电子技术发展论文

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电子技术发展论文范文第1篇

关键词：电力电子技术；开关电源

现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓"电力公害",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献：

[1]林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992。

电子技术发展论文范文第2篇

随着我国现代科技的发展，电工电子技术已经作为电气工程领域信息化的基础，对国家的科技和经济发展具有重要的作用。目前，我国的电工电子技术已经有了很大的进步，并被广泛应用在多个领域之中。通过应用电工电子技术，电气工程行业的工作效率得到了显著的提升。但是，由于各种历史因素的影响，我国的电工电子技术水平普遍较低，尤其是和西方一些发达国家相比，电工电子技术应用情况相对较差，因此，加强电工电子技术领域的研究，对我国电气工程工业的发展具有重要的意义。本文从我国的工业发展实际需要出发，对电工电子技术的基本理论、应用现状进行了介绍，并对电工电子技术的发展情况进行了探讨。

2电子电工技术简介

2.1电子电工技术的基本特点随着电工电子技术的进步，各种新型电子器件的使用和研究也步入了新的阶段，目前，电工电子技术呈现出如下几个特点：

2.1.1高频化高频化是指电子器件在集成化的前提下也提高了器件的工作速度。

2.1.2集成化集成化是指全控型器件通过并联多个单元器件，并将其全部集成在一个基片上的技术。

2.1.3高效率化高效率化主要表现在两个主要的方面，即器件和变换技术。通过降低器件的压降，能够实现降低损耗的目的。

2.1.4全控化全控化表现在将有自断电功能的器件应用到电力系统中，从而取代了半控型的晶闸管，这是一项电子器件的重大突破。全控化的实现，在很大程度上实现了电路设计的精简化。

2.2电子电工技术的应用现状

2.2.1优化电能的使用以整个电力系统的正常运行为前提，通过合理整合和配置电能资源，电子电工技术能够对电能进行广泛的优化。

2.2.2实现了机电一体化设计随着电子技术的发展，通过改造加工传统产业，逐渐实现了新型机电一体化的产业化发展。

2.2.3促进了电子技术的智能化发展电子电工技术的智能化，首先保障了功率和信息的和谐发展，并在此基础上促进电子电工技术的一体化进程。

2.2.4指明了系统工频的研究方向以电子电工技术的发展为背景，为了在小型化发展的过程中使机电设备加快响应速度，就需要进行系统高频和变频化的研究，这样才能支持和保证电气工程设备的安全稳定运行。

3电工电子技术的发展研究

电工电子技术在交通运输、电气工程、能源开发等多个领域都有着广泛的应用。随着各种新材料和新技术的使用，电工电子技术也得到了巨大的发展。下面，我们对电工电子技术的新研究领域进行了探讨。

3.1太阳能和风力发电技术风能和太阳能是两种存储量最大的可再生资源，目前已经得到了越来越广泛的应用。随着建设规模的不断提升，风力和太阳能发电厂的投资成本下降了很多，装机容量也不断地扩大，电工电子技术得到了很好的应用。目前，建设规模更大、容量更高的新能源电厂，提高能量的转换效率，已经成为该领域电工电子技术研究的重点内容。

3.2太阳能电池发电技术太阳能电池的发展和电工电子技术的发展息息相关，新型太阳能技术将光伏电池镶嵌到塑料薄膜的外表面，进而形成太阳能薄膜，这样不仅降低了投资成本，也显著提高了发电厂的发电效率。

3.3磁流体发电技术磁流体发电是指通过加热燃料使其成为易电离的状态，然后在磁场中高速运动切割磁力线，进而产生电能的技术。该技术在很大程度上提高了能量的转换效率。目前，该技术的原理实验已获得成功，电工电子技术方面还需要在功率调节、超导磁体和发电通道等方面进行更深入的研究。

