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時(shí)間：2023-03-02 15:10:20
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現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件,綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。
當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來(lái),電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。
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。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)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。
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)：
現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件,綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。
當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來(lái),電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。
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。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)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。
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)：
2電力電子技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
從近幾十年的發(fā)展歷程中我們可以看出，半導(dǎo)體的發(fā)明與應(yīng)用有效地推動(dòng)了電子技術(shù)的快速發(fā)展，其中晶閘管等電力半導(dǎo)體在這一過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。在進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，半控型晶閘管形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)理論研究和半導(dǎo)體制造工藝水平的不斷提高，先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自關(guān)斷全控型第二代電力電子器件。近期研制的以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件，開(kāi)始向大容量高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展，這又是一個(gè)飛躍。步入20世紀(jì)90年代后，電力電子技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，與該技術(shù)有關(guān)的產(chǎn)品也得到進(jìn)一步升級(jí)，大都朝著智能化、模塊化方向發(fā)展，逐步形成了電力電子技術(shù)的三步走模式及理論的研發(fā)，產(chǎn)品的研制、產(chǎn)品的應(yīng)用，成為國(guó)際科研領(lǐng)域的新星，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的熱門行業(yè)。但是，就目前我國(guó)電力電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，還不容樂(lè)觀，其中電力半導(dǎo)體器件的研發(fā)與應(yīng)用同西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在較大的差距，還比較落后，所以，如果在21世紀(jì)國(guó)際電力電子技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，我國(guó)半導(dǎo)體器件的落后狀態(tài)得不到改善，將直接影響我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，因此，對(duì)于我國(guó)電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，仍然任重而道遠(yuǎn)。
0 前言
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)不同的階段，整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，現(xiàn)代電力電子技術(shù)屬于變頻器時(shí)代，同時(shí)又與微電子技術(shù)有效地進(jìn)行了結(jié)合，這不僅使其應(yīng)用范圍十分廣泛，而且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位也變得越來(lái)越重要。
1 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，隨著電力電子技術(shù)的不斷革新，其發(fā)展達(dá)到了一個(gè)較高的水平。現(xiàn)代電力電子技術(shù)主要是對(duì)電源技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可以說(shuō)電源技術(shù)的發(fā)展是當(dāng)前電力電子技術(shù)發(fā)展的主要方向。
1.1 現(xiàn)代電力電子技術(shù)向模塊化和集成化轉(zhuǎn)變
電源單元和功率器件作為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的重要組成部分，是電子器件智能化的核心所在，其組成器件具有微小性，因此電力電子器件結(jié)構(gòu)也更為緊湊，體積較小，但其能夠與其他不同器件的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行有效綜合，所以其具有顯著的優(yōu)勢(shì)。也加快了現(xiàn)代電力電子技術(shù)向模塊化和集成化轉(zhuǎn)變的進(jìn)程，為電力系統(tǒng)使用性能的提升奠定了良好的基礎(chǔ)。
1.2 現(xiàn)代電力電子技術(shù)從低頻向高頻化轉(zhuǎn)變
變壓器供電頻率與變壓器的電容體積、電感呈現(xiàn)反比的關(guān)系，在電力電子器件體積不斷縮小的情況下，現(xiàn)代電力電子技術(shù)必然會(huì)加快向高頻化方向轉(zhuǎn)化?？煽刂脐P(guān)斷型電力電子器件的出現(xiàn)即是現(xiàn)代電力電子技術(shù)向高頻轉(zhuǎn)化的重要標(biāo)志。而且隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度的加快，電力電子技術(shù)也必然會(huì)向著更高頻的方向發(fā)展。
1.3 現(xiàn)代電力電子技術(shù)向全控化和數(shù)字化轉(zhuǎn)變
傳統(tǒng)的電力電子器件在使用過(guò)程中存在著一些限制，而且關(guān)斷電器時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一些危險(xiǎn)，自關(guān)斷的全控型器件在市場(chǎng)上出現(xiàn)后，有效地彌補(bǔ)了這些限制和避免了危險(xiǎn)的發(fā)生，這也是現(xiàn)代電力電子技術(shù)變革的重要體現(xiàn)，表明現(xiàn)代電力電子技術(shù)加快了數(shù)字化發(fā)展的進(jìn)程。
1.4 現(xiàn)代電力電子技術(shù)向綠色化轉(zhuǎn)變
現(xiàn)代電力電子技術(shù)向綠色化轉(zhuǎn)變主要表現(xiàn)在節(jié)能和電子產(chǎn)品兩個(gè)方面。相比于傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)來(lái)講，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的節(jié)能性更好，這也實(shí)現(xiàn)了發(fā)電容量的有效節(jié)約，對(duì)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了較好的效果。一直以來(lái)一些電子設(shè)備會(huì)將嚴(yán)重的高次諧波電流入到電網(wǎng)中，給電網(wǎng)帶來(lái)較大的污染，導(dǎo)致電網(wǎng)總功率質(zhì)量下降，電網(wǎng)電壓出現(xiàn)不同程序的畸變。到了上世紀(jì)末期，各種有源濾波器和補(bǔ)償器的面世，實(shí)現(xiàn)了對(duì)功率參數(shù)的修正，從而為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的綠色化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。
2 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的功能具有多樣性的特點(diǎn)，其在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，這也決定了現(xiàn)代電力電子技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)非常重要的地位，有著不可替代的作用。
2.1 電源方面
（1）一般電源。現(xiàn)代電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源和供電電源方面都取得了較大的進(jìn)展，交流電直接由整流器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，這部分直流電一部分由逆變器轉(zhuǎn)換為交流，然后經(jīng)由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)到達(dá)負(fù)載，而另一部分則直接對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。一旦逆變器發(fā)生故障，蓄電池組則作為備用電源開(kāi)始直接向負(fù)載提供能量。在現(xiàn)在的電力電子器件中普遍采用MOSFET和IGBT作為電源，不僅具有較好的降噪性，而且電源的效率和可靠性也能夠得到有效的保障。
（2）專用電源。高頻逆變式焊機(jī)電源和大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源是比較典型的兩種應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)的專用電源。高頻逆變式焊機(jī)電源是一種高性能的電源，由于大容量模塊IGBT的普遍使用，使得這種電源有著更加廣闊的應(yīng)用前景，逆變式焊機(jī)電源基本采用的都是交流-直流-交流-直流的轉(zhuǎn)換方法，由于焊機(jī)工作的環(huán)境條件惡劣，所以燃弧、短路等就成為了司空見(jiàn)慣的問(wèn)題，而采用IGBT組成的PWM相關(guān)控制器，能夠提取和分析參數(shù)和信息，進(jìn)而預(yù)先對(duì)系統(tǒng)做出處理和調(diào)整。大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源主要應(yīng)用CT機(jī)、靜電除塵等比較大型的設(shè)備上，因?yàn)檫@類設(shè)備電壓比較高，甚至達(dá)到了50 ～ 159kV，將市電經(jīng)過(guò)整流器整流變?yōu)橹绷?，然后與諧振逆變電路串聯(lián)，逆變?yōu)楦哳l電壓，再升壓，最后整流成為直流高壓。
2.2 傳動(dòng)控制及牽引
這主要應(yīng)用在無(wú)軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無(wú)級(jí)變速和控制等等方面，通過(guò)將一個(gè)固定的直流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)可以變化的直流電壓，這樣就能夠使控制更加的平穩(wěn)和快速，而且還可以節(jié)能。
2.3 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
在發(fā)電系統(tǒng)中現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用更是廣泛，比如說(shuō)水力風(fēng)力發(fā)電、用電系統(tǒng)、配電、輸電等等都和現(xiàn)代電力電子技術(shù)有著密切的聯(lián)系。目前的風(fēng)力電力機(jī)組已經(jīng)結(jié)合了機(jī)械制造、空氣動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)等等，而現(xiàn)代電力電子技術(shù)就是發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的重要技術(shù)，它對(duì)于電能的轉(zhuǎn)換、機(jī)組的控制和改善電能質(zhì)量等都很重要。
2.4 在節(jié)能和改造傳統(tǒng)行業(yè)中的應(yīng)用
現(xiàn)代工作的開(kāi)展離不開(kāi)電能的支持，電能是現(xiàn)代工業(yè)的重要?jiǎng)恿湍芰吭搭^。隨著我國(guó)工業(yè)用電量不斷增加，用電的不合理及浪費(fèi)現(xiàn)象也日益顯現(xiàn)出來(lái)。這就需要有效地降低能源的消耗，提高電能的利用效率，以便于能夠?qū)Ξ?dāng)前能源緊缺的局面起到一定的緩解作用。因此需要充分的發(fā)揮現(xiàn)代電力電子技術(shù)的性能優(yōu)勢(shì)，有效地提高現(xiàn)代電力電子技術(shù)的效率，應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，通過(guò)工業(yè)控制有效地將電能轉(zhuǎn)換為勞動(dòng)力，建成現(xiàn)代化的智能車庫(kù)，從而降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)人力資源的節(jié)約，確保勞動(dòng)生產(chǎn)力的提高，以便于推動(dòng)傳統(tǒng)行業(yè)的改造進(jìn)程。
2.5 在家用電器方面的應(yīng)用
現(xiàn)代電力電子技術(shù)在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用也較為廣泛，當(dāng)前家用電器普遍應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，給我們的日常生活帶來(lái)了較大的便利。許多電器都只需要按下按鈕就能進(jìn)行工作，而不需要人們親自動(dòng)手。
3 應(yīng)用展望
在今后現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需要重視以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：首先，需要對(duì)節(jié)能和環(huán)保給予充分的重視，通過(guò)完善控制設(shè)備和設(shè)計(jì)專用的電機(jī)來(lái)有效地提高電機(jī)系統(tǒng)的使用性能和效率；其次，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保，則需要使用中高壓直流轉(zhuǎn)電系統(tǒng)，使其實(shí)現(xiàn)低能耗及低污染；最后，需要加快解決電力系統(tǒng)中儲(chǔ)電裝置的設(shè)置問(wèn)題，需要電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)者從控制技術(shù)等方面來(lái)制定切實(shí)可行的解決方案，從而對(duì)電能儲(chǔ)備中存在問(wèn)題進(jìn)行有效解決，更好地推動(dòng)電力系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。
4 結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)代電力電子技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)電網(wǎng)的控制和轉(zhuǎn)換上發(fā)揮著非常重要的作用。通過(guò)現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用，使大功率電能成為其他高新技術(shù)的重要基礎(chǔ)，這也決定了現(xiàn)代電力電子技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位具有不可替代性，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮著非常重要的作用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉增金.電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探究[J].電子世界，2011（9）：19+25.
