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時(shí)間：2023-04-24 17:36:46
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TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，首先面臨的問(wèn)題是如何選擇合適的單片開(kāi)關(guān)電源芯片，既能滿足要求，又不因選型不當(dāng)而造成資源的浪費(fèi)。然而，這并非易事。原因之一是單片開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)已形成四大系列、近70種型號(hào)，即使采用同一種封裝的不同型號(hào)，其輸出功率也各不相同；原因之二是選擇芯片時(shí)，不僅要知道設(shè)計(jì)的輸出功率PO，還必須預(yù)先確定開(kāi)關(guān)電源的效率η和芯片的功率損耗PD，而后兩個(gè)特征參數(shù)只有在設(shè)計(jì)安裝好開(kāi)關(guān)電源時(shí)才能測(cè)出來(lái)，在設(shè)計(jì)之前它們是未知的。
下面重點(diǎn)介紹利用TOPSwitch－II系列單片開(kāi)關(guān)電源的功率損耗（PD）與電源效率（η）、輸出功率（PO）關(guān)系曲線，快速選擇芯片的方法，可圓滿解決上述難題。在設(shè)計(jì)前，只要根據(jù)預(yù)期的輸出功率和電源效率值，即可從曲線上查出最合適的單片開(kāi)關(guān)電源型號(hào)及功率損耗值，這不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，還為選擇散熱器提
η/％(Uimin=85V)
中圖法分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編碼：02192713(2000)0948805
PO/W
圖1寬范圍輸入且輸出為5V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
圖2寬范圍輸入且輸出為12V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
圖3固定輸入且輸出為5V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
供了依據(jù)。
1TOPSwitch－II的PD與η、PO關(guān)系曲線
TOPSwitch－II系列的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱通用輸入），固定輸入（也叫單一電壓輸入）兩種情況。二者的交流輸入電壓分別為Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1寬范圍輸入時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列單片開(kāi)關(guān)電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當(dāng)UO=＋5V或者＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖1、圖2所示。這里假定交流輸入電壓最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流輸入電壓Uimax=265V。圖中的橫坐標(biāo)代表輸出功率PO，縱坐標(biāo)表示電源效率η。所畫出的7條實(shí)線分別對(duì)應(yīng)于TOP221～TOP227的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗的等值線（下同）。
1．2固定輸入時(shí)PD與η、PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當(dāng)UO=＋5V或＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖3、圖4所示。這兩個(gè)曲線族對(duì)于208V、220V、240V也同樣適用。現(xiàn)假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正確選擇TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述關(guān)系曲線迅速確定TOPSwitch－II芯片型號(hào)的設(shè)計(jì)程序如下：
（1）首先確定哪一幅曲線圖適用。例如，當(dāng)Ui=85V～265V，UO=＋5V時(shí)，應(yīng)選擇圖1。而當(dāng)Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V時(shí)，就只能選圖4；
（2）然后在橫坐標(biāo)上找出欲設(shè)計(jì)的輸出功率點(diǎn)位置（PO）；
（3）從輸出功率點(diǎn)垂直向上移動(dòng)，直到選中合適芯片所指的那條實(shí)曲線。如不適用，可繼續(xù)向上查找另一條實(shí)線；
（4）再?gòu)牡戎稻€（虛線）上讀出芯片的功耗PD。進(jìn)而還可求出芯片的結(jié)溫（Tj）以確定散熱片的大??；
（5）最后轉(zhuǎn)入電路設(shè)計(jì)階段，包括高頻變壓器設(shè)計(jì)，元器件參數(shù)的選擇等。
下面將通過(guò)3個(gè)典型設(shè)計(jì)實(shí)例加以說(shuō)明。
例1：設(shè)計(jì)輸出為5V、300W的通用開(kāi)關(guān)電源
通用開(kāi)關(guān)電源就意味著交流輸入電壓范圍是85V～265V。又因UO=＋5V，故必須查圖1所示的曲線。首先從橫坐標(biāo)上找到PO=30W的輸出功率點(diǎn)，然后垂直上移與TOP224的實(shí)線相交于一點(diǎn)，由縱坐標(biāo)上查出該點(diǎn)的η=71.2％，最后從經(jīng)過(guò)這點(diǎn)的那條等值線上查得PD=2.5W。這表明，選擇TOP224就能輸出30W功率，并且預(yù)期的電源效率為71.2％,芯片功耗為2.5W。
若覺(jué)得η=71.2％的效率指標(biāo)偏低，還可繼續(xù)往上查找TOP225的實(shí)線。同理，選擇TOP225也能輸出30W功率，而預(yù)期的電源效率將提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根據(jù)所得到的PD值，進(jìn)而可完成散熱片設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)前對(duì)所用芯片功耗做出的估計(jì)是完全可信的。
例2：設(shè)計(jì)交流固定輸入230V±15％，輸出為直流12V、30W開(kāi)關(guān)電源。
圖4固定輸入且輸出為12V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
η/％(Uimin=195V)
圖5寬范圍輸入時(shí)K與Uimin′的關(guān)系
圖6固定輸入時(shí)K與Uimin′的關(guān)系
根據(jù)已知條件，從圖4中可以查出，TOP223是最佳選擇，此時(shí)PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：計(jì)算TOPswitch－II的結(jié)溫
這里講的結(jié)溫是指管芯溫度Tj。假定已知從結(jié)到器件表面的熱阻為RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外殼的熱阻Rθ1和外殼到散熱片的熱阻Rθ2)、環(huán)境溫度為TA。再?gòu)南嚓P(guān)曲線圖中查出PD值，即可用下式求出芯片的結(jié)溫：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
舉例說(shuō)明，TOP225的設(shè)計(jì)功耗為1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。設(shè)計(jì)時(shí)必須保證，在最高環(huán)境溫度TAM下，芯片結(jié)溫Tj低于100℃，才能使開(kāi)關(guān)電源長(zhǎng)期正常工作。
3根據(jù)輸出功率比來(lái)修正等效輸出功率等參數(shù)
3．1修正方法
如上所述，PD與η，PO的關(guān)系曲線均對(duì)交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規(guī)定的Uimin=85V，而圖3與圖4規(guī)定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規(guī)定，就會(huì)直接影響芯片的正確選擇。此時(shí)須將實(shí)際的交流輸入電壓最小值Uimin′所對(duì)應(yīng)的輸入功率PO′，折算成Uimin為規(guī)定值時(shí)的等效功率PO，才能使用上述4圖。折算系數(shù)亦稱輸出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在寬范圍輸入、固定輸入兩種情況下，K與U′min的特性曲線分別如圖5、圖6中的實(shí)線所示。需要說(shuō)明幾點(diǎn)：
（1）圖5和圖6的額定交流輸入電壓最小值Uimin依次為85V，195V，圖中的橫坐標(biāo)僅標(biāo)出Ui在低端的電壓范圍。
（2）當(dāng)Uimin′>Uimin時(shí)K>1，即PO′>PO，這表明原來(lái)選中的芯片此時(shí)已具有更大的可用功率，必要時(shí)可選輸出功率略低的芯片。當(dāng)Uimin′（3）設(shè)初級(jí)電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin′<85V時(shí)，受TOPSwitch－II調(diào)節(jié)占空比能力的限制，UOR會(huì)按線性規(guī)律降低UOR′。此時(shí)折算系數(shù)K="UOR′"/UOR<1。圖5和圖6中的虛線表示UOR′/UOR與Uimin′的特性曲線，利用它可以修正初級(jí)感應(yīng)電壓值。
現(xiàn)將對(duì)輸出功率進(jìn)行修正的工作程序歸納如下：
（1）首先從圖5、圖6中選擇適用的特性曲線，然后根據(jù)已知的Uimin′值查出折算系數(shù)K。
（2）將PO′折算成Uimin為規(guī)定值時(shí)的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后從圖1～圖4中選取適用的關(guān)系曲線，并根據(jù)PO值查出合適的芯片型號(hào)以及η、PD參數(shù)值。
下面通過(guò)一個(gè)典型的實(shí)例來(lái)說(shuō)明修正方法。
例4：設(shè)計(jì)12V，35W的通用開(kāi)關(guān)電源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。從圖5中查出K=1.15。將PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，計(jì)算出PO=30.4W。再根據(jù)PO值，從圖2上查出最佳選擇應(yīng)是TOP224型芯片，此時(shí)η=81.6％，PD=2W。
若選TOP223，則η降至73.5％,PD增加到5W，顯然不合適。倘若選TOP225型，就會(huì)造成資源浪費(fèi)，因?yàn)樗萒OP224的價(jià)格要高一些，且適合輸出40W～60W的更大功率。
3．2相關(guān)參數(shù)的修正及選擇
（1）修正初級(jí)電感量
在使用TOPSwitch－II系列設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，高頻變壓器以及相關(guān)元件參數(shù)的典型情況見(jiàn)表1，這些數(shù)值可做為初選值。當(dāng)Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224時(shí)，LP=1475μH。當(dāng)K=1.15時(shí)，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器參數(shù)隨Uimin′的變化
最低交流輸入電壓Uimin(V)85195
LED的工作電流IF（mA）3.55.0
光敏三極管的發(fā)射極電流IE（mA）3.55.0
【關(guān)鍵詞】DC/DC變換器、PWM控制、整流、濾波。
Abstract
Inthispaper,Idesignedaswitchpowersupplysystemwiththreeoutputs:Comparetheswitchpowerwithlinearpoweratfirst,hassummarizedtheadvantageoftheswitchpower,havedescribeditspresentdevelopmentandtherearenaturalquestionsindevelopment.Onthebasisofthethingthatthewholestructuretotheswitchpowerhasmadeanintroduction,tothemainreturncircuitandcontrollingthereturncircuittodesignoftheswitchpower:Therectificationcircuitadoptsthesingle-phasebridgetypeinthemainreturncircuit,thepowerchangesthecircuitandadoptsanddefiesthepowertochangethecircuit,realizebyincreasingthewindingofonepairofsidessingleandwellthatmanywaysareexported,itisakeypartoftheswitchpowersupplythatthepowerchangescircuit(DC/DCtransformer),havedesignedthispartespecially;ThecontrolcircuitadoptsPWMtocontrol,thecontrolleradoptstheswitchpowerintegratedcontrollerGW1524,designthecircuittomeasurevoltageandthecircuittoelmeasureectriccurrent,selectingtypeofcalculatingandcarryingonthecomponentsandpartstheparameterofeachpart.
Keyword：DC/DCtransformer,PWMcontrol,rectification,strainingwaves.