3.4受控核聚变技术受控核聚变是一种性价比高、安全无污染、原料充足、运行可靠的新型能源技术。与氢弹爆炸类似，受控核聚变的技术难度相对较高，并且无法进行有效的控制，因此，需要通过电工电子技术中的辅助加热、强磁场、等离子体和大能量脉冲等技术为核聚变技术的发展提供支持，使核聚变的反应条件、启动和停止都在可控范围内。

3.5微型光芯片技术微型光芯片技术能够显著降低光缆的入户成本，从而让家庭用户方便地享用真正的高速宽带技术。微型光芯片通过把不同类型的光路集中在同一个芯片上，使光缆体积大大减小，同时还不会影响数据的传输，在节约成本方面起到了积极的作用。

3.6磁悬浮技术磁悬浮列车的高速度甚至超过了飞机，使乘客真正享受到了出行的方便，其应用的前景非常广阔。事实上，磁悬浮列车使用的磁悬浮技术也是一种电工电子技术，它通过减少行车的阻力，提高了行驶的速度，同时还具有能耗低、运行安全、噪声低、运力强的特点。磁悬浮技术是一种集合了供电系统、电机驱动、磁悬浮和列车检测等多种电工电子技术的高新科技。

3.7超导电工技术高温超导技术对超导的应用不再局限在实验室中，超导储能、超导输电都在超导技术领域得到了实际的应用。目前，超导电工技术已经成了电工电子技术发展的重点，超导体的使用将会更加普遍。

4结论

电子技术发展论文范文第3篇

关键词：EDA，频率计，VHDL硬件描述语言，CPLD

 

1. 前言

EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术是现代电子学的标志，是微电子设计领域的一场革命,而基于EDA技术的芯片设计正成为电子系统的主流。随着微电子技术的迅猛发展，电子设计技术跨过了三个阶段。①20世纪五十年代：小规模集成电路（SSI）和中规模集成电路（MSI）用来设计硬件系统；②七十年代：以微处理器为核心的软件编程设计；③八十年代末至今：硬件系统集成设计，即系统芯片(SOC)和专用集成电路(ASIC)设计，是21世纪微电子技术发展的重点。

本文主要阐述了采用先进的EDA工具MAX+plusⅡ对10MHz自动频率计进行设计的过程。论文参考。在此设计中我们采用现在国际流行的VHDL硬件描述语言对CPLD进行编程，并通过MAX+plusⅡ平台对设计进行仿真验证，最终完成设计的要求，用单片CPLD实现10MHz频率计的功能。

2. 单片自动频率计的设计

数字化、智能化、自动化和小型化是现代测量仪器的发展方向。论文参考。具有50多年发展历史的频率计是实验室中常用的仪器之一，它已成为一种典型的数字化、智能化、自动化的测量仪器，并越来越趋于小型化。单片自动频率计以单片可编程器件为载体，利用VHDL语言，实现10MHz以内频率的自动测量。该频率计用可编程器件一片，10MHz晶体振荡器一块和4位七段LED显示器。

2.1 自动频率计的结构

电子技术发展论文范文第4篇

关键词：汽车电子；电力电子；教学改革

作者简介：吴晓刚（1981-），男，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，副教授；周美兰（1962-），女，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150080）

基金项目：本文系黑龙江省高等教育教学改革项目（项目编号：JG2201201107）、哈尔滨理工大学高等教育研究重点项目（项目编号：A201200004）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0098-02

随着汽车产业的发展，电子技术在汽车上的应用已成为汽车设计研究部门考虑汽车结构革新的重要原因。在国外，平均每辆汽车上的电子装置在整车成本中占20%～25%，一些豪华轿车上装有40多个微处理器，有的汽车电子产品甚至占整车成本的50%以上。许多汽车制造商都认为，增加汽车电子装备的数量，促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的有效手段。[1]

