时间：2023-03-02 15:10:20
序论：速发表网结合其深厚的文秘经验，特别为您筛选了11篇电子技术发展论文范文。如果您需要更多原创资料，欢迎随时与我们的客服老师联系，希望您能从中汲取灵感和知识！
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：
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：
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。
0 前言
现代电力电子技术的发展经历了几个不同的阶段，整流器时代、逆变器时代和变频器时代，现代电力电子技术属于变频器时代，同时又与微电子技术有效地进行了结合，这不仅使其应用范围十分广泛，而且在国民经济中的地位也变得越来越重要。
1 现代电力电子技术的发展趋势
在当前科学技术快速发展的新形势下，随着电力电子技术的不断革新，其发展达到了一个较高的水平。现代电力电子技术主要是对电源技术进行开发和应用，可以说电源技术的发展是当前电力电子技术发展的主要方向。
1.1 现代电力电子技术向模块化和集成化转变
电源单元和功率器件作为现代电力电子技术的重要组成部分，是电子器件智能化的核心所在，其组成器件具有微小性，因此电力电子器件结构也更为紧凑，体积较小，但其能够与其他不同器件的优点进行有效综合，所以其具有显著的优势。也加快了现代电力电子技术向模块化和集成化转变的进程，为电力系统使用性能的提升奠定了良好的基础。
1.2 现代电力电子技术从低频向高频化转变
变压器供电频率与变压器的电容体积、电感呈现反比的关系，在电力电子器件体积不断缩小的情况下，现代电力电子技术必然会加快向高频化方向转化。可控制关断型电力电子器件的出现即是现代电力电子技术向高频转化的重要标志。而且随着科学技术发展速度的加快，电力电子技术也必然会向着更高频的方向发展。
1.3 现代电力电子技术向全控化和数字化转变
传统的电力电子器件在使用过程中存在着一些限制，而且关断电器时还会产生一些危险，自关断的全控型器件在市场上出现后，有效地弥补了这些限制和避免了危险的发生，这也是现代电力电子技术变革的重要体现，表明现代电力电子技术加快了数字化发展的进程。
1.4 现代电力电子技术向绿色化转变
现代电力电子技术向绿色化转变主要表现在节能和电子产品两个方面。相比于传统的电力电子技术来讲，现代电力电子技术的节能性更好，这也实现了发电容量的有效节约，对环境保护带来了较好的效果。一直以来一些电子设备会将严重的高次谐波电流入到电网中，给电网带来较大的污染，导致电网总功率质量下降，电网电压出现不同程序的畸变。到了上世纪末期，各种有源滤波器和补偿器的面世，实现了对功率参数的修正，从而为现代电力电子技术的绿色化发展奠定了良好的基础。
2 现代电力电子技术的应用
现代电力电子技术的功能具有多样性的特点，其在多个领域都有着广泛的应用，这也决定了现代电力电子技术在国民经济发展中占据非常重要的地位，有着不可替代的作用。
2.1 电源方面
（1）一般电源。现代电力电子技术在开关电源和供电电源方面都取得了较大的进展，交流电直接由整流器转变为直流电，这部分直流电一部分由逆变器转换为交流，然后经由转换开关到达负载，而另一部分则直接对蓄电池组进行充电。一旦逆变器发生故障，蓄电池组则作为备用电源开始直接向负载提供能量。在现在的电力电子器件中普遍采用MOSFET和IGBT作为电源，不仅具有较好的降噪性，而且电源的效率和可靠性也能够得到有效的保障。