1概述
電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。
1.1開(kāi)關(guān)電源的基本原理
開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開(kāi)關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖1-1所示，DC-DC變換器是進(jìn)行功率變換的器件，是開(kāi)關(guān)電源的核心部件，此外還有啟動(dòng)電路、過(guò)流與過(guò)壓保護(hù)電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過(guò)誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。
1.2開(kāi)關(guān)電源與線性電源的比較
是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過(guò)電壓反饋調(diào)整輸出電壓。它的缺點(diǎn)是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時(shí)，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計(jì)算機(jī)等設(shè)備的需要，將逐步被開(kāi)關(guān)電源所取代。
1.3開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用
當(dāng)前,開(kāi)關(guān)電源新技術(shù)產(chǎn)品正在向以下"四化"的方向發(fā)展:應(yīng)用技術(shù)的高頻化;硬件結(jié)構(gòu)的模塊化;軟件控制的數(shù)字化;產(chǎn)品性能的綠色化。由此,新一代開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)含量大大提高,使之更加可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。
開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。
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),這樣縮小了整機(jī)的體積,方便了整機(jī)設(shè)計(jì)和制造。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,使元器件間不再有傳統(tǒng)的引線相連,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)化完善的境地。
開(kāi)關(guān)電源是一種采用開(kāi)關(guān)方式控制的直流穩(wěn)定電源,它以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。而當(dāng)我們把開(kāi)關(guān)電源的研究擴(kuò)大到可調(diào)高電壓、大電流時(shí),以及將研究新技術(shù)應(yīng)用于DC/AC變換器,即開(kāi)拓了大功率應(yīng)用領(lǐng)域,又使開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了從發(fā)電廠設(shè)備至家用電器的所有應(yīng)用電力、電子技術(shù)的電氣工程領(lǐng)域。作為節(jié)能、節(jié)材、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)電源,它的產(chǎn)品展現(xiàn)了廣闊的市場(chǎng)前景。例如,發(fā)電廠的貯能發(fā)電設(shè)備、直流輸電系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、機(jī)車牽引、交直流電機(jī)傳動(dòng)、不停電電源、汽車電子化、開(kāi)關(guān)電源、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備以及電視、通訊、辦公自動(dòng)化設(shè)備等。
1.4開(kāi)關(guān)電源當(dāng)前存在的問(wèn)題
當(dāng)我們對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問(wèn)題需要解決，而且有的問(wèn)題還帶有全局性：采用定頻調(diào)寬的控制方式來(lái)設(shè)計(jì)電源，都以輸出功率最大時(shí)所需的續(xù)流時(shí)間為依據(jù)來(lái)預(yù)留開(kāi)關(guān)截止時(shí)間的，則負(fù)載所需的功率小于電源的最大輸出功率時(shí)就必然造成了工作電流的不連續(xù)；"反峰電壓"是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間存入高頻變壓器的勵(lì)磁能量在開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)的一種表現(xiàn)，而勵(lì)磁能量只能在、也必須在開(kāi)關(guān)關(guān)斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵(lì)磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時(shí)地為勵(lì)磁能量提供一個(gè)"低阻抗通道"，并且為勵(lì)磁能量的通過(guò)提供一段時(shí)間，但"單調(diào)"控制方法不具備這一條件；高頻變壓器的磁通復(fù)位問(wèn)題；傳統(tǒng)的電流取樣方法是在功率回路中串聯(lián)電阻，效率不高，這個(gè)問(wèn)題向來(lái)是電源技術(shù)，尤其是以小體積、高功率密度見(jiàn)長(zhǎng)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的"瓶頸"；高頻開(kāi)關(guān)電源的并聯(lián)同步輸出問(wèn)題。
以上的問(wèn)題看似彼此獨(dú)立，其實(shí)它們之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性解決這些問(wèn)題，也許還是一條艱難而漫長(zhǎng)的路。
2整流電路的設(shè)計(jì)
整流是將交流電變成脈動(dòng)直流電的過(guò)程。電源變壓器輸出的交流電經(jīng)整流電路得到一個(gè)大小變化但方向不變的脈動(dòng)直流電。整流電路是由具有單向?qū)щ娦缘脑缍O管、晶間管等整流元件組成的。
2.1整流電路的選擇
單相整流電路有兩種：電容輸入型電路和扼流圈輸入型電路
電容輸入型的基本電路如圖2-1：（a）為半波整流電路（b）為中間抽頭的全波整流電路（c）橋式整流電路（d）倍壓整流電路。
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，首先面臨的問(wèn)題是如何選擇合適的單片開(kāi)關(guān)電源芯片，既能滿足要求，又不因選型不當(dāng)而造成資源的浪費(fèi)。然而，這并非易事。原因之一是單片開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)已形成四大系列、近70種型號(hào)，即使采用同一種封裝的不同型號(hào)，其輸出功率也各不相同；原因之二是選擇芯片時(shí)，不僅要知道設(shè)計(jì)的輸出功率PO，還必須預(yù)先確定開(kāi)關(guān)電源的效率η和芯片的功率損耗PD，而后兩個(gè)特征參數(shù)只有在設(shè)計(jì)安裝好開(kāi)關(guān)電源時(shí)才能測(cè)出來(lái)，在設(shè)計(jì)之前它們是未知的。
下面重點(diǎn)介紹利用TOPSwitch－II系列單片開(kāi)關(guān)電源的功率損耗（PD）與電源效率（η）、輸出功率（PO）關(guān)系曲線，快速選擇芯片的方法，可圓滿解決上述難題。在設(shè)計(jì)前，只要根據(jù)預(yù)期的輸出功率和電源效率值，即可從曲線上查出最合適的單片開(kāi)關(guān)電源型號(hào)及功率損耗值，這不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，還為選擇散熱器提
η/％(Uimin=85V)
中圖法分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編碼：02192713(2000)0948805
PO/W
供了依據(jù)。
1TOPSwitch－II的PD與η、PO關(guān)系曲線
TOPSwitch－II系列的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱通用輸入），固定輸入（也叫單一電壓輸入）兩種情況。二者的交流輸入電壓分別為Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1寬范圍輸入時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列單片開(kāi)關(guān)電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當(dāng)UO=＋5V或者＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖1、圖2所示。這里假定交流輸入電壓最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流輸入電壓Uimax=265V。圖中的橫坐標(biāo)代表輸出功率PO，縱坐標(biāo)表示電源效率η。所畫出的7條實(shí)線分別對(duì)應(yīng)于TOP221～TOP227的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗的等值線（下同）。
1．2固定輸入時(shí)PD與η、PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當(dāng)UO=＋5V或＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖3、圖4所示。這兩個(gè)曲線族對(duì)于208V、220V、240V也同樣適用。現(xiàn)假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正確選擇TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述關(guān)系曲線迅速確定TOPSwitch－II芯片型號(hào)的設(shè)計(jì)程序如下：
（1）首先確定哪一幅曲線圖適用。例如，當(dāng)Ui=85V～265V，UO=＋5V時(shí)，應(yīng)選擇圖1。而當(dāng)Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V時(shí)，就只能選圖4；
（2）然后在橫坐標(biāo)上找出欲設(shè)計(jì)的輸出功率點(diǎn)位置（PO）；
（3）從輸出功率點(diǎn)垂直向上移動(dòng)，直到選中合適芯片所指的那條實(shí)曲線。如不適用，可繼續(xù)向上查找另一條實(shí)線；
（4）再?gòu)牡戎稻€（虛線）上讀出芯片的功耗PD。進(jìn)而還可求出芯片的結(jié)溫（Tj）以確定散熱片的大?。?/p>
（5）最后轉(zhuǎn)入電路設(shè)計(jì)階段，包括高頻變壓器設(shè)計(jì)，元器件參數(shù)的選擇等。
下面將通過(guò)3個(gè)典型設(shè)計(jì)實(shí)例加以說(shuō)明。
例1：設(shè)計(jì)輸出為5V、300W的通用開(kāi)關(guān)電源
通用開(kāi)關(guān)電源就意味著交流輸入電壓范圍是85V～265V。又因UO=＋5V，故必須查圖1所示的曲線。首先從橫坐標(biāo)上找到PO=30W的輸出功率點(diǎn)，然后垂直上移與TOP224的實(shí)線相交于一點(diǎn)，由縱坐標(biāo)上查出該點(diǎn)的η=71.2％，最后從經(jīng)過(guò)這點(diǎn)的那條等值線上查得PD=2.5W。這表明，選擇TOP224就能輸出30W功率，并且預(yù)期的電源效率為71.2％,芯片功耗為2.5W。
若覺(jué)得η=71.2％的效率指標(biāo)偏低，還可繼續(xù)往上查找TOP225的實(shí)線。同理，選擇TOP225也能輸出30W功率，而預(yù)期的電源效率將提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根據(jù)所得到的PD值，進(jìn)而可完成散熱片設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)前對(duì)所用芯片功耗做出的估計(jì)是完全可信的。
根據(jù)已知條件，從圖4中可以查出，TOP223是最佳選擇，此時(shí)PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：計(jì)算TOPswitch－II的結(jié)溫
這里講的結(jié)溫是指管芯溫度Tj。假定已知從結(jié)到器件表面的熱阻為RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外殼的熱阻Rθ1和外殼到散熱片的熱阻Rθ2)、環(huán)境溫度為TA。再?gòu)南嚓P(guān)曲線圖中查出PD值，即可用下式求出芯片的結(jié)溫：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
舉例說(shuō)明，TOP225的設(shè)計(jì)功耗為1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。設(shè)計(jì)時(shí)必須保證，在最高環(huán)境溫度TAM下，芯片結(jié)溫Tj低于100℃，才能使開(kāi)關(guān)電源長(zhǎng)期正常工作。
3根據(jù)輸出功率比來(lái)修正等效輸出功率等參數(shù)
3．1修正方法
如上所述，PD與η，PO的關(guān)系曲線均對(duì)交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規(guī)定的Uimin=85V，而圖3與圖4規(guī)定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規(guī)定，就會(huì)直接影響芯片的正確選擇。此時(shí)須將實(shí)際的交流輸入電壓最小值Uimin′所對(duì)應(yīng)的輸入功率PO′，折算成Uimin為規(guī)定值時(shí)的等效功率PO，才能使用上述4圖。折算系數(shù)亦稱輸出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在寬范圍輸入、固定輸入兩種情況下，K與U′min的特性曲線分別如圖5、圖6中的實(shí)線所示。需要說(shuō)明幾點(diǎn)：
（1）圖5和圖6的額定交流輸入電壓最小值Uimin依次為85V，195V，圖中的橫坐標(biāo)僅標(biāo)出Ui在低端的電壓范圍。
（2）當(dāng)Uimin′>Uimin時(shí)K>1，即PO′>PO，這表明原來(lái)選中的芯片此時(shí)已具有更大的可用功率，必要時(shí)可選輸出功率略低的芯片。當(dāng)Uimin′（3）設(shè)初級(jí)電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin′<85V時(shí)，受TOPSwitch－II調(diào)節(jié)占空比能力的限制，UOR會(huì)按線性規(guī)律降低UOR′。此時(shí)折算系數(shù)K="UOR′"/UOR<1。圖5和圖6中的虛線表示UOR′/UOR與Uimin′的特性曲線，利用它可以修正初級(jí)感應(yīng)電壓值。
現(xiàn)將對(duì)輸出功率進(jìn)行修正的工作程序歸納如下：
（1）首先從圖5、圖6中選擇適用的特性曲線，然后根據(jù)已知的Uimin′值查出折算系數(shù)K。
（2）將PO′折算成Uimin為規(guī)定值時(shí)的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后從圖1～圖4中選取適用的關(guān)系曲線，并根據(jù)PO值查出合適的芯片型號(hào)以及η、PD參數(shù)值。
下面通過(guò)一個(gè)典型的實(shí)例來(lái)說(shuō)明修正方法。
例4：設(shè)計(jì)12V，35W的通用開(kāi)關(guān)電源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。從圖5中查出K=1.15。將PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，計(jì)算出PO=30.4W。再根據(jù)PO值，從圖2上查出最佳選擇應(yīng)是TOP224型芯片，此時(shí)η=81.6％，PD=2W。
若選TOP223，則η降至73.5％,PD增加到5W，顯然不合適。倘若選TOP225型，就會(huì)造成資源浪費(fèi)，因?yàn)樗萒OP224的價(jià)格要高一些，且適合輸出40W～60W的更大功率。
3．2相關(guān)參數(shù)的修正及選擇
（1）修正初級(jí)電感量