[2] 冷海濱.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)探析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（1）：156-157.
[3] 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電子電工技術(shù)簡(jiǎn)介
2.1電子電工技術(shù)的基本特點(diǎn)隨著電工電子技術(shù)的進(jìn)步，各種新型電子器件的使用和研究也步入了新的階段，目前，電工電子技術(shù)呈現(xiàn)出如下幾個(gè)特點(diǎn)：
2.1.1高頻化高頻化是指電子器件在集成化的前提下也提高了器件的工作速度。
2.1.2集成化集成化是指全控型器件通過(guò)并聯(lián)多個(gè)單元器件，并將其全部集成在一個(gè)基片上的技術(shù)。
2.1.3高效率化高效率化主要表現(xiàn)在兩個(gè)主要的方面，即器件和變換技術(shù)。通過(guò)降低器件的壓降，能夠?qū)崿F(xiàn)降低損耗的目的。
2.1.4全控化全控化表現(xiàn)在將有自斷電功能的器件應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，從而取代了半控型的晶閘管，這是一項(xiàng)電子器件的重大突破。全控化的實(shí)現(xiàn)，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)的精簡(jiǎn)化。
2.2電子電工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.2.1優(yōu)化電能的使用以整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行為前提，通過(guò)合理整合和配置電能資源，電子電工技術(shù)能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行廣泛的優(yōu)化。
2.2.2實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)改造加工傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，逐漸實(shí)現(xiàn)了新型機(jī)電一體化的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
2.2.3促進(jìn)了電子技術(shù)的智能化發(fā)展電子電工技術(shù)的智能化，首先保障了功率和信息的和諧發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上促進(jìn)電子電工技術(shù)的一體化進(jìn)程。
2.2.4指明了系統(tǒng)工頻的研究方向以電子電工技術(shù)的發(fā)展為背景，為了在小型化發(fā)展的過(guò)程中使機(jī)電設(shè)備加快響應(yīng)速度，就需要進(jìn)行系統(tǒng)高頻和變頻化的研究，這樣才能支持和保證電氣工程設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3電工電子技術(shù)的發(fā)展研究
電工電子技術(shù)在交通運(yùn)輸、電氣工程、能源開(kāi)發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。隨著各種新材料和新技術(shù)的使用，電工電子技術(shù)也得到了巨大的發(fā)展。下面，我們對(duì)電工電子技術(shù)的新研究領(lǐng)域進(jìn)行了探討。
3.1太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)能和太陽(yáng)能是兩種存儲(chǔ)量最大的可再生資源，目前已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著建設(shè)規(guī)模的不斷提升，風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電廠的投資成本下降了很多，裝機(jī)容量也不斷地?cái)U(kuò)大，電工電子技術(shù)得到了很好的應(yīng)用。目前，建設(shè)規(guī)模更大、容量更高的新能源電廠，提高能量的轉(zhuǎn)換效率，已經(jīng)成為該領(lǐng)域電工電子技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。
3.2太陽(yáng)能電池發(fā)電技術(shù)太陽(yáng)能電池的發(fā)展和電工電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，新型太陽(yáng)能技術(shù)將光伏電池鑲嵌到塑料薄膜的外表面，進(jìn)而形成太陽(yáng)能薄膜，這樣不僅降低了投資成本，也顯著提高了發(fā)電廠的發(fā)電效率。
3.3磁流體發(fā)電技術(shù)磁流體發(fā)電是指通過(guò)加熱燃料使其成為易電離的狀態(tài)，然后在磁場(chǎng)中高速運(yùn)動(dòng)切割磁力線，進(jìn)而產(chǎn)生電能的技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上提高了能量的轉(zhuǎn)換效率。目前，該技術(shù)的原理實(shí)驗(yàn)已獲得成功，電工電子技術(shù)方面還需要在功率調(diào)節(jié)、超導(dǎo)磁體和發(fā)電通道等方面進(jìn)行更深入的研究。
3.4受控核聚變技術(shù)受控核聚變是一種性價(jià)比高、安全無(wú)污染、原料充足、運(yùn)行可靠的新型能源技術(shù)。與氫彈爆炸類似，受控核聚變的技術(shù)難度相對(duì)較高，并且無(wú)法進(jìn)行有效的控制，因此，需要通過(guò)電工電子技術(shù)中的輔助加熱、強(qiáng)磁場(chǎng)、等離子體和大能量脈沖等技術(shù)為核聚變技術(shù)的發(fā)展提供支持，使核聚變的反應(yīng)條件、啟動(dòng)和停止都在可控范圍內(nèi)。
3.5微型光芯片技術(shù)微型光芯片技術(shù)能夠顯著降低光纜的入戶成本，從而讓家庭用戶方便地享用真正的高速寬帶技術(shù)。微型光芯片通過(guò)把不同類型的光路集中在同一個(gè)芯片上，使光纜體積大大減小，同時(shí)還不會(huì)影響數(shù)據(jù)的傳輸，在節(jié)約成本方面起到了積極的作用。
3.6磁懸浮技術(shù)磁懸浮列車的高速度甚至超過(guò)了飛機(jī)，使乘客真正享受到了出行的方便，其應(yīng)用的前景非常廣闊。事實(shí)上，磁懸浮列車使用的磁懸浮技術(shù)也是一種電工電子技術(shù)，它通過(guò)減少行車的阻力，提高了行駛的速度，同時(shí)還具有能耗低、運(yùn)行安全、噪聲低、運(yùn)力強(qiáng)的特點(diǎn)。磁懸浮技術(shù)是一種集合了供電系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、磁懸浮和列車檢測(cè)等多種電工電子技術(shù)的高新科技。
3.7超導(dǎo)電工技術(shù)高溫超導(dǎo)技術(shù)對(duì)超導(dǎo)的應(yīng)用不再局限在實(shí)驗(yàn)室中，超導(dǎo)儲(chǔ)能、超導(dǎo)輸電都在超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域得到了實(shí)際的應(yīng)用。目前，超導(dǎo)電工技術(shù)已經(jīng)成了電工電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，超導(dǎo)體的使用將會(huì)更加普遍。
一、EPB與傳統(tǒng)手制動(dòng)相比的優(yōu)點(diǎn)
1.1EPB系統(tǒng)可以在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后自動(dòng)施加駐車制動(dòng)。駐車方便、可靠，可防止意外的釋放（比如小孩、偷盜等）。
1.2不同駕駛員的力量大小有別，手駐車制動(dòng)桿的駐車制動(dòng)可能由此對(duì)制動(dòng)力的實(shí)際作用不同。而對(duì)于EPB，制動(dòng)力量是固定的，不會(huì)因人而異，出現(xiàn)偏差。
1.3可在緊急狀態(tài)下組委行車制動(dòng)用。
二、EPB的功能
2.1基本功能：通過(guò)按鈕實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)手剎的靜態(tài)駐車和靜態(tài)釋放功能。
2.2動(dòng)態(tài)功能：行車時(shí)，若不踩踏板剎車，通過(guò)EPB按鈕，一樣也可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。
2.3“熄火控制”模式：當(dāng)汽車拔鑰匙熄火時(shí)，自動(dòng)啟用駐車制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)不打火駐車不能解除。
2.4開(kāi)車釋放功能：當(dāng)駕駛員開(kāi)車時(shí)，踩油門，掛擋后自動(dòng)解除駐車。