（2）专用电源。高频逆变式焊机电源和大功率开关型高压直流电源是比较典型的两种应用现代电力电子技术的专用电源。高频逆变式焊机电源是一种高性能的电源，由于大容量模块IGBT的普遍使用，使得这种电源有着更加广阔的应用前景，逆变式焊机电源基本采用的都是交流-直流-交流-直流的转换方法，由于焊机工作的环境条件恶劣，所以燃弧、短路等就成为了司空见惯的问题，而采用IGBT组成的PWM相关控制器，能够提取和分析参数和信息，进而预先对系统做出处理和调整。大功率开关型高压直流电源主要应用CT机、静电除尘等比较大型的设备上，因为这类设备电压比较高，甚至达到了50 ～ 159kV，将市电经过整流器整流变为直流，然后与谐振逆变电路串联，逆变为高频电压，再升压，最后整流成为直流高压。
2.2 传动控制及牵引
这主要应用在无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制等等方面，通过将一个固定的直流电压转换为一个可以变化的直流电压，这样就能够使控制更加的平稳和快速，而且还可以节能。
2.3 在电力系统中的应用
在发电系统中现代电力电子技术的应用更是广泛，比如说水力风力发电、用电系统、配电、输电等等都和现代电力电子技术有着密切的联系。目前的风力电力机组已经结合了机械制造、空气动力学、计算机控制技术、电力电子技术等等，而现代电力电子技术就是发电系统中不可或缺的重要技术，它对于电能的转换、机组的控制和改善电能质量等都很重要。
2.4 在节能和改造传统行业中的应用
现代工作的开展离不开电能的支持，电能是现代工业的重要动力和能量源头。随着我国工业用电量不断增加，用电的不合理及浪费现象也日益显现出来。这就需要有效地降低能源的消耗，提高电能的利用效率，以便于能够对当前能源紧缺的局面起到一定的缓解作用。因此需要充分的发挥现代电力电子技术的性能优势，有效地提高现代电力电子技术的效率，应用现代电力电子技术，通过工业控制有效地将电能转换为劳动力，建成现代化的智能车库，从而降低工人的劳动强度，实现人力资源的节约，确保劳动生产力的提高，以便于推动传统行业的改造进程。
2.5 在家用电器方面的应用
现代电力电子技术在我们日常生活中应用也较为广泛，当前家用电器普遍应用现代电力电子技术，给我们的日常生活带来了较大的便利。许多电器都只需要按下按钮就能进行工作，而不需要人们亲自动手。
3 应用展望
在今后现代电力电子技术应用过程中，需要重视以下几个方面的问题：首先，需要对节能和环保给予充分的重视，通过完善控制设备和设计专用的电机来有效地提高电机系统的使用性能和效率；其次，为了实现节能和环保，则需要使用中高压直流转电系统，使其实现低能耗及低污染；最后，需要加快解决电力系统中储电装置的设置问题，需要电力系统设计者从控制技术等方面来制定切实可行的解决方案，从而对电能储备中存在问题进行有效解决，更好地推动电力系统的持续、稳定发展。
4 结语
现代电力电子技术在多个领域都得到了广泛的应用，特别是对电网的控制和转换上发挥着非常重要的作用。通过现代电力电子技术的应用，使大功率电能成为其他高新技术的重要基础，这也决定了现代电力电子技术在国民经济发展中的重要地位具有不可替代性，对推动经济和社会的发展发挥着非常重要的作用。
参考文献：
[1] 刘增金.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子世界，2011（9）：19+25.
[2] 冷海滨.现代电力电子技术的发展趋势探析[J].电子技术与软件工程，2014（1）：156-157.
[3] 韦和平.现代电力电子及电源技术的发展[J].现代电子技术，2005（18）：102-105.
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。
一、EPB与传统手制动相比的优点
1.1EPB系统可以在发动机熄火后自动施加驻车制动。驻车方便、可靠，可防止意外的释放（比如小孩、偷盗等）。
1.2不同驾驶员的力量大小有别，手驻车制动杆的驻车制动可能由此对制动力的实际作用不同。而对于EPB，制动力量是固定的，不会因人而异，出现偏差。
1.3可在紧急状态下组委行车制动用。
二、EPB的功能
2.1基本功能：通过按钮实现传统手刹的静态驻车和静态释放功能。
