首頁(yè) > 優(yōu)秀范文 > 電源技術(shù)論文
時(shí)間：2023-03-16 17:16:00
序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗(yàn)，特別為您篩選了11篇電源技術(shù)論文范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時(shí)與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識(shí)！
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。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
作者：張亞婷 丑修建 郭濤 熊繼軍 單位：中北大學(xué)
近年來(lái)，為了探索新型的使用壽命長(zhǎng)、能量密度高的微能源，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始收集人體、聲音、道路、高層建筑等周圍環(huán)境中的振動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)微納機(jī)電系統(tǒng)的自我供能，這將有望解決能源微型化過(guò)程中電池體積大、一次性使用壽命短、能量密度小等問(wèn)題。靜電式微能源目前，T．Sterken等人［5］提出的靜電式發(fā)電機(jī)采用靜電梳齒結(jié)構(gòu)和MEMS工藝，在150V的激勵(lì)下、振動(dòng)頻率為1020Hz的環(huán)境中，獲得1μW功率輸出；在3750Hz下得到16μW功率。美國(guó)Berkeley大學(xué)S．Roundy等人［6］研制出的靜電式發(fā)電機(jī)采集120Hz的低頻振動(dòng)（圖略），采用變間距式改變電容，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)變間距式的結(jié)構(gòu)更有優(yōu)勢(shì)，當(dāng)在120Hz，2．25m／s2的加速度振動(dòng)下，輸出功率密度達(dá)116μW／cm2。（圖略）為變面積式結(jié)構(gòu)。Y．Chiu等人［7］提出了一種靜電式微能源，利用鎢球調(diào)節(jié)裝置的固有頻率，整合機(jī)械開(kāi)關(guān)被安放在換能器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)同步能量轉(zhuǎn)換。東京大學(xué)T．Tsutsumino等人［8］提出了一種靜電式發(fā)電機(jī)，其利用高性能的有機(jī)膜全氟樹(shù)脂（CYTOP）作為駐極體材料來(lái)提供電荷，加載20Hz振動(dòng)，振動(dòng)幅度的峰峰值為1mm，最大輸出功率達(dá)6．4μW。電磁式微能源目前在電磁能量轉(zhuǎn)換研究方面工作較突出的是英國(guó)Southampton大學(xué)，從2004年開(kāi)始采用硅微加工技術(shù)制作了微型電磁式振動(dòng)能量采集器，在1．615kHz的振動(dòng)頻率下，輸入加速度為0．4g時(shí)，其產(chǎn)生的最大輸出功率為104nW［9］；此外還提出了一種發(fā)電機(jī)在9．5kHz，1．92m／s2加速度振動(dòng)驅(qū)動(dòng)下，獲得21nW的電能［10］。D．Spreemann等人［11］設(shè)計(jì)了一個(gè)雙自由度電磁式能量采集器，中心轉(zhuǎn)子帶動(dòng)磁鐵運(yùn)動(dòng)，使磁通量產(chǎn)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，克服了單自由度能量采集器固有頻率的限制，適用于實(shí)際環(huán)境中的振動(dòng)。在低頻環(huán)境中30～80Hz，可得到3mW的功率。H．Kulah等人［12］提出了一種鐵圈同振型發(fā)電機(jī)，通過(guò)一個(gè)電磁式頻率放大器將低頻振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻振動(dòng)，而輸出功率與振動(dòng)頻率的三次方成正比，從而提高了能量轉(zhuǎn)換效率。P．H．Wang等人［13］提出了一種銅平面彈簧式結(jié)構(gòu)，為了獲得更低的固有頻率，測(cè)試結(jié)果顯示在121．25Hz頻率和1．5g的加速度下，開(kāi)路電壓為60mV。以上研究初步達(dá)到了電磁發(fā)電單獨(dú)供能的目的，但在提高電源的能量密度和轉(zhuǎn)換效率，以及輸出能量收集與控制方面仍需要進(jìn)行大量的研究工作。
壓電式微能源為了在低頻低強(qiáng)度的普通環(huán)境中提高轉(zhuǎn)換效率，大多數(shù)研究對(duì)微能源的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。S．Roundy等人［14］制作的矩形單懸臂梁結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機(jī)在120Hz、加速度為2．5m／s2下，產(chǎn)生25μW／cm2的能量。D．Shen等人［15］研制的低頻（183．8Hz）能量采集器，采用單矩形懸臂梁－質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，體積僅為0．769cm3，輸出平均能量為0．32μW，能量密度為41．625μW／cm2。E．K．Reilly等人［16］研究了矩形、梯形、螺旋形等不同結(jié)構(gòu)的壓電懸臂梁。研究表明，螺旋形結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力最大，可產(chǎn)生較大的形變，輸出較高的電能，梯形結(jié)構(gòu)次之。但是由于矩形結(jié)構(gòu)加工簡(jiǎn)單，故被廣泛應(yīng)用。2010年，G．Zhu等人［17］收集說(shuō)話聲音，采用豎直結(jié)構(gòu)的ZnO納米線陣列代替常用的PZT壓電材料制成了納米發(fā)生器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在－100dB強(qiáng)度的聲波振動(dòng)下，輸出峰值為50mV的交流電壓。近年來(lái)國(guó)內(nèi)吉林大學(xué)、上海交通大學(xué)、大連理工大學(xué)等［18－20］也開(kāi)展了關(guān)于壓電振子發(fā)電的微能源研究工作，并在壓電微能源應(yīng)用研制方面取得了一定的研究成果。通常環(huán)境下振動(dòng)分布在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，如果微能源帶寬過(guò)窄，則不能滿足實(shí)際需求。目前的頻帶擴(kuò)展方法主要有陣列式［21－22］、多梁－多質(zhì)量塊系統(tǒng)［23］以及頻率可調(diào)式［24－25］。陣列式是通過(guò)具有不同固有頻率的單懸臂梁－單質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻帶擴(kuò)展，即使振動(dòng)頻率改變，某些頻率的懸臂梁也會(huì)處于工作狀態(tài)；多梁－多質(zhì)量塊系統(tǒng)是通過(guò)使結(jié)構(gòu)某兩階頻率接近來(lái)實(shí)現(xiàn)頻帶擴(kuò)展；頻率可調(diào)式分為主動(dòng)調(diào)頻和被動(dòng)調(diào)頻。主動(dòng)調(diào)頻需要調(diào)頻器，而調(diào)頻器耗能大于產(chǎn)生的能量，故不可行；被動(dòng)調(diào)頻需要激勵(lì)和傳感器，這提高了復(fù)雜性和成本。2006年，M．Ferrari等人［26］提出了一種多頻能量轉(zhuǎn)換器，覆蓋100～300Hz波段；2007年A．IbrahimSari等人［27］采用不同長(zhǎng)度懸臂梁陣列式結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了微型發(fā)電機(jī)的帶寬，在4．2～5kHz的振動(dòng)頻率下，產(chǎn)生4μW的能量，覆蓋800Hz的波段。上海交通大學(xué)的馬華安等人［28］采用永磁鐵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的質(zhì)量塊，并且在質(zhì)量塊的上方和下方也放置了不同極性的永磁鐵，通過(guò)吸引力和排斥力來(lái)調(diào)整壓電懸臂梁的固有頻率，固有頻率范圍拓寬為80～100Hz。電能采集、存儲(chǔ)電路微小能量的采集、存儲(chǔ)也是微能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，否則振動(dòng)產(chǎn)生的微電壓并無(wú)實(shí)用價(jià)值。能量采集存儲(chǔ)電路主要包括整流電路、升壓電路和存儲(chǔ)電路。對(duì)于此部分的研究已經(jīng)較為成熟，但大部分都是基于經(jīng)典的分立器件所搭建而成，具有靜態(tài)電流高、采集存儲(chǔ)效率低的特點(diǎn)。LINEAR公司［29］新推出了一款專門面向能量收集的集成芯片LTC3588，它內(nèi)部集成了AC／DC、電荷泵以及電源管理模塊，可以直接采集微小交流電壓信號(hào)，持續(xù)輸出100mA的電流信號(hào)，且其靜態(tài)電流只需950nA。TI公司［30］在2011年底推出的BQ25504芯片，也同樣集成了采集存儲(chǔ)電路的幾個(gè)模塊，其靜態(tài)電流僅為330nA，可以將能量存儲(chǔ)在鋰電池、薄膜電池以及超級(jí)電容中，同時(shí)其良好的電源管理實(shí)現(xiàn)了充放電保護(hù)的功能，極大地提高了系統(tǒng)的集成度。它們都具有操作簡(jiǎn)單、能量采集存儲(chǔ)效率高、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，可以廣泛地應(yīng)用于由振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微能源系統(tǒng)。電能存儲(chǔ)的介質(zhì)選擇也是研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。沈輝［31］對(duì)超級(jí)電容、鎳氫電池和鋰電池的儲(chǔ)存電荷能力進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)電容器的充放電速度較快，可以迅速地回收產(chǎn)生的電能，同時(shí)其充電效率最高可達(dá)95％，并且充電次數(shù)理論上也可達(dá)無(wú)窮次；與之相反，電池的充電速度慢，不能立即使用回收的電能，同時(shí)其充電效率僅為92％（鋰電池）、69％（鎳氫電池），使用壽命為500～1000次，但其具有放電時(shí)間長(zhǎng)、輸出電壓比較穩(wěn)定的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的自放電測(cè)試，超級(jí)電容自放電效率最高，剩余電量?jī)H為65％，鎳氫電池為70％，鋰離子電池為95％。但是對(duì)于需要經(jīng)常充放電的場(chǎng)合，自放電可以忽略，超級(jí)電容憑借其可以無(wú)限次重復(fù)使用的特點(diǎn)，受到了科研人員的青睞。三種不同類型的微能源相比較，壓電式微能源有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成和微型化的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用到生活中。日本的研究員在東京火車站的地面上鋪上了四塊包含壓電發(fā)電裝置的地板，其可以顯示產(chǎn)生的能量，可為自動(dòng)檢票門提供能量［4］。以色列Innowattech公司［32］建立了第一條發(fā)電公路，用預(yù)制塊和環(huán)氧樹(shù)脂作保護(hù)，防止壓電晶體破損。英飛凌公司［33］推出了MEMS傳感器、MCU、RF、MEMS自供電電源四合一的新型TMPS。
電磁式微能源的設(shè)計(jì)僅在理論指導(dǎo)下進(jìn)行，對(duì)器件進(jìn)行仿真分析較少［34］，所以，難以得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)模型；壓電微能源的大部分研究都通過(guò)改變幾何結(jié)構(gòu)來(lái)降低共振頻率、優(yōu)化電路以提高能量轉(zhuǎn)換效率，而對(duì)于研究新型的壓電材料來(lái)提高系統(tǒng)性能的研究相對(duì)較少；由于MEMS的微加工、微裝配與封裝技術(shù)處于發(fā)展階段，使得振動(dòng)式微能源不能按照設(shè)計(jì)要求達(dá)到精確制作與裝配，從而難以得到理想結(jié)果。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微能源技術(shù)存在以下應(yīng)用方面的問(wèn)題：實(shí)際生活環(huán)境中振動(dòng)頻率范圍比較寬，從十幾赫茲到幾百赫茲，至今沒(méi)有提出有效調(diào)節(jié)頻率的方法。因此，有人提出使用非線性振動(dòng)模型來(lái)研究微能源［35］，但目前，這方面的研究還很少。儲(chǔ)存電能的介質(zhì)需要做進(jìn)一步研究，特別是超級(jí)電容，其放電速度快、輸出電壓不是很穩(wěn)定的特性需要改進(jìn)。理論上微能源具有壽命較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中振動(dòng)加速度和頻率對(duì)微能源壽命有很大的影響。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微能源已成為各國(guó)科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。目前，電磁式、壓電式微能源的研究相對(duì)較多，但是為了提高其性能指標(biāo)，從而更快應(yīng)用到實(shí)際中，振動(dòng)式微能源的結(jié)構(gòu)還在不斷得到改進(jìn)、優(yōu)化，并且提出新的結(jié)構(gòu)模型。而靜電式微能源由于需要外部電源，限制了其應(yīng)用，因而研究相對(duì)較少。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微能源技術(shù)向低頻、多頻、寬頻、非線性振動(dòng)模型、復(fù)合微能源發(fā)展［36－37］。同時(shí)，將幾種不同轉(zhuǎn)換形式的微能源集成在同一芯片上，可以綜合不同原理微能源的優(yōu)點(diǎn)，提高能量密度，這些都是微型化和實(shí)用化的關(guān)鍵。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微能源有望為野外和置入結(jié)構(gòu)的微系統(tǒng)提供高可靠、長(zhǎng)時(shí)間的電能，為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和便攜式微電子產(chǎn)品提供充足的電源，所以研究振動(dòng)式微能源有重要的實(shí)用意義。
