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电子技术论文范文1
脉冲电子围栏是基于脉冲电子技术的高压围栏，脉冲发生器通电后发射端口向前端围栏发出脉冲电压，时间间隔大约1.5秒发射1次，脉冲在围栏上停留的时间大约0.1秒，前端围栏上形成回路后把脉冲回到主机的接收端口，此端口接收反馈回来的脉冲信号；同时主机还会探测两个发射端之间的电阻值。如果前端围栏遭到破坏形成断路或短路，脉冲主机的接收端口未收到脉冲信号或两个发射端之间电阻太小，主机都会发出报警。脉冲电子围栏强调了以阻挡为主、报警为辅、兼有威慑作用的周界安防新概念，同时克服了交流电网围栏致命的缺点，与传统的红外、微波、静电感应等周界安防系统相比，具有误报率低、不受地形和环境限制、安全性高等明显优点。当入侵者强行入侵时，报警系统会发出警报，通知保安人员并联动电视监控系统。这和传统的报警、监测为主是完全不同的，因为传统的报警和监测只能在事件发生时或发生后提供信息和记录，而不能有效地防止外人的侵入。同时，它与传统带电设备有本质不同，传统带电设备电压恒定持续，而前端脉冲高压围栏属瞬间高压，具有高电压和低能量（一般小于5J）的特征，接触瞬间能起到震慑、击落的效果，但不会对人体构成伤害。从上述防护原理可知，该围栏具有如下功能特点：一是具有物理屏障、延迟入侵、主动防御、准确报警等特性；二是基于脉冲电子技术，抗干扰能力强，适用范围广；三是属有形围栏，可随地形架设，适应复杂地形环境，能有效克服盲区和死角，误报率低、可靠性高；四是在确保防护强度前提下对人体无伤害，能有效震慑和阻挡入侵者，可与报警主机、视频监控系统、110报警等安防系统联动。
2脉冲电子围栏的设计与安装
脉冲电子围栏通常由脉冲电子围栏主机、前端高压围栏两部分组成。脉冲电子围栏主机有高压和低压两种工作方式，高压模式峰值电压为5—10kV，低压模式峰值电压为0.5—1kV。白天或围栏附近有人作业时可以切换到低压模式，前端围栏的脉冲打击力度更小；夜间或需要更高等级的防护级别时，可调至5-10kV的高压模式。前端高压围栏可根据不同的安全需求，合理分配防区，设置报警装置，通常可分为三个等级：
（1）基本安全级
整个周界设一个防区，具有阻挡、报警和威慑作用；
（2）中等安全级
每一防区一般不超过300米；
（3）高等安全级
每一防区长度约100米，整个围栏分成多个防区。每个防区都具有各自独立的报警器，可指示报警所在防区，与报警主机、视频监控系统、110报警等安防系统联动。电子围栏的安装按其在现场的安装位置，分为独立式、附属式和墙顶式三种基本安装形式。独立式电子围栏直接架设在地面上，其高度约2米左右，一般安装10—12根线缆，通常独立式电子围栏正常工作部位处于一个公众通常难以接近的封闭区域内。附属式电子围栏附属在围墙上，围墙高度一般不低于2米，主要用在有较高安全级要求而不占用土地的场合。墙顶式电子围栏目前在中国较为普及，架设在现有围墙上方或侧方，可以垂直或倾斜一定角度安装，电子围栏的高度为0.8米左右。
3结语
电子技术论文范文2
光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。
Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。
2我国的光电子技术和产业
近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。
国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。
掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。
但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。
我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领域，与世界发达国家几乎同时起步。但是我们应该清醒地认识到我国制造技术的落后和材料水平有限，而国际上光电子产业已经进入加速发展阶段，留给我们的时间只有三到五年，如果我们不在目前产业化的技术发展阶段进入，就会失去大好时机。机不可失，时不再来，到产业化后期时将要花数倍的力量才能弥补，也许会彻底失去时机，受制于人。
如果一个国家在一代元件上没有足够的投资以发展自主能力，就会给外国竞争者提供进入并占领下几代技术市场的机会。因而在关键器件、部件等方面，要通过引进社会资金和风险投资，知识产权入股、开发人员持股等方式加快我国光电子成果的产业化步伐，鼓励科研人员成果转化。只要贯彻有“有所为，有所不为”的方针，狠抓创新和高技术成果转化，打破行业界限，按市场机制联合国内相关研究和开发单位，共同作好光电子产业化的工作，就一定能发展我国的光电子事业，有望在研究上取得突破，在产业上形成规模经济，取得我国在该领域应有的市场份额。