2.2动态功能：行车时，若不踩踏板刹车，通过EPB按钮，一样也可以实现制动功能。
2.3“熄火控制”模式：当汽车拔钥匙熄火时，自动启用驻车制动，发动机不打火驻车不能解除。
2.4开车释放功能：当驾驶员开车时，踩油门，挂挡后自动解除驻车。
2.5启动约束：点火关闭，释放约束模式（保护儿童），不用操作制动踏板，即可释放约束模式。
2.6紧急释放功能：当电子驻车没电需要解除驻车时，可用专门的释放工具释放驻车。
三、拉线式EPB的组成及各部件的作用
3.1拉线。拉线和传统的驻车系统中拉线所起的作用完全一样，就是把力从EPB总成传递到驻车制动器上实现驻车功能。拉线式EPB有单拉线和双拉线两种。
单、双拉线有各自的优点和缺点。相比较起来双拉线有较大的拉线效率，拉线行程短，但布置没单拉线灵活，产生相同的拉力，控制器需要加载的力大。工作时，双拉线EPB控制器同时带动两根拉线运动，带动制动器驻车，而单拉线时，EPB控制器是只带动了一根拉线，然后通过拉索平衡器此拉线带动后面的两根拉线驻车。
单拉线式样的EPB，一根拉线带动两根拉线的原理为：第一根拉线的芯线在控制器的带动下产生移动，其带动拉线向右移动，然后因为第一根拉线受力弯曲，第一根拉线通过固定在其拉线护套上面的平衡器带动拉线1向左移动，从而实现了一根拉线带动两根拉线移动的目的。
3.2按钮。通过按或者拉按钮控制EPB驻车和解除驻车，按钮上有背景灯，提醒驾驶者是否已工作。
3.3紧急工具。在EPB因断电不工作时，实现驻车解除功能。
3.4电机。EPB工作时的动力来源，由其来带动齿轮机构工作实现驻车。（有人仅靠电子驻车纸面意思可能会担心驻车后，出现没电的情况怎么办？实际上电子驻车只是靠电触发齿轮机构工作，最终使车长时间驻车的还是机械机构，并且国家法规中也明确要求，驻车要用可靠的机械机构来完成）。
3.5齿轮机构。不同厂家EPB的此部分机构的工作原理不一定相同但其作用是一样的。都是力的传递机构，把力由电机齿轮的转动转化成拉线方向上力。其齿轮结构的工作原理如右图电机带动拉线所在的外齿轮机构和内齿轮机构旋转，因为旋转方向相反，带动连接在内外齿轮机构的拉线运动，实现驻车。
3.6ECU和传感器。ECU用来控制EPB对外的信息交流和反馈。传感器用来感应拉力的大小。
四、EPB总成的工作原理和其功能的实现原理
4.1EPB总成的工作原理。拉线式EPB工作原理为：通过开关给ECU一个通断信号，EPB的ECU控制电机进行旋转，然后由内部的齿轮机构把此力输出到拉线上，由拉线带动制动器进行驻车。
4.2EPB各功能的实现原理
（1）基本功能。最基本的功能，静态释放和静态驻车功能，通过按钮驻车和解除驻车此工作原理简单，也就是上面的EPB工作原理。
（2）EPB卖点之一的动态功能。当车在行车状态，速度大于12km/h,若按下EPB按钮，ECU指挥马达带动拉线驻车，当车轮要抱死，有滑移的倾向时，ECU通过CAN得到这个信号后，会使拉线力减小，以便不使车轮抱死，如此循环，直至车停下为止。虽然EPB有此功能，但各个EPB厂家，并不推荐客户把EPB当作行车制动器使用，并且还明确要求客户，此功能只能在常规制动器失效或不可使用踏板的紧急情况下才能使用，这是因为在行车中，驻车制动器启动后，那么就把制动力全部加在后轮，对后制动器的损害是很大的。
（3）“熄火控制”模式。发动机熄火后，通过CAN把此信息传递给ECU，ECU指挥EPB驻车。
（4）EPB的另一卖点功能：开车释放功能。要实现该功能，则EBP系统需要知道驾驶员是否希望车辆开始行驶。对自动挡车辆来说，EPB可以通过变速器信息及油门信息了解车辆状态。然后ECU指挥EPB释放驻车。而对手动挡车辆来说，原有的配置所能提供的信息无法确认驾驶员的期望。为了实现该功能，需要在车辆上加装档位传感器及离合器传感器。
