电力电子技术创新型课程设计分析

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1传统课程设计的不足

传统“电力电子技术”课程设计题目很多，但内容上主要集中于电力半导体器件、整流、直流斩波、逆变和变频变压等几个章节。以“单向半控桥式晶闸管整流电路的设计(纯电阻负载)”课程设计题目为例，学生的课程设计内容仅完成整流电路理论概述、电路结构和特性介绍以及一次验证型的实验结果，创新能力得不到培养。“电力电子技术”实验是弱电控制强电的实验，平时开设的实验基本上都是验证型实验，主电路结构都是以挂件形式开放着的，控制电路部分也是安置在面板上，学生很简单地就能完成实验指导书中的要求。而对于一些综合型创新型实验，弱电部分一般都是学生自行设计的，这就要求处理好强电和弱电的接口部分，而操作不当很容易使电路损坏。课程设计要求理论分析与实验论证相结合，但对于电子信息专业学生，首次接触这门强电类型的实验，很难把实验结果与书本理论知识联系起来。如做整流电路实验，学生一般不思考示波器上显示的可控半波波形、直流电压表读数与控制相位之间的关系，从实验中获益不多。

2课程设计内容的制定和教学安排

电力电子技术应用主要包括电气传动、电力系统和开关电源三个领域。小容量开关电源设计与制作作为课程设计内容比较适合于电子信息工程专业学生。简单的开关电源包括启动电路、控制电路、驱动电路、输出滤波、保护电路和变压器等诸多部分。而且开关电源的设计种类也很多，设计成本不高。因此，我们将开关电源的设计作为综合性的“电力电子技术”课程设计项目。我们对学生进行分组，分解项目任务，分配给他们不同任务要求。如有的学生负责电压反馈型并联Buck电路的设计，有的学生着重于主电路的设计和参数计算，有的学生要求侧重于均流控制电路的设计，有的学生侧重于驱动电路的设计等，这样的分配有助于学生在较短的时间内完成课程设计任务。为完成课程设计任务，教师在课程教学安排上，可适当选择一些案例进行讲解，籍此为学生进行课程设计提供范例。案例可取自科研文献或当前大学生电子设计竞赛中开关电源的设计项目。例如，考虑节能项目中使用的综合整流、逆变和直流斩波电路等，设计LED或LCD等的控制和驱动电路以及电动汽车逆变电路等。

3电路仿真与实验结合

考虑到安全性和使用成本，“电力电子技术”课程设计中的实验调试不可能自始至终都在实验室中进行。解决的办法是利用电路仿真软件对所设计的电路进行仿真［4-5］。通过电路仿真能对所设计的电路进行验证，降低实验成本。在课程设计实验调试阶段，每个小组在基于某一仿真软件构建的虚拟实验平台上进行电路仿真。学生仿真时分层次进行。如设计电压模式单端反激Buck电路，该组学生利用仿真软件对图1所示的开环电路进行仿真分析，得出输出电压与占空比的关系，计算出电感电流连续条件下主电路元件参数。然后学生加入如图2所示的电压闭环控制，对图1单端反激直流变换器负载或输入电压突然变化时进行仿真分析，通过调试控制参数获得稳定的输出电压。学生查阅科研文献后作进一步的仿真调试，如将输入直流电源用整流电路代替、加入保护电路和用集成块来实现电路仿真等。通过仿真与理论计算结果对照，可验证电路或分析电路特性，或提出改进创新意见。在仿真结果和理论分析符合之后，才允许学生进行实验。图2电压模式控制电路我院“电力电子技术”课程设计的实验具体安排在实验平台上操作，该实验平台还可供学生做普通实验和部分毕业设计实验。开关电源主电路、整流电路和控制电路是分开安置在平台面板上的，学生可根据不同类型开关电源连接相应主电路。我们要求小组所有学生能进行开环直流直流变换器的实验调试，然后自行设计闭环控制电路进行实验调试，以满足不同的输出要求。学生在进行课程设计时，我们要求能力较强的学生配置器件、制作电路板和搭建电路，然后进行焊接和调试。这部分的工作也可为今后进行毕业设计作进一步的准备。

本文作者:赵益波工作单位:南京信息工程大学