在使用TOPSwitch－II系列設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，高頻變壓器以及相關(guān)元件參數(shù)的典型情況見(jiàn)表1，這些數(shù)值可做為初選值。當(dāng)Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224時(shí)，LP=1475μH。當(dāng)K=1.15時(shí)，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器參數(shù)隨Uimin′的變化
最低交流輸入電壓Uimin(V)85195
LED的工作電流IF（mA）3.55.0
光敏三極管的發(fā)射極電流IE（mA）3.55.0
（2）對(duì)其他參數(shù)的影響
當(dāng)Uimin的規(guī)定值發(fā)生變化時(shí)，TOPSwitch－II的占空比亦隨之改變，進(jìn)而影響光耦合器中的LED工作電流IF、光敏三極管發(fā)射極電流IE也產(chǎn)生變化。此時(shí)應(yīng)根據(jù)表2對(duì)IF、IE進(jìn)行重新調(diào)整。
TOPSwitch－II獨(dú)立于Ui、PO的電源參數(shù)值，見(jiàn)表3。這些參數(shù)一般不受Uimin變化的影響。
表3獨(dú)立于Ui、PO的電源參數(shù)值
獨(dú)立參數(shù)典型值
開(kāi)關(guān)頻率f(kHz)100
輸入保護(hù)電路的箝位電壓UB(V)200
輸出級(jí)肖特基整流二極管的正向壓降UF(V)0.4
初始偏置電壓UFB(V)16
（3）輸入濾波電容的選擇
參數(shù)TOP221TOP222TOP223TOP224TOP225TOP226TOP227
高頻變壓器初級(jí)電感LP(μH)86504400220014751100880740
高頻變壓器初級(jí)泄漏電感LPO(μH)175904530221815
次級(jí)開(kāi)路時(shí)高頻變壓器的諧振頻率fO(kHz)400450500550600650700
初級(jí)線圈電阻RP（mΩ）50001800650350250175140
2測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1NI-VISA調(diào)用程控電源功能的實(shí)現(xiàn)
在本測(cè)試系統(tǒng)中，工控機(jī)采用NI公司的PX-I-8110，可編程直流電源采用TOELLNER公司生產(chǎn)的TOE8815-64。工控機(jī)與可編程直流電源之間的通信利用Agilent公司的USB/GPIB轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)[1]。在利用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)控制程序時(shí)，需要使用LabVIEW軟件中的[VISAOpen]子VI，并指定程控交流電源的GPIB地址，例如在本測(cè)試系統(tǒng)中程控直流電源的GPIB地址為GPIB0：1：IN-STR，通過(guò)這樣的設(shè)置就可以建立起工控機(jī)與直流電源之間的聯(lián)系[1]。
2.2可編程直流電源的控制指令的實(shí)現(xiàn)
在測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行模擬輸出時(shí)，最重要的是將采集到的波形進(jìn)行提煉，并通過(guò)控制程控直流電源進(jìn)行輸出。在這里，需要設(shè)置的參數(shù)為電壓、電流、時(shí)間以及起始和結(jié)束地址等。在GPIB模式下，TOE8155的控制可被設(shè)置為“聽(tīng)”模式和“說(shuō)”模式。TOE8155的指令架構(gòu)符合IEEE-488.2標(biāo)準(zhǔn)，除了上述標(biāo)準(zhǔn)中通用的指令外，TOE8155還具有專門的控制指令集，可通過(guò)工控機(jī)對(duì)直流電源進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和輸出控制，且需要向直流電源傳送符合TOE8155語(yǔ)法格式的控制指令[2]。其中，在本測(cè)試系統(tǒng)中需要用到的TOE8155特定的部分主要指令有[3]：（1）FBbbb將程序設(shè)置為觸發(fā)模式，循環(huán)次數(shù)設(shè)置為bbb（=0...255）；（2）FCVaaa,eee初始地址為aaa，終止地址為eee間的電壓值線性計(jì)算；aaa=0...999，eee=0...999；（3）FCCaaa,eee初始地址為aaa，終止地址為eee間的電流值線性計(jì)算；aaa=0...999，eee=0...999；（4）FCTaaa,eee初始地址為aaa，終止地址為eee間的時(shí)間值線性計(jì)算；aaa=0...999，eee=0...999；由于這些特定指令，在LabVIEW中并無(wú)現(xiàn)成的控件可供使用，因此，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，相當(dāng)一部分的工作量為針對(duì)特定指令控件子VI的編程。以FCV指令為例，其子VI的LabVIEW編程見(jiàn)圖2和圖3。汽車啟動(dòng)瞬間的電源電壓波形不是一個(gè)周期性、規(guī)律的電壓波形，見(jiàn)圖4（某汽車啟動(dòng)瞬間的因此，在進(jìn)行模擬電壓的設(shè)定時(shí)，這種電壓信號(hào)是由幾段不同狀態(tài)的電壓信號(hào)組成的，程序定義時(shí)不僅要設(shè)置每段電壓信號(hào)的電壓幅值、持續(xù)時(shí)間，和起始終止地址位等信息，還有設(shè)置兩端相鄰電壓信號(hào)之間的過(guò)渡時(shí)間[4]。在本設(shè)計(jì)中，是利用LabVIEW軟件中的簇和條件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的[3]。寫入波形程序編輯見(jiàn)圖5。
2.3自動(dòng)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)
前面提到，測(cè)試系統(tǒng)中很重要的一部分是波形采集，這個(gè)需要針對(duì)不同的車型，以及各不同車型的不同階段。這意味著需要進(jìn)行大量的模擬波形的調(diào)用并輸出。因此，采用自動(dòng)測(cè)試的方式可以有效地降低測(cè)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，更能提高測(cè)試系統(tǒng)的效率。在本測(cè)試系統(tǒng)中，利用Test-stand與sequenc系列調(diào)用測(cè)試程序的子VI，其架構(gòu)見(jiàn)圖6[5]。由于成本的考慮，車載電器件往往多為平臺(tái)產(chǎn)品，但是也存在個(gè)別車載電器件是專用件的情況。因此在技術(shù)人員選擇測(cè)試波形的分類時(shí)，參考圖7的測(cè)試流程進(jìn)行操作。測(cè)試系統(tǒng)的操作時(shí)，首先選擇被測(cè)DUT所應(yīng)用的車型，其次，導(dǎo)入該車型的電源曲線，并進(jìn)行模擬測(cè)試。在測(cè)試完成后，判斷該DUT是否為平臺(tái)化產(chǎn)品，如果判定結(jié)果為“是”，則導(dǎo)入該DUT所應(yīng)用的各車型電源曲線，并進(jìn)行模擬測(cè)試；如果判定結(jié)果為“否”，則再次進(jìn)行是否隨即抽取模擬波形并測(cè)試的判定。若判定結(jié)果為“是”，則隨機(jī)導(dǎo)入電源曲線，并進(jìn)行模擬測(cè)試，若判定結(jié)果為“否”，則完成測(cè)試，退出程序。
IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)對(duì)以太網(wǎng)供電（POE）做出了詳盡的規(guī)定，它允許通過(guò)以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)提供48V電源，IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)中定義的電源供電設(shè)備（PSE）是能夠通過(guò)10BASE－T、100BASE－T或者1000BASE－T網(wǎng)絡(luò)提供電源的DTE或者M(jìn)idspan設(shè)備，而IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)中定義的受電設(shè)備（PD）則是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從電源供電設(shè)備（PSE）取得電源的設(shè)備。IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的PSE可以提供約13W功率。從而使小型數(shù)據(jù)設(shè)備可以通過(guò)它們的以太網(wǎng)連接獲得電源，而不需要從墻上的交流電源插座獲取電源。這些設(shè)備包括數(shù)字VoIP電話、網(wǎng)絡(luò)無(wú)線接入點(diǎn)、因特網(wǎng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)電話、安全攝像機(jī)或任何以太網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)設(shè)備。IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)的推出，大大擴(kuò)展了以太網(wǎng)的應(yīng)用，同時(shí)也給以太網(wǎng)帶來(lái)了巨大的發(fā)展空間。
1MAX5941的功能
MAX5941A／MAX5941B是一款高度集成的電源IC，適用于以太網(wǎng)供電（POE）系統(tǒng)中的受電設(shè)備（PD）。MAX5941A／MAX5941B有兩個(gè)功能，一是提供PSE與PD之間的接口，二是通過(guò)DC－DCPWM控制器實(shí)現(xiàn)48V電源轉(zhuǎn)換以輸出5V或者PD所需要的電壓，輸出電壓可實(shí)現(xiàn)隔離或者非隔離。MAX5941A的最大占空比為85％，可用于反激式轉(zhuǎn)換器。MAX5941B的占空比限制在50％以內(nèi)，主要用于單端正激式轉(zhuǎn)換器中。
2IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)的PD接口特性
MAX5941的PD接口特性符合IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)，可為PD提供偵測(cè)特征信號(hào)和分級(jí)信號(hào)，此外，MAX5941還集成了一個(gè)具有可編程浪涌電流控制功能的集成隔離開(kāi)關(guān)，同時(shí)還具有寬滯回供電模式欠壓鎖定（UVLO）以及“電源好”狀態(tài)輸出等功能。
在偵測(cè)和分級(jí)期間，由于集成的MOSFET可提供PD隔離，MAX5941可保證偵測(cè)階段的泄漏電流失調(diào)小于10μA。其可編程限流功能可防止上電期間產(chǎn)生很高的浪涌電流。這些器件的UVLO供電模式具有寬滯回和長(zhǎng)故障消隱時(shí)間等特性，因而可補(bǔ)償電壓在雙絞電纜上的阻性衰減，并確保系統(tǒng)在偵測(cè)、分級(jí)和上／掉電諸狀態(tài)間無(wú)擾動(dòng)地轉(zhuǎn)換。MAX5941的UVLO門限可調(diào)，并具有一個(gè)兼容于IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)的缺省值。MAX5941可工作于PD前帶有或不帶二級(jí)管橋的設(shè)計(jì)中。
圖1
MAX5941有三種不同的工作模式：PD偵測(cè)、PD分級(jí)和PD供電模式。
偵測(cè)模式（1．4V≤VIN≤10．1V）下，供電設(shè)備（PSE）將向VIN施加兩種1．4V～10．1V范圍內(nèi)的電壓（最小步長(zhǎng)1V），然后記錄兩個(gè)點(diǎn)的電流值，并由PSE計(jì)算ΔV／ΔI，以確認(rèn)25．5kΩ特征電阻是否存在。在此模式下，MAX5941內(nèi)部的大部分電路處于關(guān)閉狀態(tài)，失調(diào)電流小于10μA。如果施加在PD上的電壓有可能被顛倒，則需要在輸入端安裝保護(hù)二極管，以免對(duì)MAX5941造成內(nèi)部損傷。由于PSE使用斜率技術(shù)（ΔV／ΔI）來(lái)計(jì)算特征阻抗，這樣，保護(hù)二極管引起的直流偏差已被扣除，因而不會(huì)影響偵測(cè)過(guò)程。
分級(jí)模式（12．6V≤VIN≤20V）下，PSE根據(jù)PD所要求的功率對(duì)PD進(jìn)行分級(jí)。以便PSE高效地管理功率分配。IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)定義了五個(gè)不同的級(jí)別。分級(jí)電流可由連接在RCL與VEE之間的外部電阻（RCL）來(lái)設(shè)定。PSE通過(guò)在PD輸入端施加一個(gè)電壓，以及測(cè)量流出PSE的電流來(lái)確定PD的分級(jí)。當(dāng)PSE施加一個(gè)介于12．6V～20V之間的電壓時(shí)。PSE利用分級(jí)電流信息區(qū)分PD所需要的功率。分級(jí)電流包括25．5kΩ?jìng)蓽y(cè)特征電阻吸收的電流和MAX5941的電源電流，PD吸收的總電流應(yīng)在IEEE802．3af標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)。進(jìn)入供電模式后，分級(jí)電流將被關(guān)斷。
供電模式下，當(dāng)VIN上升至欠壓鎖定門限(VUV-LO,ON)以上時(shí)，MAX5941將逐步開(kāi)啟內(nèi)部N溝道MOSFET管Q1。圖1是MAX5941的內(nèi)部接口電路框圖。MAX5941用一個(gè)恒流（典型值為10μA）對(duì)Q1柵極充電。Q1的漏－柵電容限制了MOSFET漏極電壓的上升速率，因而限制了浪涌電流。為了降低浪涌電流，也可在外部添加漏－柵電容。當(dāng)Q1的漏－源電壓降至1．2V以下，且柵－源電壓高于5V時(shí)，MAX5941會(huì)發(fā)出“電源好”信號(hào)。由于MAX5941具有較寬的UVLO滯回和關(guān)斷消隱時(shí)間，因而可補(bǔ)償雙絞電纜的高阻抗。
3用MAX5941實(shí)現(xiàn)48V電源轉(zhuǎn)換
MAX5941是電流模式的PWM控制器，可將48V輸入電源轉(zhuǎn)換成5V電壓輸出，MAX5941用內(nèi)部穩(wěn)壓器取代高功耗的啟動(dòng)電阻，這不但可為MAX5941提供啟動(dòng)所需的電能，還能穩(wěn)定第三（偏置）繞組的輸出電壓，從而為IC提供穩(wěn)定的工作電源。開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器將V＋調(diào)整到VCC并為器件提供偏置。啟動(dòng)之后，改由VDD穩(wěn)壓器從第三繞組輸出穩(wěn)定的VCC。此結(jié)構(gòu)只需一只很小的電容即可對(duì)第三繞組的輸出進(jìn)行濾波，從而省下了一只濾波電感的成本。
在設(shè)計(jì)第三繞組時(shí)，所設(shè)計(jì)的線圈匝數(shù)應(yīng)保證最小反射電壓始終大于12．7V。而最大反射電壓則必須小于36V。
為降低功耗，當(dāng)VDD電壓達(dá)到12．7V后，可以將高壓調(diào)節(jié)器關(guān)掉。這樣可以降低功耗并改善效率。如果VCC降低到欠壓鎖定門限（VCC＝6．6V）以下，低壓調(diào)節(jié)器將被關(guān)閉，電路重新進(jìn)入軟啟動(dòng)。此時(shí)欠壓鎖定狀態(tài)MOSFET驅(qū)動(dòng)器的輸出（NDRV）保持為低。
如果輸入電壓介于13～36V之間，只要不超出最大功耗，就可以將V＋和VDD連接到線電壓。這樣就可省掉第三繞組。
4MAX5941的設(shè)計(jì)實(shí)例
MAX5941的一般設(shè)計(jì)步驟如下：
確定具體需求
設(shè)定輸出電壓
計(jì)算變壓器主、副繞組匝比
計(jì)算復(fù)位繞組與主繞組匝比
計(jì)算第三繞組與主繞組匝比
計(jì)算檢流電阻值
計(jì)算輸出電感值
選擇輸出電容。
圖2
圖2是用MAX5941B設(shè)計(jì)的正激式DC／DC轉(zhuǎn)換器，具體計(jì)算如下：
(1)對(duì)于30V≤VIN≤67V，VOUT＝5V，IOUT＝10A，VRIPPLE≤50mV的要求。開(kāi)啟門限應(yīng)設(shè)為38．6V。
(2)設(shè)定輸出電壓時(shí)，可根據(jù)下式計(jì)算電阻R1和R2：
VREF／VOUT＝R2／(R1＋R2)
式中VREF是并聯(lián)調(diào)節(jié)器的基準(zhǔn)電壓。
（3）根據(jù)最小輸入電壓和MAX5941B的最大占空比下限（44％）計(jì)算變壓器匝比時(shí)，為了能夠使用漏－源擊穿電壓小于200V的MOSFET，本設(shè)計(jì)選用最大占空比為50％的MAX5941B。然后根據(jù)下式計(jì)算匝數(shù)比：
NS／NP≥（VOUT＋VD1×DMAX）／（DMAX×VIN＿M(jìn)IN）