（5）紧急释放功能。用专门开发的紧急释放工具来实现此功能。工具的工作原理为，用专门开发的EPB工具，先插入紧急工具孔，然后旋转，使齿轮旋转带动涡杆移动，解除驻车。有时为了使解除驻车方便，或者不便于使用刚性的紧急释放工具，也可以使用易曲工具，实现过程为：把紧急释放工具由刚性改成可弯曲的易曲工具，然后根据EPB的布置位置，设计合理的导向管，设计导向管的原则为将来在使用工具时比较方便，不需要拆卸其它零件，或者钻到车下。导向管一端，另一端固定死在电子驻车工具孔上，使用时，取出紧急工具，把工具从导向管端插入，顺着导向管，把工具连接到电子驻车上，然后转动工具摇把，即可释放驻车。在开发易曲工具中需要注意的是：1.工具的易曲长度不能太长否则会因工具弯曲端过长而使传递到电子驻车的力矩解除不了驻车。2.导向管扭曲的幅度不能过于大，否则工具在通过导管时的难度就很大，甚至通不过导管。
五、拉线式EPB的布置
5.1EPB的布置
EPB的布置需要注意以下几点：
（1）若EPB布置在车身下，要设计合理的支架，力求把EPB包起来，防止车底下高速飞起的石子打在EPB壳体上。（2）注意保证EPB周围的温度不能过高，要在其工作温度范围内。（3）注意选择合理的缓冲垫来起到防震的效果。（4)EPB位置的选择，要考虑到将来紧急工具使用的方便性。
5.2拉线的布置
拉线的布置需要注意以下几点：
（1）拉线之间的间隙要求，需要满足一定要求。（2）单拉线式。EPB是由一根拉线带动后面两根拉线来实现驻车的，为了实现一根拉线带动二根拉线，所以布置时一定要保证第一根拉线的末端是可移动的，不能在此处做支架给其固定死。
六、结论
EPB是近来研究的重要成果之一。它替代了手驻车制动，用电子按钮实现停车制动，且节省了车厢内部的空间。符合现在消费者们希望在车内安装更多的基本配置和功能的这个趋势。因此设计小巧的EPB倍受青睐。目前电子驻车在国外已应用的比较普遍。在不久的将来电子驻车也会频频装配在中国的汽车上。
参考文献：
舒华，姚国平.汽车电子控制技术.北京．人民交通出版社，2002.
电气自动化控制技术，能够实现控制系统的自动化，提升工艺的运行水平。电气自动化控制是一类新型的技术，核心是电子技术，可以大面积地应用到设备行业中。电气自动化控制的技术能力高，通过不同技术的相互配合，实现电气自动化的运行控制，而且自动化控制是电气运行中的核心，保障生产的精确性和运行速率。电气自动化控制能够以少量程序控制多个变量，各个控制对象处于相互配合的状态，提升了系统操作的水平，监督被控对象的运行过程，期间修正被控对象的运行状态，使其具备准确、合理的运行方式。
2 电气自动化控制技术的发展
2.1 智能化
电气自动化控制技术下的产品、系统等，能够根据指令智能化的完成操作，简化操作服务的流程。智能化是电气自动化控制技术的首要发展方向，正是由于智能化的要求，促使电气自动化控制技术与信息技术、通讯技术相互融合，注重技术中的性能开发，体现技术控制的速率。
2.2 节约化
节约化发展，是指电气自动化控制技术应用中实现了节能与环保。例如：电气自动化控制技术在照明系统中的应用，其可辅助使用新能源，同时控制照明灯具的使用，延长灯具的使用寿命，既可以保障能源利用的效率，又可以提高照明设备的质量。
2.3 信息化
电气自动化控制技术的信息化发展，改进了技术运行的方式，使电气自动化中，以信息控制为基础，引进互联网、物联网等理论，支持电气自动化的控制运行。
2.4 统一化
电气自动化控制技术拉近了各个行业之间的距离，融入各项技术的同时，朝向统一化的方向发展。在电气自动化控制技术的作用下，行业间遵循相同的设计标准，使用方法、维护策略等，都逐步统一，在降低行业建设难度的同时，体现统一化发展的优势[1]。电气自动化控制技术的统一化发展，消除了行业之间潜在的发展矛盾，提升行业资源的利用效率，加快了信息传输、使用的速率。
3 电气自动化控制技术的应用
3.1 工业