在对汽车电子技术的教学研究中，文献[2]提出优化“汽车电子与控制”配置课程的内容、改革结构体系、改革教学方法和手段、加强实验建设和课程设计环节等改革思路。文献[3]分析了“汽车电子控制技术”课程在理论教学和实践教学方面的问题，提出了灵活多样的理论教学改革方案和采用项目教学法等加强实践环节教学的建议。文献[4]介绍了汽车电子控制技术课程精品实验项目的设计思想、主要环节及具体实践。文献[5]将虚拟仪器LabVIEW软件应用于汽车电子技术综合性和设计性虚拟实验中，并进行了实验教学的实践。文献[6]开发了汽车电子控制系统实验教学所需要的嵌入式系统，完成了实验箱硬件及教学实验所需的支撑软件，并在此基础上开展了教学实践。文献[7]介绍了在电子信息工程专业开设汽车电子系列特色课程的研究。

在汽车电子中，涉及到电力电子技术的内容通常称为汽车电力电子技术，并且成为了电力电子技术的重要分支。哈尔滨理工大学（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业下的电力电子方向，在汽车电子研究上已有了十几年的基础。在依托汽车电子驱动控制与系统集成教育部工程研究中心和黑龙江汽车电子技术研究中心科研基地的基础上，形成了以新能源汽车动力系统控制和汽车电子驱动控制为特色的研究方向，并培养了大量的硕士研究生和博士。因此，为了在本科教学中体现我校电气工程及其自动化专业的办学特色，结合在汽车电子方向上的研究成果，在2010年制定的电气工程及其自动化专业电力电子方向本科生培养方案中，特别增设了“汽车电子技术”专业方向选修课。本文以“汽车电子技术”课程作为研究和实践对象，通过课程结构优化设置和考核方式改革，结合现场教学和研究性教学的教学方法，实现具有特色的专业选修课教学。

一、“汽车电子技术”课程结构

“汽车电子技术”课程开设在大学四年级上学期，为专业选修课程，2学分，共32学时。其中理论教学22学时，实践教学10学时。根据电气工程及其自动化专业的基础课程和平台课程设置，结合汽车电子技术的主要特点，“汽车电子技术”课程的理论教学可分为6个模块，如图1所示。

在“汽车电子技术”课的理论教学环节中，第一部分，先介绍汽车电子的基本概念，回顾汽车电子技术的发展历史，通过实例分析介绍汽车电子对汽车安全与节能的影响，结合电气工程及其自动化专业的相关知识，讲述汽车电子与电力电子的关系。

第二部分，介绍汽车电子技术中常用的器件。包括光电、霍尔、电阻等各类传感器，常用于汽车电子控制系统中的单片机选型及选用依据，汽车电子控制系统中所用的交直流电机、电磁阀等执行器件的工作原理和控制方法。

第三部分，在以上介绍的基础上，着重介绍汽车变速器电控、ABS系统、动力转向电控等汽车电子控制系统的设计方法，主要内容包括电控系统开发遵循的标准、硬件电路设计和软件编程方法，特别强调目前汽车电子控制系统中所用的V流程开发模式。

第四部分，结合新能源汽车的热点问题，充分发挥电气工程及其自动化专业知识在电动汽车方面的运用。本门课与目前车辆工程专业所开设的“汽车电子技术”不同之处在于，省去了传统以发动机作为主导的汽车动力系统控制部分，强化了电驱动系统的匹配与设计部分。该部分内容除了包含对于汽车动力系统设计方法和匹配规律的介绍外，还增加了对于电动汽车动力系统控制的一般方法介绍。

第五部分，介绍汽车电器系统，包括汽车仪表系统、灯光照明系统、电动门锁系统、电动车窗、电动后视镜、电动天窗、电动座椅、车载空调系统、车载音响系统、车载电视娱乐系统、车载无线通讯系统、电子导航与全球定位系统、智能交通系统和车载网络系统等方面的内容。