式中：NS／NP為匝數(shù)比（NS是副繞組匝數(shù)，NP是主繞組匝數(shù)），VOUT為輸出電壓（5V），VD1為D1上的壓降（功率肖特基二極管典型壓降為0．5V），DMAX為最大工作占空比的最小值（44％），VIN＿M(jìn)IN為最小輸入電壓（30V），對(duì)于本例：NS／NP≥0．395，選擇NP＝14時(shí)，NS＝6。
（4）較低的復(fù)位繞組匝比（NR／NP）可確保變壓器中的所有能量在最大占空比下的關(guān)閉周期內(nèi)能夠全部返回V＋。可用下式來(lái)確定復(fù)位繞組匝比：
NR≤NP×（1－DMAX＇）／DMAX＇
式中：NR／NP為復(fù)位繞組匝比，DMAX＇為占空比的最大值（50％），計(jì)算NR＝14。
（5）選擇第三繞組匝比（NT／NP），以使最小輸入電壓能夠在VDD處提供最小工作電壓（13V）。可采用下式計(jì)算第三繞組匝比：
NP（VDDMIN＋0．7）／VIN＿M(jìn)IN≤NT≤NP（VDDMAX＋0．7）／VIN＿M(jìn)AX
式中：VDDMIN是最小VDD電源電壓（13V），VDDMAX是最大VDD電源電壓（30V），VIN＿M(jìn)IN是最小輸入電壓（30V），VIN＿M(jìn)AX是最大輸入電壓（本設(shè)計(jì)為67V），NP是主繞組匝數(shù)，NT是第三繞組匝數(shù)：可選擇NT＝7。
（6）根據(jù)下式選擇RSENSE：
RSENSE≤VILIM／（NS×1．2×IOUTMAX／NP）
式中：VILIM是檢流比較器的觸發(fā)門限電壓（0．465V），NS／NP是副端匝比（本例為5／14），IOUTMAX是最大直流輸出電流（本例為10A），RSENSE選90．4mΩ。
（7）選擇電感時(shí)，應(yīng)使電感中的峰值紋波電流（LIR）介于最大輸出電流的10％和20％之間：
引言
本監(jiān)控系統(tǒng)是為鐵路用4kVA/25Hz主從熱備份逆變電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。
4kVA/25Hz主從逆變電源是電氣化鐵路區(qū)段信號(hào)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，有兩相輸出：110V/1.6kVA局部電壓（A相）；220V/2.4kVA軌道電壓（B相）；兩相均為25Hz，且要求A相恒超前B相90°。由于逆變器是給重要負(fù)載供電，且負(fù)載不允許斷電，故采用雙機(jī)熱備份系統(tǒng)，一旦主機(jī)發(fā)生故障，要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)切換，因此，備份逆變器一直處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)。由于逆變器經(jīng)過(guò)了整流，逆變兩級(jí)能量變換，功率較大，且指標(biāo)要求較高，必須要采用先進(jìn)的控制技術(shù)；同時(shí)為了安全實(shí)現(xiàn)主從切換，也必須要有完善的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖相，保證整機(jī)的安全。
1監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求
根據(jù)實(shí)際情況，本系統(tǒng)主要完成以下功能：
1）主從切換功能主從控制之間實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確無(wú)誤的切換，具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能，保證切換時(shí)電壓同頻率，同相位，同幅值；
2）鎖相功能主從機(jī)組局部電壓同頻同相，同一機(jī)組內(nèi)A相恒超前B相90°；
3）完善的保護(hù)功能具有軟起動(dòng)功能，以避免啟動(dòng)瞬間電壓過(guò)沖對(duì)逆變器及負(fù)載的沖擊，以及輸出過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)，頻率、相位超差保護(hù)，橋臂直通保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)等；
4）顯示功能實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù)及工作狀態(tài)并具有聲光報(bào)警功能，以提示值班人員及時(shí)排除故障；
5）通信功能具有主從機(jī)組之間通信，與監(jiān)控中心（上位機(jī)）通信等功能；
6）抗干擾功能系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力。
2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1DS80C320單片機(jī)簡(jiǎn)介
DS80C320是DALLAS公司的高速低功耗8位單片機(jī)。它與80C31/80C32兼容，使用標(biāo)準(zhǔn)8051指令集。與普通單片機(jī)相比有以下新特點(diǎn)：
1）為P1口定義了第二功能，從而共有13個(gè)中斷源（其中外部中斷6個(gè)），3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙工硬串行口；
2）高速性能，4個(gè)時(shí)鐘周期/機(jī)器周期，最高振蕩頻率可達(dá)33MHz，雙數(shù)據(jù)指針DPTR；
3）內(nèi)置可編程看門狗定時(shí)器，掉電復(fù)位電路；
4）提供DIP，PLCC和TQFP三種封裝。
2.2基于DS80C320的監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
按照上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了如圖1所示的監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，分為微處理器及外設(shè)模塊，模擬量采集模塊，開(kāi)關(guān)量采集模塊，頻率及相差測(cè)量模塊，控制量輸出模塊，人機(jī)接口模塊，同步信號(hào)模塊以及通信模塊。
1）微處理器及外設(shè)模塊微處理器采用DS80C320，非常適合于監(jiān)控。本系統(tǒng)充分利用前面已提及的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)與編程，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)系統(tǒng)需要擴(kuò)展了一片8255，一片E2PROM和一片8254。
2）模擬量采集模塊根據(jù)采集精度要求以及被采集量變化緩慢的特點(diǎn)，采用AD公司的高速12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A，其內(nèi)部集成有轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，參考電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換時(shí)間25μs，并通過(guò)ADG508A擴(kuò)展模擬量輸入通道。
3）開(kāi)關(guān)量采集模塊首先經(jīng)光耦進(jìn)行隔離后，再通過(guò)與門送入單片機(jī)的外部中斷口，同時(shí)通過(guò)8255送入單片機(jī)，采取先中斷后查詢的方式。
4）頻率及相差測(cè)量模塊信號(hào)先經(jīng)過(guò)具有遲滯特性的過(guò)零比較器轉(zhuǎn)換為方波，然后通過(guò)雙四選一開(kāi)關(guān)4052送入單片機(jī)，通過(guò)定時(shí)器T0來(lái)計(jì)算頻率和相差。
5）控制量輸出模塊通過(guò)光耦控制輸出，實(shí)現(xiàn)可靠隔離。
6）人機(jī)接口模塊包括按鍵和顯示部分。通過(guò)簡(jiǎn)單的按鍵選擇，實(shí)現(xiàn)電流、電壓、頻率及相差的顯示。顯示部分采用8279驅(qū)動(dòng)8位七段LED顯示，同時(shí)通過(guò)發(fā)光二極管和蜂鳴器提示運(yùn)行狀態(tài)。
7）同步信號(hào)模塊本模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖相。單片機(jī)控制8254產(chǎn)生局部同步脈沖和軌道同步脈沖，同步脈沖用來(lái)復(fù)位正弦基準(zhǔn)。通過(guò)軟件控制同步信號(hào)的頻率，可實(shí)現(xiàn)主從鎖相和局部及軌道的相位跟蹤。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程將在下文詳述。
8）通信模塊采用了RS232和RS485兩種通信方式。利用串口0采用RS232實(shí)現(xiàn)與另一機(jī)組監(jiān)控單元的雙機(jī)通信，獲取對(duì)方機(jī)組狀態(tài)信息；利用串口1采用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，完成傳輸數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程報(bào)警等功能。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)軟件流程
主程序流程圖如圖2所示。系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先對(duì)單片機(jī)，芯片及控制狀態(tài)進(jìn)行初始化；然后讀取AC/DC模塊的工作狀態(tài)，若正常則啟動(dòng)DC/AC模塊，否則轉(zhuǎn)故障處理；開(kāi)啟DC/AC后，讀入其工作狀態(tài)并判斷輸出電壓是否滿足要求，有故障轉(zhuǎn)故障處理，正常則開(kāi)啟故障中斷；接下來(lái)進(jìn)行主從機(jī)組判斷和相位跟蹤，實(shí)現(xiàn)主從相位同步和局部及軌道電壓的鎖相；只有在實(shí)現(xiàn)鎖相后，才采用查詢方式處理鍵盤及測(cè)量顯示。在軟件編制中，鍵盤中斷是關(guān)閉的。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)人機(jī)交互通道采用這種查詢處理方法，完全可以滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。開(kāi)關(guān)量的輸入采取先產(chǎn)生中斷，后查詢的方法，保證了響應(yīng)的實(shí)時(shí)性和逆變系統(tǒng)的安全性。
3.2系統(tǒng)采用的主要算法和技術(shù)
3.2.1交流采樣算法
測(cè)量顯示大信號(hào)的交流量時(shí)，通過(guò)互感器得到適合A/D轉(zhuǎn)換的交流小信號(hào)，然后對(duì)小信號(hào)進(jìn)行采樣，最后對(duì)采樣數(shù)據(jù)采用一定的算法，得到正確的顯示值。均方根法是目前常用的算法，其基本思想是依據(jù)周期連續(xù)函數(shù)的有效值定義，將連續(xù)函數(shù)離散化，從而得出電壓的表達(dá)式
式中：n為每個(gè)周期均勻采樣的點(diǎn)數(shù)；
ui為第i點(diǎn)的電壓采樣值。
3.2.2數(shù)字濾波算法
A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，被采樣的信號(hào)可能受到干擾，從采樣數(shù)據(jù)列中提取逼近真值數(shù)據(jù)時(shí)采用的軟件算法，稱為數(shù)字濾波算法。目前常用的方法有程序判斷濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波、加權(quán)平均濾波、滑動(dòng)平均濾波等。根據(jù)本系統(tǒng)對(duì)采集精度有較高要求以及被采集的模擬量變化緩慢的特點(diǎn)，采用程序判斷濾波法和算術(shù)平均濾波法相結(jié)合的濾波方法，即進(jìn)行多周期采樣，取其算術(shù)平均值作為有效采樣值。每次采樣后和上次有效采樣值比較，如果變化幅度不超過(guò)一定幅值，采樣有效；否則視為無(wú)效放棄。
3.2.3單片機(jī)鎖相技術(shù)
本監(jiān)控系統(tǒng)一個(gè)很重要的功能是實(shí)現(xiàn)相位同步，即保證主從機(jī)組的相位同步和機(jī)組內(nèi)局部電壓相位恒超前軌道電壓相位90°。本系統(tǒng)鎖相的基本原理是，對(duì)于頻率相同而相位不同步的兩路信號(hào)，比如A路和B路，若A路為基準(zhǔn)，B路超前（滯后）一定的相位，可以通過(guò)適當(dāng)降低（增大）B路信號(hào)的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)相位調(diào)整進(jìn)而鎖相，最后再把B路頻率置為原頻率值。
本系統(tǒng)中，單片機(jī)控制8254產(chǎn)生25Hz同步脈沖，同步脈沖用來(lái)復(fù)位正弦基準(zhǔn)，使基準(zhǔn)正弦波重新從零值開(kāi)始?；鶞?zhǔn)正弦波與三角波比較產(chǎn)生SPWM波，經(jīng)逆變得到與基準(zhǔn)正弦同頻的交流輸出，因此，通過(guò)調(diào)整同步脈沖的頻率可改變正弦基準(zhǔn)的頻率，進(jìn)而可改變被調(diào)整輸出電壓的相位。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的鎖相要求，需要從機(jī)組局部電壓跟蹤主機(jī)組的局部電壓，各機(jī)組軌道電壓跟蹤本機(jī)組的局部電壓。因此，要有主從局部鎖相和局部軌道相位跟蹤兩個(gè)子程序。
鎖相的流程圖如圖3及圖4所示。首先由多路開(kāi)關(guān)選擇要鎖相的兩路信號(hào)，由單片機(jī)測(cè)量相位差，并對(duì)所得相位差數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的運(yùn)算和處理后，判斷有無(wú)超差。倘若相位超差，則根據(jù)超差范圍確定同步脈沖的頻率值。如果是主從局部鎖相，則應(yīng)同時(shí)改變從機(jī)組局部和軌道的同步脈沖；否則，若為局部、軌道相位跟蹤，則只改變本機(jī)組軌道的同步脈沖。通過(guò)調(diào)整同步脈沖，可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)整。實(shí)現(xiàn)鎖相后，同步脈沖的頻率置為25Hz返回。
4抗干擾措施
由于該監(jiān)控系統(tǒng)工作于強(qiáng)電環(huán)境，很容易受到各種干擾的影響。干擾一旦串入系統(tǒng)，輕則會(huì)引起誤報(bào)，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，甚至造成重大事故。本系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面采取了抗干擾措施，保證了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
4.1硬件抗干擾措施
1）光電隔離在輸入和輸出通道上采用光耦合器件進(jìn)行信息傳輸，在電氣上將單片機(jī)與各種傳感器、開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔離開(kāi)來(lái)，可以較好地防止串模干擾。
2）加去耦電路在電源進(jìn)線端加去耦電容，削弱各類高頻干擾。
3）合理布置地線系統(tǒng)中的數(shù)字地與模擬地分開(kāi)，最后在一點(diǎn)相連，避免了數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾。
4）數(shù)字信號(hào)采用負(fù)邏輯傳輸騷擾源作用于高阻線路時(shí)易形成較大干擾，而在數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中，輸出低電平時(shí)內(nèi)阻要小些，因此，定義低電平為有效（使能）信號(hào)，高電平為無(wú)效信號(hào)，可減少干擾引起的誤動(dòng)作，提高控制信號(hào)的可靠性。
4.2軟件抗干擾措施
1）利用可編程硬邏輯看門狗將單片機(jī)從死循環(huán)和跑飛狀態(tài)中拉出，使單片機(jī)復(fù)位。而DS80C320提供了內(nèi)部可編程硬邏輯看門狗，不須外加電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的超時(shí)復(fù)位。同時(shí)，DS80C320還為一些重要的看門狗控制位提供了訪問(wèn)保護(hù)，防止單片機(jī)失控后對(duì)這些重要的控制位進(jìn)行非法操作，進(jìn)一步保證了程序的安全性。
2）對(duì)于數(shù)字信號(hào)采集，利用干擾信號(hào)多呈毛刺狀且作用時(shí)間短這一特點(diǎn)，多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上采集結(jié)果完全一致才認(rèn)為有效。數(shù)字信號(hào)輸出時(shí)，重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)，其重復(fù)周期盡可能短，使外部設(shè)備對(duì)干擾信號(hào)來(lái)不及作出有效反應(yīng)。