工业是应用最广泛的行业，因为工业规模较大，对电气自动化控制的需求大，所以我国积极推进电气自动化控制技术在工业中的应用，致力于改善传统工业的运营方式[2]。PLC是电气自动化控制技术的主要元件，其为一项可编程逻辑控制器，以工业企业为例，分析PLC的应用。该工业为机械制造企业，基于PLC的电气自动化控制技术，为机械制造系统提供了相关的控制，PLC根据机械制造的需求，编写了操作指令和逻辑运算程序，简化了机械制造生产系统的操作，而且PLC的准确度高，规避了该企业生产的误差，实现了机械制造的自动化、信息化生产，PLC写入编程后，控制了机械制造的过程，同时控制机械制造的参数，包括尺寸、温度信息等，按照该企业机械制造的指令，构成闭环生产方式，优化机械制造的工艺流程，而且该企业在PLC中设计了PID模块，通过PID子程序，准确控制PLC的内部编程，预防机械制造中出现问题。
3.2 交通业
电气自动化控制技术在交通业中的应用，不仅体现在车辆运输上，还表现在红绿灯、监控系统等方面。车辆上的元件、器件等，基本都是电气自动化控制技术的体现，提供专业的自动化控制，保障车辆通行的安全[3]。例如：电气自动化控制技术在电子眼中的应用，代替警察执法，实现自动化的违章取证，电子眼监督交通系统中的车辆运行，抓拍违法行为，提交到交通局的操作系统内，减轻了交通执法的工作负担，电气自动化控制技术弥补了电子眼的缺陷，促使其可更准确、更快速、更清晰地实现抓拍取证，提升电子眼对交通运输的监控能力，有效控制电子眼的运行，以免交通执法中出现漏洞。我国各地政府在交通业建设中，积极引进电气自动化控制技术，完善交通监控体系，目前，测速器、屏显等多个交通项目中，均涉及到电气自动化控制技术的使用。
3.3 农业
农业是我国经济发展的基础支持，为了推进农业的生产，引入电气自动化控制技术，全面建设智能农业，加快农业机械化的发展速度。以某地区农业中的大棚种植为例，分析电气自动化控制技术的应用。该地区传统的大棚种植，是根据农民种植经验分配工作，一旦控制不好温度、湿度，即会影响大棚种植的经济效益。研究人员将电气自动化控制技术引入到大棚种植内，以育秧大棚为对象，构建智能控制系统，大棚内安装不同属性的无线传感器，专门收集大棚内的环境参数，如：光照、含水量等，进行自动化的信息采集，传感器采集的信号传输到控制中心，比对标准的参数指标，种植人员掌握大棚育秧的实际情况，同时根据对比结果调节大棚内的环境，远程控制特定的设备。该大棚内部安装了高清视频，同样接入到控制中心，种植人员可以随时查看育秧的状态，电气自动化控制技术的应用，辅助构建管理平台，划分为四个功能模块，分布是传感采集、视频监控、智能分析和远程控制，整体控制育秧大棚的生长环境，为幼苗的培育提供优质的环境。
3.4 服务业
人们对服务业的需求非常大，目的是方便人们的日常生活，特别是在电子产品上，更是体现出服务业对电气自动化控制技术的需求。生活中的电子产品，大多应用了电气自动化控制技术，如：智能手机、ipad、跑步机等，表明电气自动化对服务业市场的推进作用[4]。近几年，电气自动化控制技术的应用，由服务业的电子产品，逐步转型到企业内，例如：餐饮服务中的“机器换人”概念，餐厅内，机器人取代人工服务，提供点菜、传菜等服务，机器人是餐饮业的发展趋势，表明电气自动化控制技术的重要性，此项技术在“机器换人”中，起到自动化的控制作用，是机器人开发中不可缺少的技术。
4 结束语
电气自动化技术的发展和应用，表明了该项技术在行业运营中的重要性，满足我国社会行业建设的基本需求。根据电气自动化控制技术的应用，落实发展策略，充分发挥电气自动化控制技术的潜力，保障其在未来的应价值。电气自动化控制技术的发展和应用，必须符合现代企业的需求，由此才能规范控制技术的实践应用。
参考文献
[1]贤阳.应用技术的发展是工业电气自动化系统的关键—2007年纽伦堡电气自动化（系统和部件）展览会纪实[J].自动化博览，2008，Z1：28-30.
[2]吴琦.煤矿电气自动化控制技术中单片机的应用[J].硅谷，2015，3：118+120.