引言
電子系統(tǒng)可視為是種類不同的元件集合，有些元件有著固定的性能指標(biāo)和耗能，這些元件被稱為非電源管理元件；上反，有些元件可以在不同時(shí)間工作，并且有多種耗能狀態(tài)，相應(yīng)地消耗著不同的系統(tǒng)電能，這些元件稱為可電源管理元件?？呻娫垂芾碓挠行褂贸蔀楣?jié)省系統(tǒng)耗能，使整個(gè)系統(tǒng)在有限電能下長(zhǎng)時(shí)間工作的關(guān)鍵所在。
系統(tǒng)元件從一種耗能狀態(tài)到另一種耗能狀態(tài)往往需要一段時(shí)間，并且在這段時(shí)間內(nèi)會(huì)消耗更多的額外能量。狀態(tài)的改變會(huì)影響系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計(jì)者需要在系統(tǒng)節(jié)能和系統(tǒng)性能之間找到恰當(dāng)?shù)恼壑郧腥朦c(diǎn)。本文介紹了動(dòng)態(tài)電源管理中的一些方法。這些方法將決定元件是否改變耗能狀態(tài)和何時(shí)改變。
1動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)
“動(dòng)態(tài)電源管理”是動(dòng)態(tài)地分配系統(tǒng)資源，以最少的元件或元件最小工作量的低耗能狀態(tài)，來(lái)完成系統(tǒng)任務(wù)的一種降低功耗的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于電源管理實(shí)施時(shí)間的判斷，要用到多種預(yù)測(cè)方法，根據(jù)歷史的工作量預(yù)測(cè)即將到來(lái)的工作量，決定是否轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)和何時(shí)轉(zhuǎn)換。這就是動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)的核心所在——?jiǎng)討B(tài)電源管理方法。
動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)適用的基本前提是，系統(tǒng)元件在工作時(shí)間內(nèi)有著不相同的工作量。大多數(shù)的系統(tǒng)都具有此種情況。另一個(gè)前提是，可以在一定程度上確信能夠預(yù)知系統(tǒng)、元件的工作量的波動(dòng)性。這樣才有轉(zhuǎn)換耗能狀態(tài)的可能，并且在對(duì)工作量的觀察和預(yù)知的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)不可以消耗過(guò)多的能量。
2電源管理
各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)接到請(qǐng)求時(shí)，設(shè)備忙；而沒(méi)有請(qǐng)求時(shí)，就進(jìn)入了空閑狀態(tài)。設(shè)置進(jìn)入空閑時(shí)，可以關(guān)閉設(shè)備，進(jìn)入低耗能的休眠狀態(tài)；當(dāng)再次接到請(qǐng)求后，設(shè)備被喚起。這就是所謂的“電源管理”。然而，耗能狀態(tài)的改變是需要時(shí)間的，也就是關(guān)閉時(shí)延和喚起時(shí)延。喚起休眠狀態(tài)中的設(shè)備需要額外的能量開(kāi)銷，如圖1所示。如果沒(méi)有這項(xiàng)開(kāi)銷，也就用不著電源管理技術(shù)了，完全可以只要設(shè)備空閑就關(guān)閉設(shè)備、這種時(shí)延和能量開(kāi)銷確定存在，所以必須考慮，只有當(dāng)設(shè)備在休眠狀態(tài)所節(jié)省的能量至少可以抵得上狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能的情況時(shí)，才可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。
電源管理技術(shù)是一個(gè)預(yù)知性問(wèn)題。應(yīng)尋求預(yù)知空閑時(shí)間是否足夠長(zhǎng)，以及于能否抵得上狀態(tài)轉(zhuǎn)換的耗能開(kāi)銷?？臻e時(shí)間過(guò)短時(shí)，采用電源管理的方案就得不償失了。所以事先估計(jì)出空閑時(shí)間的長(zhǎng)短是電源管理技術(shù)中的首要問(wèn)題。定義“恰當(dāng)?shù)耐Ｖ箷r(shí)間段”（tBE）：能達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的最短空閑時(shí)間段。此時(shí)間與設(shè)備元件本身有關(guān)，與系統(tǒng)發(fā)出的請(qǐng)求無(wú)關(guān)。假設(shè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換延時(shí)t0（包括關(guān)閉和喚起延時(shí)）耗能為E0；工作狀態(tài)功率Pw，休眠狀態(tài)功率Ps，可由以下式求出tBE。
Pw×tBE=E0+Ps×(tBE-T0)
等式左邊為“適合暫停時(shí)間段”內(nèi)的耗能，也就是系統(tǒng)在這段用于節(jié)能的最短空閑時(shí)間內(nèi)繼續(xù)工作所需能量；右邊是狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能和休眠時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)耗能。tBE換和這段休眠時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)耗能。電源管理技術(shù)就是要預(yù)知將要發(fā)生的休眠時(shí)間是否能夠大于tBE，只有大于它，設(shè)備才有休眠的必要。
3基于先驗(yàn)預(yù)知的動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)
對(duì)于大多數(shù)真實(shí)系統(tǒng)，即將輸入的信號(hào)是難以確定的。動(dòng)態(tài)電源管理的決策是基于對(duì)未來(lái)的不確定預(yù)知的基礎(chǔ)之上的。所有的基于預(yù)知的動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)的基本原理是探過(guò)去工作量的歷史和即將發(fā)生的工作量之間的相互關(guān)系，來(lái)對(duì)未來(lái)事件進(jìn)行可靠的預(yù)知。對(duì)于動(dòng)態(tài)電源管理，我們關(guān)心怎樣預(yù)知足夠長(zhǎng)的空閑時(shí)間進(jìn)入休眠狀態(tài)，表達(dá)如下：
p={tIDLE>tBE}
我們稱預(yù)知空閑時(shí)間比實(shí)際的空閑時(shí)間長(zhǎng)（短）為“預(yù)知過(guò)度”（“預(yù)知不足”）。預(yù)知過(guò)度增加了對(duì)性能的影響；預(yù)知不足雖對(duì)性能無(wú)影響卻造成了能量的浪費(fèi)。要是能既無(wú)預(yù)知過(guò)度又無(wú)預(yù)知不足，那就是一個(gè)理想的預(yù)知。預(yù)知的質(zhì)量取決于對(duì)觀察樣本的選擇和對(duì)工作量的統(tǒng)計(jì)。
3.1靜態(tài)預(yù)知方法
固定超時(shí)法：最普遍的電源管理預(yù)知法，用過(guò)去的空閑時(shí)間作為觀察校本對(duì)象來(lái)預(yù)知當(dāng)前空閑時(shí)段的總持續(xù)時(shí)間。此方法總結(jié)如下：空閑時(shí)鐘開(kāi)始，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，超過(guò)固定超時(shí)時(shí)間tTO系統(tǒng)仍處于空閑，則電源管理使得系統(tǒng)休眠，直到接收到外界請(qǐng)求，標(biāo)志著空閑狀態(tài)的結(jié)束。能夠合理地選擇tTO顯然是這種方法的關(guān)鍵。通常在要求不高的情況下取tTO=tBE。
固定超時(shí)法優(yōu)點(diǎn)有二：①普遍適用（應(yīng)用范圍僅限決于工作量）；②增加固定超時(shí)值可以減少“過(guò)度預(yù)知”（即預(yù)知時(shí)間比實(shí)際空閑時(shí)間長(zhǎng)）的可能性。但是其缺點(diǎn)也明顯：固定超時(shí)過(guò)大則將引起預(yù)知不足，結(jié)果不能有效的節(jié)省能量，相當(dāng)多的能量浪費(fèi)在等待超時(shí)上。
預(yù)知關(guān)閉法：此方法可以解決固定超時(shí)法中等待固定超時(shí)而耗費(fèi)過(guò)多能量的問(wèn)題，即預(yù)知到系統(tǒng)的空閑可能性就立即關(guān)閉系統(tǒng)，無(wú)需等到空閑時(shí)間超過(guò)超時(shí)值。預(yù)知方法是對(duì)歷史工作量的統(tǒng)計(jì)上做的有肯定性估計(jì)。
Srivastave提出了兩種先驗(yàn)關(guān)閉的方案。
①非線性衰減方程（φ）。此方程可由過(guò)去的歷史中得到。
t的上標(biāo)表示過(guò)去空閑和工作時(shí)期的序號(hào)，n表示當(dāng)前的空閑時(shí)期（其長(zhǎng)度有待于預(yù)知估計(jì)）和最近的工作時(shí)段。此方程表明了要估計(jì)將發(fā)生的空閑時(shí)期，要考慮到過(guò)去的空閑和工作時(shí)期。
如果tpred>tBE，那么系統(tǒng)一空閑就立即關(guān)閉。觀察樣本是
此方法的局限：
*無(wú)法自主決定衰減方程的類型；
*要根據(jù)收集和分析的分散數(shù)據(jù)建立衰減模型，并且這些數(shù)據(jù)適合此衰減模型。
這些數(shù)據(jù)適合此衰減模型。
②極限方案。此方案基于一個(gè)極限。觀察樣本為緊挨著當(dāng)前空閑時(shí)期之前的工作時(shí)期，如果便認(rèn)為空閑時(shí)期比前一個(gè)工作時(shí)期長(zhǎng)，則系統(tǒng)關(guān)閉。
注意：統(tǒng)計(jì)研究表明，短時(shí)間的工作時(shí)期后是長(zhǎng)時(shí)間的空閑期；長(zhǎng)時(shí)間的工作期后是短時(shí)間的空閑期。這樣的系統(tǒng)可以用極限法，如圖2所示。而短時(shí)期的工作期后是短時(shí)期的空閑期這種情況下就不能用些極限法?？傊瑢?duì)tthr的選擇尤為重要。
預(yù)知喚起法：可以解決固定超時(shí)方法中喚起時(shí)的性能損耗。當(dāng)預(yù)知空閑時(shí)間超時(shí)后則系統(tǒng)喚起，即使此時(shí)沒(méi)有接收收到任何系統(tǒng)請(qǐng)求。使用此方法應(yīng)注意的是，如果tidle被“預(yù)知不足”，則這種方法增加了能量的消耗，但同時(shí)也減少了等待接收第一個(gè)系統(tǒng)請(qǐng)求的時(shí)間，還是在一定程度上節(jié)省了能量，提高了系統(tǒng)性能。
3.2動(dòng)態(tài)預(yù)知方法
由于動(dòng)態(tài)電源管理方法的最優(yōu)化取決于對(duì)工作量的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)工作量既未知又非靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)預(yù)知方法就不是十分有效。因此，就有了動(dòng)態(tài)預(yù)知方法。對(duì)非靜態(tài)工作量有幾種動(dòng)態(tài)的預(yù)知方法。
①設(shè)定一套超時(shí)值，每個(gè)值與一個(gè)參數(shù)相關(guān)。此參數(shù)表明超時(shí)值選擇的準(zhǔn)確性。此方法是在每一個(gè)空閑時(shí)間內(nèi)，選擇這些超時(shí)值中最有效的一個(gè)值。
②此方法同樣有一些供選擇的超時(shí)值，分配給每個(gè)值一個(gè)“權(quán)”。此“權(quán)”是對(duì)過(guò)去相同要求下，采取此超時(shí)值帶來(lái)的滿意度為衡量對(duì)象抽象出的參數(shù)。實(shí)際采用的超時(shí)值是取所有被選超時(shí)值的權(quán)的平均。
③只采用一個(gè)超時(shí)值，當(dāng)選擇此超時(shí)值后會(huì)引起許多不盡如人意的“系統(tǒng)關(guān)閉”后，再適當(dāng)增加此值。當(dāng)更多的“系統(tǒng)關(guān)閉”可以被接受了，則適當(dāng)降低此值。
4總結(jié)
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。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