2.5啟動(dòng)約束：點(diǎn)火關(guān)閉，釋放約束模式（保護(hù)兒童），不用操作制動(dòng)踏板，即可釋放約束模式。
2.6緊急釋放功能：當(dāng)電子駐車沒(méi)電需要解除駐車時(shí)，可用專門的釋放工具釋放駐車。
三、拉線式EPB的組成及各部件的作用
3.1拉線。拉線和傳統(tǒng)的駐車系統(tǒng)中拉線所起的作用完全一樣，就是把力從EPB總成傳遞到駐車制動(dòng)器上實(shí)現(xiàn)駐車功能。拉線式EPB有單拉線和雙拉線兩種。
單、雙拉線有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。相比較起來(lái)雙拉線有較大的拉線效率，拉線行程短，但布置沒(méi)單拉線靈活，產(chǎn)生相同的拉力，控制器需要加載的力大。工作時(shí)，雙拉線EPB控制器同時(shí)帶動(dòng)兩根拉線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)制動(dòng)器駐車，而單拉線時(shí)，EPB控制器是只帶動(dòng)了一根拉線，然后通過(guò)拉索平衡器此拉線帶動(dòng)后面的兩根拉線駐車。
單拉線式樣的EPB，一根拉線帶動(dòng)兩根拉線的原理為：第一根拉線的芯線在控制器的帶動(dòng)下產(chǎn)生移動(dòng)，其帶動(dòng)拉線向右移動(dòng)，然后因?yàn)榈谝桓€受力彎曲，第一根拉線通過(guò)固定在其拉線護(hù)套上面的平衡器帶動(dòng)拉線1向左移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了一根拉線帶動(dòng)兩根拉線移動(dòng)的目的。
3.2按鈕。通過(guò)按或者拉按鈕控制EPB駐車和解除駐車，按鈕上有背景燈，提醒駕駛者是否已工作。
3.3緊急工具。在EPB因斷電不工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)駐車解除功能。
3.4電機(jī)。EPB工作時(shí)的動(dòng)力來(lái)源，由其來(lái)帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)工作實(shí)現(xiàn)駐車。（有人僅靠電子駐車紙面意思可能會(huì)擔(dān)心駐車后，出現(xiàn)沒(méi)電的情況怎么辦？實(shí)際上電子駐車只是靠電觸發(fā)齒輪機(jī)構(gòu)工作，最終使車長(zhǎng)時(shí)間駐車的還是機(jī)械機(jī)構(gòu)，并且國(guó)家法規(guī)中也明確要求，駐車要用可靠的機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)完成）。
3.5齒輪機(jī)構(gòu)。不同廠家EPB的此部分機(jī)構(gòu)的工作原理不一定相同但其作用是一樣的。都是力的傳遞機(jī)構(gòu)，把力由電機(jī)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成拉線方向上力。其齒輪結(jié)構(gòu)的工作原理如右圖電機(jī)帶動(dòng)拉線所在的外齒輪機(jī)構(gòu)和內(nèi)齒輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樾D(zhuǎn)方向相反，帶動(dòng)連接在內(nèi)外齒輪機(jī)構(gòu)的拉線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)駐車。
3.6ECU和傳感器。ECU用來(lái)控制EPB對(duì)外的信息交流和反饋。傳感器用來(lái)感應(yīng)拉力的大小。
四、EPB總成的工作原理和其功能的實(shí)現(xiàn)原理
4.1EPB總成的工作原理。拉線式EPB工作原理為：通過(guò)開(kāi)關(guān)給ECU一個(gè)通斷信號(hào)，EPB的ECU控制電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后由內(nèi)部的齒輪機(jī)構(gòu)把此力輸出到拉線上，由拉線帶動(dòng)制動(dòng)器進(jìn)行駐車。
4.2EPB各功能的實(shí)現(xiàn)原理
（1）基本功能。最基本的功能，靜態(tài)釋放和靜態(tài)駐車功能，通過(guò)按鈕駐車和解除駐車此工作原理簡(jiǎn)單，也就是上面的EPB工作原理。
（2）EPB賣點(diǎn)之一的動(dòng)態(tài)功能。當(dāng)車在行車狀態(tài)，速度大于12km/h,若按下EPB按鈕，ECU指揮馬達(dá)帶動(dòng)拉線駐車，當(dāng)車輪要抱死，有滑移的傾向時(shí)，ECU通過(guò)CAN得到這個(gè)信號(hào)后，會(huì)使拉線力減小，以便不使車輪抱死，如此循環(huán)，直至車停下為止。雖然EPB有此功能，但各個(gè)EPB廠家，并不推薦客戶把EPB當(dāng)作行車制動(dòng)器使用，并且還明確要求客戶，此功能只能在常規(guī)制動(dòng)器失效或不可使用踏板的緊急情況下才能使用，這是因?yàn)樵谛熊囍?，駐車制動(dòng)器啟動(dòng)后，那么就把制動(dòng)力全部加在后輪，對(duì)后制動(dòng)器的損害是很大的。
（3）“熄火控制”模式。發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，通過(guò)CAN把此信息傳遞給ECU，ECU指揮EPB駐車。
（4）EPB的另一賣點(diǎn)功能：開(kāi)車釋放功能。要實(shí)現(xiàn)該功能，則EBP系統(tǒng)需要知道駕駛員是否希望車輛開(kāi)始行駛。對(duì)自動(dòng)擋車輛來(lái)說(shuō)，EPB可以通過(guò)變速器信息及油門信息了解車輛狀態(tài)。然后ECU指揮EPB釋放駐車。而對(duì)手動(dòng)擋車輛來(lái)說(shuō)，原有的配置所能提供的信息無(wú)法確認(rèn)駕駛員的期望。為了實(shí)現(xiàn)該功能，需要在車輛上加裝檔位傳感器及離合器傳感器。
（5）緊急釋放功能。用專門開(kāi)發(fā)的緊急釋放工具來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。工具的工作原理為，用專門開(kāi)發(fā)的EPB工具，先插入緊急工具孔，然后旋轉(zhuǎn)，使齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)渦桿移動(dòng)，解除駐車。有時(shí)為了使解除駐車方便，或者不便于使用剛性的緊急釋放工具，也可以使用易曲工具，實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：把緊急釋放工具由剛性改成可彎曲的易曲工具，然后根據(jù)EPB的布置位置，設(shè)計(jì)合理的導(dǎo)向管，設(shè)計(jì)導(dǎo)向管的原則為將來(lái)在使用工具時(shí)比較方便，不需要拆卸其它零件，或者鉆到車下。導(dǎo)向管一端，另一端固定死在電子駐車工具孔上，使用時(shí)，取出緊急工具，把工具從導(dǎo)向管端插入，順著導(dǎo)向管，把工具連接到電子駐車上，然后轉(zhuǎn)動(dòng)工具搖把，即可釋放駐車。在開(kāi)發(fā)易曲工具中需要注意的是：1.工具的易曲長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)否則會(huì)因工具彎曲端過(guò)長(zhǎng)而使傳遞到電子駐車的力矩解除不了駐車。2.導(dǎo)向管扭曲的幅度不能過(guò)于大，否則工具在通過(guò)導(dǎo)管時(shí)的難度就很大，甚至通不過(guò)導(dǎo)管。
五、拉線式EPB的布置
5.1EPB的布置
EPB的布置需要注意以下幾點(diǎn)：
（1）若EPB布置在車身下，要設(shè)計(jì)合理的支架，力求把EPB包起來(lái)，防止車底下高速飛起的石子打在EPB殼體上。（2）注意保證EPB周圍的溫度不能過(guò)高，要在其工作溫度范圍內(nèi)。（3）注意選擇合理的緩沖墊來(lái)起到防震的效果。（4)EPB位置的選擇，要考慮到將來(lái)緊急工具使用的方便性。
5.2拉線的布置
拉線的布置需要注意以下幾點(diǎn)：
（1）拉線之間的間隙要求，需要滿足一定要求。（2）單拉線式。EPB是由一根拉線帶動(dòng)后面兩根拉線來(lái)實(shí)現(xiàn)駐車的，為了實(shí)現(xiàn)一根拉線帶動(dòng)二根拉線，所以布置時(shí)一定要保證第一根拉線的末端是可移動(dòng)的，不能在此處做支架給其固定死。
六、結(jié)論
EPB是近來(lái)研究的重要成果之一。它替代了手駐車制動(dòng)，用電子按鈕實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)，且節(jié)省了車廂內(nèi)部的空間。符合現(xiàn)在消費(fèi)者們希望在車內(nèi)安裝更多的基本配置和功能的這個(gè)趨勢(shì)。因此設(shè)計(jì)小巧的EPB倍受青睞。目前電子駐車在國(guó)外已應(yīng)用的比較普遍。在不久的將來(lái)電子駐車也會(huì)頻頻裝配在中國(guó)的汽車上。
參考文獻(xiàn)：
舒華，姚國(guó)平.汽車電子控制技術(shù).北京．人民交通出版社，2002.