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。
如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义 的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。
1 世界光电子技术和产业的发展
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。
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0098-02
随着数字电子技术、集成电路设计、制造技术的高速发展和广泛应用，大量学科纷纷出现在高等教育的课程设置中，如DSP、嵌入式系统、SOPC、PLD、EDA、硬件描述语言等。这些课程引领电子技术的发展方向，把作为这一领域专业基础课的《数字电子技术》的地位和重要性也推到了前所未有的高度，同时也对数字电子技术课程的教学内容提出了极大的挑战！然而，难以乐观的是目前国内多数著名高校该课程的教材多少年来随着版本的更新，内容变化并不大。可喜的是，近年来有个别教师对《数字电子技术》教材做了非常大胆的改革，比如，有教材大篇幅地增加了可编程逻辑器件及应用，使学生在课堂上的大部分时间用于学习掌握现代电子技术设计方法；也有教材将微型计算机原理和数字电子技术合二为一，将微处理器结构作为数字电子技术的一个应用实例，这样不仅消除了传统数字电子技术内容零散的缺陷，同时也将微型计算机原理课程和数字电子技术课程有机地结合在一起，并可以减少学时数，方便课程安排。作者早在参考文献[1]中也提出这种改革方案，但由于教学内容的大量改动往往牵扯到教学计划和几门课程的改革等问题，影响面比较大。因此，多年来各著名高校依然按兵不动。本文在尽量不影响教学计划的前提下，针对目前的多数教材内容提出几点建议。
一、数字电子技术的发展和课程重要性介绍
国内外多数教材的开篇都是直入主题，对《数字电子技术》课程的重要性、电子技术的发展、课程特点及学习方法等问题很少介绍。这样使得学生在刚开课时就接受大量新概念，毕竟数字电子技术是走进数字时代的第一入门课程，由模拟世界到数字世界有些转弯太急。另外，开篇不介绍电子技术发展和一个典型应用，往往使学生学到最后都会感觉内容零散，慢慢失去了学习兴趣。这种大转折性课程有必要介绍电子技术的发展和广泛应用，介绍电子技术的发展，不仅使学生可以了解该学科前沿技术及目前应用状态，启发学生创新能力，也可以让学生体会EDA软件在现代电子技术设计中的作用，在课程学习过程中自发学习和利用EDA软件进行仿真实验，激发学生学习兴趣，引起学生对课程的足够重视，同时也给学生一个适应过程。教材中介绍课程的重要性是非常必要的，数字电子技术已逐渐渗透到各个行业及领域，推动着世界步入数字化时代，进入21世纪，数字电子技术将继续促进人类在各个领域的全面进步。作为走向数字化时代的第一门课程，重要性不言而喻。另外，应该强调学生应该学习一些什么？课程各章节的重要性和相互关系等。《数字电子技术》作为一个转折性和走向数字化时代的基础课程，也能鼓励之前学习较差的学生，将《数字电子技术》课程作为一个新的学习起点，走向美好未来。另外，电子技术课程也是很多高校某些专业的考研课程，对于以后想考研的学生提前告知也可以引起学生对该课程的高度重视。《数字电子技术》课程实践性很强，要在教材中强调高度重视实验环节，介绍使用EDA软件进行电路的设计和分析方法。鼓励学生在实验中遇到问题时要有积极主动分析问题和解决问题的心态，在不断解决问题的中提高自信和科研动手能力。
二、理论教学和实验内容的配合
目前多数教材不包含实验内容，而且EDA内容介绍很少甚至没有，实验与教学配合不是很紧密。如果教材中实验内容像每章后的作业一样安排，在教材中每章之后直接给出验证性实验和设计性实验内容，并增加EDA仿真实验，使学生一开始就学习和利用现代电子设计不可或缺的一些EDA工具，使数字电子技术的教学环节采取“黑板+PPT+EDA仿真”的模式，这样不仅使课程与实验衔接紧密，加深学生对所学理论知识的理解，利用课外学时也解决了实验时间有限的问题。同时，EDA仿真环境的开放性为设计性和探索性实验提供了实验环境，克服了实物实验中硬件损耗带来的资金压力和实验平台数量和开放时间的限制，对提高学生的综合素质、培养学生的自主学习和创新能力、激发学生主动探索未知事物的学习热情具有特殊的作用。当然，走进实验室熟悉硬件、搭接电路、调试电路等实验过程对于培养学生实际动手能力、分析问题和解决问题的能力具有重要意义。