通信電源是通信行業(yè)的動(dòng)力，在電信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著不可替代的作用，具有無(wú)可比擬的重要基礎(chǔ)地位。通信電源又是通信設(shè)備系統(tǒng)的心臟，即使是瞬間的中斷也是不允許的，因?yàn)橥ㄐ烹娫聪到y(tǒng)發(fā)生直流供電中斷故障是災(zāi)難性的，往往會(huì)造成整個(gè)通信局（站）和通信網(wǎng)絡(luò)的全部中斷和癱瘓。通信電源是電信網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的重要組成部分，是一個(gè)完整、規(guī)模日趨龐大和復(fù)雜的交換、傳輸、數(shù)據(jù)、信息、業(yè)務(wù)、智能等通信網(wǎng)的基石和后臺(tái)保障，因此通信電源直接關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠和暢通，而開(kāi)關(guān)電源因效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)被大量運(yùn)用在通信設(shè)備供電中。
一、開(kāi)關(guān)電源占據(jù)通信電源的主導(dǎo)地位
通信直流穩(wěn)壓電源按照其實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓方法的不同，可分為：線性電源、相控電源和開(kāi)關(guān)電源三種。
1.1線性電源是通過(guò)串聯(lián)調(diào)整管來(lái)連續(xù)控制，其功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)。由于調(diào)整管上功率損耗很大，造成電源效率較低，只有20～40%，發(fā)熱損耗嚴(yán)重，安裝有體積很大的散熱器，因而功率體積系數(shù)只有20～30W/dm3。因此線性電源主要用于小功率、對(duì)穩(wěn)壓精度要求很高的場(chǎng)合，如通信設(shè)備內(nèi)部電路的輔助電源等。
1.2相控電源是將市電直接經(jīng)整流濾波后提供直流，通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通相位來(lái)控制直流電壓。由于相控電源的工作頻率低，工頻變壓器的體積和噪聲大，造成對(duì)電網(wǎng)干擾和負(fù)載變化的響應(yīng)慢，設(shè)備笨重，且危害維護(hù)人員的身體健康。另外，其功率因數(shù)較低，只有0.6～0.7，嚴(yán)重污染電力電網(wǎng)，效率較低，只有60～80%，造成能源的極大浪費(fèi)。因此傳統(tǒng)的相控電源已逐漸被淘汰。
1.3開(kāi)關(guān)電源的功率調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)點(diǎn)在"高頻"上。其工作頻率高，大都在40kHz以上，無(wú)煩人的噪聲。體積小，重量輕，適用于分散供電，可與通信設(shè)備放在同一機(jī)房。效率高，大于90%，在當(dāng)前能源比較緊張的情況下，能夠在節(jié)能上做出很大的貢獻(xiàn)。功率因數(shù)高，大于0.92，當(dāng)采用有效的功率因數(shù)校正電路時(shí)，功率因數(shù)可接近于1，且對(duì)公共電網(wǎng)基本上無(wú)污染。模塊化的設(shè)計(jì)，可實(shí)行N+1配置，可靠性高。維護(hù)方便，可在運(yùn)行中更換模塊，而不影響系統(tǒng)供電，擴(kuò)容方便、分段投資，可在初建時(shí)，預(yù)留終期模塊的機(jī)架，隨時(shí)擴(kuò)容。調(diào)試方便，內(nèi)設(shè)模擬測(cè)試電路，無(wú)需另配假負(fù)載。具有監(jiān)控功能，并配有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，無(wú)人值守。
二、開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)
開(kāi)關(guān)電源中具有技術(shù)突破主要有體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：
2.1均流技術(shù)
大功率電源系統(tǒng)需要用若干臺(tái)開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)，以滿足負(fù)載功率的要求，另外通信電源必須通過(guò)并聯(lián)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊備份，以提高電源系統(tǒng)的可靠性。因此并聯(lián)技術(shù)在供電系統(tǒng)中必不可少，而并聯(lián)運(yùn)行的整流模塊間需要采用均流措施，它是實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵，用以保證模塊間電流應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配，防止一臺(tái)或多臺(tái)模塊運(yùn)行在限流或滿載狀態(tài)，同時(shí)延長(zhǎng)電源系統(tǒng)的壽命和平均無(wú)故障時(shí)間。
2.2軟開(kāi)關(guān)技術(shù)
DC-DC變換器是開(kāi)關(guān)電源的主要組成部分，因此功率變換技術(shù)一直受到全世界電力電子學(xué)科和行業(yè)研究的關(guān)注。而如何降低開(kāi)關(guān)損耗，提高開(kāi)關(guān)電源的頻率和開(kāi)關(guān)電源的系統(tǒng)效率，代表了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)。在經(jīng)過(guò)了硬開(kāi)關(guān)PWM（或PFM）技術(shù)和硬開(kāi)關(guān)加吸收網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。這樣能夠極大地降低開(kāi)關(guān)損耗，減小功率器件電和熱應(yīng)力，改善器件工作環(huán)境，降低電磁干擾，提高功率密度等，為開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、體積小、重量輕和高可靠性的要求做出了貢獻(xiàn)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)有：諧振技術(shù)、準(zhǔn)諧振技術(shù)、PWM和準(zhǔn)諧振相結(jié)合的技術(shù)。
2.3功率因數(shù)校正技術(shù)
功率因數(shù)校正技術(shù)有：采用三相三線制整流，即無(wú)中線整流方式，可使諧波含量大大降低，功率因數(shù)可達(dá)0.86以上；采用無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)，即在三相三線整流方式下加入一定的電感，可使功率因數(shù)達(dá)0.93以上，諧波含量降到10%以下；采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)，即在輸入整流部分加入一級(jí)功率處理電路，使無(wú)功功率幾乎為0，功率因數(shù)可達(dá)0.99以上，諧波含量降到5%以下。
2.4智能化監(jiān)控技術(shù)
開(kāi)關(guān)電源大量應(yīng)用控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行各種異常保護(hù)、信號(hào)檢測(cè)、電池自動(dòng)管理等，實(shí)時(shí)監(jiān)視通信電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，記錄和處理有關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，以先進(jìn)的、集中的、自動(dòng)化的維護(hù)管理方式來(lái)管理通信電源設(shè)備，從而提高供電系統(tǒng)的可靠性。智能化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，使得維護(hù)人員面對(duì)的不再是復(fù)雜的器件和電路，而是一個(gè)人機(jī)表達(dá)和交流的信息，大大改進(jìn)了維護(hù)管理方式。
三、開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展
開(kāi)關(guān)電源在發(fā)展，今后仍要不斷提高開(kāi)關(guān)電源和供電系統(tǒng)的高新技術(shù)含量，以支撐高速發(fā)展的現(xiàn)代化通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)管理為主導(dǎo)方向，以高可靠性、高穩(wěn)定性和可維護(hù)性為最終目的。具體有以下幾個(gè)方面：
3.1小型化
隨著通信設(shè)備日益集成化、小型化和分散化的發(fā)展，以及勢(shì)在必行的分散供電的廣泛應(yīng)用，要求開(kāi)關(guān)電源也相應(yīng)小型化，而開(kāi)關(guān)電源工作頻率高頻化和控制電路集成化，使開(kāi)關(guān)電源的小型化成為可能。特別是隨著小型化開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)迅速擴(kuò)大，如接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品、移動(dòng)基站、無(wú)線市話等，一些小功率模塊插件形式的開(kāi)關(guān)電源將應(yīng)運(yùn)而生，大有蓬勃發(fā)展之勢(shì)。如中興通訊的ZXDU45嵌入式電源，在結(jié)構(gòu)上采用標(biāo)準(zhǔn)的19英寸插框設(shè)計(jì)，高度為4U，功能齊全，使用起來(lái)極為安全方便。
3.2高智能化
隨著開(kāi)關(guān)電源在通信領(lǐng)域多方面的廣泛使用，而維護(hù)人員又不是專業(yè)電源維護(hù)人員，只有借助其智能化，對(duì)電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)電源故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷和處理。這就要求智能化在原有監(jiān)控功能的基礎(chǔ)上，增加診斷功能，即故障診斷專家系統(tǒng)，以指導(dǎo)維護(hù)人員處理問(wèn)題，加快故障診斷和檢修過(guò)程。
3.3電池管理
1引言2計(jì)算機(jī)電源發(fā)展歷程
在計(jì)算機(jī)各部件中最令人注意的就是CPU的頻率、內(nèi)存的大小、硬盤(pán)容量，顯卡的性能等等。而對(duì)于電腦中的一個(gè)重要部件電源．卻往往總會(huì)受到忽略。而事實(shí)上，電腦的許多奇怪癥狀都是由電源引起的。假如我們把計(jì)算機(jī)比作一個(gè)人的話，CPU作為計(jì)算機(jī)的核心部件起著運(yùn)算和控制的作用，它相當(dāng)于我們?nèi)祟惖拇竽X；而電源作為計(jì)算機(jī)的動(dòng)力提供者，完全等價(jià)于我們?nèi)祟惖男呐K，其重要之處由此可見(jiàn)。所以有必要了解電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟悉電源的工作原理，才能更好地維護(hù)好計(jì)算機(jī)電源，才能從根本上保障公司各部門計(jì)算機(jī)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。
2計(jì)算機(jī)電源發(fā)展歷程
PC／XT_IBM最先推出個(gè)人PC／XT機(jī)時(shí)制定的標(biāo)準(zhǔn)；AT_也是由IBM早期推出PC／AT機(jī)時(shí)所提出的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)能夠提供192W的電力供應(yīng)；ATX—Intel公司于1995年提出的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與AT比較主要變化為：
1、取消了AT電源上必備的電源開(kāi)關(guān)而交由主板進(jìn)行電源開(kāi)關(guān)的控制，增加了一個(gè)待機(jī)電路為電源主電路和主板提供電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電源喚醒等功能：
2、ATX電源首次引進(jìn)了+3．3V的電壓輸出端，與主板的連接接口上也有了明顯的改進(jìn)：ATX12V——支持P4的ATX標(biāo)準(zhǔn)，是目前的主流標(biāo)準(zhǔn)：ATX12V一1．1：在ATX的基礎(chǔ)之上增加了4pin的+12V輔助供電線(PIO)為P4處理器供電，改變了各路輸出功率分配方式，增強(qiáng)+12V負(fù)載能力；ATX12V一1.3：提高了電源效率，增加了對(duì)SATA的支持。去掉了一5V輸出，增加了+12V的輸出能力；ATX12V一2.0：尚未有產(chǎn)品實(shí)施的最新規(guī)范；電源連接器由20針改為24針，以支持75W的PCIExpress總線．同時(shí)取消輔助電源接口；提供另一路+12V輸出，直接為4Pin接口供電；WTX—ATX電源的加強(qiáng)版本：尺寸上比ATX電源大。供電能力也比比ATX電源強(qiáng)，常用于服務(wù)器和大型電腦；BTX一現(xiàn)有架構(gòu)的終結(jié)者，電源輸出要求、接口等支持ATX12V。
3計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電源的工作原理
電源是一種能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備，它能將220V的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)需要的低電壓強(qiáng)電流的直流電。首先將高電壓交流電(220V)通過(guò)全橋二極管整流以后成為高電壓的脈沖直流電，再經(jīng)過(guò)電容濾波以后成為高壓直流電。此時(shí)，控制電路控制大功率開(kāi)關(guān)三極管將高壓直流電按照一定的高頻頻率分批送到高頻變壓器的初級(jí)。接著，把從次級(jí)線圈輸出的降壓后的高頻低壓交流電通過(guò)整流濾波轉(zhuǎn)換為能使電腦工作的低電壓強(qiáng)電流的直流電。其中，控制電路也是必不可少的部分。它能有效的監(jiān)控輸出端的電壓值，并向控制功率開(kāi)關(guān)三極管發(fā)出信號(hào)控制電壓上下調(diào)整的幅度。目前的常見(jiàn)產(chǎn)品主要采用脈沖變壓器耦合型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，它分為交流抗干擾電路、功率因數(shù)校正電路、高壓整流濾波電路、開(kāi)關(guān)電路、低壓整流濾波電路5個(gè)主要部分。