3）對(duì)模擬量的采樣和處理，采用數(shù)字濾波技術(shù)。
中國(guó)古典園林歷史悠久，造園藝術(shù)更是源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，早在周五王時(shí)期就有建宮苑的活動(dòng)，她的形成主要受統(tǒng)治階級(jí)的思想及佛道、繪畫、詩(shī)詞的藝術(shù)影響，如在魏、晉、南北朝時(shí)期，統(tǒng)治階級(jí)爭(zhēng)奪激烈，國(guó)家呈分裂狀態(tài)，加之道、佛盛行的影響，產(chǎn)生了玄學(xué)，這時(shí)的士大夫，或人欲享樂(lè)，或潔身自好，或遨游山水，導(dǎo)致了自然審美觀的形成，治園特點(diǎn)也多為自然情趣的田園山水。
中國(guó)古典園林的構(gòu)造，主要是在自然山水基礎(chǔ)上，鋪以人工的宮，廊、樓、閣等建筑，以人工手段效仿自然，其中透視著不同歷史時(shí)期的人文思想，特別是詩(shī)、詞、繪畫的思想境界。
1.1中國(guó)古典園林的本質(zhì)特征體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
1.1.1模山范水的景觀類型
地形地貌，水文地質(zhì)，鄉(xiāng)土植物等自然資源構(gòu)成的鄉(xiāng)土景觀類型，是中國(guó)古典園林的空間主體的構(gòu)成要素。鄉(xiāng)土材料的精工細(xì)做，園林景觀的意境表現(xiàn)，是中國(guó)我傳統(tǒng)的園林的主要特色之一。中國(guó)古典園林強(qiáng)調(diào)“雖由人做，宛自天開(kāi)”，強(qiáng)調(diào)“源于自然而高于自然”，強(qiáng)調(diào)人對(duì)自然的認(rèn)識(shí)和感受。
1.1.2適宜人居的理想環(huán)境
追求理想的人居環(huán)境，營(yíng)造健良舒適，清新宜人的小氣候條件，由于中國(guó)古代生活環(huán)境相對(duì)惡劣，中國(guó)古典園林造景都非常注重小氣候條件的改善，營(yíng)造更加舒適宜人的環(huán)境，如山水的布局、植物的種植、亭廊的構(gòu)建等，無(wú)不以光影、氣流、溫度等人體舒適性的影響因子為依據(jù)，形成舒適宜人居住生活的理想環(huán)境。
1.1.3巧于因借的視域邊界
不拘泥于庭院范圍，通過(guò)借景擴(kuò)大空間視覺(jué)邊界，使園林景觀與外面的自然景觀等相聯(lián)系、相呼應(yīng)，營(yíng)造整體性園林景觀。無(wú)論動(dòng)觀或者靜觀都能看到美麗的景致，追求無(wú)限外延的空間視覺(jué)效果。
1.1.4循序漸進(jìn)的空間組織
動(dòng)靜結(jié)合、虛實(shí)對(duì)比、承上啟下、循序漸進(jìn)、引人入勝、漸入佳境的空間組織手法和空間的曲折變化，園中園式的空間布局原則常常將園林整體分隔成許多不同形狀、不同尺度和不同個(gè)性的空間，并將形成空間的諸要素糅合在一起，參差交錯(cuò)、互相掩映，將自然、山水、人文景觀等分割成若干片段，分別表現(xiàn)，使人看到空間局部交錯(cuò)，以形成豐富得似乎沒(méi)有盡頭的景觀。
1.1.5小中見(jiàn)大的空間效果
古代造園藝術(shù)家們抓住大自然中的各種美景的典型特征提煉剪裁，把峰巒溝壑一一再現(xiàn)在小小的庭院中，在二維的園址上突出三維的空間效果?！耙杂邢廾娣e，造無(wú)限空間”?！按蟆焙汀靶 笔窍鄬?duì)的，關(guān)鍵是“假自然之景，創(chuàng)山水真趣，得園林意境”。
1.1.6耐人尋味的園林文化
人們常常用山水詩(shī)、山水畫寄情山水，表達(dá)追求超脫與自然協(xié)調(diào)共生的思想和意境。古典園林中常常通過(guò)楹聯(lián)匾額、刻石、書法、藝術(shù)、文學(xué)、哲學(xué)、音樂(lè)等形式表達(dá)景觀的意境，從而使園林的構(gòu)成要素富于內(nèi)涵和景觀厚度。
2、中國(guó)古典園林走向世界
在我國(guó)古代不論是皇家苑囿或私人園林多以自己欣賞和生活，且極反映出主人的意識(shí)和價(jià)值取向，或炫耀氣勢(shì)惟我獨(dú)尊，或夸耀顯貴光宗耀祖，或避世取幽修身養(yǎng)性。這些園林的設(shè)計(jì)修建思想無(wú)一不是當(dāng)時(shí)統(tǒng)治階層的思想反映。這也進(jìn)一步鞏固了“閉關(guān)鎖國(guó)”的政策，使中國(guó)的古典園林騰達(dá)于這一時(shí)期而無(wú)法飛躍。
直到20世紀(jì)70年代末，我國(guó)實(shí)行了改革開(kāi)放政策，結(jié)束了“閉關(guān)鎖國(guó)”的狀況。在這種歷史條件下，出現(xiàn)了中國(guó)的造園師在海外建造中國(guó)古典園林的想象，近30年來(lái)不斷得到發(fā)展。
中國(guó)的古典園林猶如中國(guó)傳統(tǒng)文化和歷史文化，數(shù)千年來(lái)在中華大地上孕育、生長(zhǎng)、并發(fā)展成熟，她正以自己獨(dú)特的形式和內(nèi)涵形成自己獨(dú)特的藝術(shù)風(fēng)格，是世界藝術(shù)百花叢中一簇芬芳之花，在世界園林中獨(dú)樹(shù)一幟。
2.1我們?cè)趪?guó)外進(jìn)行造園活動(dòng)大體有以下幾種方式：
2.1.1國(guó)家或地方政府的名義參加國(guó)際園藝或博覽會(huì)建園；
2.1.2中外友好省、州（縣）、友好城市之間互贈(zèng)建園；
2.1.3承接國(guó)外政府、社會(huì)團(tuán)體或私人建園等；
中國(guó)的古典園林走向世界是我國(guó)的園林設(shè)計(jì)師和技術(shù)工人在新的歷史時(shí)期為宣傳、介紹中國(guó)傳統(tǒng)園林藝術(shù)，增進(jìn)中外園林界和人民之間友誼、促進(jìn)我國(guó)園林事業(yè)發(fā)展作出寶貴貢獻(xiàn)，不僅有很好的設(shè)計(jì)效益，同時(shí)也能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3、中國(guó)古典園林走向世界的思考
縱觀中國(guó)古典園林海外的一些優(yōu)秀作品，不是模仿國(guó)內(nèi)哪一風(fēng)景名勝，就是各景點(diǎn)的精美元素拼湊、組裝在一起。希望外國(guó)人能通過(guò)一個(gè)園就能夠吸收并理解中國(guó)的園林。這種一成不變、生搬硬套的造園模式已經(jīng)滿足不了當(dāng)代人的需要。
中國(guó)古典園林已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)后世無(wú)法超越的程度，但是我們可以把握古典園林的精髓，在現(xiàn)有的新的歷史條件下，結(jié)合新的材料和技術(shù)，再造中國(guó)古典園林在現(xiàn)代的輝煌。
日本是在中國(guó)古典園林的基礎(chǔ)上演變出具有他們特色的枯山水園林，他們的枯山水在世界上都占有一席之地，發(fā)展得很好。中國(guó)也應(yīng)該有進(jìn)軍世界的新的改革方針去應(yīng)對(duì)世界。日本“禪”的思想領(lǐng)導(dǎo)著他們的園林，我相信，中國(guó)“人與自然的和諧”、“源于自然而高于自然”、“雖由人作，宛自天開(kāi)”的思想同樣也能在新的歷史條件下發(fā)展出新的具有中國(guó)特色而又不失中國(guó)古典園林的“魂”的景觀。
4、中國(guó)古典園林進(jìn)軍世界的改革應(yīng)與全球化戰(zhàn)略融為一體
我們應(yīng)該把古典園林進(jìn)軍世界的改革與全球化戰(zhàn)略融為一體。時(shí)代的變化推動(dòng)園林建設(shè)全球化，這不僅是園林發(fā)展的客觀趨勢(shì)，更是時(shí)代的要求，而在實(shí)施園林建設(shè)的全球化時(shí)，我們首先要強(qiáng)調(diào)中西方文化的差異性。在國(guó)外建設(shè)園林不能簡(jiǎn)單的抄襲或者遷移，而是在新的條件下創(chuàng)作，既要適應(yīng)時(shí)代的需要，又要具有典型的傳統(tǒng)風(fēng)貌。例如：
4.1公園建設(shè)
在公園建設(shè)方面，我們?cè)趶?qiáng)調(diào)民族特色、地域異性的同時(shí)，適度地融入異域民族風(fēng)情，積極應(yīng)用多學(xué)科成果，必能將公園建設(shè)成具有感染力、創(chuàng)造力、風(fēng)格鮮明的''''現(xiàn)代的中國(guó)古典園林”。
4.2城市園林規(guī)劃
在城市園林規(guī)劃方面，應(yīng)整體綜合考慮，建立必要的框架，掌握延伸的角度與層次，形成人與自然和諧的共存空間，而摒棄中國(guó)古典園林的單一成體，就無(wú)法研討中國(guó)古典園林歷史與文化，其園林生命、園林生態(tài)、園林文化就不能永續(xù)發(fā)展。
因此，我們必須在園林建設(shè)中既考慮繼承傳統(tǒng)，又考慮有所創(chuàng)新。既考慮中國(guó)文化，又考慮世界發(fā)展，積極吸取中國(guó)古典園林的造園精髓，保留中國(guó)古典園林的人倫空間和“天人合一”精神，克服她老的功能缺陷和過(guò)分封閉的文化負(fù)面效應(yīng)，使用現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)文化藝術(shù)，更好地將中國(guó)園林建設(shè)推向新的。
5、中國(guó)古典園林在國(guó)內(nèi)的發(fā)展
在國(guó)內(nèi)，古典園林同樣也是一切造景設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。近些年來(lái)，在它的基礎(chǔ)上已經(jīng)形成了多個(gè)學(xué)科交叉的新型學(xué)科，如：園林設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、風(fēng)景園林設(shè)計(jì)等等，這些學(xué)科雖然名稱不一樣，但其所共同追求的“普遍和諧”的傳統(tǒng)觀念都是一樣的。古典園林中“天道與人性和諧”的一貫思想指引著他們將自然山水比德、仁智、“道發(fā)自然”為探求規(guī)律，遵循“反璞歸真”、“樸素自然”為審美標(biāo)準(zhǔn)，以自然而然的大自然才是真、善、美的。
5.1中國(guó)古典園林是現(xiàn)代園林設(shè)計(jì)的靈感之源
中國(guó)古典園林是現(xiàn)代園林設(shè)計(jì)的靈感之源，古典園林的造園思想精髓更是我們現(xiàn)代造園設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，因?yàn)橐粋€(gè)好的園林作品并不是憑空臆造出來(lái)的，而是從“鄉(xiāng)土”中“生長(zhǎng)”出來(lái)的，正如“一方水土養(yǎng)一方人”的道理，一方水土出一方園林景觀。
5.1.1對(duì)中國(guó)古典園林的研究是了解本土地域文化的捷徑
中國(guó)現(xiàn)代風(fēng)景園林的發(fā)展，需要本土風(fēng)景園林師的艱苦努力。中國(guó)的風(fēng)景園林師必須關(guān)注風(fēng)景園林的本土地研究，積極探索富有地域性景觀的文化特征，這樣才能設(shè)計(jì)出“土生土長(zhǎng)”的風(fēng)景園林作品。
5.2中國(guó)古典園林面對(duì)西方思潮的沖擊需把握兩點(diǎn)
5.2.1開(kāi)拓思路，拓展中國(guó)園林的設(shè)計(jì)領(lǐng)域
面對(duì)西方思潮的沖擊，現(xiàn)代設(shè)計(jì)師更要開(kāi)拓思路，挖掘古典園林的現(xiàn)實(shí)意義，把中國(guó)的古典園林造園手法、空間布局形式、造園要素以及文化等等，應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。
中國(guó)古典園林的發(fā)展在一定程度上起源于文人墨客及士大夫階層對(duì)于世事的感悟與態(tài)度，避世及享樂(lè)的意識(shí)促使這2個(gè)階層熱衷于構(gòu)筑“不出世既賞世”的園林形式。階層的態(tài)度導(dǎo)致其意識(shí)領(lǐng)域的開(kāi)放，使其十分重視意境及韻味，對(duì)詩(shī)畫意境的追求也體現(xiàn)在造園態(tài)度上，追求“多方勝境，咫尺山林”般的境界。中國(guó)文人畫作的特點(diǎn)在于寫意，與西方寫實(shí)相比，更多地表達(dá)了一種超脫原貌的精神，這種“開(kāi)高軒以臨山，列綺窗而瞰江”的情懷在園林中的體現(xiàn)，成為了中國(guó)園林的特點(diǎn)——源于自然，高于自然，雖由人作，宛自天開(kāi)。通過(guò)各種身心的感受營(yíng)造整體環(huán)境，來(lái)更進(jìn)一步感受這種自然之美，如拙政園中的留聽(tīng)閣（取意留得殘荷聽(tīng)雨聲）和聽(tīng)雨軒（取意雨打芭蕉），留園中的雪香云蔚亭（來(lái)源于味覺(jué)的感受）等。
1.2形式的表達(dá)
中國(guó)古典園林的一大魅力在于其獨(dú)立性及不可復(fù)制性，留存至今的不論是皇家園林還是私家園林都有其各自的特點(diǎn)，根據(jù)造園的目的、造園人的心性及造園立意的不同，各自擁有獨(dú)一無(wú)二的風(fēng)格特色。如網(wǎng)師園精巧幽深、典雅隱逸的宋代園林；拙政園平淡疏朗、曠遠(yuǎn)明瑟的明代風(fēng)格；留園布置精巧、奇石眾多的清代風(fēng)格。
1.3空間的利用
園林中的不同空間布局與利用呈現(xiàn)出園林之間迥然不同的風(fēng)格。如同借由空間的豐富組成形式，在園林整體環(huán)境構(gòu)成中產(chǎn)生引導(dǎo)的作用，廊的運(yùn)用常具有明顯的引導(dǎo)意味，將人們引致某個(gè)特定景物的所在地。又如利用地形的起伏，在整體垂直立面空間中增強(qiáng)韻律感，亭、廊和榭在立面空間中此起彼伏，再利用建筑本身的輪廓線造成水平面上視覺(jué)的疊加，極富變化容易留下深刻的印象。再者景物虛與實(shí)使得空間滲透效果十分顯著。利用障景、漏景，隔景等手段進(jìn)行分隔空間的處理，在分隔的同時(shí)又使其相互連接和滲透。在密集的景物中產(chǎn)生豐富的變化，曲折幽深卻又不顯閉塞。
2古典園林建筑類型
隨著園林的逐漸發(fā)展興起，人們對(duì)于建筑的要求已經(jīng)不僅僅局限于住房，在這樣的形式下產(chǎn)生了類型豐富的建筑，如堂、廳、樓、閣、館、軒、齋、榭、舫、亭、廊、橋等。人們賦予了每一種建筑形式不同的內(nèi)容加以區(qū)分各自的功能。例如，堂，一般是一家之長(zhǎng)的居住地，也可作為家庭舉行慶典的場(chǎng)所；樓，一般用作臥室、書房或用來(lái)觀賞風(fēng)景，本身也可作一景；榭，一般都是在水邊筑平臺(tái)，用以觀賞為主，又可作休息的場(chǎng)所；亭，體積小巧，造型別致，供人休息、避雨。屋頂?shù)男问蕉嘧?、類型豐富是古典園林建筑的一大特色，各種屋頂運(yùn)用不同，表現(xiàn)的效果也不同。例如，廡殿頂因其造型大氣和裝飾精巧多見(jiàn)于皇家及寺觀園林；歇山頂因其屋脊靈巧富于變化在園林建筑中最為常見(jiàn)；硬山頂樣式簡(jiǎn)單，是人字形屋頂?shù)囊环N；懸山頂形式較為多變，也是人字形屋頂?shù)囊环N；卷棚頂線條較為平緩，緩和建筑的聳立感；攢尖頂因其靈活輕巧多用于體量較小的建筑，平面形式多樣。在這些屋頂形式的基礎(chǔ)上，造園者又在屋頂上加蓋一層，形成重檐，較于單檐屋頂更顯莊重大氣，二者的組合搭配提升了建筑的可觀性。
3現(xiàn)代園林中對(duì)古典元素的運(yùn)用
現(xiàn)今的園林建設(shè)涵蓋的范圍越來(lái)越廣，但不論在哪種形式的園林形式中，古典園林的應(yīng)用已經(jīng)成為不可或缺的一部分。住宅區(qū)、公園及街道綠化中，幾乎都可以看到其中包含的中國(guó)古典園林元素，如仿古建的亭臺(tái)、牌坊等，但在這些古典元素的運(yùn)用中很大一部分沒(méi)有美感和協(xié)調(diào)感。
3.1“疏忽”的意境
中國(guó)古典園林對(duì)于國(guó)人的吸引力在于古人的風(fēng)骨情操和對(duì)意境的追求，園林不僅僅是庭院和建筑，更是一種處世的態(tài)度和對(duì)情感的抒發(fā)?，F(xiàn)代園林中的古典園林要素僅留于表面形式，疏于空間格局規(guī)劃布置，遺漏園林建筑的的構(gòu)造技藝。造園者的意圖已經(jīng)不再以景喻情、思境相偕，更多的是迎合實(shí)際住宿和游玩的美觀需求。這種本因精神與自然欲求而產(chǎn)生的古典園林，現(xiàn)在已經(jīng)僅僅成為人們對(duì)古人安逸生活的猜測(cè)和向往，在現(xiàn)代園林中的出現(xiàn)也只是一種祭奠和懷念。
【Abstract】Hightwochemistriessecondvolumeoffourthchapteroffourthhasarrangedthegalvanicbatteryprincipleanditstheapplicationteaching,thispartofknowledgeismoreabstract,thestudentunderstoodwithdifficulty.Inordertoletstudentbetteracceptance,understoodthispartofknowledge,Ifromchannelofflesson,thegalvanicbatterydefinitiondrawout,thegalvanicbatteryprinciplesummarizes,thegalvanicbatteryconstitutionconditioninducedfourpartstomakesomeownteachingdesign.