電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化，提升工藝的運(yùn)行水平。電氣自動(dòng)化控制是一類新型的技術(shù)，核心是電子技術(shù)，可以大面積地應(yīng)用到設(shè)備行業(yè)中。電氣自動(dòng)化控制的技術(shù)能力高，通過(guò)不同技術(shù)的相互配合，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的運(yùn)行控制，而且自動(dòng)化控制是電氣運(yùn)行中的核心，保障生產(chǎn)的精確性和運(yùn)行速率。電氣自動(dòng)化控制能夠以少量程序控制多個(gè)變量，各個(gè)控制對(duì)象處于相互配合的狀態(tài)，提升了系統(tǒng)操作的水平，監(jiān)督被控對(duì)象的運(yùn)行過(guò)程，期間修正被控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，使其具備準(zhǔn)確、合理的運(yùn)行方式。
2 電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展
2.1 智能化
電氣自動(dòng)化控制技術(shù)下的產(chǎn)品、系統(tǒng)等，能夠根據(jù)指令智能化的完成操作，簡(jiǎn)化操作服務(wù)的流程。智能化是電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的首要發(fā)展方向，正是由于智能化的要求，促使電氣自動(dòng)化控制技術(shù)與信息技術(shù)、通訊技術(shù)相互融合，注重技術(shù)中的性能開(kāi)發(fā)，體現(xiàn)技術(shù)控制的速率。
2.2 節(jié)約化
節(jié)約化發(fā)展，是指電氣自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保。例如：電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，其可輔助使用新能源，同時(shí)控制照明燈具的使用，延長(zhǎng)燈具的使用壽命，既可以保障能源利用的效率，又可以提高照明設(shè)備的質(zhì)量。
2.3 信息化
電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的信息化發(fā)展，改進(jìn)了技術(shù)運(yùn)行的方式，使電氣自動(dòng)化中，以信息控制為基礎(chǔ)，引進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等理論，支持電氣自動(dòng)化的控制運(yùn)行。
2.4 統(tǒng)一化
電氣自動(dòng)化控制技術(shù)拉近了各個(gè)行業(yè)之間的距離，融入各項(xiàng)技術(shù)的同時(shí)，朝向統(tǒng)一化的方向發(fā)展。在電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的作用下，行業(yè)間遵循相同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使用方法、維護(hù)策略等，都逐步統(tǒng)一，在降低行業(yè)建設(shè)難度的同時(shí)，體現(xiàn)統(tǒng)一化發(fā)展的優(yōu)勢(shì)[1]。電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的統(tǒng)一化發(fā)展，消除了行業(yè)之間潛在的發(fā)展矛盾，提升行業(yè)資源的利用效率，加快了信息傳輸、使用的速率。
3 電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用
3.1 工業(yè)
工業(yè)是應(yīng)用最廣泛的行業(yè)，因?yàn)楣I(yè)規(guī)模較大，對(duì)電氣自動(dòng)化控制的需求大，所以我國(guó)積極推進(jìn)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用，致力于改善傳統(tǒng)工業(yè)的運(yùn)營(yíng)方式[2]。PLC是電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的主要元件，其為一項(xiàng)可編程邏輯控制器，以工業(yè)企業(yè)為例，分析PLC的應(yīng)用。該工業(yè)為機(jī)械制造企業(yè)，基于PLC的電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，為機(jī)械制造系統(tǒng)提供了相關(guān)的控制，PLC根據(jù)機(jī)械制造的需求，編寫(xiě)了操作指令和邏輯運(yùn)算程序，簡(jiǎn)化了機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)的操作，而且PLC的準(zhǔn)確度高，規(guī)避了該企業(yè)生產(chǎn)的誤差，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造的自動(dòng)化、信息化生產(chǎn)，PLC寫(xiě)入編程后，控制了機(jī)械制造的過(guò)程，同時(shí)控制機(jī)械制造的參數(shù)，包括尺寸、溫度信息等，按照該企業(yè)機(jī)械制造的指令，構(gòu)成閉環(huán)生產(chǎn)方式，優(yōu)化機(jī)械制造的工藝流程，而且該企業(yè)在PLC中設(shè)計(jì)了PID模塊，通過(guò)PID子程序，準(zhǔn)確控制PLC的內(nèi)部編程，預(yù)防機(jī)械制造中出現(xiàn)問(wèn)題。
3.2 交通業(yè)
電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在交通業(yè)中的應(yīng)用，不僅體現(xiàn)在車輛運(yùn)輸上，還表現(xiàn)在紅綠燈、監(jiān)控系統(tǒng)等方面。車輛上的元件、器件等，基本都是電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的體現(xiàn)，提供專業(yè)的自動(dòng)化控制，保障車輛通行的安全[3]。例如：電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在電子眼中的應(yīng)用，代替警察執(zhí)法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的違章取證，電子眼監(jiān)督交通系統(tǒng)中的車輛運(yùn)行，抓拍違法行為，提交到交通局的操作系統(tǒng)內(nèi)，減輕了交通執(zhí)法的工作負(fù)擔(dān)，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)彌補(bǔ)了電子眼的缺陷，促使其可更準(zhǔn)確、更快速、更清晰地實(shí)現(xiàn)抓拍取證，提升電子眼對(duì)交通運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)控能力，有效控制電子眼的運(yùn)行，以免交通執(zhí)法中出現(xiàn)漏洞。我國(guó)各地政府在交通業(yè)建設(shè)中，積極引進(jìn)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，完善交通監(jiān)控體系，目前，測(cè)速器、屏顯等多個(gè)交通項(xiàng)目中，均涉及到電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的使用。
3.3 農(nóng)業(yè)
農(nóng)業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)支持，為了推進(jìn)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，引入電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，全面建設(shè)智能農(nóng)業(yè)，加快農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展速度。以某地區(qū)農(nóng)業(yè)中的大棚種植為例，分析電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用。該地區(qū)傳統(tǒng)的大棚種植，是根據(jù)農(nóng)民種植經(jīng)驗(yàn)分配工作，一旦控制不好溫度、濕度，即會(huì)影響大棚種植的經(jīng)濟(jì)效益。研究人員將電氣自動(dòng)化控制技術(shù)引入到大棚種植內(nèi)，以育秧大棚為對(duì)象，構(gòu)建智能控制系統(tǒng)，大棚內(nèi)安裝不同屬性的無(wú)線傳感器，專門收集大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，如：光照、含水量等，進(jìn)行自動(dòng)化的信息采集，傳感器采集的信號(hào)傳輸?shù)娇刂浦行?，比?duì)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)指標(biāo)，種植人員掌握大棚育秧的實(shí)際情況，同時(shí)根據(jù)對(duì)比結(jié)果調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的環(huán)境，遠(yuǎn)程控制特定的設(shè)備。該大棚內(nèi)部安裝了高清視頻，同樣接入到控制中心，種植人員可以隨時(shí)查看育秧的狀態(tài)，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，輔助構(gòu)建管理平臺(tái)，劃分為四個(gè)功能模塊，分布是傳感采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠(yuǎn)程控制，整體控制育秧大棚的生長(zhǎng)環(huán)境，為幼苗的培育提供優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。
3.4 服務(wù)業(yè)
人們對(duì)服務(wù)業(yè)的需求非常大，目的是方便人們的日常生活，特別是在電子產(chǎn)品上，更是體現(xiàn)出服務(wù)業(yè)對(duì)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的需求。生活中的電子產(chǎn)品，大多應(yīng)用了電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，如：智能手機(jī)、ipad、跑步機(jī)等，表明電氣自動(dòng)化對(duì)服務(wù)業(yè)市場(chǎng)的推進(jìn)作用[4]。近幾年，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，由服務(wù)業(yè)的電子產(chǎn)品，逐步轉(zhuǎn)型到企業(yè)內(nèi)，例如：餐飲服務(wù)中的“機(jī)器換人”概念，餐廳內(nèi)，機(jī)器人取代人工服務(wù)，提供點(diǎn)菜、傳菜等服務(wù)，機(jī)器人是餐飲業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，表明電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的重要性，此項(xiàng)技術(shù)在“機(jī)器換人”中，起到自動(dòng)化的控制作用，是機(jī)器人開(kāi)發(fā)中不可缺少的技術(shù)。
4 結(jié)束語(yǔ)
電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，表明了該項(xiàng)技術(shù)在行業(yè)運(yùn)營(yíng)中的重要性，滿足我國(guó)社會(huì)行業(yè)建設(shè)的基本需求。根據(jù)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，落實(shí)發(fā)展策略，充分發(fā)揮電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的潛力，保障其在未來(lái)的應(yīng)價(jià)值。電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，必須符合現(xiàn)代企業(yè)的需求，由此才能規(guī)范控制技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]賢陽(yáng).應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展是工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵—2007年紐倫堡電氣自動(dòng)化（系統(tǒng)和部件）展覽會(huì)紀(jì)實(shí)[J].自動(dòng)化博覽，2008，Z1：28-30.