4交流抗干擾電路
為避免電網(wǎng)中的各種干擾信號(hào)影響高頻率、高精度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)．防止電源開(kāi)關(guān)電路形成高頻擾竄，影響電網(wǎng)中的其他電器等；各種電磁、安規(guī)認(rèn)證都要求開(kāi)關(guān)電源配有抗干擾電路。主要結(jié)構(gòu)為兀型共模、差模濾波電路．由差模扼流電感、差模濾波電容、共模扼流電感、共模濾波電容組成：
5功率因數(shù)校正電路
開(kāi)關(guān)電源傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路令整體負(fù)載表現(xiàn)為容性，且使交流輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變，向電網(wǎng)注人大量的高次諧波，功率因數(shù)僅有0．6左右，對(duì)電網(wǎng)和其他電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的諧波污染與干擾。因此，我國(guó)在2003年開(kāi)始實(shí)施的CCC中明確要求計(jì)算機(jī)電源產(chǎn)品帶有功率因數(shù)校正器(PowerFactorCorrector，即PFC)，功率因數(shù)達(dá)到0．7以上。PFC電路分為主動(dòng)式(有源)與被動(dòng)式(無(wú)源)兩種：主動(dòng)式PFC本身就相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)電源．通過(guò)控制芯片驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管對(duì)輸入電流進(jìn)行”調(diào)制”，令其與電壓盡量同步，功率因數(shù)接近于1；同時(shí)．主動(dòng)式PFC控制芯片還能夠提供輔助供電，驅(qū)動(dòng)電源內(nèi)部其他芯片以及負(fù)擔(dān)+5VSB輸出。主動(dòng)式PFC功率因數(shù)高、+5VSB輸出紋波頻率高、幅度小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，僅在一些高端電源中使用。目前采用主動(dòng)式PFC的計(jì)算機(jī)電源一般采用升壓轉(zhuǎn)換器式設(shè)計(jì)，電路原理圖如下：被動(dòng)式PFC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是針對(duì)電源的整體負(fù)載特性表現(xiàn)，在交流輸人端．抗干擾電路之后串接了一個(gè)大電感，強(qiáng)制平衡電源的整體負(fù)載特性。被動(dòng)式PFC采用的電感只需適應(yīng)50～60Hz的市電頻率，帶有工頻變壓器常用的硅鋼片鐵芯，而非高頻率開(kāi)關(guān)變壓器所采用的鐵氧體磁芯，從外觀上非常容易分辨。被動(dòng)式PFC效果較主動(dòng)式PFC有一定差距，功率因數(shù)一般為0．8左右；但成本低廉，且無(wú)需對(duì)原有產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行大幅度修改就可以符合CCC要求，是目前主流電源通常采取的方式。
6高壓整流濾波電路
目前的各種開(kāi)關(guān)電源高壓整流基本都采用全橋式二極管整流，將輸人的正弦交流電反向電壓翻轉(zhuǎn)，輸出連續(xù)波峰的“類直流”。再經(jīng)過(guò)電容的濾波，就得到了約300V的“高壓直流”。
開(kāi)關(guān)電路
開(kāi)關(guān)電源的核心部分．主要由精密電壓比較芯片、PWM芯片、開(kāi)關(guān)管、驅(qū)動(dòng)變壓器、主開(kāi)關(guān)變壓器組成。精密電壓比較芯片將直流輸出部分的反饋電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較．PWM芯片根據(jù)比較結(jié)果通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器調(diào)整開(kāi)關(guān)管的占空比，進(jìn)而控制主開(kāi)關(guān)變壓器輸出給直流部分的能量，實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)壓”輸出。PWM(PulesWidthModulation)即脈寬調(diào)制電路，其功能是檢測(cè)輸出直流電壓，與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大，控制振蕩器的脈沖寬度，從而控制推挽開(kāi)關(guān)電路以保持輸出電壓的穩(wěn)定，主要由1CTL494及周圍元件組成。使用驅(qū)動(dòng)變壓器的目的是為了隔離高壓(300V)區(qū)與低壓區(qū)(最高12V)，避免開(kāi)關(guān)管擊穿后高壓電可能對(duì)低壓設(shè)備造成的危害，也令PWM芯片無(wú)需接觸高壓信號(hào)，降低了對(duì)元件規(guī)格的要求。
沖變壓器耦合型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源主要的直流(高壓到低壓)轉(zhuǎn)換方式有5種，其中適合作為計(jì)算機(jī)電源使用的主要為推挽式與半橋式，而推挽式多用于小型機(jī)、UPS等，我們常見(jiàn)的電源產(chǎn)品則基本都采用半橋式變換。
8低壓整流濾波電路
經(jīng)過(guò)調(diào)制的高壓直流成為了低壓高頻交流，需要經(jīng)過(guò)再次整流濾波才能得到希望的穩(wěn)定低壓直流輸出。整流手段與高壓整流類似，仍是利用二極管的單向?qū)ㄐ再|(zhì)，將反向波形翻轉(zhuǎn)。為了保證濾波后波形的完整性，要求互相配合實(shí)現(xiàn)360。的導(dǎo)通，因此一般采用快速恢復(fù)二極管(主要用于+12V整流)或肖特基二極管(主要用于+5V、+3．3V整流)。濾波仍是采用典型的扼流電感配合濾波電容，不過(guò)此處的電感不僅為了扼制突變電流，更為重要的作用是像高壓濾波部分的電容一樣作為儲(chǔ)能元件，為輸出端提供連續(xù)的能量供應(yīng)。實(shí)際產(chǎn)品中高壓整流濾波電路、開(kāi)關(guān)電路、低壓整流濾波電路是一個(gè)整體，雖然原理與前述基本相同，但元件個(gè)數(shù)、分布方式會(huì)有很大變化。例如采用半橋式電壓變換的電源就有兩個(gè)高壓濾波電容，每一路直流輸出對(duì)應(yīng)兩個(gè)整流管，各負(fù)責(zé)半個(gè)周期的輸出；而采用單端正激式電壓變換的電源則只有一個(gè)高壓濾波電容，每一路直流輸出對(duì)應(yīng)兩個(gè)整流管，工作時(shí)間按照開(kāi)關(guān)管占空比分配。其他較為重要的部分還有輔助供電電路與保護(hù)電路：輔助供電電路一個(gè)小功率的開(kāi)關(guān)電源，交流輸入接通后即開(kāi)始工作。300V直流電被輔助供電開(kāi)關(guān)管調(diào)制成為脈沖電流，通過(guò)輔助供電變壓器輸出二路交流電壓。一路經(jīng)整流、三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出為+5VSB，供主板待機(jī)所用；另一路經(jīng)整流濾波，輸出輔助+12V電源，供給電源內(nèi)部的PWM等片工作。主動(dòng)式PFC具有輔助供電的功能，可以提供+5VSB及電源內(nèi)部芯片所需電壓；故采用主動(dòng)式PFC的電源可以省略掉輔助供電部分，只使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)變壓器。
9保護(hù)電路
電源主要的保護(hù)措施有7種：
1、輸入端過(guò)壓保護(hù)：通過(guò)耐壓值為270V的壓敏電阻實(shí)現(xiàn)：
2、輸入端過(guò)流保護(hù)：通過(guò)保險(xiǎn)絲：
3、輸出端過(guò)流保護(hù)：通過(guò)導(dǎo)線反饋，驅(qū)動(dòng)變壓器就會(huì)相應(yīng)動(dòng)作，關(guān)斷電源的輸出；
4、輸出端過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)比較器檢測(cè)到的輸出電壓與穩(wěn)壓管兩端的基準(zhǔn)電壓偏差較大時(shí)，就會(huì)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整：
5、輸出端過(guò)載保護(hù)：過(guò)載保護(hù)的機(jī)理與過(guò)流保護(hù)一樣，也是通過(guò)控制電路和驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行的：
6、輸出端短路保護(hù)：輸出端短路時(shí)，比較器會(huì)偵測(cè)到電流的變化，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器、關(guān)斷開(kāi)關(guān)管的輸出：
7、溫度控制：通過(guò)溫度探頭檢測(cè)電源內(nèi)部溫度，并智能調(diào)扇轉(zhuǎn)速，對(duì)電源內(nèi)部溫度進(jìn)行控制；
10電源的好壞對(duì)其他部件的影響
CPU對(duì)電壓就非常敏感，電壓稍微高一點(diǎn)就可能燒毀CPU，電壓過(guò)低則無(wú)法啟動(dòng)；而硬盤(pán)在電壓不足時(shí)就無(wú)法正常工作，在電壓波動(dòng)大時(shí)甚至?xí)潅P(pán)片，造成無(wú)法挽救的物理?yè)p害；諸如此類，不一而足。在很多情況下，主機(jī)內(nèi)的配件損壞了，用戶只是認(rèn)為是配件本身的質(zhì)量問(wèn)題．而很少考慮可能是電源輸出的低壓直流電電壓不穩(wěn)所造成的。所以，輸出電壓的波動(dòng)范圍就是考查電源質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。目前，一般的電源產(chǎn)品在空載和輕載時(shí)的表現(xiàn)都較好(假冒偽劣產(chǎn)品除外)，而重載測(cè)驗(yàn)才是烈火試真金的真正考驗(yàn)。
重慶大學(xué)通信工程專業(yè)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)精品課構(gòu)建了一套電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，該體系包含基礎(chǔ)性的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和提高性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并在后者中引入了EDA綜合設(shè)計(jì)。成都電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院專門設(shè)立了名為“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)”的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生模電、數(shù)電、電路與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、單片機(jī)控制、EDA技術(shù)等多門課程的綜合應(yīng)用與綜合設(shè)計(jì)能力。通信、電子等硬件類專業(yè)都在著手構(gòu)建電子技術(shù)綜合教學(xué)體系，而目前國(guó)內(nèi)眾多的軟件學(xué)院中，還沒(méi)有一所提出構(gòu)建“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的教學(xué)改革活動(dòng)。北京大學(xué)將軟件工程與微電子兩個(gè)專業(yè)放在同一學(xué)院辦學(xué)，但也沒(méi)有面向軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、嵌入式等多專業(yè)的模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程。因此，大連理工大學(xué)軟件學(xué)院構(gòu)建“軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的教學(xué)改革實(shí)踐能夠起到“示范性”的作用。
1.2研究意義
