项目及内容的设计、教学目标的设计、教学形式和方法的设计。
教学环境的创设：创建理论教学、实践教学与多媒体教学于一体，集演示、讲授、操作等多功能融于一体的多媒体实训教室。
教学项目和内容的设计：一是设计合适的教学项目，以最大限度地负载课程的知识与技能要求；二是做好教学项目与企业实际工作任务的对接；三是调整项目内容，以确保项目及时体现企业的新产品、新工艺、新技术。
教学目标的设计：以综合职业能力和综合素质为培养目标。重点加强专业能力、方法能力、社会能力和道德素质的培养。
教学形式和方法的设计：坚持以活动为中心，以实践为主线，进行实践能力导向的一体化教学，学生以行动为导向，以完成工作任务为基础，在项目任务的引领下完成理论学习和实践操作，以“做”促“学”，以“体验”促进“思维”实行理论实践一体化教学的教学方式转变，创设合适的职业活动情境来培养学生综合职业能力和综合素质。
（6）理实一体化教学效果的评价
改变传统的结果评价方式，建立理实一体化教学的过程评价方式。建立了教师、学生、家长和企业用人单位共同参与的教学质量评价制度。重视学习过程评价，强化综合实践能力考核，逐步建立了以能力为本位、评价主体和评价方式多元化的评价体系。
2.3.2工学结合模式的有效实施办法
（1）引入生产性实训项目，形成工学结合教学模式。以职教园整合为契机，与光宝电子（咸宁）科技有限公司共同投资在校内建成一条电源转换器装配生产线，企业主要提供生产设备和材料，包含生产原材料、耗材、检测设备等，学校提高场地和操作人员，生产线的技术和管理工作由企业调派人员和校内专业教师共同承担。电子专业学生每周以二天为一个单元进行生产性实习，每个单元中融入了理论教学、工艺编排、上线生产、产品检测、产品返修等多个环节，促进了学校与企业间的技术（生产）对接。
（2）建立企业中间实习制度，积累学生社会活动经验。全面落实中间生产性实习制度。从第二学期开始，每个学期均安排专业教师带领学生深入企业顶岗实习四周（一个月）时间，教师主要一方面配合企业做好学生管理工作，另一方面还要深入企业学习与锻炼，学校按企业生产方式，组织学生参与生产性实习，企业按计件工资标准向学生发放劳动报酬。目前已经与咸宁奕东电子、咸宁光宝电子科技、咸宁能一郎电子三家企业签订校企合作定岗实习协议，学生通过参与中间实习的实践锻炼，培养他们发现问题、解决问题、与人合作等职业能力形成，养成吃苦耐劳和争先奉献的敬业精神。
参考文献
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