[2]吳琦.煤礦電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用[J].硅谷，2015，3：118+120.
1. 前言
EDA(Electronics Design Automation,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)是現(xiàn)代電子學(xué)的標(biāo)志，是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命,而基于EDA技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)正成為電子系統(tǒng)的主流。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子設(shè)計(jì)技術(shù)跨過(guò)了三個(gè)階段。①20世紀(jì)五十年代：小規(guī)模集成電路（SSI）和中規(guī)模集成電路（MSI）用來(lái)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)；②七十年代：以微處理器為核心的軟件編程設(shè)計(jì)；③八十年代末至今：硬件系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，即系統(tǒng)芯片(SOC)和專用集成電路(ASIC)設(shè)計(jì)，是21世紀(jì)微電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。
本文主要闡述了采用先進(jìn)的EDA工具M(jìn)AX+plusⅡ?qū)?0MHz自動(dòng)頻率計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程。論文參考。在此設(shè)計(jì)中我們采用現(xiàn)在國(guó)際流行的VHDL硬件描述語(yǔ)言對(duì)CPLD進(jìn)行編程，并通過(guò)MAX+plusⅡ平臺(tái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最終完成設(shè)計(jì)的要求，用單片CPLD實(shí)現(xiàn)10MHz頻率計(jì)的功能。
2. 單片自動(dòng)頻率計(jì)的設(shè)計(jì)
數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化和小型化是現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的發(fā)展方向。論文參考。具有50多年發(fā)展歷史的頻率計(jì)是實(shí)驗(yàn)室中常用的儀器之一，它已成為一種典型的數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化的測(cè)量?jī)x器，并越來(lái)越趨于小型化。單片自動(dòng)頻率計(jì)以單片可編程器件為載體，利用VHDL語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)10MHz以內(nèi)頻率的自動(dòng)測(cè)量。該頻率計(jì)用可編程器件一片，10MHz晶體振蕩器一塊和4位七段LED顯示器。
如果說(shuō)微電子技術(shù)推動(dòng)了以計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)、光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識(shí)經(jīng)濟(jì)初見(jiàn)端倪，那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，光電子技術(shù)將起到越來(lái)越重要的作用。美國(guó)商務(wù)部指出：“90年代，全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰(shuí)在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動(dòng)權(quán)，誰(shuí)就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評(píng)論：“21世紀(jì)具有代表意義 的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，第一是光電子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)，第三是健康和福利產(chǎn)業(yè)……”，可以斷言，光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動(dòng)人類科學(xué)技術(shù)的革命。
1 世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)初人們的預(yù)料，光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸，到20世紀(jì)末將達(dá)到85%，但從目前光纖通信的整體水平來(lái)看，仍處于初級(jí)階段，光纖通信的巨大潛力還沒(méi)有完全開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前，各種新技術(shù)層出不窮，密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM，在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術(shù)（EDFA，可將光信號(hào)直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點(diǎn)）已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中，光電技術(shù)的比例將從過(guò)去比重不到10%達(dá)到90%。一種全新的、無(wú)需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用，給全球的通信業(yè)帶來(lái)蓬勃生機(jī)。為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件。光電子器件和技術(shù)已形成一個(gè)快速增長(zhǎng)的、巨大的光電子產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來(lái)越大的作用。美國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(huì)估計(jì)，到2003年，光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)2000億美元。
Internet應(yīng)用的飛速增長(zhǎng)對(duì)電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來(lái)越高的需求，為滿足需求的增長(zhǎng)，人們可以鋪設(shè)更多的光纖，或靠提高單路光的信息運(yùn)載量（現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設(shè)備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復(fù)用技術(shù)，增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)（光波分復(fù)用的實(shí)驗(yàn)記錄已經(jīng)達(dá)到2.64Tbps）。波分復(fù)用技術(shù)的普遍運(yùn)用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。無(wú)限戰(zhàn)略公司的報(bào)告指出：“信號(hào)傳輸用 1.31μm和1.55μm激光器市場(chǎng)1999年達(dá)到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號(hào)放大用激 光器1999年市場(chǎng)份額達(dá)到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號(hào)放大用激光器銷售額達(dá)2.9 億美元，比去年增長(zhǎng)121%。整個(gè)激光器市場(chǎng)的份額1999年達(dá)18億美元，預(yù)期2003年將達(dá)到30 億美元”。美國(guó)通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預(yù)測(cè)，北美市場(chǎng)光電子部件的市場(chǎng)規(guī)模將由目前的28億美元增長(zhǎng)到2003年的61億美元，約每年增長(zhǎng)18.5%。密集波分復(fù)用設(shè)備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報(bào)告稱雖然10年內(nèi)全光通信還不會(huì)全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場(chǎng)主流，報(bào)告也指出盡管光學(xué)部件市場(chǎng)被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進(jìn)入的可能。
2 我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
近10年來(lái)我國(guó)光電子技術(shù)研究在國(guó)家“863”計(jì)劃和有關(guān)部門的支持下有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，在很多領(lǐng)域同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家只有兩三年的距離，個(gè)別領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位。
國(guó)內(nèi)光電子有關(guān)產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測(cè)器、光收發(fā)模塊、EDFA、無(wú)源光器件）等已經(jīng)占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)較大的市場(chǎng)份額，初步具備同國(guó)外大公司競(jìng)爭(zhēng)的能力，在毫無(wú)市場(chǎng)保護(hù)的情況下，靠自己的力量爭(zhēng)得了一席之地，市場(chǎng)營(yíng)銷逐年有較大的增長(zhǎng)，個(gè)別產(chǎn)品還取得國(guó)際市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品中的銷量最大的成績(jī)。我國(guó)相應(yīng)研究發(fā)展基地和本領(lǐng)域高 技術(shù)公司的許多產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白，打破國(guó)外產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壟斷地位，同時(shí)爭(zhēng)取進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關(guān)鍵部件，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)40%的份額。我國(guó)也是目前國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)有能力研制PIC和OEIC的國(guó)家。808nm大功率激 光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產(chǎn)品化和商品化并批量占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國(guó)產(chǎn)器件，國(guó)產(chǎn)1.55μmDFB激光器 戰(zhàn)勝了國(guó)外器件，占領(lǐng)了100%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）03-0098-02