第六部分是课程的最后部分，介绍汽车电子控制系统中可靠性的评价标准和一般的故障诊断方法。

以上六部分构成了我校电气工程及其自动化专业“汽车电子技术”理论教学的主要内容。

在“汽车电子技术”课程的实践教学过程中，主要有实验和课程设计两种方式。实验课作为学生在校内实现理论联系实际的一种比较有效的手段，学生通过实验能够加深对课程理论知识的理解，并能够培养一定的实践能力。我校在电气工程及其自动化专业“汽车电子技术”实验课的设置上，主要分为5个部分，如图2所示。

课程设计是提高学生分析问题和解决问题能力的重要手段，它不但可以使学生加深对理论和实验课程的理解，而且能够使学生将所学的课程内容与相关课程综合起来，提高了知识的应用能力。[8]“汽车电子技术”是一门实践性很强的课程，课程设计主要结合我校电气工程及其自动化专业平台课的知识，以电动汽车控制系统作为设计目标，让学生结合电力电子技术的相关知识进行设计。

二、“汽车电子技术”课程教学方法的改革

对于“汽车电子技术”课程来说，涉及到的汽车电子控制系统单靠语言描述是很难讲清楚的，而通过传统的板书教学方式，也很难清晰勾勒出汽车电子控制系统的原理和工作过程。因此本门课在授课方式上采用多媒体教学的方式，通过多媒体课件制作出的动画及示意图等来展示汽车电子控制系统的结构、组成及工作原理，使教学的内容直观清晰，易于理解。

在“汽车电子技术”课程的教学过程中，除了正常的多媒体课堂教学外，还采用了现场教学结合研究性教学的授课方法。现场教学即依托我校汽车电子驱动控制与系统集成教育部工程中心的实验平台，使学生到工程中心参观现场演示，并试用工程中心开发的汽车电子产品实验样机。这些教学手段可以使学生对汽车电子的功能及开发有更直观的认识。除此之外，教学内容中以汽车电子产品的项目开发作为主导。例如在“汽车电子控制系统的设计”这部分内容讲授时，可自始至终以工程中心开发的汽车变速器控制单元作为对象，从汽车电子产品开发的前期调研、方案论证，到中间环节的样机开发、功能验证，再到最后环节的样机标定、测试等进行全方位的介绍。通过这样的讲授，学生对汽车电子的感性知识加深，在理论学习中的目的就会变得明确，清楚地认识到需要掌握的主要内容。

三、“汽车电子技术”课程考核方式

为了有效地组织教学，突出“汽车电子技术”课程的实践性，改革了这门课程的考核方式。我校其他专业课程的考核方式大部分是以平时成绩占30%，期末卷面成绩占70%的比例进行综合评定。而由于“汽车电子技术”课程面向电气工程及其自动化专业电力电子方向的本科生，选课人数基本维持在40～60人范围内，这样的人数规模便于授课教师进行小范围内的专业指导，因此在考核方式上提出了平时成绩、作业成绩、实验成绩、课程设计与专业论文撰写相结合评定的方式。与其他课程不同之处还在于，其他课程安排的课程设计都是最终给定一个独立的成绩，而作为专业选修课，本门课程的课程设计成绩只是最终成绩的其中一部分。

目前该门课程的考核采用平时成绩占10%，作业成绩占10%，实验成绩占10%，课程设计占30%，专业小论文占40%的比例权重进行成绩的评定。这样做的好处是，不但能够充分发挥本门课理论与实践紧密结合的特点，并且可以充分激发学生的学习兴趣，培养学生的团队合作精神。

专业小论文作为考核的主要部分，在撰写过程中，授课老师首先利用2学时的时间对学生进行科技论文撰写的培训，而后引导学生充分利用学校图书馆的资源，根据各自分配到的科技论文主题进行文献的检索；学生分成了3至4名成员一组，选择关于汽车电子的主题项目，可建议主题为电动汽车整车控制器的设计、汽车防抱死ABS系统设计、汽车自动变速器控制系统设计等，学生也可以自己提出新的主题。给定主题一段时间以后，学生提交科技论文，并以学术会议的形式在课堂上进行交流，老师和其他同学可以自由根据报告者的内容提问，并提出意见和建议。该部分成绩可以当场给出，这样做的好处是激发学生的积极性，所给定的成绩能够实现主观与客观兼顾的效果，令所有同学信服。