电子技术论文范文3
首先将模拟电子技术课程的教学体现在三个方面：课堂理论教学、计算机仿真技术辅助教学和实践教学。其次，模拟电子技术相关知识点的实践应用则贯穿于大二（下）到四年级的毕业设计，如大二的电子技术基本技能训练、模拟电子技术课程设计，大三的综合电子系统设计，大四的毕业设计等。其三，除了这些必修科目以外，在一些选修类项目，如大学生科技创新、电子设计竞赛、社团组织中也体现了模拟电子技术知识的运用。通过培养方案的调整，可以行之有效的保证学生在校学习期间不断学习、实践模拟电子的相关知识，将学以致用的理念贯穿于整个在校学习期间，使学生在反复学习实践中不断拓展知识的深度和广度，具有分析问题、解决问题的工程实践能力。
二、改革探索更加有效的教学模式
（一）教学手段不断改革
为了改进教学质量，提高教学效果，为培养应用型人才提供有力支持，近年来，我们在教学手段的不断改进方面做了有益的尝试。第一，引入计算机仿真技术，将理论与实践有机结合。在教学中引入仿真技术，有效的改进了教学效果，增强了学生分析问题、解决问题的能力。首先，站在教师的角度，仿真技术的使用，使教师在原有电子课件的基础上，加入了对实际电路的分析过程，使得教学生动直观，加深学生对概念和规律的理解和掌握。通过仿真软件，不仅可以帮助学生理解一些抽象概念，并且可以使其深刻理解在电路中，各元件参数对电路的影响。其次，从学生的角度看，将计算机仿真技术与模拟电子技术教学内容有效结合，使学生通过仿真直观的了解本课程研究中所能解决的实际问题，有利于激发学生的学习兴趣与参与探索的求知欲。如在学习完相关理论后，引导学生利用仿真软件自行设计波形信号发生器、多路输出的直流稳压电源、心电图信号放大器、低频功率放大器、光电报警器等。学生通过这样一些模拟电路的实际应用，了解了课程的作用，明确了学习目标，产生了好奇心，激发了学习动力。在教学中引入计算机仿真技术，使学生在教师的引导下带着问题进行自发学习，使整个学习过程始终处于探索研究、再探索研究到最终验证的良性循环过程。第二，开放实验室，提供探究和创新的良好环境。模拟电子技术是一门实践性很强，并且面向工程的课程，基本的应用电路在掌握了基本理论后，都需要实验来验证。通过实验验证理论→发现问题→结合理论修正问题→再次进行实验验证，通过这样一个螺旋式过程，学生学习知识的深度和广度均不断拓展。同时，也让学生深刻体会到了实践和理论的差异，在实践中切实锻炼了学生分析解决问题的能力。院系面向电子信息类学生开放电子技术实验室，为学生提供了理论联系实践的场所，更为学生进行探究式学习提供了不可取代的自主学习平台，是培养学生探究未知能力、实践能力和创新能力的必要途径。除集中实验外，课后及其他学期学生根据自己的兴趣及时间安排，自行登记到实验室进行实验和研究。电子技术实验室安排值班教师为实验学生答疑，帮助学生探究和创新。实验室的开放，满足了不同层次学生培养实践能力的要求，体现了因人而异、因材施教的教育理念。第三，充分利用网络资源，引导学生自主学习。模拟电子技术课程为校级精品课程，目前在建校级资源共享课程。现有的精品课程网站，为学生的课外学习提供了一个高效的研究型学习平台。精品课程网站提供了丰富的和教学相关的资讯。学生可以根据自己的兴趣和爱好，进行探索式研究式自主学习。这样的学习模式不受空间和时间的制约，延伸了学生获取知识的途径，不仅使得学生的学习变得更加便捷，而且学习起来更加自主、高效，更重要的是在学生能力培养方面起到了不可或缺的作用。
（二）教学方法不断改进
教学是一个获取知识、启迪思想、激发潜能、培养能力的过程，它需要教师根据自己的教学能力设计一种教学策略，通过优化的教学手段和教学方法，在课堂上将教学内容精彩而生动地展示给学生，并且在课后进一步挖掘学生自主学习的潜力。在培养应用型人才思想指导下，我们不断在教学方法上进行探索和改进，侧重培养学生的工程应用能力。
1.采用启发探索式教学激发学生学习兴趣，提高教学质量。