隨著數(shù)字電子技術(shù)、集成電路設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，大量學(xué)科紛紛出現(xiàn)在高等教育的課程設(shè)置中，如DSP、嵌入式系統(tǒng)、SOPC、PLD、EDA、硬件描述語(yǔ)言等。這些課程引領(lǐng)電子技術(shù)的發(fā)展方向，把作為這一領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)課的《數(shù)字電子技術(shù)》的地位和重要性也推到了前所未有的高度，同時(shí)也對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容提出了極大的挑戰(zhàn)！然而，難以樂(lè)觀的是目前國(guó)內(nèi)多數(shù)著名高校該課程的教材多少年來(lái)隨著版本的更新，內(nèi)容變化并不大?？上驳氖牵陙?lái)有個(gè)別教師對(duì)《數(shù)字電子技術(shù)》教材做了非常大膽的改革，比如，有教材大篇幅地增加了可編程邏輯器件及應(yīng)用，使學(xué)生在課堂上的大部分時(shí)間用于學(xué)習(xí)掌握現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)方法；也有教材將微型計(jì)算機(jī)原理和數(shù)字電子技術(shù)合二為一，將微處理器結(jié)構(gòu)作為數(shù)字電子技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，這樣不僅消除了傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容零散的缺陷，同時(shí)也將微型計(jì)算機(jī)原理課程和數(shù)字電子技術(shù)課程有機(jī)地結(jié)合在一起，并可以減少學(xué)時(shí)數(shù)，方便課程安排。作者早在參考文獻(xiàn)[1]中也提出這種改革方案，但由于教學(xué)內(nèi)容的大量改動(dòng)往往牽扯到教學(xué)計(jì)劃和幾門課程的改革等問(wèn)題，影響面比較大。因此，多年來(lái)各著名高校依然按兵不動(dòng)。本文在盡量不影響教學(xué)計(jì)劃的前提下，針對(duì)目前的多數(shù)教材內(nèi)容提出幾點(diǎn)建議。
一、數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展和課程重要性介紹
國(guó)內(nèi)外多數(shù)教材的開(kāi)篇都是直入主題，對(duì)《數(shù)字電子技術(shù)》課程的重要性、電子技術(shù)的發(fā)展、課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法等問(wèn)題很少介紹。這樣使得學(xué)生在剛開(kāi)課時(shí)就接受大量新概念，畢竟數(shù)字電子技術(shù)是走進(jìn)數(shù)字時(shí)代的第一入門課程，由模擬世界到數(shù)字世界有些轉(zhuǎn)彎太急。另外，開(kāi)篇不介紹電子技術(shù)發(fā)展和一個(gè)典型應(yīng)用，往往使學(xué)生學(xué)到最后都會(huì)感覺(jué)內(nèi)容零散，慢慢失去了學(xué)習(xí)興趣。這種大轉(zhuǎn)折性課程有必要介紹電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，介紹電子技術(shù)的發(fā)展，不僅使學(xué)生可以了解該學(xué)科前沿技術(shù)及目前應(yīng)用狀態(tài)，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，也可以讓學(xué)生體會(huì)EDA軟件在現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)中的作用，在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中自發(fā)學(xué)習(xí)和利用EDA軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引起學(xué)生對(duì)課程的足夠重視，同時(shí)也給學(xué)生一個(gè)適應(yīng)過(guò)程。教材中介紹課程的重要性是非常必要的，數(shù)字電子技術(shù)已逐漸滲透到各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域，推動(dòng)著世界步入數(shù)字化時(shí)代，進(jìn)入21世紀(jì)，數(shù)字電子技術(shù)將繼續(xù)促進(jìn)人類在各個(gè)領(lǐng)域的全面進(jìn)步。作為走向數(shù)字化時(shí)代的第一門課程，重要性不言而喻。另外，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)一些什么？課程各章節(jié)的重要性和相互關(guān)系等?！稊?shù)字電子技術(shù)》作為一個(gè)轉(zhuǎn)折性和走向數(shù)字化時(shí)代的基礎(chǔ)課程，也能鼓勵(lì)之前學(xué)習(xí)較差的學(xué)生，將《數(shù)字電子技術(shù)》課程作為一個(gè)新的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，走向美好未來(lái)。另外，電子技術(shù)課程也是很多高校某些專業(yè)的考研課程，對(duì)于以后想考研的學(xué)生提前告知也可以引起學(xué)生對(duì)該課程的高度重視?！稊?shù)字電子技術(shù)》課程實(shí)踐性很強(qiáng)，要在教材中強(qiáng)調(diào)高度重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，介紹使用EDA軟件進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和分析方法。鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到問(wèn)題時(shí)要有積極主動(dòng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的心態(tài)，在不斷解決問(wèn)題的中提高自信和科研動(dòng)手能力。
二、理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的配合
目前多數(shù)教材不包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且EDA內(nèi)容介紹很少甚至沒(méi)有，實(shí)驗(yàn)與教學(xué)配合不是很緊密。如果教材中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容像每章后的作業(yè)一樣安排，在教材中每章之后直接給出驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并增加EDA仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生一開(kāi)始就學(xué)習(xí)和利用現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)不可或缺的一些EDA工具，使數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)環(huán)節(jié)采取“黑板+PPT+EDA仿真”的模式，這樣不僅使課程與實(shí)驗(yàn)銜接緊密，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，利用課外學(xué)時(shí)也解決了實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限的問(wèn)題。同時(shí)，EDA仿真環(huán)境的開(kāi)放性為設(shè)計(jì)性和探索性實(shí)驗(yàn)提供了實(shí)驗(yàn)環(huán)境，克服了實(shí)物實(shí)驗(yàn)中硬件損耗帶來(lái)的資金壓力和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)數(shù)量和開(kāi)放時(shí)間的限制，對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力、激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索未知事物的學(xué)習(xí)熱情具有特殊的作用。當(dāng)然，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室熟悉硬件、搭接電路、調(diào)試電路等實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力具有重要意義。
三、增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用例子
參考微處理器硬件電路，更新教材內(nèi)容，使理論與實(shí)際相結(jié)合?！稊?shù)字電子技術(shù)》的重點(diǎn)是分析和設(shè)計(jì)電路，也是微處理器課程的重要基礎(chǔ)。如果能將部分內(nèi)容和后續(xù)微處理器課程結(jié)合將會(huì)極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前教材中的很多應(yīng)用實(shí)例陳舊且不結(jié)合實(shí)際，參考文獻(xiàn)[1]中詳細(xì)說(shuō)明了存在的問(wèn)題，在此舉例說(shuō)明并提出建議，例如：組合邏輯電路中的中規(guī)模集成器件（MSI）及應(yīng)用，幾乎所有的教材都是介紹概念、具體某器件符號(hào)圖、功能表及應(yīng)用等，介紹的多數(shù)器件型號(hào)比較陳舊且應(yīng)用介紹與實(shí)際都有很大距離。比如，編碼器從學(xué)生熟悉的鍵盤引出編碼的概念和編碼器的作用后，多數(shù)教材給出的集成編碼器型號(hào)在實(shí)際中很少用到，應(yīng)該增加實(shí)際鍵盤掃描原理電路介紹和實(shí)用的鍵盤編碼器，比如16鍵盤編碼電路74C922（CMOS工藝技術(shù)制造，工作電壓3-15V，“二鍵鎖定”功能，編碼輸出為三態(tài)輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)總線相連，內(nèi)部能完成4x4矩陣鍵盤掃描）。譯碼器應(yīng)用幾乎所有教材都是介紹用74LS138譯碼器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)、多路分配器等，而沒(méi)有介紹其最為重要的地址譯碼作用，如果介紹三態(tài)門時(shí)增加或增強(qiáng)總線結(jié)構(gòu)，在譯碼器應(yīng)用中就很容易引入地址譯碼器的地址譯碼作用。其實(shí)，在介紹數(shù)字電子技術(shù)相關(guān)內(nèi)容時(shí)，將其應(yīng)用延伸到微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，比如，中斷控制邏輯需要的優(yōu)先編碼器、地址譯碼器、總線結(jié)構(gòu)、鍵盤編碼、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘和復(fù)位電路等，在《數(shù)字電子技術(shù)》課程最后將很容易搭建起一個(gè)計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)模型。這不僅將《數(shù)字電子技術(shù)》零散的內(nèi)容融為一體，而且在學(xué)習(xí)各個(gè)部分時(shí)，學(xué)生也會(huì)更有興趣，也有助于后續(xù)課程相應(yīng)內(nèi)容的理解和學(xué)時(shí)壓縮。
四、思考經(jīng)典應(yīng)用