四、结论

根据“汽车电子技术”理论与实际紧密结合的特点，结合所开设课程在电气工程及其自动化专业的实际情况，提出了教学中课程内容优化配置，现场教学结合研究性教学的授课方法；考核上提出了平时、作业、实验、课程设计与科技论文撰写相结合的方式。通过这些教学改革，提高学生学习的积极性和主动性，真正能够在有限的学时内获得最实用的知识，增强学生的实践能力。

参考文献：

[1]李建秋，赵六奇，韩晓东.汽车电子学教程[M].第2版.北京：清华大学出版社，2011.

[2]周雅夫，连静，李琳辉，等.《汽车电子与控制》课程教学改革的探析[J].科技创新导报，2010，（16）：190.

[3]赵科.汽车电子控制技术教学探讨[J].新西部：理论版，2011，（27）：221-222.

[4]赵秀春，徐国凯，陈晓云.汽车电子控制技术精品实验项目设计与实践[J].大连民族学院学报，2010，12（5）：497-499.

[5]仇成群.LabVIEW在汽车电子虚拟实验教学中的应用[J].仪器仪表用户，2011，18（6）：97-98.

[6]张新丰，陈慧，孟宗良，等.控制器V型开发模式实验教学探索[J].实验室研究与探索，2012，31（2）：131-134.

电子技术发展论文范文第5篇

关键词：案例教学法；教学改革；电力电子技术

作者简介：王晓刚（1976-），男，吉林长春人，广州大学机械与电气工程学院，副教授；王清（1963-），女，黑龙江哈尔滨人，广州大学机械与电气工程学院自动化系主任，副教授。（广东 广州 510006）

基金项目：本文系广州大学“专业综合改革试点”项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0077-02

2010年教育部提出实行“卓越工程师教育培养计划”，其主要目标是培养一大批创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量工程技术人才，促进工程教育改革和创新，全面提高我国工程教育人才培养质量。[1]在此背景下，必须对现有的课堂教学模式进行改革。本文在广州大学“专业综合改革试点”项目的资助下，以“电力电子技术”课程为对象，对课堂教学方法进行了改革，应用案例教学法，改善了教学效果，使学生的知识、能力和素质满足社会的要求。

一、“电力电子技术”课堂教学现状

“电力电子技术”是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课，也是“运动控制系统”的先修课程，在专业培养中占据十分重要的位置。但从国内各高等院校的现状来看，课堂教学存在着较大的不足，主要表现为：

1.教学内容陈旧

电力电子技术的发展日新月异，许多新型电路、控制方法和应用在教材中并未提及，造成学生学与用脱节，该问题在毕业设计中表现得比较突出。

2.教学方法落后

传统的教师教和学生学的授课方式仍大行其道，课堂氛围沉闷，教师与学生、学生与学生之间缺乏交流与互动，学生学习的主动性不高，许多学生将学习目标降低为通过考试获得学分，这与卓越计划中“强化培养学生的工程能力和创新能力”的培养特点相背离。

3.教学手段单一

目前大多数院校已经采用多媒体教学，有的还利用各种仿真软件演示电路的波形。但多媒体的利用并不充分，基本上还是教师演示给学生看，效果必然要大打折扣。

针对目前课堂教学中存在的问题，各学校的相关教师或教学团队纷纷尝试教学改革。三峡大学开发了电力电子电路flash动态演示课件，直观生动地再现了电路的动态特性；[2]重庆科技学院采用工程案例教学法，通过实际案例使学生将平时分散学习的知识综合起来，形成解决实际问题的应用过程，让学生知道学有所用，体会到解决实际问题的成就感；[3]合肥工业大学采用从果到因的逆向思维教学法，培养学生思考问题的能力和创新意识；[4]北京科技大学提出了在CDIO工程教育模式下的“电力电子技术”课程教学改革方法。[5]上述“电力电子技术”教学改革为广州大学该课程的改革提供了参考和借鉴。