采用启发探索式教学提高学生的学习兴趣，教师在教学中主要承担主导作用。在对课程进行教学设计时，在保证基本概念的基础上部分重点采用案例式教学，通过分析实际电路，引入知识点。通过课堂讨论、仿真软件演示、习题研究等环节，引导学生自主学习，让学生由被动的接受知识转化为主动的探索知识，充分发挥学生在教学中的主体作用。教师在完成一个知识点或一个章节的教学后，布置两到三个综合性的问题，让学生自由分组形成课题组。利用课余时间自行通过查阅资料完成题目的分析、方案选择、电路仿真设计、结果分析，并制作出一份多媒体课件及电子文档说明原理、分析过程、重难点及注意事项，由课题组选派一名同学在课堂上进行讲解，并且接受老师和同学的提问，进行讨论。在这个过程中，学生不仅从中领会自学的思路，学会分析问题和解决问题，而且还培养了团队协作能力和科技论文的写作能力。还有一点也是很重要的，即讲解之后还要接受老师和同学的提问，进行讨论。在这个环节中，不仅可以查漏补缺，检查出学生在学习过程中的薄弱环节，及时加以弥补，而且也可以有效的促进教学相长，教师可以根据讨论中学生反映出的兴趣点对教学过程进行进一步优化。最后，在教与学的位置互换中，学生亲身体验了“教”，这有助于加强师生之间的互相理解。
2.鼓励支持学生自主学习，拓展知识广度与深度。
课堂教学无论在时间和内容上都是有限的，除了课堂教学，课后可供学生自主支配的时间很多。引导学生利用好课余时间，是提高学习质量的一个有效工具。如在初期给出参考书目，让学生阅读，撰写读书报告；给出优秀的模拟电子技术学习网站或电子论坛，指导学生进行自主学习；订好答疑时间，定期解答学习过程中遇到的问题；鼓励学生参加专业社团及校省级大学生创新项目；在学生自愿报名的基础上，优选学生参与省及国家的电子设计竞赛和智能车大赛；鼓励和帮助学生在校学习期间发表学术论文等。参与以上活动的优秀学生，根据培养方案中规定，均奖励相应的学分，旨在鼓励和培养学生的研究创新能力。通过近几年的实践，反映出学生普遍对面向实际、有挑战性的课题比较感兴趣。而兴趣是促进学习的强大动力，在强大的兴趣驱动下，在团队精神的鼓舞下，学生自发学习，分析问题、解决问题的能力得到了迅速的提高。近年来，电信专业的学生在大学生电子设计竞赛、智能车大赛中均获得省级以上奖项。
（三）重组优化教学内容，充分发挥课堂教学的效果
在课时压缩的客观条件下，教学内容必须进行优化重组。教学内容在保证本课程基础及关键知识点完整的前提下进行了合适的优选。在电子教案中增加了本学科领域的技术前沿和新科技成果的应用介绍，在不多占用课时的基础上扩展了知识的广度，提高了学生的学习兴趣，同时也为学生的自主学习指引了方向。
三、教学改革的进一步探索
电子技术论文范文4
其具体包括以下几方面的内容：第一，通过对电力电子技术的应用，已经将传统发电机直流励磁转化为由中频交流励磁和电力电子整流相结合的方法，并且在推广应用过程中取得了良好的效果，其运行的可靠性也得到了提高。第二，电力电子技术的应用有效地改变了水轮发电机的变频励磁。发电频率取决于发电机的转速，采用了电力电子技术后，将水轮发电机直流励磁转变为低频交流变频励磁。当水流量减少时，提高励磁频率，可以把发电频率补偿到额定，延长水轮发电机的发电周期，解决水力发电中发电机工作时间受季节性水流量影响而导致的频率无法调节、浪费较多水能的问题。这对大型水力发电设施来说，具有巨大的经济效益。
2电力电子技术的未来发展趋势
从近几十年的发展历程中我们可以看出，半导体的发明与应用有效地推动了电子技术的快速发展，其中晶闸管等电力半导体在这一过程中发挥了重要的作用。在进入20世纪70年代后，半控型晶闸管形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和半导体制造工艺水平的不断提高，先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。近期研制的以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件，开始向大容量高频率、响应快、低损耗的方向发展，这又是一个飞跃。步入20世纪90年代后，电力电子技术得到突飞猛进的发展，与该技术有关的产品也得到进一步升级，大都朝着智能化、模块化方向发展，逐步形成了电力电子技术的三步走模式及理论的研发，产品的研制、产品的应用，成为国际科研领域的新星，成为经济社会发展的热门行业。但是，就目前我国电力电子技术发展现状来看，还不容乐观，其中电力半导体器件的研发与应用同西方发达国家相比，还存在较大的差距，还比较落后，所以，如果在21世纪国际电力电子技术迅猛发展的背景下，我国半导体器件的落后状态得不到改善，将直接影响我国国民经济的快速发展，因此，对于我国电力电子技术的发展趋势来说，仍然任重而道远。
3结语
电子技术论文范文5
通常情况下，电力电子得理论教学都是按照教科书的章节顺序进行，难免枯燥乏味，高深难懂。电力电子学科涉及面比较广，如果将电力电子学科理论划分为多个部分会起到更好的效果。比如划分为四大变换电路部分、器件与控制部分以及电力电子前沿技术等三部分进行教学，三部分既可以先后进行也可以同时穿行。
1.分析电路尽量使用多媒体。