很多教材或多或少都引用了之前教材的一些經(jīng)典應(yīng)用實(shí)例，導(dǎo)致再版或新出版教材都沒(méi)有慎重考慮也照搬前人的實(shí)例，結(jié)果造成大多數(shù)的《數(shù)字電子技術(shù)》教材中都存在有問(wèn)題的設(shè)計(jì)實(shí)例。比如，串行序列檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，在參考文獻(xiàn)[2]中作者已提出該問(wèn)題并引起了一些老師的重視，但多數(shù)教材問(wèn)題依然存在；還有同步JK觸發(fā)器，個(gè)別教材認(rèn)為在CP=J=K=1時(shí)，JK觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，有教師就針對(duì)該問(wèn)題發(fā)表了論文，認(rèn)為根據(jù)JK觸發(fā)器狀態(tài)變化關(guān)系：00不變、11翻轉(zhuǎn)、其它隨J變。因此，CP=J=K=1時(shí)，JK觸發(fā)器狀態(tài)應(yīng)該按照Qn+1=■n=1的規(guī)律并以各級(jí)門電路延遲時(shí)間之和為時(shí)間間隔，不斷地翻轉(zhuǎn)，直到CP有效高電平結(jié)束為止。其實(shí)這些說(shuō)法都不正確，通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)可以證明，CP=J=K=1時(shí)，JK觸發(fā)器輸出為：，Qn=■n=1，0n和■n不再互補(bǔ)，而且當(dāng)CP變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸出不確定。這是因?yàn)橛|發(fā)器中構(gòu)成反饋的兩個(gè)門的輸入，在CP=J=K=1時(shí)，都為Qn，■n=0。這些問(wèn)題說(shuō)明即使是多數(shù)教材中都引用的內(nèi)容也需要編寫(xiě)教材的老師仔細(xì)推敲和思考。
五、增強(qiáng)可編程邏輯器件原理以及應(yīng)用介紹
許多大規(guī)模、超大規(guī)模及專用集成電路產(chǎn)品的問(wèn)世，特別是高密度可編程邏輯器件的快速發(fā)展，使得現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)幾乎成為兩片系統(tǒng)――微處理器+可編程邏輯器件。作為工科院校專業(yè)基礎(chǔ)課程之一的《數(shù)字電子技術(shù)》，其大部分內(nèi)容和實(shí)際應(yīng)用顯然存在較大差別，不適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需要，改革教材內(nèi)容迫在眉睫。教材中的經(jīng)典內(nèi)容比如，數(shù)字邏輯基礎(chǔ)、集成邏輯門、存儲(chǔ)器等需要保留，對(duì)小規(guī)模集成邏輯門的解剖有利于理解集成器件的外特性和性能指標(biāo)，正確使用器件合理設(shè)計(jì)電路，也利于掌握同一數(shù)字邏輯系列大規(guī)模集成器件的使用方法；觸發(fā)器、基于門或觸發(fā)器的組合或時(shí)序電路的分析和設(shè)計(jì)、中規(guī)模器件電路、脈沖產(chǎn)生與整形等要進(jìn)一步精簡(jiǎn)；擴(kuò)充可編程邏輯器件應(yīng)用，增強(qiáng)現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)方法的介紹和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練非常必要，很多教材雖然增強(qiáng)了PLD內(nèi)容，但教學(xué)并沒(méi)跟上。本文在盡量不影響教學(xué)計(jì)劃的前提下，對(duì)目前的教材內(nèi)容提出幾點(diǎn)建議，旨在逐步更新課程內(nèi)容，適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)飛速發(fā)展和應(yīng)用的需要。期望和同行們共同探索出更好的教材和教學(xué)改革方案。
參考文獻(xiàn)：
[1]寧改娣，楊拴科，王建校.數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革探討[C].中國(guó)電子教育學(xué)會(huì)會(huì)刊.2000.
作者簡(jiǎn)介：吳曉剛（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，副教授；周美蘭（1962-），女，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150080）
基金項(xiàng)目：本文系黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JG2201201107）、哈爾濱理工大學(xué)高等教育研究重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：A201200004）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）28-0098-02
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用已成為汽車設(shè)計(jì)研究部門考慮汽車結(jié)構(gòu)革新的重要原因。在國(guó)外，平均每輛汽車上的電子裝置在整車成本中占20%～25%，一些豪華轎車上裝有40多個(gè)微處理器，有的汽車電子產(chǎn)品甚至占整車成本的50%以上。許多汽車制造商都認(rèn)為，增加汽車電子裝備的數(shù)量，促進(jìn)汽車電子化是奪取未來(lái)汽車市場(chǎng)的有效手段。[1]
在對(duì)汽車電子技術(shù)的教學(xué)研究中，文獻(xiàn)[2]提出優(yōu)化“汽車電子與控制”配置課程的內(nèi)容、改革結(jié)構(gòu)體系、改革教學(xué)方法和手段、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)建設(shè)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等改革思路。文獻(xiàn)[3]分析了“汽車電子控制技術(shù)”課程在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方面的問(wèn)題，提出了靈活多樣的理論教學(xué)改革方案和采用項(xiàng)目教學(xué)法等加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)的建議。文獻(xiàn)[4]介紹了汽車電子控制技術(shù)課程精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想、主要環(huán)節(jié)及具體實(shí)踐。文獻(xiàn)[5]將虛擬儀器LabVIEW軟件應(yīng)用于汽車電子技術(shù)綜合性和設(shè)計(jì)性虛擬實(shí)驗(yàn)中，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐。文獻(xiàn)[6]開(kāi)發(fā)了汽車電子控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需要的嵌入式系統(tǒng)，完成了實(shí)驗(yàn)箱硬件及教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的支撐軟件，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了教學(xué)實(shí)踐。文獻(xiàn)[7]介紹了在電子信息工程專業(yè)開(kāi)設(shè)汽車電子系列特色課程的研究。
在汽車電子中，涉及到電力電子技術(shù)的內(nèi)容通常稱為汽車電力電子技術(shù)，并且成為了電力電子技術(shù)的重要分支。哈爾濱理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保╇姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化專業(yè)下的電力電子方向，在汽車電子研究上已有了十幾年的基礎(chǔ)。在依托汽車電子驅(qū)動(dòng)控制與系統(tǒng)集成教育部工程研究中心和黑龍江汽車電子技術(shù)研究中心科研基地的基礎(chǔ)上，形成了以新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)控制和汽車電子驅(qū)動(dòng)控制為特色的研究方向，并培養(yǎng)了大量的碩士研究生和博士。因此，為了在本科教學(xué)中體現(xiàn)我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的辦學(xué)特色，結(jié)合在汽車電子方向上的研究成果，在2010年制定的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)電力電子方向本科生培養(yǎng)方案中，特別增設(shè)了“汽車電子技術(shù)”專業(yè)方向選修課。本文以“汽車電子技術(shù)”課程作為研究和實(shí)踐對(duì)象，通過(guò)課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)置和考核方式改革，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)和研究性教學(xué)的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)具有特色的專業(yè)選修課教學(xué)。
一、“汽車電子技術(shù)”課程結(jié)構(gòu)
“汽車電子技術(shù)”課程開(kāi)設(shè)在大學(xué)四年級(jí)上學(xué)期，為專業(yè)選修課程，2學(xué)分，共32學(xué)時(shí)。其中理論教學(xué)22學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)10學(xué)時(shí)。根據(jù)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的基礎(chǔ)課程和平臺(tái)課程設(shè)置，結(jié)合汽車電子技術(shù)的主要特點(diǎn)，“汽車電子技術(shù)”課程的理論教學(xué)可分為6個(gè)模塊，如圖1所示。
在“汽車電子技術(shù)”課的理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，第一部分，先介紹汽車電子的基本概念，回顧汽車電子技術(shù)的發(fā)展歷史，通過(guò)實(shí)例分析介紹汽車電子對(duì)汽車安全與節(jié)能的影響，結(jié)合電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，講述汽車電子與電力電子的關(guān)系。
第二部分，介紹汽車電子技術(shù)中常用的器件。包括光電、霍爾、電阻等各類傳感器，常用于汽車電子控制系統(tǒng)中的單片機(jī)選型及選用依據(jù)，汽車電子控制系統(tǒng)中所用的交直流電機(jī)、電磁閥等執(zhí)行器件的工作原理和控制方法。
第三部分，在以上介紹的基礎(chǔ)上，著重介紹汽車變速器電控、ABS系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向電控等汽車電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，主要內(nèi)容包括電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)遵循的標(biāo)準(zhǔn)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程方法，特別強(qiáng)調(diào)目前汽車電子控制系統(tǒng)中所用的V流程開(kāi)發(fā)模式。