二、案例教学法的可行性

案例教学法是一种先进的教学方式，教师根据工程生产实际给出若干案例，学生分成若干研究小组，在教师地引导下组织文献查阅、研究和讨论，在规定时间内完成案例的设计后，通过报告的形式汇报研究成果，汇报完成后由教师和学生共同进行对相关问题的讨论。在这种教学方式下，学生由被动的接受者转变为知识的发掘者，实现教师与学生、学生与学生间的互动。与传统教学方式相比，案例教学法的优势十分突出，大大改善了教学效果，因此已经在我国高校的课堂教学中得到应用。[6，7]

电力电子技术在工业生产和国民生活中应用广泛，同时也综合了电子技术、电路、自动控制等多个学科，因此具有很强的工程性和综合性。同时，“电力电子技术”强调理论联系实际，因此必须重视实践性教学。

在“电力电子技术”的教学中引入案例教学法，对于达到课程的实践性和综合性要求，调动学生学习的自觉性和主动性，提高学生自学能力和实践能力，改善教学效果，大有裨益。

三、案例教学法的实施过程

新型教学法的实施步骤为：

1.提出课题（案例）

将全班学生分为5个课题小组，小组可由教师划定，学生也可以自由组合。根据“电力电子技术”教学大纲和教学目标要求，选取实践性较强的5个案例，分配给5个课题小组，每个小组负责1个课题，课题的选择由各组自行协商。由于学生刚刚接触“电力电子技术”，因此教师在选择案例时需注意案例的难度，案例不能过于简单，需具有挑战性，但也不能难度过大，占用学生过多的时间，甚至令学生失去兴趣。经过实践，笔者给出的第一批5个案例为：级联式晶闸管整流器的设计、高功率因数PWM整流器的设计、SPWM逆变电源的设计、矩形波交流电源的设计、高频高压脉冲电源的设计。当然，案例的选择并不是一成不变的，为了防止部分学生向上一届学生索要案例设计结果，同时考虑到电力电子技术发展迅速，每一届教学中都将对案例进行修改或更换。

2.研究学习

各课题小组根据案例的要求，进行分工合作，首先要充分理解教材，判断案例涉及教材中的哪部分章节的内容，深入阅读教材，然后根据教师提供的文献资料及学习方法，通过图书馆、期刊网等文献检索工具的帮助，查阅相关文献，对课题进行拓展学习。由于课题涉及的电路、自动控制等方面的理论较多，需要学生阅读较多的文献。小组成员之间需要经常沟通和讨论，并进行材料的整合并为报告做准备。

3.仿真研究

由于学时以及实验条件所限，学生无法对每个设计出的电路进行实验研究，为了检验设计结果的正确性，可采用仿真验证的方法。目前，有多种仿真软件可以仿真电力电子电路，其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。这两种软件已被许多教师用于课堂教学中，但学生动手使用的并不多，实际上，这两种软件易学易用，学生无需在学习软件的使用方法上花费太多的时间。在案例设计过程中，学生可以随时用设计的仿真程序验证设计的正确性；设计完成后，要给出不同拓扑结构、不同控制策略、不同电路参数和控制参数下的主要波形，并由此确定最佳拓扑和参数。在第二和第三阶段，学生可通过网络课程平台与教师交流。

4.报告讨论

报告和讨论是案例教学法的重要环节，一般安排在课程结尾阶段进行。由于学时的限制，为每个案例分配的时间为20分钟～30分钟。课题组推举一位报告人，报告人应在报告前做好PowerPoint讲稿，报告时用5分钟的时间介绍案例的要求和设计结果。余下时间由全体学生讨论设计的合理性，学生也可以提出各种问题，由报告人进行解答，报告人解答不了的，由该课题组的其他成员解答。教师在此过程中应对讨论的深度和广度加以把握，最后对案例设计的结果进行点评，并记录学生在报告和讨论过程中的表现，作为考核的依据。