【Keywords】Galvanicbattery;Galvanicbatteryprinciple;Teachingdesign
在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，電池發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，大至宇宙火箭、人造衛(wèi)星、空間電視轉(zhuǎn)播站、飛機(jī)、輪船，小至電腦、收音機(jī)、照相機(jī)、電話、助聽(tīng)器、電子手表、心臟起搏器等，都離不開(kāi)各種各樣的電池。而這些電池都是應(yīng)用原電池原理制作出來(lái)的。高二化學(xué)第二冊(cè)第四章第四節(jié)安排了原電池原理及其應(yīng)用的教學(xué)，這部分知識(shí)較抽象，學(xué)生難以理解。為了讓學(xué)生更好的接受，理解這部分知識(shí)，我對(duì)原電池原理的教學(xué)作了如下設(shè)計(jì)：
1“番茄電池”引課取一個(gè)熟透的番茄，在番茄里平行地插入銅片和鋅片，用導(dǎo)線將銅片與鋅片及電流表相連，可觀察到電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。學(xué)生們?cè)谏钪幸呀佑|過(guò)各種各樣的電池，但番茄也能制出電池！可大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，帶著高漲的學(xué)習(xí)情緒進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。
2學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，引出原電池定義進(jìn)入新課學(xué)習(xí)后，為了更好地探索原電池的化學(xué)原理，變學(xué)生被動(dòng)接受式學(xué)習(xí)為主動(dòng)發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)，突出學(xué)生的主體地位，將教材中的教師演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)疑：
[學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)]
實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象1鋅片插入稀硫酸中
2銅片插入稀硫酸中
3銅片、鋅片一同插入稀硫酸中鋅片上有氣泡產(chǎn)生
銅片上無(wú)氣泡產(chǎn)生
同上[問(wèn)題]為什么鋅能與稀硫酸反應(yīng)放出氫氣而銅不能？
[學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)]
4鋅片、銅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中銅片上有氣泡產(chǎn)生[設(shè)疑]①是什么氣體？（氫氣）
②既然銅片上產(chǎn)生的是氫氣，銅片上就要有電子，是否說(shuō)明銅能失去電子？提出假設(shè)一：銅若失去電子，應(yīng)該觀察到怎樣的現(xiàn)象？
③銅片上電子的唯一來(lái)源就是由導(dǎo)線輸送過(guò)來(lái)的。導(dǎo)線中有電子流動(dòng)可通過(guò)什么證明？
[學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)]
5在導(dǎo)線中接入電流表電流表指針偏轉(zhuǎn)學(xué)生可根據(jù)電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷電子是由鋅片流向銅片。
[教師演示實(shí)驗(yàn)]在上述裝置的導(dǎo)線中接入小燈泡，小燈泡發(fā)光（該實(shí)驗(yàn)要成功，酸要多且鋅片、銅片的面積較大）。通過(guò)這個(gè)非常直觀的現(xiàn)象引出原電池定義。[歸納、板書]
原電池
原電池的定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫原電池。
這樣依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層層設(shè)疑，將學(xué)生的思維步步引向深入，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)提出假設(shè)，驗(yàn)證假設(shè)，突破教學(xué)難點(diǎn)。不僅如此，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、訓(xùn)練科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。
3動(dòng)畫模擬過(guò)程，總結(jié)原電池原理再利用FLASH模擬反應(yīng)過(guò)程，使學(xué)生從宏觀現(xiàn)象到微觀本質(zhì)，從感知表象到內(nèi)在聯(lián)系的過(guò)程中，提高思維的嚴(yán)密性、邏輯性和深刻性，進(jìn)一步突破教學(xué)難點(diǎn)。如圖1所示：
圖
負(fù)極（鋅片）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）
正極（銅片）：2H++2e-=H2（還原反應(yīng)）
總反應(yīng)：Zn+2H+=Zn2++H2
若將上述裝置的導(dǎo)線斷開(kāi)，只有鋅片上有氣泡，微觀過(guò)程是鋅片在稀硫酸中失電子（原因：鋅片能和稀硫酸反應(yīng)），鋅被氧化成Zn2+而進(jìn)入溶液，電子留在鋅片上，溶液中的H+到鋅片上得電子被還原成氫原子，氫原子結(jié)合成氫分子從鋅片上放出。若將導(dǎo)線連接，鋅片上產(chǎn)生的電子就通過(guò)導(dǎo)線流向銅片，溶液中的H+到銅片上獲得電子被還原成氫原子，氫原子結(jié)合成氫分子從銅片上放出。
導(dǎo)線斷開(kāi)，發(fā)生直接的氧化還原反應(yīng)，鋅失電子的氧化反應(yīng)和H+得電子的還原反應(yīng)都在同一地點(diǎn)鋅片上進(jìn)行，有電子得失，但無(wú)電子流動(dòng)。導(dǎo)線連接后，使鋅失電子的氧化反應(yīng)和H+得電子的還原反應(yīng)分別在兩個(gè)地點(diǎn)鋅片、銅片上進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了電子的流動(dòng)，產(chǎn)生了電能，形成了原電池。在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極（如鋅片），發(fā)生氧化反應(yīng)。電子流入的一極是正極（如銅片），發(fā)生還原反應(yīng)。
[歸納、板書]
原電池原理：將氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)，還原反應(yīng)分別在兩極上進(jìn)行。
4再利用實(shí)驗(yàn)，歸納原電池的構(gòu)成條件教師先給出裝置圖，讓學(xué)生判斷能否形成原電池。能或不能可利用上述學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行驗(yàn)證，并可與圖1進(jìn)行比較。讓學(xué)生自己找出能或不能形成原電池的原因，歸納出構(gòu)成原電池的條件。
構(gòu)成原電池的條件：前提：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)
（一般是負(fù)極能與電解質(zhì)溶液提供的陽(yáng)離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)）（1）活潑性不同的兩極
正極：較活潑金屬
負(fù)極：不活潑金屬或能導(dǎo)電的非金屬（如碳棒）
（2）兩極插入電解質(zhì)溶液
（3）兩極相連（導(dǎo)線連接或直接接觸）形成閉合回路
半導(dǎo)體制冷器（TEC）是以帕爾貼效應(yīng)為基礎(chǔ)研制而成，其最基礎(chǔ)的元件是利用一只P型半導(dǎo)體和一只N型半導(dǎo)體連成的熱電偶。當(dāng)通電后在兩個(gè)接頭處就會(huì)產(chǎn)生溫差，電流從N流向P，形成制冷面；電流從P流向N，形成制熱面。若干組熱電偶對(duì)串聯(lián)就構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體制冷器。在制冷面或制熱面增加一個(gè)熱交換器就可以完成半導(dǎo)體制冷器與外界環(huán)境的能量交換。
1.2半導(dǎo)體激光器溫控電路設(shè)計(jì)
1.2.1半導(dǎo)體激光溫控電路原理
高穩(wěn)半導(dǎo)體激光器一般都有內(nèi)置半導(dǎo)體熱電制冷器（TEC）和溫度傳感器等相關(guān)的溫控元件來(lái)保證激光器管芯溫度可控。半導(dǎo)體激光器內(nèi)置溫控系統(tǒng)基本工作原理如圖1所示。將溫度傳感器（常用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻）與激光器管芯安置在同一熱沉上，起到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光管芯溫度的作用。在常溫25℃時(shí)（在25℃時(shí)激光器的整體性能最為優(yōu)良），通過(guò)調(diào)節(jié)由R1和R2組成的電阻網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)定比較器的參考電壓值，在這里稱之為基準(zhǔn)電壓。以25℃為參照，若LD管芯溫度相對(duì)升高，則熱敏電阻的阻值變小，比較器的負(fù)輸入端電壓相對(duì)變小，輸出電壓也隨著變化。TEC驅(qū)動(dòng)源將驅(qū)使電流從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體形成制冷面，實(shí)現(xiàn)對(duì)LD管芯進(jìn)行制冷。若LD管芯溫度相對(duì)降低，則熱敏電阻的阻值變大，比較器的輸入電壓相對(duì)變大，輸出電壓也隨著變化，TEC驅(qū)動(dòng)源將驅(qū)使電流從P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體，形成制熱面，實(shí)現(xiàn)對(duì)LD管芯制熱。
1.2.2TEC驅(qū)動(dòng)源類型
半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)需要滿足溫度控制精度高、響應(yīng)速度快且穩(wěn)定性高的要求，同時(shí)要能實(shí)現(xiàn)制冷和制熱雙向控制，以適應(yīng)外界溫度變化和半導(dǎo)體激光器本身工作條件變化。一般情況下，TEC驅(qū)動(dòng)源按驅(qū)動(dòng)工作模式可以分為線性工作模式和脈寬調(diào)制工作模式（PWM）兩種類型。TEC驅(qū)動(dòng)源線性工作原理：通過(guò)控制三極管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以控制驅(qū)動(dòng)TEC的電流大小和方向，這種驅(qū)動(dòng)方式的效率一般低于50%，需要為三極管提供良好的導(dǎo)熱通道，且有控溫“死區(qū)”。但這種模式有噪聲低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。TEC驅(qū)動(dòng)源脈寬調(diào)制（PWM）工作原理：在PWM方式下，三極管工作在飽和狀態(tài)，而不是線性區(qū)域，只有當(dāng)需要向負(fù)載供電時(shí)才導(dǎo)通。電路通過(guò)4個(gè)三極管來(lái)控制電流的方向和大小，電路結(jié)構(gòu)呈H橋型。PWM方法可以有效地提高效率和降低功率部件的熱量，工作效率一般大于80%，能實(shí)現(xiàn)無(wú)“死區(qū)”溫控。但這種模式有著噪聲高和可靠性低等缺點(diǎn)。兩種驅(qū)動(dòng)源在實(shí)際使用中各有利弊，具體采用何種驅(qū)動(dòng)方式需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)最終確定。
2航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計(jì)方案
2.1MAX1968功能及其特點(diǎn)
MAX1968是MAXIM公司研制生產(chǎn)的一款高度集成具有紋波噪聲抑制功能的脈寬調(diào)制TEC驅(qū)動(dòng)芯片，調(diào)制頻率為500kHz/1MHz；單電源供電，供電電壓范圍為3~5.5V；能夠?qū)崿F(xiàn)最大3A雙向TEC驅(qū)動(dòng)電流，完成對(duì)LD管芯的制冷或制熱。MAXIM公司研制生產(chǎn)的MAX1968芯片具有體積小、效率高、價(jià)格低和可實(shí)現(xiàn)雙向無(wú)死區(qū)溫控等優(yōu)點(diǎn)，但也存在封裝材料簡(jiǎn)單（塑料器件）和工作溫度范圍較窄等缺陷。
2.2MAX1968芯片設(shè)計(jì)電路及失效分析
2.2.1MAX1968芯片設(shè)計(jì)電路分析
MAX1968芯片資料有應(yīng)用芯片電路推薦，從推薦電路應(yīng)用方案來(lái)看，電路的設(shè)計(jì)在濾波、抑制紋波噪聲、LC濾波諧振電路等都做了詳細(xì)的考慮。在COMP引腳與GND之間焊接了0.01μF的電容，確保電流控制環(huán)的穩(wěn)定工作。FREQ引腳接高電位，即內(nèi)部振蕩器的開(kāi)關(guān)頻率選擇為1MHz，這樣可以減小電容和電感值。按芯片資料推薦電路搭建芯片電路，將芯片使能引腳（SHDN）直接連接高電位，即當(dāng)MAX1968芯片上電后芯片就需要工作，根據(jù)CTLI引腳的電壓輸入情況判斷TEC需要制冷或制熱，并立即實(shí)施。在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在給該溫控電路上電瞬間，時(shí)有MAX1968失效的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為電源輸出電流急劇增大。
2.2.2MAX1968芯片失效分析