电力电子技术的核心就是整流、逆变、斩波和交交变换四大基本电路，在电路工作过程的分析中，通常一个电路都有多个工作状态，不同的工作状态又分别对应着不同的电压电流波形，也就是说电路的工作过程往往都是动态的过程，而传统的书本上的文字和原理图是无法很好地展现动态过程的。这时，如果采用幻灯片等多媒体形式，可以将电路工作的动态过程很好地展现给学生们观看，把书本上静态的电路以及波形图动起来，这样就能够让学生们更好地理解电力电子电路的工作过程。与此同时，结合书本上的理论，再将不同电路的特点进行总结，使同学们复习时结合着书中的理论，头脑中联想着多媒体演示动画，便会在学习中事半功倍，容易记忆，提高学生的分析计算和实际解题的能力。
2.器件与控制部分应注重练习。
电力电子器件及控制部分具有覆盖面大、定性与定量相结合的特点，学好这一部分，就必须将概念的理解与相关的计算进行练习，在习题式的教学中，不断提高分析问题和解决问题的能力。研究生阶段，各高校几乎很少带领学生做与课程相关的习题，多数学生也只有在考试的时候才有机会在试卷中解答一些问题，虽说现在不提倡传统针对考试的题海战术，但是平时适当做一些典型的练习还是有必要的，电力电子器件种类多、特点各不相同，而控制方法也有很多，甚至与自动控制原理等其他学科相关联，在教学中适当找一些典型例题进行讲解，可以让同学们在繁杂的知识中抓住重点内容进行突破，最终掌握这部分知识要点。
3.学生自主参与新技术教学。
电力电子技术具有发展速度快的特点，新的技术和应用领域不断出现，加强电力电子新技术的教学可以扩展学生知识面，掌握电力电子技术发展新方向。这一部分的特点是没有定量计算、难度不大、但对于资料的收集工作量比较大，根据这些特点，在教学中，可以将这部分安排给每个学生进行讲解，在讲解前每个同学查找相关资料，然后对资料进行分类总结，加入自己的理解，在讲解过程中既可以使用多媒体也可使用板书的形式，讲解后学生之间可以相互提出问题，相互讨论，形成良好的研究氛围。在这种学生自主教学的过程中，既提高了学生查找资料的能力，也能提高学生的概括的创新能力，还为研究生毕业学术论文的撰写提供了相关的经验。
二、实验教学应进行分类
电力电子技术是一个应用性很强的一门学科，在理论教学的同时一定要有相应的实验来配合和补充，开设实验课是对理论课的延伸和补充，更能够突出应用型学科的特色。在实验教学上，应分为验证实验、探究实验、拓展实习三个部分进行教学。
1.验证实验应紧密结合课本。
验证性实验的特点是对已经有的理论进行实验验证，与学生的理论教学紧密衔接，通过书上的理论来指导实验的操作，同时实验的结果又可以加深学生对于书本理论的深度理解。在理论课程之后，应当有相应的实验课程相跟进，在实验开始前，老师带领学生对课本知识点进行回顾，确定实验目的和实验步骤，同学们按照实验要求完成相应的实验操作，并能够运用书本上的知识来解释实验中的现象，最后通过实验报告的形式进行总结，得出验证性的结论。
2.鼓励开展探究性试验。
电力电子技术是一门正在快速发展的学科，在实验教学中，应当鼓励学生进行自主探究，通过对已有知识的学习让学生们充分发挥想象力，制作一些相关的小制作、小发明，在探究性试验的过程中培养学生的创新能力。学生根据自己掌握的知识，结合当今电力电子发展的前沿技术，加上自己的想象力和创造力，独立设计出属于自己的电子作品，而在探究的过程中难免会遇到一些问题，这时老师应进行适当指导，给出一些方案，让学生自主解决实际问题。平时尽可能地开放实验室，使学生增加动手操作机会。此外还应当鼓励学生参加“挑战杯”等科技比赛，增加在创新方面的交流合作，从而学会更多解决问题的新方法。
3.拓展实习应突出实际应用。
在传统的教学环节之外，对于电力电子技术这种应用型很强的学科，应适当组织学生到某个单位进行参观学习。学习的目的是为了应用，当今电力电子技术已经应用在了许多领域之中，在实验教学中可以联系某个具体单位进行参观，在实际的生产过程中，让学生们更加具体地了解电力电子技术的应用。除了参观之外，也可由老师或者学生找一些与电力电子技术应用相关的视频资料，分享给大家进行观看，也可以起到非常好的效果。实习结束之后，学生以报告的形式写出自己学到了什么或者是心得体会。这样，理论联系实际，对于理工科的教学是有很大帮助的。
三、总结
电子技术论文范文6
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：
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[2]季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998。
[3]叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998。