軟件學(xué)院的辦學(xué)宗旨基于“精英型軟件人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，因此一般軟件學(xué)院通常開(kāi)設(shè)軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程兩個(gè)專業(yè)方向，大連理工大學(xué)軟件學(xué)院為了強(qiáng)化“精英型軟件人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，在本科二年級(jí)開(kāi)設(shè)了嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)專業(yè)方向，學(xué)生要學(xué)習(xí)這兩個(gè)方向必須具備很好的硬件基礎(chǔ)，這也是我們面向本科學(xué)生開(kāi)設(shè)電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程的原因之一。很多人認(rèn)為，軟件學(xué)院的學(xué)生只要學(xué)好軟件即可，學(xué)習(xí)硬件沒(méi)什么用處，因此建議從培養(yǎng)計(jì)劃中取消電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)。但根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，硬件知識(shí)扎實(shí)的學(xué)生畢業(yè)后很容易自學(xué)軟件開(kāi)發(fā)，而僅會(huì)軟件開(kāi)發(fā)的學(xué)生很難靠自學(xué)熟練掌握底層硬件知識(shí)。很多軟件學(xué)院在培養(yǎng)計(jì)劃中取締電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)但保留了計(jì)算機(jī)組成原理這一硬件課程。組成原理的知識(shí)很抽象，作為計(jì)算機(jī)組成原理前導(dǎo)課程的電子技術(shù)基礎(chǔ)如果沒(méi)有學(xué)好，會(huì)影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。在軟件學(xué)院的教學(xué)建設(shè)中普遍存在硬件綜合實(shí)踐環(huán)境建設(shè)不足、教師引導(dǎo)不夠等現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生僅對(duì)開(kāi)發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程感興趣，而對(duì)硬件技術(shù)及其應(yīng)用研究望而生畏，這對(duì)培養(yǎng)高水平、高素質(zhì)、應(yīng)用性示范性軟件人才是極為不利的。
2構(gòu)建課程體系教學(xué)模型
根據(jù)現(xiàn)代教育理念和創(chuàng)新要求，學(xué)院電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課題組積極探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新技術(shù)、新方法和新手段，采取分層次、分階段、循序漸進(jìn)的模式，由淺入深、從簡(jiǎn)單到綜合，以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，輔以開(kāi)放式提高性實(shí)驗(yàn)教學(xué)；通過(guò)開(kāi)放式教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生自主立項(xiàng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。構(gòu)建電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如圖1所示。新構(gòu)建的電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系以基礎(chǔ)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)和基礎(chǔ)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，以開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)課程為輔，其中3門開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)課程（單片機(jī)硬件電路實(shí)驗(yàn)、通信原理硬件實(shí)驗(yàn)、FPGA編程實(shí)驗(yàn)）作為提高性、綜合性實(shí)驗(yàn)來(lái)培養(yǎng)高水平硬件人才。實(shí)驗(yàn)園地建設(shè)能夠?yàn)殚_(kāi)放式實(shí)驗(yàn)課程提供更多的教學(xué)素材，豐富課堂內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)硬件的興趣。虛擬實(shí)驗(yàn)儀器教學(xué)響應(yīng)全球各大高校提出的“足不出戶上大學(xué)”的號(hào)召，借助虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作，這是軟件學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)體系獨(dú)有的特點(diǎn)。開(kāi)放式電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)由單片機(jī)硬件原理實(shí)驗(yàn)、FPGA編程和通信原理實(shí)驗(yàn)3門課程構(gòu)成，主要從組織形式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及考核方式等方面進(jìn)行改革創(chuàng)新，體現(xiàn)了辦學(xué)的靈活性，有益于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
3課程體系建設(shè)
構(gòu)建電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等方面入手，具體體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)園地建設(shè)、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)、開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)考核方式探索建設(shè)等。
3.1實(shí)驗(yàn)園地建設(shè)
建設(shè)電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)園地是本課題要實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)目標(biāo)，是構(gòu)建學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)園地的所有素材由實(shí)驗(yàn)教師承擔(dān)建設(shè)，素材建設(shè)應(yīng)針對(duì)不同水平的學(xué)生，形成驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性等層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)園地建設(shè)分為以下幾大組成部分。
1)實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練園地。實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練園地主要包括：查找參考資料完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)；總結(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)要求；電路設(shè)計(jì)仿真軟件的使用方法；單片機(jī)原理硬件實(shí)驗(yàn)中嵌入式C、匯編語(yǔ)言集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用；FPGA設(shè)計(jì)中VHDL、Verilog的ISE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用；電路板原理圖、PCB板圖的設(shè)計(jì)；電路焊接的基本技能等。
2)專用儀器設(shè)備園地。參考設(shè)備使用說(shuō)明書(shū)和設(shè)備介紹課件指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何使用示波器、萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱等設(shè)備。
3)基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)園地。按照基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電子技術(shù)通用的理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)園地可分為常用電子元器件、模擬電路模塊、數(shù)字邏輯和數(shù)字電路模塊以及可編程邏輯器件模塊四大模塊。
4)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)園地。演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)園地分為實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)、虛擬儀器實(shí)驗(yàn)和電路仿真實(shí)驗(yàn)三大模塊。演示教學(xué)園地由各個(gè)模塊的演示視頻組成，虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示介紹虛擬實(shí)驗(yàn)儀器的使用；仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示展示采用EDA仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并與實(shí)際電路結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證正確性。
5)提高性實(shí)驗(yàn)園地。提高性實(shí)驗(yàn)園地的建設(shè)是構(gòu)建“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”的關(guān)鍵，是將電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)與軟件學(xué)院的教學(xué)體系和培養(yǎng)目標(biāo)聯(lián)系起來(lái)的重要環(huán)節(jié)，體現(xiàn)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性和關(guān)聯(lián)性。
3.2虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器研發(fā)
虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的研發(fā)響應(yīng)教育部提出的積極推廣大規(guī)模開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的號(hào)召，實(shí)現(xiàn)“足不出戶上大學(xué)”的遠(yuǎn)程在線教育模式。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)采用C/S架構(gòu)，用戶可通過(guò)本地客戶端選擇登錄的角色（包括學(xué)生、教師和管理員），輸入學(xué)號(hào)、姓名和密碼連接遠(yuǎn)程服務(wù)器。連接遠(yuǎn)程服務(wù)器之后，用戶可以根據(jù)自己的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行電路搭建。每一個(gè)電子元器件都被設(shè)計(jì)成控件，可采用拖拽的方式搭建電路。該軟件支持視圖的切換，點(diǎn)擊元器件圖標(biāo)可以從電路整體視圖切換到該元器件的單獨(dú)視圖。
3.3開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)
開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要包含單片機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)、FPGA編程硬件實(shí)驗(yàn)和通信原理硬件實(shí)驗(yàn)3門課程。3門實(shí)驗(yàn)課以“開(kāi)放式”實(shí)驗(yàn)為依托，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行，學(xué)生自行分組，根據(jù)興趣自選題目，然后上報(bào)任課教師；通過(guò)教師審核后，學(xué)生開(kāi)始實(shí)施項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目需求購(gòu)買相關(guān)的電子元器件實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。開(kāi)放式課程的教學(xué)方式不拘泥于“先理論教學(xué)，然后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的傳統(tǒng)模式，而是采用“先實(shí)驗(yàn)，后理論”的方式，讓學(xué)生帶著實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題去聽(tīng)理論課。開(kāi)放式課程的考核采用分組答辯的形式，學(xué)生借助PPT講解自己的設(shè)計(jì)，配合實(shí)物演示，任課教師對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行綜合評(píng)分。
3.4實(shí)驗(yàn)考核方式