第四部分，結(jié)合新能源汽車的熱點(diǎn)問(wèn)題，充分發(fā)揮電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)在電動(dòng)汽車方面的運(yùn)用。本門課與目前車輛工程專業(yè)所開(kāi)設(shè)的“汽車電子技術(shù)”不同之處在于，省去了傳統(tǒng)以發(fā)動(dòng)機(jī)作為主導(dǎo)的汽車動(dòng)力系統(tǒng)控制部分，強(qiáng)化了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的匹配與設(shè)計(jì)部分。該部分內(nèi)容除了包含對(duì)于汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和匹配規(guī)律的介紹外，還增加了對(duì)于電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)控制的一般方法介紹。
第五部分，介紹汽車電器系統(tǒng)，包括汽車儀表系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)、電動(dòng)門鎖系統(tǒng)、電動(dòng)車窗、電動(dòng)后視鏡、電動(dòng)天窗、電動(dòng)座椅、車載空調(diào)系統(tǒng)、車載音響系統(tǒng)、車載電視娛樂(lè)系統(tǒng)、車載無(wú)線通訊系統(tǒng)、電子導(dǎo)航與全球定位系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)和車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等方面的內(nèi)容。
第六部分是課程的最后部分，介紹汽車電子控制系統(tǒng)中可靠性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和一般的故障診斷方法。
以上六部分構(gòu)成了我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)“汽車電子技術(shù)”理論教學(xué)的主要內(nèi)容。
在“汽車電子技術(shù)”課程的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，主要有實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)兩種方式。實(shí)驗(yàn)課作為學(xué)生在校內(nèi)實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的一種比較有效的手段，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣由顚?duì)課程理論知識(shí)的理解，并能夠培養(yǎng)一定的實(shí)踐能力。我校在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)“汽車電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課的設(shè)置上，主要分為5個(gè)部分，如圖2所示。
課程設(shè)計(jì)是提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的重要手段，它不但可以使學(xué)生加深對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)課程的理解，而且能夠使學(xué)生將所學(xué)的課程內(nèi)容與相關(guān)課程綜合起來(lái)，提高了知識(shí)的應(yīng)用能力。[8]“汽車電子技術(shù)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)主要結(jié)合我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)平臺(tái)課的知識(shí)，以電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，讓學(xué)生結(jié)合電力電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二、“汽車電子技術(shù)”課程教學(xué)方法的改革
對(duì)于“汽車電子技術(shù)”課程來(lái)說(shuō)，涉及到的汽車電子控制系統(tǒng)單靠語(yǔ)言描述是很難講清楚的，而通過(guò)傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)方式，也很難清晰勾勒出汽車電子控制系統(tǒng)的原理和工作過(guò)程。因此本門課在授課方式上采用多媒體教學(xué)的方式，通過(guò)多媒體課件制作出的動(dòng)畫(huà)及示意圖等來(lái)展示汽車電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及工作原理，使教學(xué)的內(nèi)容直觀清晰，易于理解。
在“汽車電子技術(shù)”課程的教學(xué)過(guò)程中，除了正常的多媒體課堂教學(xué)外，還采用了現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)結(jié)合研究性教學(xué)的授課方法。現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)即依托我校汽車電子驅(qū)動(dòng)控制與系統(tǒng)集成教育部工程中心的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生到工程中心參觀現(xiàn)場(chǎng)演示，并試用工程中心開(kāi)發(fā)的汽車電子產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。這些教學(xué)手段可以使學(xué)生對(duì)汽車電子的功能及開(kāi)發(fā)有更直觀的認(rèn)識(shí)。除此之外，教學(xué)內(nèi)容中以汽車電子產(chǎn)品的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)作為主導(dǎo)。例如在“汽車電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”這部分內(nèi)容講授時(shí)，可自始至終以工程中心開(kāi)發(fā)的汽車變速器控制單元作為對(duì)象，從汽車電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的前期調(diào)研、方案論證，到中間環(huán)節(jié)的樣機(jī)開(kāi)發(fā)、功能驗(yàn)證，再到最后環(huán)節(jié)的樣機(jī)標(biāo)定、測(cè)試等進(jìn)行全方位的介紹。通過(guò)這樣的講授，學(xué)生對(duì)汽車電子的感性知識(shí)加深，在理論學(xué)習(xí)中的目的就會(huì)變得明確，清楚地認(rèn)識(shí)到需要掌握的主要內(nèi)容。
三、“汽車電子技術(shù)”課程考核方式
為了有效地組織教學(xué)，突出“汽車電子技術(shù)”課程的實(shí)踐性，改革了這門課程的考核方式。我校其他專業(yè)課程的考核方式大部分是以平時(shí)成績(jī)占30%，期末卷面成績(jī)占70%的比例進(jìn)行綜合評(píng)定。而由于“汽車電子技術(shù)”課程面向電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)電力電子方向的本科生，選課人數(shù)基本維持在40～60人范圍內(nèi)，這樣的人數(shù)規(guī)模便于授課教師進(jìn)行小范圍內(nèi)的專業(yè)指導(dǎo)，因此在考核方式上提出了平時(shí)成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、課程設(shè)計(jì)與專業(yè)論文撰寫(xiě)相結(jié)合評(píng)定的方式。與其他課程不同之處還在于，其他課程安排的課程設(shè)計(jì)都是最終給定一個(gè)獨(dú)立的成績(jī)，而作為專業(yè)選修課，本門課程的課程設(shè)計(jì)成績(jī)只是最終成績(jī)的其中一部分。
目前該門課程的考核采用平時(shí)成績(jī)占10%，作業(yè)成績(jī)占10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占10%，課程設(shè)計(jì)占30%，專業(yè)小論文占40%的比例權(quán)重進(jìn)行成績(jī)的評(píng)定。這樣做的好處是，不但能夠充分發(fā)揮本門課理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的特點(diǎn)，并且可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。
專業(yè)小論文作為考核的主要部分，在撰寫(xiě)過(guò)程中，授課老師首先利用2學(xué)時(shí)的時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行科技論文撰寫(xiě)的培訓(xùn)，而后引導(dǎo)學(xué)生充分利用學(xué)校圖書(shū)館的資源，根據(jù)各自分配到的科技論文主題進(jìn)行文獻(xiàn)的檢索；學(xué)生分成了3至4名成員一組，選擇關(guān)于汽車電子的主題項(xiàng)目，可建議主題為電動(dòng)汽車整車控制器的設(shè)計(jì)、汽車防抱死ABS系統(tǒng)設(shè)計(jì)、汽車自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，學(xué)生也可以自己提出新的主題。給定主題一段時(shí)間以后，學(xué)生提交科技論文，并以學(xué)術(shù)會(huì)議的形式在課堂上進(jìn)行交流，老師和其他同學(xué)可以自由根據(jù)報(bào)告者的內(nèi)容提問(wèn)，并提出意見(jiàn)和建議。該部分成績(jī)可以當(dāng)場(chǎng)給出，這樣做的好處是激發(fā)學(xué)生的積極性，所給定的成績(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)主觀與客觀兼顧的效果，令所有同學(xué)信服。
四、結(jié)論
根據(jù)“汽車電子技術(shù)”理論與實(shí)際緊密結(jié)合的特點(diǎn)，結(jié)合所開(kāi)設(shè)課程在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)際情況，提出了教學(xué)中課程內(nèi)容優(yōu)化配置，現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)結(jié)合研究性教學(xué)的授課方法；考核上提出了平時(shí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)與科技論文撰寫(xiě)相結(jié)合的方式。通過(guò)這些教學(xué)改革，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，真正能夠在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)獲得最實(shí)用的知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。
參考文獻(xiàn)：
[1]李建秋，趙六奇，韓曉東.汽車電子學(xué)教程[M].第2版.北京：清華大學(xué)出版社，2011.
[2]周雅夫，連靜，李琳輝，等.《汽車電子與控制》課程教學(xué)改革的探析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，（16）：190.
[3]趙科.汽車電子控制技術(shù)教學(xué)探討[J].新西部：理論版，2011，（27）：221-222.
[4]趙秀春，徐國(guó)凱，陳曉云.汽車電子控制技術(shù)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12（5）：497-499.
[5]仇成群.LabVIEW在汽車電子虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2011，18（6）：97-98.