5.撰写小论文

通过一个学期的学习与实践，每个学生提交一份与案例相关的研究性小论文，教师应要求每个课题组内各成员间的小论文内容有区别，即应侧重于自己所研究的那一部分。

6.期末考核

期末考核的成绩由三部分组成：报告和讨论过程中的表现以及小论文的质量。为了保证考核的公平性，教师在布置任务时要为课题组的每个成员分配不同的工作。以“SPWM逆变电源的设计”为例，可将案例拆分为若干子课题，如：单相逆变电源的设计、三相逆变电源的设计、常规SPWM调制方法研究、梯形波SPWM调制方法研究、鞍形波SPWM调制方法研究等几个子课题。在小组成员较多的情况下，可令其中一部分同学用Matlab/Simulink仿真，其余同学用PSIM仿真，这样不仅使每个学生都有相互独立的任务，还可将不同仿真软件得到的结果进行相互验证。

四、案例举例

本节以“矩形波交流电源的设计”为例来说明案例的实施效果。

教师给出的案例为：矩形波交流电源在原油脱水等工业现场的应用较为广泛。本案例中矩形波电源的设计指标为：输入为三相380V/50Hz交流电；输出为单相矩形波，幅值5kV～20kV可调，频率0.1kHz～20kHz连续可调。要求学生设计出系统框图、主电路、驱动控制电路，并对原理进行仿真，给出仿真波形。

经过研究、讨论以及教师指导，学生给出了详细的设计方案。其中系统框图如图1所示。

此外，学生画出了主电路，并选择IGBT作为降压变换器和全桥逆变电路的开关器件，选择SG3525作为控制芯片，选择EXB841作为驱动芯片，画出了控制和驱动电路。

学生的设计方案得到教师的肯定。但是在仿真中，学生遇到困难，不知如何调节输出矩形波的幅值，这是因为教材中电路原理讲得较多，而与控制有关的内容有限。学生在网络课程平台的论坛提出这一问题后，教师及时给出了建议，即将采样得到的矩形波幅值除以变压器变比后得到全桥逆变器输出电压的幅值，此幅值与降压变换器的输出相同，与给定电压比较后得到误差，再用PI调节器产生占空比信号。学生获得建议后并经过小组的进一步讨论，最终得出了仿真结果。

此案例将电力电子技术教材中不同章节的内容，以及自动控制技术的内容联系起来，学生在完成此案例后，对电力电子技术的原理和应用有了更深入地了解和体会。

五、结论

与传统教学方式相比，案例教学法在提高学生工程实践能力、调动学生学习主动性、培养团队精神等方面具有较大优势。一个学期的实践表明，这种方法的教学效果明显优于传统教学法，与“卓越工程师教育培养计划”的理念相符合，值得进一步研究和推广。当然，这种方法也存在着一定的不足，如对教师和学生的要求较高，部分学生积极性不高，教学法的实施与有限的学时存在矛盾等，笔者将这些问题的解决方法在今后的实践中进行更深入的探索。

参考文献：

[1]林健.面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等工程教育研究，2011，（6）：5-15.

[2]孙坚，王强.数字环境下“电力电子技术”教学方式的改进[J].电气电子教学学报，2011，33（5）：115-116.

[3]飞，李正中，邬红，等.工程案例在“电力电子技术”课堂教学中的应用探讨[J].中国电力教育，2011，（25）：101-102.

[4]杜少武，张毅，黄海宏，等.电力电子技术课程的逆向思维教学法研究[J].电气电子教学学报，2007，29（4）：94-97.

[5]董冀媛，李晓理，董洁，等.CDIO模式下电力电子技术课程教学改革思考[J].中国电力教育，2011，（35）：97-98.