三、增强实际应用例子
参考微处理器硬件电路，更新教材内容，使理论与实际相结合。《数字电子技术》的重点是分析和设计电路，也是微处理器课程的重要基础。如果能将部分内容和后续微处理器课程结合将会极大提高学生学习兴趣。目前教材中的很多应用实例陈旧且不结合实际，参考文献[1]中详细说明了存在的问题，在此举例说明并提出建议，例如：组合逻辑电路中的中规模集成器件（MSI）及应用，几乎所有的教材都是介绍概念、具体某器件符号图、功能表及应用等，介绍的多数器件型号比较陈旧且应用介绍与实际都有很大距离。比如，编码器从学生熟悉的键盘引出编码的概念和编码器的作用后，多数教材给出的集成编码器型号在实际中很少用到，应该增加实际键盘扫描原理电路介绍和实用的键盘编码器，比如16键盘编码电路74C922（CMOS工艺技术制造，工作电压3-15V，“二键锁定”功能，编码输出为三态输出，可直接与微处理器数据总线相连，内部能完成4x4矩阵键盘扫描）。译码器应用几乎所有教材都是介绍用74LS138译码器实现逻辑函数、多路分配器等，而没有介绍其最为重要的地址译码作用，如果介绍三态门时增加或增强总线结构，在译码器应用中就很容易引入地址译码器的地址译码作用。其实，在介绍数字电子技术相关内容时，将其应用延伸到微型计算机的结构，比如，中断控制逻辑需要的优先编码器、地址译码器、总线结构、键盘编码、存储器、时钟和复位电路等，在《数字电子技术》课程最后将很容易搭建起一个计算机简化结构模型。这不仅将《数字电子技术》零散的内容融为一体，而且在学习各个部分时，学生也会更有兴趣，也有助于后续课程相应内容的理解和学时压缩。
四、思考经典应用
很多教材或多或少都引用了之前教材的一些经典应用实例，导致再版或新出版教材都没有慎重考虑也照搬前人的实例，结果造成大多数的《数字电子技术》教材中都存在有问题的设计实例。比如，串行序列检测电路设计，在参考文献[2]中作者已提出该问题并引起了一些老师的重视，但多数教材问题依然存在；还有同步JK触发器，个别教材认为在CP=J=K=1时，JK触发器状态翻转一次，有教师就针对该问题发表了论文，认为根据JK触发器状态变化关系：00不变、11翻转、其它随J变。因此，CP=J=K=1时，JK触发器状态应该按照Qn+1=■n=1的规律并以各级门电路延迟时间之和为时间间隔，不断地翻转，直到CP有效高电平结束为止。其实这些说法都不正确，通过理论分析和仿真实验可以证明，CP=J=K=1时，JK触发器输出为：，Qn=■n=1，0n和■n不再互补，而且当CP变为低电平时，输出不确定。这是因为触发器中构成反馈的两个门的输入，在CP=J=K=1时，都为Qn，■n=0。这些问题说明即使是多数教材中都引用的内容也需要编写教材的老师仔细推敲和思考。
五、增强可编程逻辑器件原理以及应用介绍
许多大规模、超大规模及专用集成电路产品的问世，特别是高密度可编程逻辑器件的快速发展，使得现代数字控制系统几乎成为两片系统――微处理器+可编程逻辑器件。作为工科院校专业基础课程之一的《数字电子技术》，其大部分内容和实际应用显然存在较大差别，不适应现代电子技术发展和应用需要，改革教材内容迫在眉睫。教材中的经典内容比如，数字逻辑基础、集成逻辑门、存储器等需要保留，对小规模集成逻辑门的解剖有利于理解集成器件的外特性和性能指标，正确使用器件合理设计电路，也利于掌握同一数字逻辑系列大规模集成器件的使用方法；触发器、基于门或触发器的组合或时序电路的分析和设计、中规模器件电路、脉冲产生与整形等要进一步精简；扩充可编程逻辑器件应用，增强现代电子设计方法的介绍和实验训练非常必要，很多教材虽然增强了PLD内容，但教学并没跟上。本文在尽量不影响教学计划的前提下，对目前的教材内容提出几点建议，旨在逐步更新课程内容，适应现代电子技术飞速发展和应用的需要。期望和同行们共同探索出更好的教材和教学改革方案。
参考文献：
[1]宁改娣，杨拴科，王建校.数字电子技术课程教学改革探讨[C].中国电子教育学会会刊.2000.
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.