用立體顯微鏡、金相顯微鏡和晶體管特性圖示儀等儀器對(duì)兩只失效的MAX1968芯片進(jìn)行了詳細(xì)分析，失效的情況完全相同，都是芯片的第5、6端之間以及第23、24端之間存在異常電應(yīng)力，導(dǎo)致這幾端之間的鋁條燒壞短路所致。使用晶體管特性曲線圖示儀對(duì)這兩塊芯片進(jìn)行引腳間特性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)兩電路第6、8、10端（LX2）與第5、7端（PGND2）之間短路，第19、21、23端（LX1）與第22、24端（PGND1）之間短路。第9端（PVDD2）與第5、7端（PGND2）之間未見(jiàn)短路現(xiàn)象。將這兩塊芯片進(jìn)行開(kāi)蓋，在開(kāi)蓋過(guò)程中，由于內(nèi)部芯片尺寸較大，電路個(gè)別引腳經(jīng)腐蝕后脫落，但經(jīng)測(cè)試，短路現(xiàn)象依然存在，未破壞原始失效現(xiàn)象。在金相顯微鏡下，對(duì)兩塊芯片表面進(jìn)行仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)兩塊芯片第5、6端以及第23、24端之間存在燒毀現(xiàn)象，如圖2所示。芯片為多層金屬化結(jié)構(gòu)，從燒毀形貌分析，可能是下層鋁條燒毀后，導(dǎo)致上層鋁條燒毀短路。由于兩塊芯片失效現(xiàn)象一致，因此可以排除器件偶然缺陷導(dǎo)致失效的可能，應(yīng)該是芯片失效與外部異常電應(yīng)力導(dǎo)致內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管擊穿。
2.3航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計(jì)方案
2.3.1完善MAX1968芯片電路設(shè)計(jì)
通過(guò)上述分析，結(jié)合芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和TEC驅(qū)動(dòng)源脈寬調(diào)制（PWM）工作原理，我們基本能判斷是芯片內(nèi)部燒毀的通道發(fā)生在場(chǎng)效應(yīng)管上。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，芯片失效是一個(gè)慢性漸變的過(guò)程，可以用14引腳（OS2）、15引腳（OS1）分別與GND的阻抗R和R'來(lái)表征，隨著上電次數(shù)逐漸增多，R和R'的阻值從開(kāi)始的兆歐數(shù)量級(jí)慢性漸變到歐數(shù)量級(jí)，并最終失效。失效的原因認(rèn)為是MAX1968芯片上電后，芯片就根據(jù)CTLI引腳電壓輸入情況判斷TEC需要制冷或制熱，并立即進(jìn)行工作，上述過(guò)程在上電的一瞬間就會(huì)完成。這種輸入與輸出同時(shí)實(shí)施勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致芯片內(nèi)部有大的紋波電壓或大電流產(chǎn)生，因發(fā)熱而導(dǎo)致芯片失效。通過(guò)完善MAX1968芯片電路設(shè)計(jì)，在MAX1968的使能引腳中引入了毫秒級(jí)的延時(shí)，致使MAX1968芯片完成加電后再實(shí)施輸出工作。具體新的設(shè)計(jì)電路方案如圖3所示。通過(guò)大量的試驗(yàn)證明阻抗R和R'的阻值不衰退，這說(shuō)明對(duì)MAX1968芯片電路的完善是有效的。
2.3.2MAX1968新設(shè)計(jì)方案電路試驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)完善電路特性搭建了對(duì)電路性能驗(yàn)證比較的試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)的基本思路是讓兩種電路（完善前和完善后）在帶同樣負(fù)載的情況下，分別對(duì)完善電路和未完善電路進(jìn)行上下電連續(xù)沖擊，上、下電頻率同為13Hz，如圖4所示。在兩組電路的驗(yàn)證中，完善之前的設(shè)計(jì)電路在經(jīng)過(guò)約32min之后電源輸出電流突然增大，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)MAX1968芯片已經(jīng)失效。完善之后的設(shè)計(jì)電路在經(jīng)過(guò)28天之后，測(cè)試MAX1968芯片的電性能依舊正常。由此可見(jiàn)對(duì)MAX1968設(shè)計(jì)電路的完善是有效的。
2.3.3航天高穩(wěn)激光源溫控電路設(shè)計(jì)工程驗(yàn)證
航天高穩(wěn)激光源溫控電路，在某項(xiàng)航天測(cè)試（包括振動(dòng)、沖擊、熱循環(huán)和熱真空等試驗(yàn)）中各項(xiàng)指標(biāo)都正常，最終順利完成了航天相關(guān)試驗(yàn)。
1工業(yè)技術(shù)植入園藝作物生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施園藝生產(chǎn)的自動(dòng)化
工業(yè)技術(shù)植入園藝作物生產(chǎn)之中，使設(shè)施園藝賦予了工廠化農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵，成為工業(yè)化大體系不可分割的部分。溫室生產(chǎn)的高投入、高產(chǎn)出、高效率管理模式要求應(yīng)用大量的高新技術(shù)，當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的科技成果(如機(jī)器人技術(shù)等)不斷運(yùn)用于溫室園藝配套裝備之中，已取得初步成果。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家一直致力于把自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于園藝作物的耕種、施肥、灌溉、病蟲害防治、收獲以及農(nóng)產(chǎn)品加工、儲(chǔ)藏、保鮮的全過(guò)程，可以根據(jù)作物生長(zhǎng)發(fā)育的特點(diǎn)，創(chuàng)造最適宜的溫室環(huán)境條件，基本擺脫了外界環(huán)境條件對(duì)作物生產(chǎn)的影響，實(shí)現(xiàn)了作物周年生產(chǎn)和均衡上市。目前，這種自動(dòng)控制技術(shù)逐步向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展［31］。20世紀(jì)70年代以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)施園藝已具備了設(shè)施設(shè)備完善、生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范、產(chǎn)量穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量安全性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且已形成了溫室制造、生產(chǎn)資料配套、產(chǎn)品生產(chǎn)、物流等為一體的設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)體系。目前，日本、美國(guó)、荷蘭、以色列、韓國(guó)、英國(guó)開(kāi)發(fā)出的耕耘、移栽、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、蔬菜水果采摘、育苗移栽、苗盤覆土消毒等機(jī)器人裝備相對(duì)比較成熟，可用于設(shè)施園藝生產(chǎn)。溫室園藝機(jī)器人的使用，不僅大幅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善設(shè)施生產(chǎn)勞動(dòng)環(huán)境，而且保證了作業(yè)的一致性和均一性［32］。日本、韓國(guó)等國(guó)研究開(kāi)發(fā)了多種設(shè)施園藝耕作機(jī)具、播種育苗裝備、灌水施肥裝備以及自動(dòng)嫁接裝備等，提高了溫室管理水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率;荷蘭研制溫室屋面清洗機(jī)械裝置，用于清洗屋面灰塵，大幅度提高了溫室的透光率［33－34］。另外，荷蘭還開(kāi)發(fā)出自動(dòng)通風(fēng)窗開(kāi)閉、溫濕度調(diào)節(jié)裝置，被越來(lái)越多的溫室采用。發(fā)達(dá)國(guó)家在設(shè)施園藝產(chǎn)品的采收和后加工過(guò)程中，廣泛使用包裝機(jī)具、高效運(yùn)輸裝置、盆花轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械、快速分級(jí)系統(tǒng)等設(shè)備，提高了園藝農(nóng)產(chǎn)品的商品性，如荷蘭采運(yùn)、包裝設(shè)備能同時(shí)實(shí)現(xiàn)10～20個(gè)不同花卉品種的自動(dòng)分類，X射線可用于分辨盆花莖干的長(zhǎng)度和葉色［35］。
2高新技術(shù)在設(shè)施園藝中的應(yīng)用，推動(dòng)了設(shè)施園藝向“植物工廠”方向發(fā)展
無(wú)土栽培、計(jì)算機(jī)技術(shù)、生物技術(shù)、產(chǎn)品采后處理、新能源利用等高新技術(shù)在設(shè)施園藝中的應(yīng)用，使設(shè)施園藝逐步向“植物工廠”方向發(fā)展。在美國(guó)、日本、英國(guó)、奧地利、丹麥等國(guó)都建有高度自動(dòng)化的“植物工廠”，可用來(lái)生產(chǎn)蔬菜、花卉和果樹(shù)，并且一些高附加值的作物如香料、工業(yè)原料植物、藥用植物、食用菌等也采用“植物工廠”進(jìn)行生產(chǎn)。目前，“植物工廠”主要用于生菜、菠菜、萵苣、三葉芹、番茄等蔬菜作物的生產(chǎn)，由于充分利用空間，實(shí)現(xiàn)立體多層種植，單位面積的栽培效率可提高數(shù)倍。如日本在“植物工廠”內(nèi)利用無(wú)土栽培技術(shù)和環(huán)境自動(dòng)調(diào)控技術(shù)，一年內(nèi)可多茬栽培生菜和菠菜，收獲期比露地縮短一半時(shí)間，產(chǎn)量可達(dá)180kg•m－2左右，為露地栽培的30倍以上［26］。此外，隨著人類對(duì)太空探索的日益增多，太空農(nóng)業(yè)成為研究的熱點(diǎn)，美國(guó)宇航局(NASA)在國(guó)際空間站上探索“植物工廠”技術(shù)，目前已在綠豆、菜豆和馬鈴薯等作物上獲得了成功。
3無(wú)土栽培技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)施園藝發(fā)生了巨大變革
20世紀(jì)20年代末，無(wú)土栽培技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于設(shè)施作物生產(chǎn)，使設(shè)施栽培技術(shù)產(chǎn)生了一次大的變革。無(wú)土栽培打破了作物生產(chǎn)的空間和地域限制，可以在不適合作物生長(zhǎng)的荒漠戈壁、灘涂地、海島、鹽堿地、高寒地、陽(yáng)臺(tái)屋頂甚至太空進(jìn)行作物生產(chǎn);無(wú)土栽培改變了設(shè)施栽培的傳統(tǒng)種植方式，采用營(yíng)養(yǎng)液或有機(jī)基質(zhì)進(jìn)行作物生產(chǎn)，可以有效避免設(shè)施土壤連作障礙，生產(chǎn)出清潔安全的園藝產(chǎn)品，并且具有省水、省肥、省工等優(yōu)勢(shì)，從而成為栽培學(xué)領(lǐng)域飛速發(fā)展的一門新技術(shù);無(wú)土栽培可加速作物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，一般果菜類蔬菜水培的產(chǎn)量為土壤栽培的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，如番茄營(yíng)養(yǎng)液栽培年產(chǎn)量最高的可達(dá)到75kg•m－2，極大提高了園藝作物的生產(chǎn)效率。20世紀(jì)70年代初，美國(guó)已有400hm2溫室采用無(wú)土栽培技術(shù)生產(chǎn)黃瓜、番茄等。目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)施園藝生產(chǎn)中，無(wú)土栽培占溫室總面積的比例荷蘭超過(guò)70%，加拿大超過(guò)50%，比利時(shí)達(dá)50%，美、日、英、法等國(guó)的無(wú)土栽培面積達(dá)到250～400hm2［36－37］。歐共體明確規(guī)定，所有歐共體國(guó)家溫室作物生產(chǎn)要全部實(shí)現(xiàn)無(wú)土栽培。
4節(jié)能、環(huán)保的理念貫穿于設(shè)施園藝生產(chǎn)之中
