电荷泵升压电路的教学研究

摘要：在高职电气化专业教学中，电荷泵升压电路原理的讲解是一个难点，只能在假设条件下简单推导讲解，学生对泵升压电路的原理没有理解，只能靠记忆来记住结论和公式。针对教学中存在的实际问题，提出了构建水泵升压供水模型进行电荷泵升压电路原理教学的研究，利用学生对于水路升压原理的理解迁移到电荷泵升压原理的理解，使学生对于抽象的理论有了一个感性的认知，透彻理解电荷泵升电路的原理，提高学习效率。

关键词：电荷泵升压 水泵升压供水模型 教学研究

1 概述

电荷泵升压电路是电力电子技术课程中的一项重要内容，它的理论性分析较复杂，要想在短时间里学会把问题分析的比较全面和透彻，就一定要创新现在的教学方式，使教学思想更加通俗化和简明化，提高教学质量。

每一门学科都不是无源之水，都有自己内在的联系和规律，只要能找到不同知识点之间的内在联系和规律并加以利用，在教授新知识的过程中，教师要指导学生发现新知识和旧知识之间的联系，充分发挥正迁移的顺利进行，这样不仅可以降低学习新知识的难度，把新知识转变为旧知识，也可以加深对旧知识的记忆，从而达到提高教学效果的目的[1]。所以，本文构造一种学生熟悉的水泵升压供水模型来分析电荷泵升压电路的原理。

2 电荷泵升压电路原理常规讲解

电荷泵升压电路可用于直流电动机传动、单相功率因素校正电路、开关电源。电荷泵升压原理图如图1所示。

该电路由电源E、电感L、开关器件V、单向导电性二极管VD、升压电容C、负载R组成；传统的升压工作原理如下所述：

首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当可控开关器件V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电。因C值很大，基本保持输出电压uo为恒定值，记为UO。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时，E和L共通向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为（UO―E）I1toff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等[2]，即

3 建立教学模型分析泵升原理

为了解释电压为何升高，现采用水泵升压供水模型来分析，通过学生熟悉的知识迁移到陌生、抽象的知识，通俗易懂的来学习，达到事半功倍的效果。

一水塔采用水泵进行上水，水源水深高度为H0，水塔底部与水池水面在一个水平面，到水池底面的高度为H0。设水泵供水时的单位流量为q，球阀放水的流量为q′此时扬程应满足供水扬程的需要，水泵供水为周期（周期为T）间歇供水，供水的时间为ton，停止供水时间为toff。

水池水面对地水压为P0（P0=mgH0）；水塔中水深为H1，因此对地水压为P1（P1=mg（H0+ H1））；调节水泵供水时间ton，水塔的水位将上升，这样水塔水面对地的压强将上升。水泵升压供水与电荷泵升压等效转换如图2所示。

我们可将水路与电路进行等效：水池提供水源相当于电源，水泵相当于电感和开关器件构成的电荷泵将水压升高，止回阀相当于二极管阻止水流改变方向，水塔相当于电容保持压力，球阀的开启放水相当于电路中的电阻负载。

4 归纳与结论

在讲解电荷泵升压的原理与效果的时候采用水泵升压供水模型，可以减低学生学习的难度，因为学生从熟悉的水泵升压供水知识迁移到电荷泵升压知识，对学生的思维能力和应用能力的培养都是很有帮助的，教学质量得到明显提高。通过多年的教学经验，发现采用该方法确实使学生对于该部分知识掌握的好，学生喜欢采用该方法教学。

参考文献：

[1]赵喜梅.迁移规律在电磁课教学中的应用[J].邢台师范高专学报，2002（04）.

[2]王兆安，刘进军.电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2009.5.

[3]蒋小强.一种基于电荷泵的白光LED驱动器的设计[D].复旦大学，2008.