針對(duì)目前電子技術(shù)課程考核方式存在的不足，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取考試考核方式。題目采用A、B卷形式，考試題目是六路流水燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，A卷和B卷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一樣的，但采用了不同的芯片組，核心芯片74HC161、74HC154、74HC00、74HC106和CD4050都一樣，而與非門芯片分別采用74HC10和74HC20。考試總共分為兩個(gè)階段，第一階段學(xué)生閱讀試卷，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和提供的芯片組進(jìn)行設(shè)計(jì)，第二階段學(xué)生參考設(shè)計(jì)好的電路圖，借助導(dǎo)線將元器件搭建起來(lái)，使用示波器觀察現(xiàn)象，并在實(shí)驗(yàn)箱的八位邏輯電平顯示區(qū)域觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。考試的最終成績(jī)包括設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作兩部分：設(shè)計(jì)按點(diǎn)評(píng)分，每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)都事先規(guī)定具體的分?jǐn)?shù)；實(shí)驗(yàn)操作根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的快慢分等級(jí)，而未完成實(shí)驗(yàn)的同學(xué)，則根據(jù)完成電路的部分給分，電路的每一部分都事先規(guī)定具體分?jǐn)?shù)。
1.分析電路盡量使用多媒體。
電力電子技術(shù)的核心就是整流、逆變、斬波和交交變換四大基本電路，在電路工作過(guò)程的分析中，通常一個(gè)電路都有多個(gè)工作狀態(tài)，不同的工作狀態(tài)又分別對(duì)應(yīng)著不同的電壓電流波形，也就是說(shuō)電路的工作過(guò)程往往都是動(dòng)態(tài)的過(guò)程，而傳統(tǒng)的書(shū)本上的文字和原理圖是無(wú)法很好地展現(xiàn)動(dòng)態(tài)過(guò)程的。這時(shí)，如果采用幻燈片等多媒體形式，可以將電路工作的動(dòng)態(tài)過(guò)程很好地展現(xiàn)給學(xué)生們觀看，把書(shū)本上靜態(tài)的電路以及波形圖動(dòng)起來(lái)，這樣就能夠讓學(xué)生們更好地理解電力電子電路的工作過(guò)程。與此同時(shí)，結(jié)合書(shū)本上的理論，再將不同電路的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使同學(xué)們復(fù)習(xí)時(shí)結(jié)合著書(shū)中的理論，頭腦中聯(lián)想著多媒體演示動(dòng)畫(huà)，便會(huì)在學(xué)習(xí)中事半功倍，容易記憶，提高學(xué)生的分析計(jì)算和實(shí)際解題的能力。
2.器件與控制部分應(yīng)注重練習(xí)。
電力電子器件及控制部分具有覆蓋面大、定性與定量相結(jié)合的特點(diǎn)，學(xué)好這一部分，就必須將概念的理解與相關(guān)的計(jì)算進(jìn)行練習(xí)，在習(xí)題式的教學(xué)中，不斷提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。研究生階段，各高校幾乎很少帶領(lǐng)學(xué)生做與課程相關(guān)的習(xí)題，多數(shù)學(xué)生也只有在考試的時(shí)候才有機(jī)會(huì)在試卷中解答一些問(wèn)題，雖說(shuō)現(xiàn)在不提倡傳統(tǒng)針對(duì)考試的題海戰(zhàn)術(shù)，但是平時(shí)適當(dāng)做一些典型的練習(xí)還是有必要的，電力電子器件種類多、特點(diǎn)各不相同，而控制方法也有很多，甚至與自動(dòng)控制原理等其他學(xué)科相關(guān)聯(lián)，在教學(xué)中適當(dāng)找一些典型例題進(jìn)行講解，可以讓同學(xué)們?cè)诜彪s的知識(shí)中抓住重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行突破，最終掌握這部分知識(shí)要點(diǎn)。
3.學(xué)生自主參與新技術(shù)教學(xué)。
電力電子技術(shù)具有發(fā)展速度快的特點(diǎn)，新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，加強(qiáng)電力電子新技術(shù)的教學(xué)可以擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面，掌握電力電子技術(shù)發(fā)展新方向。這一部分的特點(diǎn)是沒(méi)有定量計(jì)算、難度不大、但對(duì)于資料的收集工作量比較大，根據(jù)這些特點(diǎn)，在教學(xué)中，可以將這部分安排給每個(gè)學(xué)生進(jìn)行講解，在講解前每個(gè)同學(xué)查找相關(guān)資料，然后對(duì)資料進(jìn)行分類總結(jié)，加入自己的理解，在講解過(guò)程中既可以使用多媒體也可使用板書(shū)的形式，講解后學(xué)生之間可以相互提出問(wèn)題，相互討論，形成良好的研究氛圍。在這種學(xué)生自主教學(xué)的過(guò)程中，既提高了學(xué)生查找資料的能力，也能提高學(xué)生的概括的創(chuàng)新能力，還為研究生畢業(yè)學(xué)術(shù)論文的撰寫(xiě)提供了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)進(jìn)行分類
電力電子技術(shù)是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的一門學(xué)科，在理論教學(xué)的同時(shí)一定要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)配合和補(bǔ)充，開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課是對(duì)理論課的延伸和補(bǔ)充，更能夠突出應(yīng)用型學(xué)科的特色。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，應(yīng)分為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、拓展實(shí)習(xí)三個(gè)部分進(jìn)行教學(xué)。
1.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)應(yīng)緊密結(jié)合課本。
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是對(duì)已經(jīng)有的理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與學(xué)生的理論教學(xué)緊密銜接，通過(guò)書(shū)上的理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的操作，同時(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果又可以加深學(xué)生對(duì)于書(shū)本理論的深度理解。在理論課程之后，應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程相跟進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，老師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)課本知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)步驟，同學(xué)們按照實(shí)驗(yàn)要求完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作，并能夠運(yùn)用書(shū)本上的知識(shí)來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式進(jìn)行總結(jié)，得出驗(yàn)證性的結(jié)論。
2.鼓勵(lì)開(kāi)展探究性試驗(yàn)。
電力電子技術(shù)是一門正在快速發(fā)展的學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主探究，通過(guò)對(duì)已有知識(shí)的學(xué)習(xí)讓學(xué)生們充分發(fā)揮想象力，制作一些相關(guān)的小制作、小發(fā)明，在探究性試驗(yàn)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生根據(jù)自己掌握的知識(shí)，結(jié)合當(dāng)今電力電子發(fā)展的前沿技術(shù)，加上自己的想象力和創(chuàng)造力，獨(dú)立設(shè)計(jì)出屬于自己的電子作品，而在探究的過(guò)程中難免會(huì)遇到一些問(wèn)題，這時(shí)老師應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)，給出一些方案，讓學(xué)生自主解決實(shí)際問(wèn)題。平時(shí)盡可能地開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生增加動(dòng)手操作機(jī)會(huì)。此外還應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”等科技比賽，增加在創(chuàng)新方面的交流合作，從而學(xué)會(huì)更多解決問(wèn)題的新方法。
3.拓展實(shí)習(xí)應(yīng)突出實(shí)際應(yīng)用。
在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)節(jié)之外，對(duì)于電力電子技術(shù)這種應(yīng)用型很強(qiáng)的學(xué)科，應(yīng)適當(dāng)組織學(xué)生到某個(gè)單位進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)的目的是為了應(yīng)用，當(dāng)今電力電子技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在了許多領(lǐng)域之中，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以聯(lián)系某個(gè)具體單位進(jìn)行參觀，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，讓學(xué)生們更加具體地了解電力電子技術(shù)的應(yīng)用。除了參觀之外，也可由老師或者學(xué)生找一些與電力電子技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的視頻資料，分享給大家進(jìn)行觀看，也可以起到非常好的效果。實(shí)習(xí)結(jié)束之后，學(xué)生以報(bào)告的形式寫(xiě)出自己學(xué)到了什么或者是心得體會(huì)。這樣，理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)于理工科的教學(xué)是有很大幫助的。
機(jī)械制造技術(shù)的特點(diǎn)
機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)，是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推進(jìn)企業(yè)創(chuàng)新的一個(gè)重要因素。因?yàn)闊o(wú)論是新產(chǎn)品的制造，或是新技術(shù)的推廣，都離不開(kāi)新的、高科技的機(jī)械設(shè)備的支持。要想使機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)工作更加合理、科學(xué)，要想促進(jìn)機(jī)械水平的整體快速提高，就必須清楚的了解和掌握機(jī)械制造技術(shù)的特點(diǎn)，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出符合規(guī)范的大中小型機(jī)械設(shè)備[3]。
作為一項(xiàng)先進(jìn)的制造技術(shù)，往往在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)組織、管理銷售以及售后服務(wù)等方面，特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳感技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)的應(yīng)用。其原因在于，它要不斷使一直以來(lái)的傳統(tǒng)制造技術(shù)和最近的高新技術(shù)成果相結(jié)合，從而使機(jī)械制造技術(shù)成為能夠駕馭生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)流、能量流和信息流三者合一的系統(tǒng)工程。
促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和綜合實(shí)力的增強(qiáng)、提高我國(guó)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力是先進(jìn)的制造技術(shù)應(yīng)用的兩大目標(biāo)。因此，它往往并不限于制造過(guò)程本身，而是涉及了產(chǎn)品從市場(chǎng)調(diào)查、產(chǎn)品研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造加工以及售后服務(wù)等一般產(chǎn)品涵蓋的所有內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，將它們結(jié)合成為一個(gè)有機(jī)的整體。最終，提高制造業(yè)在所有行業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