設(shè)施園藝是一種高能源消耗、高成本投入、高效率產(chǎn)出的生產(chǎn)方式，其中溫室的能源消耗占運(yùn)行成本的比例較高，減少能耗、提高能源利用效率是設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)展節(jié)能工作的普遍做法。隨著能源危機(jī)的不斷加劇，節(jié)能設(shè)備已成為溫室裝備研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一，而人工補(bǔ)光裝置是溫室耗能最多的設(shè)備之一。日本、荷蘭、美國(guó)等積極探索溫室新型補(bǔ)光光源LED的研究。LED冷光源在滿足作物光合作用需求的條件下，與傳統(tǒng)鈉燈相比具有高光效、長(zhǎng)壽等特點(diǎn)，節(jié)省能耗達(dá)50%以上［38－39］。近年來(lái)，由于中東局勢(shì)不穩(wěn)定導(dǎo)致能源緊張、CO2排放的限制以及《京都議定書》的執(zhí)行等原因，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已將節(jié)能技術(shù)作為溫室領(lǐng)域最重要的研究課題。目前在設(shè)施園藝節(jié)能新材料、新技術(shù)和新能源的研究中，主要傾向于對(duì)太陽(yáng)能和儲(chǔ)熱材料的有效利用。其中，溫室相變儲(chǔ)熱技術(shù)就是最具發(fā)展前景的節(jié)能技術(shù)之一［40］，美國(guó)和日本等國(guó)使用氯化鈣、硫酸鈉、聚乙二醇和石蠟等相變材料作為墻體儲(chǔ)熱、地下儲(chǔ)熱和室內(nèi)外聯(lián)合儲(chǔ)熱系統(tǒng)，試驗(yàn)證明是可行的儲(chǔ)熱方法，但其工藝和儲(chǔ)放熱效率等尚需進(jìn)一步改進(jìn)［41－42］。一些國(guó)家利用淺層地?zé)?，在夏季通過(guò)把低溫冷水源抽到地上，用于溫室降溫，經(jīng)過(guò)熱交換的熱量回流到地下，冬季把高溫?zé)崴闯樯蟻?lái)，只需要稍微加溫就可以用于溫室增溫［43］。另外，通過(guò)對(duì)溫室覆蓋材料內(nèi)側(cè)進(jìn)行鍍膜處理，能夠有效阻止長(zhǎng)波向室外輻射，減少了熱損耗，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能25%以上。在多余能量回收和利用方面，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)通過(guò)覆蓋多層光譜選擇性吸收的金屬材料(SOL-MOXHilite，荷蘭)和絕緣塑料薄膜(Ebiral，美國(guó))，研制成一種高效降溫－高品位能量產(chǎn)生組合系統(tǒng)，并應(yīng)用于生產(chǎn)［44］。該技術(shù)在高溫季節(jié)，可以反射作物光合作用不需要的近紅外光(NIR)，減輕溫室的高熱負(fù)荷，而收集反射的能量直接或間接地轉(zhuǎn)化成電能，用于溫室降溫的能耗;荷蘭溫室通過(guò)在玻璃表面噴灑白色涂層，減少夏季進(jìn)入溫室的太陽(yáng)輻射量，達(dá)到降溫目的;通過(guò)改進(jìn)溫室通風(fēng)窗口的數(shù)量、尺寸、傳動(dòng)方式以及開(kāi)啟的角度也能夠使溫室達(dá)到較理想的降溫效果。發(fā)達(dá)國(guó)家在發(fā)展設(shè)施園藝過(guò)程中，把保護(hù)環(huán)境作為前提條件。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和食品安全的日益關(guān)注，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在探索溫室能源高效利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面進(jìn)行了大量的研究工作，研制開(kāi)發(fā)出一系列適合于溫室安全生產(chǎn)的環(huán)境友好型新技術(shù)。營(yíng)養(yǎng)液無(wú)土栽培技術(shù)在現(xiàn)代溫室生產(chǎn)中被廣泛使用，然而，大量營(yíng)養(yǎng)液的廢棄給環(huán)境帶來(lái)巨大的壓力。歐盟普遍采用營(yíng)養(yǎng)液閉路循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的回收、過(guò)濾、消毒等措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)水21%、節(jié)肥34%，提高營(yíng)養(yǎng)液利用效率，同時(shí)大幅度地減少營(yíng)養(yǎng)液外排污染水源和土壤。在溫室病蟲害防治方面，開(kāi)展以生物防治、生態(tài)防治和物理防治相結(jié)合的綜合防治技術(shù)的研究與應(yīng)用［45］。目前，荷蘭在溫室生物和生態(tài)防治綜合利用方面處于世界領(lǐng)先地位，如Koppert公司通過(guò)釋放天敵昆蟲，能夠?qū)υO(shè)施蔬菜主要害蟲達(dá)到良好的防治效果，如粉虱天敵漿角蚜、斑潛蠅天敵潛蠅姬小蜂、蚜蟲天敵食蚜癭蚊［46］，目前這些害蟲的天敵已基本實(shí)現(xiàn)了商品化。為了提高溫室番茄、甜椒等蔬菜作物的質(zhì)量，禁止使用化學(xué)生長(zhǎng)激素，荷蘭研制馴化出取代傳統(tǒng)振蕩授粉的雄蜂授粉，這種授粉方式效率高，并且能使作物產(chǎn)量提高20%左右。以色列開(kāi)發(fā)出太陽(yáng)能殺滅溫室土壤病蟲害新技術(shù)，把灌溉系統(tǒng)安置在翻耕的土壤中，鋪上一層薄薄的透明塑料膜，經(jīng)過(guò)夏季高溫處理，可殺死地表30cm土壤層中90%～100%的細(xì)菌、真菌以及線形蠕蟲等。統(tǒng)計(jì)分析表明，太陽(yáng)消毒法可提高設(shè)施番茄、洋蔥、土豆等農(nóng)作物產(chǎn)量25%～432%。在新型栽培基質(zhì)開(kāi)發(fā)利用方面，加拿大、以色列、英國(guó)等國(guó)研制出替代草炭、巖棉的無(wú)土栽培生態(tài)型基質(zhì)，形成與其相配套的設(shè)施蔬菜低碳栽培技術(shù)體系［47］。目前，低成本、環(huán)保型無(wú)土栽培基質(zhì)研發(fā)已取得重大進(jìn)展，并逐步走向產(chǎn)業(yè)化、商品化。
5信息化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)施園藝作物周年生產(chǎn)之中
隨著微型計(jì)算機(jī)、傳感器及單片機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，溫室環(huán)境控制智能化、網(wǎng)絡(luò)化管理技術(shù)得到較快的發(fā)展。設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家研發(fā)作物自動(dòng)化生產(chǎn)管理和環(huán)境智能化控制體系，從育苗、定植、栽培、施肥、灌溉等過(guò)程全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)作，溫室環(huán)境如溫度、光照、濕度、水分、營(yíng)養(yǎng)、CO2濃度等綜合環(huán)境因子全部實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控。隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，溫室網(wǎng)絡(luò)化管理技術(shù)也得到了較快的發(fā)展。美國(guó)、日本、荷蘭研發(fā)出一種基于控制器局域網(wǎng)總線(CAN)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的控制系統(tǒng)，能夠?qū)厥覂?nèi)空氣溫濕度、土壤溫濕度以及光照等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集，同時(shí)控制風(fēng)機(jī)、暖氣、水泵等溫室環(huán)境調(diào)控設(shè)備，使溫室環(huán)境達(dá)到農(nóng)作物生長(zhǎng)的最佳環(huán)境［48］。通過(guò)研究溫室作物生長(zhǎng)發(fā)育與環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)之間的定量關(guān)系，建立作物生長(zhǎng)發(fā)育信息化模型，開(kāi)發(fā)出適合不同作物生長(zhǎng)發(fā)育的溫室控制、咨詢及管理專家系統(tǒng)。以色列和荷蘭開(kāi)發(fā)出番茄和黃瓜等蔬菜作物生育模型和專家系統(tǒng)，包括適用于整枝方式、栽培密度、針對(duì)天氣和植株生育狀況的環(huán)境指標(biāo)、不同生育階段的水肥指標(biāo)、病蟲害預(yù)防和控制技術(shù)等。荷蘭瓦赫寧根大學(xué)通過(guò)將作物管理模型與環(huán)境控制模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的智能化管理，大幅度降低了溫室系統(tǒng)能耗和運(yùn)行成本。日本千葉大學(xué)利用遙感遙測(cè)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊控制策略等智能控制技術(shù)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地生長(zhǎng)、采收驗(yàn)收、加工、自檢自控等所有過(guò)程的數(shù)據(jù)、信息、圖像都實(shí)現(xiàn)了信息化管理［49］。
6注重溫室作物專用品種的選育及其配套技術(shù)的研發(fā)
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的核心是品種，重視溫室栽培作物專用品種的選育是設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家保持溫室產(chǎn)業(yè)世界競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。這些國(guó)家在搜集保存本國(guó)種質(zhì)資源的同時(shí)，還十分重視國(guó)外種質(zhì)資源的搜集、交換和引進(jìn)，如以色列通過(guò)搜集和引進(jìn)國(guó)外花卉、蔬菜、果樹(shù)品種在設(shè)施內(nèi)進(jìn)行微咸水灌溉，通過(guò)遺傳改良、馴化，培育出適合于本國(guó)溫室生產(chǎn)的專有設(shè)施園藝品種。近年來(lái)，設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家越來(lái)越關(guān)注設(shè)施作物新品種的外觀品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、耐貯運(yùn)等性狀的選育，如以色列選育出一種根據(jù)客戶對(duì)體積和色澤要求的無(wú)籽西瓜新品種;荷蘭種苗公司開(kāi)發(fā)出一些富含鈣質(zhì)、維生素且熱量低的“減肥蔬菜”，高氨基酸含量的“營(yíng)養(yǎng)蔬菜”，具有觀賞價(jià)值的“花卉蔬菜”等新品種。一些生物技術(shù)被廣泛用于溫室作物新品種的選育，包括細(xì)胞組織培養(yǎng)、體細(xì)胞雜交、原生質(zhì)體融合、遺傳標(biāo)記、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，在茄子、番茄、甜椒、黃瓜及葉用萵苣等蔬菜作物上培育出一大批優(yōu)良品種，如德國(guó)馬普育種研究所將人工合成的吲哚基醋酸基因轉(zhuǎn)入茄子，使冬種茄子與夏種的一樣優(yōu)質(zhì);荷蘭育成的抗蟲蔬菜品種可以大幅度減少蔬菜生產(chǎn)中農(nóng)藥的使用量，既降低了蔬菜產(chǎn)品農(nóng)藥的殘留，也降低了蔬菜生產(chǎn)的成本。此外，在開(kāi)發(fā)和選育設(shè)施作物新品種的基礎(chǔ)上，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家非常注重溫室新品種配套栽培技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，選育的新品種普遍采用工廠化育苗體系、高效安全生產(chǎn)技術(shù)體系和無(wú)土栽培技術(shù)，利用高新技術(shù)使環(huán)境因子與栽培模式的規(guī)范完美結(jié)合，為作物生長(zhǎng)提供最佳的環(huán)境，保證高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)［50－51］。
國(guó)外設(shè)施園藝發(fā)展趨勢(shì)分析
1設(shè)施環(huán)境調(diào)控自動(dòng)化與設(shè)施園藝作業(yè)機(jī)械化程度不斷提高
發(fā)達(dá)國(guó)家從事農(nóng)業(yè)人員較少，加上勞動(dòng)力成本較高，設(shè)施園藝生產(chǎn)中非常注重管理水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，從溫室耕作、作物栽培、生長(zhǎng)管理、產(chǎn)品采收、包裝和運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化控制，溫室內(nèi)溫度、光照、濕度等環(huán)境調(diào)節(jié)全部由計(jì)算機(jī)監(jiān)控和自動(dòng)化調(diào)控。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)將會(huì)廣泛應(yīng)用于設(shè)施園藝的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)溫室作業(yè)精確、高效及省力化。
2溫室日趨大型化，環(huán)境調(diào)控趨于智能化
大型溫室設(shè)施具有投資省、土地利用率高、便于實(shí)行機(jī)械化自動(dòng)管理、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)、室內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，因此，設(shè)施園藝發(fā)達(dá)的國(guó)家如荷蘭、加拿大等溫室逐漸向大型化方向發(fā)展;溫室園藝的核心是能夠?qū)υO(shè)施內(nèi)栽培環(huán)境進(jìn)行有效地控制，創(chuàng)造出適于作物生育的最佳環(huán)境條件，因此，未來(lái)的人工智能控制系統(tǒng)不僅要做到栽培環(huán)境全自動(dòng)控制，還要與市場(chǎng)、氣象站、種苗公司、病蟲害測(cè)報(bào)等相連接，進(jìn)行產(chǎn)量、產(chǎn)值的預(yù)測(cè)，為生產(chǎn)者提供更為廣泛的信息情報(bào)和確切的決策依據(jù)。
3設(shè)施作物品種更加豐富，市場(chǎng)服務(wù)體系更加完善
愈發(fā)重視設(shè)施作物專用品種的選育，為設(shè)施園藝生產(chǎn)提供專用的耐低溫、高溫、弱光、高濕，具有多種抗性、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的種苗。種苗公司作為品種選育的主體，在種質(zhì)資源、育苗設(shè)備方面具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，能夠依據(jù)市場(chǎng)需求開(kāi)發(fā)設(shè)施栽培所需專用品種，并對(duì)設(shè)施園藝產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后提供技術(shù)支持和市場(chǎng)信息化服務(wù)。
4無(wú)土栽培成為現(xiàn)代設(shè)施園藝的主要栽培形式