怎樣提高企業(yè)的生產(chǎn)率，是企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心問(wèn)題。20世紀(jì)80年代以后，隨著全球市場(chǎng)的進(jìn)一步融合及發(fā)展，制造業(yè)要想在市場(chǎng)上擁有一席之地，就必須以側(cè)重提高勞動(dòng)生產(chǎn)率為根本，轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)重時(shí)間為核心的時(shí)間、質(zhì)量和成本三者的有機(jī)統(tǒng)一為根本。只有達(dá)到了三者的統(tǒng)一，機(jī)械制造技術(shù)才能真正的進(jìn)步，才能在日漸激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地。
上世紀(jì)80年代開(kāi)始，全球市場(chǎng)逐步形成，以歐美為首的發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)金融、科技等手段爭(zhēng)奪其在全球的市場(chǎng)份額，利用其自身優(yōu)勢(shì)，向不發(fā)達(dá)國(guó)家傾銷商品、輸出資本，導(dǎo)致市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)趨于白熱化。為了不被激烈的市場(chǎng)大潮沖垮，各個(gè)國(guó)家爭(zhēng)相發(fā)展本國(guó)的機(jī)械制造技術(shù)。只要一個(gè)國(guó)家的機(jī)械制造技術(shù)能夠趕超世界先進(jìn)水平，并能成為該國(guó)制造業(yè)贏得全球市場(chǎng)的支撐力，整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力才能有所提高。與此同時(shí)，機(jī)械制造技術(shù)是21世紀(jì)的高科技技術(shù)，它理應(yīng)和最先進(jìn)的科技成果相集合，理應(yīng)有明確的新的技術(shù)領(lǐng)域。
我國(guó)機(jī)械制造技術(shù)的未來(lái)發(fā)展
制造技術(shù)分為傳統(tǒng)制造技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)。顯然，先進(jìn)制造技術(shù)是由傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，它保留了傳統(tǒng)制造技術(shù)中的有效部分，又源源不斷的吸取各種新的高技術(shù)成果，之后將二者結(jié)合到生產(chǎn)的所有領(lǐng)域及其全部過(guò)程[4]。掃描顯微鏡的發(fā)明和使用，使人類認(rèn)識(shí)和改造世界的能力進(jìn)入納米的尺度。納米技術(shù)是指產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)精度，是在納米尺度范圍內(nèi)研究物質(zhì)原子和分子結(jié)構(gòu)、物質(zhì)特性及其相互作用和運(yùn)動(dòng)，最終運(yùn)用這種技術(shù)為人類服務(wù)的高新科技。納米技術(shù)對(duì)制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響，就目前來(lái)說(shuō)，它的應(yīng)用范圍十分廣泛，包括納米材料技術(shù)、納米加工技術(shù)、納米裝配技術(shù)以及納米測(cè)量技術(shù)等等。2000年，超精密加工的加工精度已經(jīng)達(dá)到納米級(jí)。而在21世紀(jì)初開(kāi)發(fā)的分子束生長(zhǎng)技術(shù)、離子注入技術(shù)和材料合成、掃描隧道工程可使加工精度達(dá)到0.0003-0.0001μm。目前的精密工程正向其終極目標(biāo)——原子級(jí)精度的加工逼近，即可以做到移動(dòng)原子級(jí)別的加工[5]。
1）對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，將主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）精密工程技術(shù)。它以超精密加工的前言部分、微細(xì)加工、納米技術(shù)為代表，目的是將來(lái)進(jìn)入微型機(jī)械電子和微型機(jī)器人的時(shí)代。（2）機(jī)械制造的高度自動(dòng)化。它以CIMS和敏捷制造等的發(fā)展為代表。
2）飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展和普及，給從事機(jī)械制造業(yè)的眾多企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)帶來(lái)了翻天覆地的變化。因此，必須加速技術(shù)信息的交流、加強(qiáng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的合作和經(jīng)營(yíng)管理的學(xué)習(xí)，從而推動(dòng)機(jī)械類企業(yè)朝著良性競(jìng)爭(zhēng)和多方合作的方向發(fā)展。
《電工技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)秉持“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的素質(zhì)教育理念，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，改變傳統(tǒng)教學(xué)中教師的“中心”地位；激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位；緊扣“崗位為導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，“高等職業(yè)教育實(shí)質(zhì)上就是‘就業(yè)教育’”。[2]課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)定要緊扣學(xué)生的就業(yè)崗位特點(diǎn)與崗位需求，以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用技能為本位，重在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)素養(yǎng)為基本核心，滿足崗位對(duì)高職多層次人才的需求，構(gòu)建理論與實(shí)踐為一體的教學(xué)模式。
（二）《電工技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)思路
課程教學(xué)模式研究將在設(shè)計(jì)理念的引導(dǎo)下，改革《電工技術(shù)應(yīng)用》課程體系，重點(diǎn)調(diào)整理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的比例，打破目前重視理論教學(xué)、淡化實(shí)訓(xùn)教學(xué)的教學(xué)模式；根據(jù)“崗位為導(dǎo)向”的目標(biāo)設(shè)計(jì)理念，調(diào)整與優(yōu)化《電工技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容，使課程教學(xué)緊緊圍繞學(xué)生的就業(yè)需求；改革教學(xué)方法，通用校企結(jié)合、案例分析、項(xiàng)目推進(jìn)、任務(wù)引領(lǐng)等教學(xué)方法，充分體現(xiàn)教師的主導(dǎo)地位與學(xué)生的主體地位，構(gòu)建理論與實(shí)踐一體化教學(xué)模式。
二、高職院?！峨姽ぜ夹g(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)模式實(shí)施
（一）重構(gòu)《電工技術(shù)應(yīng)用》課程體系
《電工技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)模式實(shí)施首先要調(diào)整課程體系，根據(jù)理論課與實(shí)踐課的關(guān)系，調(diào)整理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的比例?！耙虼巳绾渭訌?qiáng)實(shí)踐教學(xué)便成為高職教育的關(guān)鍵，而如何處理理論課與實(shí)踐課的關(guān)系，則是解決理論先導(dǎo)與觀念更新的前提”。[3]理論教學(xué)要夯實(shí)基礎(chǔ)理論，著重提升應(yīng)用理論教學(xué)與新理論教學(xué)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)主要突出應(yīng)用技能培養(yǎng)，突出崗位能力培養(yǎng)目標(biāo)。目前，高職院?！峨姽ぜ夹g(shù)應(yīng)用》課程理論教學(xué)主要存在兩個(gè)問(wèn)題，一是理論教學(xué)所占課程教學(xué)比例過(guò)大，嚴(yán)重制約了實(shí)訓(xùn)教學(xué)；一是理論教學(xué)難度過(guò)大，嚴(yán)重脫離應(yīng)用實(shí)踐，不能有效引導(dǎo)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。為此我們要調(diào)整高職院?！峨姽ぜ夹g(shù)應(yīng)用》課程理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)比例，形成理論與實(shí)踐互相促進(jìn)的課程教學(xué)體系。1．調(diào)整理論與實(shí)訓(xùn)教學(xué)比例。理論教學(xué)是開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)的基礎(chǔ)，是不容忽視的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。但每一門課程理論的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)以“應(yīng)用”為最終目的，否則理論教學(xué)就成了一句空話。目前高職院?！峨姽ぜ夹g(shù)應(yīng)用》課程理論教學(xué)過(guò)于深入，一味強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)，理論教學(xué)過(guò)深過(guò)難。這種現(xiàn)象使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)失去興趣，學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性，而且高職院校培養(yǎng)出來(lái)的人才成為高理論、低能力的“無(wú)用人才”，嚴(yán)重脫離了市場(chǎng)需要。高職院校要調(diào)整《電工技術(shù)應(yīng)用》課程體系，適當(dāng)?shù)乜s減電子技術(shù)應(yīng)用理論教學(xué)，提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)所占比例，尤其要提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)效性。2．以理論支撐實(shí)訓(xùn)教學(xué)。目前高職院校電子技術(shù)應(yīng)用理論教學(xué)采用單線教學(xué)方法，理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)各自一條線，不能互相融合、互相促進(jìn)。這種將理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)相隔離的教學(xué)體系，使電子技術(shù)理論與實(shí)踐教學(xué)嚴(yán)重脫離，制約了學(xué)生利用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為此，我們要將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建理論實(shí)訓(xùn)一體化課程體系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，使學(xué)生“在學(xué)中做，做中學(xué)”。理論教學(xué)要密切聯(lián)系實(shí)訓(xùn)教學(xué)，形成“理論服務(wù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)促進(jìn)理論提升”的教學(xué)體系，使學(xué)生既能牢固掌握理論知識(shí)，也能靈活地運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，且在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中促進(jìn)理論的理解與把握。
（二）優(yōu)化調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容
高職院校《電工技術(shù)應(yīng)用》課程實(shí)施必須要加強(qiáng)市場(chǎng)調(diào)研，了解現(xiàn)階段電子技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)電工技術(shù)應(yīng)用人才的需求現(xiàn)狀，在充分分析市場(chǎng)需求現(xiàn)狀基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)宏觀分析，把握電工技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)人才需求形勢(shì)。根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)整與優(yōu)化課程教學(xué)目標(biāo)，使課程教學(xué)與學(xué)生崗位需求相結(jié)合，尤其要根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)整與優(yōu)化理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的權(quán)重。理論教學(xué)的內(nèi)容始終要圍繞“實(shí)訓(xùn)”教學(xué)展開(kāi)設(shè)計(jì)，遵循基礎(chǔ)性與適度性原則。基礎(chǔ)性原則就是在設(shè)計(jì)理論教學(xué)內(nèi)容時(shí)要凸顯“基礎(chǔ)理論”，如基本概念、基本原理等，這些理論教學(xué)的內(nèi)容是學(xué)生“必需”要掌握的基礎(chǔ)理論，是開(kāi)展其他理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的基礎(chǔ)與前提。適度性原則。目前高職院?！峨姽ぜ夹g(shù)應(yīng)用》課程理論教學(xué)不能切合高職院校人才培養(yǎng)的特點(diǎn)，過(guò)于追求理論的高度與深度。殊不知高職院校教學(xué)直接面向市場(chǎng)，面向企業(yè)。因此高職院校人才培養(yǎng)要注重實(shí)踐應(yīng)用型人才培養(yǎng)。理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)要適度，理論教學(xué)的內(nèi)容“夠用”就行，能夠滿足學(xué)生的實(shí)際需求，并且具有一定的前瞻性。實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)要以“崗位”為導(dǎo)向，尋找理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容的銜接點(diǎn)、切合點(diǎn)，將理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來(lái)，兩者相互滲透，相互促進(jìn)，提升學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容一體化。
（三）豐富教學(xué)方法
目前《電工技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)方法較為單一，理論教學(xué)以課堂講授為主，實(shí)踐教學(xué)主要通過(guò)“工學(xué)交替”。這種程式化教學(xué)嚴(yán)重制約了《電工技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)進(jìn)一步提升。因此高職院?！峨姽ぜ夹g(shù)應(yīng)用》課程要不斷創(chuàng)新教學(xué)模式，在傳統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上不斷豐富教學(xué)方法，綜合運(yùn)用校企結(jié)合、案例分析、項(xiàng)目推進(jìn)、任務(wù)引領(lǐng)等多種教學(xué)方法。1．校企結(jié)合?！案呗毥逃写嬖谛畔⒉粫?、教學(xué)內(nèi)容滯后、專業(yè)布局不合理、人才定位不準(zhǔn)確等問(wèn)題,這都與校企之間缺乏緊密的聯(lián)系和溝通有著直接關(guān)系”。[4]目前高職院校與企業(yè)的結(jié)合主要體現(xiàn)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)上，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)在理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)上的全面結(jié)合。因此高職院?！峨姽ぜ夹g(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)要嘗試探求校企結(jié)合的新路徑，真正實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一體化。“校企結(jié)合”可以遵循“請(qǐng)進(jìn)來(lái)、走出去”的思路和方法。高職院?？梢匝?qǐng)企業(yè)人才到高職院校任兼任教師，發(fā)揮他們的輻射作用，改變傳統(tǒng)理論教學(xué)現(xiàn)狀，教師站在“實(shí)踐”的高度進(jìn)行理論教學(xué)，使理論教學(xué)更貼近實(shí)踐。也可走出去，包括教師與學(xué)生兩個(gè)層面。高職院?？梢耘山處煹浇Y(jié)合企業(yè)參與企業(yè)實(shí)踐與管理，在實(shí)踐中提升教師的理論水平，同時(shí)提升教師實(shí)訓(xùn)教學(xué)水平。在條件允許的情況下，高職院校可以借助企業(yè)真實(shí)的工作情境，使學(xué)生在真實(shí)的工作情境中開(kāi)展理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)。通過(guò)校企結(jié)合，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐教學(xué)一體化。2．案例分析。案例是寶貴的教學(xué)資源之一，它包含著豐富的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)資源，既有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有不足的啟示，高職院校《電工技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)要重視案例教學(xué)法的運(yùn)用。案例教學(xué)法的關(guān)鍵在于案例的選擇與運(yùn)用，教師要根據(jù)教學(xué)任務(wù)選擇具有典型意義的案例，教學(xué)案例要具有豐富的理論要素，同時(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)踐啟發(fā)價(jià)值。在進(jìn)行案例分析時(shí)，教師要加強(qiáng)目標(biāo)導(dǎo)向，使案例分析朝著預(yù)期推進(jìn)；案例分析不能停留在分析層面，教師要引導(dǎo)學(xué)生做好案例分析報(bào)告與策略優(yōu)化。學(xué)生通過(guò)撰寫(xiě)案例分析報(bào)告能夠有效整合理論，提升自身理論高度。通過(guò)案例策略優(yōu)化，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)案例尋找優(yōu)化的策略，并且進(jìn)行可行性驗(yàn)證，推進(jìn)理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一體化。3．任務(wù)引領(lǐng)、項(xiàng)目推進(jìn)。傳統(tǒng)教學(xué)中，教師常常將任務(wù)引領(lǐng)與項(xiàng)目推進(jìn)作為兩種獨(dú)立的教學(xué)方法，我們可以嘗試將這兩種方法合二為一，將任務(wù)滲透在項(xiàng)目中，以項(xiàng)目任務(wù)推進(jìn)作為實(shí)施教學(xué)的載體，發(fā)揮任務(wù)的驅(qū)動(dòng)作用，同時(shí)將任務(wù)物化。該方法以項(xiàng)目為載體，以任務(wù)為引領(lǐng)，以項(xiàng)目推進(jìn)的實(shí)踐活動(dòng)為核心，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。學(xué)生擺脫傳統(tǒng)單純的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)模式，將理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)有機(jī)融為一體，“做中學(xué)、學(xué)中做”，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一體化。
三、高職院?！峨姽ぜ夹g(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)效果
（一）教師層面：促進(jìn)教師專業(yè)成長(zhǎng)
在推進(jìn)理論與實(shí)訓(xùn)一體化教學(xué)模式實(shí)踐中，教師的教學(xué)改革意識(shí)得到進(jìn)一步增強(qiáng)，許多教師將教學(xué)改革作為一種自覺(jué)行為。他們拓展教學(xué)思路，在教學(xué)模式方面展開(kāi)有益探索。最為重要的是教師改變傳統(tǒng)單線教學(xué)模式，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融為一體，從理論“教書(shū)匠”成長(zhǎng)為專業(yè)技能型教師。教師在做中學(xué)，在學(xué)中做，在學(xué)做中教，建立起較為科學(xué)的課程視野。
（二）學(xué)生層面：改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式
理論與實(shí)訓(xùn)教學(xué)一體化模式使《電工技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，不論是學(xué)習(xí)場(chǎng)所還是學(xué)習(xí)方式。學(xué)習(xí)場(chǎng)所從傳統(tǒng)的課堂向更為廣闊的空間拓展，走向?qū)嵱?xùn)室、走向企業(yè)等，學(xué)生在更為真實(shí)或真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)；從被動(dòng)接受學(xué)習(xí)到積極參與課堂學(xué)習(xí)，將學(xué)做結(jié)合起來(lái)。這些改變有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提升了學(xué)生的理論積淀與實(shí)踐技能。
中國(guó)古典造園藝術(shù)是當(dāng)代園林景觀設(shè)計(jì)的靈感源泉，其古典造園藝術(shù)設(shè)計(jì)思想更是當(dāng)代園林藝術(shù)的理論基礎(chǔ)。中國(guó)古典園林作為風(fēng)景式園林設(shè)計(jì)的典范，是設(shè)計(jì)師和工匠在特定的空間內(nèi)，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，運(yùn)用高超造園手段，將建筑和山、水、植被等加以配置組合，形成源于自然環(huán)境，又高于自然環(huán)境的有機(jī)整體，將自然美和人工美合理地結(jié)合在一起。
1.2文化傳承
園林景觀設(shè)計(jì)師必須對(duì)國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的風(fēng)景園林景觀案例加以深入研究，挖掘出富有本土文化特征的景觀元素加以運(yùn)用，才能設(shè)計(jì)出具有“中國(guó)味道”的風(fēng)景園林景觀作品。園林景觀藝術(shù)是直觀體驗(yàn)性藝術(shù)，觀賞者無(wú)需接受專門的培訓(xùn)，就可以感受到園林景觀的形式美。同時(shí)，這種直觀藝術(shù)受時(shí)代背景和文化氛圍的影響，可以使觀賞者耳濡目染的感受到當(dāng)時(shí)的文化修養(yǎng)和審美情趣。
2當(dāng)代居住區(qū)景觀設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題
2.1不尊重自然環(huán)境
許多居住區(qū)的景觀設(shè)計(jì)和營(yíng)造過(guò)程中對(duì)景觀的功能性考慮不足，注重表現(xiàn)外表的美觀。某些開(kāi)發(fā)商為了追求表面的氣勢(shì)和美觀效果，達(dá)到增加成交量的目的，不惜重金做面子活，為此增加了成本，加重了購(gòu)房者的資金支出，也使得后期的物業(yè)管理面臨巨大考驗(yàn)。
2.2缺乏神韻
現(xiàn)代居民小區(qū)已經(jīng)成為居民，尤其是老人和孩子日常休閑活動(dòng)的主要場(chǎng)所，因此，設(shè)置的休閑活動(dòng)空間充足，有健身區(qū)、兒童游樂(lè)場(chǎng)地、休閑步道等，這些空間普遍尺度較大，且多以鋪裝為主，相對(duì)缺乏可供好友休閑小憩的私密空間。3.3施工時(shí)間短隨著社會(huì)生產(chǎn)水平的不斷提高，很多傳統(tǒng)建造技術(shù)已經(jīng)被機(jī)器化大生產(chǎn)式的快速施工技術(shù)所淘汰，當(dāng)代施工者往往依靠現(xiàn)代技術(shù)手段，使得傳統(tǒng)建造技術(shù)開(kāi)始失傳，其精髓更難以再現(xiàn)?，F(xiàn)代居住小區(qū)中經(jīng)常可以看到其它建筑材料仿制木材建成的亭臺(tái)水榭，雖然形似，卻沒(méi)有了木材的生動(dòng)，傳統(tǒng)工藝的風(fēng)采不復(fù)存在。
3傳統(tǒng)造園藝術(shù)對(duì)現(xiàn)代居住區(qū)的影響
3.1理解古典園林的內(nèi)涵
要設(shè)計(jì)具有中國(guó)元素的居住區(qū)景觀設(shè)計(jì)，必須從觀念上徹底改變，不能完全依賴新技術(shù)、新材料，更不能對(duì)現(xiàn)代西方園林的成功典范照搬照抄，要學(xué)習(xí)中國(guó)古典園林景觀藝術(shù)的造園理念和設(shè)計(jì)手法。
3.2尊重自然原則
大自然是園林景觀設(shè)計(jì)中取之不盡、用之不竭的資源，因此，中國(guó)古典園林藝術(shù)遵從天人合一的思想，在人與自然之間尋求和諧。尊重自然是中國(guó)古典園林藝術(shù)文化的核心精髓，采用尊重生態(tài)自然的客觀規(guī)律來(lái)造園，以自然景致為主，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)師對(duì)大自然的深刻理解和藝術(shù)化的表現(xiàn)。
3.3現(xiàn)代主義與古典主義相結(jié)合
中國(guó)古典園林講究依山林而建，通過(guò)借景、比喻等方法將園內(nèi)景觀和周圍自然生態(tài)結(jié)合起來(lái)，同時(shí)，也可以起到延展空間的作用，使各個(gè)區(qū)域之間相互連接、滲透，彼此呼應(yīng)，形成一個(gè)整體?，F(xiàn)代景觀設(shè)計(jì)也要求設(shè)計(jì)師將視域作為設(shè)計(jì)范圍，以地平線為空間參照，突出與本地區(qū)景觀的融合。這與古典造園手法中追求無(wú)限想象的外延空間理念是一致的。
