基于工作任务的《开关电源原理与分析》教学改革

2019-10-20 版权声明 举报文章

摘要:开关电源在高职高专中是一门较新的课程,教材较少,而且针对性差,知识结构不合理,不能满足高职高专的教学需要。本文通过分析开关电源类企业的典型工作任务,将典型工作任务所涵盖的知识和技能进行分析和量化,根据要掌握的技能和知识以及实际的开关电源电路结构,把教学内容分解成五个工作任务模块,并从基本知识点和技能的分析、教学内容、校企合作开发教材、考核方式改革及学生拓展能力培养等五个方面进行的教学改革探索。

关键词:开关电源;拓扑结构; PWM/PFM控制芯片;载体

中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2012)06-0084-03

光电源及开关电源技术是高职院校中应用电子技术专业方向之一,《开关电源原理与分析》是此方向的专业主干核心课程,起到承上启下、贯彻始终的作用。目前,高职高专关于此课程的教材较少,而且教材的针对性较差,知识结构不合理、内容较陈旧。我们通过对开关电源类企业的调研,分析了光电源及开关电源技术岗位群的工作人员应掌握的专业知识和技能。根据知识点、技能及电路结构来整合、序化教学内容,将教学内容分成5个工作任务模块,在每个工作任务模块中引入子电路和工程资料,作为教学内容的载体。通过制作、调试和测试每个子电路,最终完成整体电路的设计与制作——40W反激电源的制作,恰当地在各教学环节融入工程资料、标准及质量体系的内容,培养学生的职业能力和职业素养。笔者拟从基本知识点和技能的分析、理论知识和实践项目、校企合作开发教材、考核方式改革和学生拓展能力培养等五个方面阐述教学改革的实施。

基本知识和技能的分析

我院应用电子技术专业(光电源及开关电源技术方向)培养的人才主要面向光电源和开关电源类企业,涉及辅助设计、维修、销售和售后服务、电子元件采购、质量检测和认证等5个岗位(群)。通过分析典型工作任务,将典型工作任务所涵盖的知识和技能进行分析、量化和整合,应具备的基本知识和技能如图1所示。一个工作任务要几个方面的基本知识和技能来培养,掌握一个方面的基本知识和技能可以完成多个工作任务,工作任务与基本知识点和技能是相互渗透的,并不是一对一的对应关系。

理论知识与实践项目的分析

《开关电源原理与分析》课程以对开关电源产品电路进行分析与制作为依托,按照岗位群所涵盖的知识和技能为培养目标,按照由简单到复杂、由部分到整体的原则,科学设计学习性工作任务。根据知识点、技能及电路结构(见图2)来整合、序化教学内容,将教学内容分成5个工作任务模块(见图3)。在每个工作任务模块中引入子电路和工程资料,作为教学内容的载体。从理论知识和实践项目两个方面对每个工作任务模块的教学内容和要求进行了分析探讨。

(一)基本拓扑结构

基本拓扑结构包括非隔离型和隔离型两大类变换器。非隔离型主要包括降压、Boost和Buck-Boost变换器;隔离型主要包括正激、反激、半桥变换器、推挽变换器和全桥变换器等。应掌握变换器的结构、工作原理,理解稳定工作时的波形及基本关系式,熟悉它们的应用场合。

实践项目:画PC电源原边主电路、副边输出整流滤波电路(对应子电路1)。主要培养学生以下几方面的技能:(1)熟悉PCB板与电路图之间的关系;(2)加深巩固所学的拓扑结构;(3)学会测量电路的连接及功率元器件是否正常;(4)学会如何根据PCB板画出原理图以及如何布局元器件。

(二)PWM和PFM控制芯片及其应用

误差放大器及补偿的工作原理,介绍电流模式的PWM控制器(以控制芯片UC3842为例)和PFM控制器(以控制芯片L6562为例)以及它们的应用。掌握芯片每个引脚的功能以及电路参数的分析,掌握用控制芯片来控制隔离型变换器(Forward和Flyback)和非隔离型变换器(Buck和Boost)实现电能的变换,也就是控制芯片与变换器的连接电路,即如何检测输出电压和输入电流以及MOS管的驱动等。

实践项目:UC3842控制的Boost变换器电路的制作(子电路2)。主要培养学生以下几方面的技能:(1)掌握电路的工作原理;(2)掌握调试电路和测试电路的方法;(3)掌握分析电路故障和排除电路故障的技巧。

(三)电源输入级

电源输入级主要包括EMI滤波器、浪涌电流抑制电路、功率因数校正电路和输入整流电路等。应掌握这些电路的作用及工作原理,熟悉它们的应用场合。

实践项目:画PC电源EMI电路及整流滤波电路的制作(子电路3)。主要培养学生以下几方面的技能:(1)理解EMI滤波器的组成结构及作用;(2)掌握两种整流滤波电路的工作方式。

(四)元器件的选择

器件的选择主要指无源器件、半导体器件、电感和变压器的选择。应掌握它们的参数、封装及分类;根据功率、耐压值、所要求的裕量等来选择器件;熟悉它们的应用场合。应掌握制作变压器的步骤、工艺以及用LCR电桥来测量其值等。

实践项目:高频变压器的制作及测试(子电路4),应用在40W反激电源制作实训中。主要培养学生以下几方面的技能:(1)理解变压器同名端和异名端与实物之间的关系;(2)掌握变压器的制作方法;(3)掌握变压器参数的测试;(4)掌握用示波器和信号发生器测试变压器的匝比和同名端等。

(五)40W反激电源的制作

把40W反激电源的制作引入到实践教学中。应掌握电路的工作原理和控制芯片电路参数的分析以及计算,掌握如何调试电路和测试电源的性能指标,掌握如何分析电路故障和排除电路故障的方法。

通过40W反激电源的制作、调试和测试的训练,不仅连贯了前面四部分的内容,使学生加深和巩固了前面所学的知识,而且学生分析整体电路、调试和测试电路、分析和排除电路故障的能力可得到很大的提高。

教学内容要始终保持鲜活,子电路和工程资料载体可以替换,教师教学时可直接使用这些载体,也允许教师从企业或者实际工作中引入新的载体。另外,根据电源类企业和PWM控制芯片的发展及要求来调整教学内容;根据企业和学生就业反馈信息,调整教学内容的重点和难点,始终保持教学内容的适时变化和改革,以适应社会发展对人才的要求。

校企合作开发教材

为了让教学内容更加符合高职人才培养目标的要求,充分体现职业性、实践性和开放性的要求,我们自2009年以来坚持与企业合作,基于岗位所需职业技能和知识进行课程的设计和开发。教师与企业专家一起对教学标准、教学内容和授课方式进行了探讨,并与中山科普斯特电源技术有限公司和中山天域电子有限公司一起合作编写《开关电源电路分析与设计》讲义,已应用到2009级的教学中。

根据培养目标和电路结构,在实践教学中,安排的5个实践项目具有技能针对性强、训练目标明确、便于学生操作和职业性等特点。每个项目相对独立,有利于组织实践教学与考核。每个项目都从实验设备与器材、实验内容、技能要求三个方面组织实践内容。根据产品的研发和制造过程及标准来规范学生做项目的要求,例如,加工元器件,摆放元器件的位置,如何布置地线,如何调试和测试产品及测试的内容,等等。打造了真实的企业氛围,真正实现了工作过程和工作任务的教学,学生毕业后到企业就很容易适岗上手。与合作企业一起编写实践项目指导书,已应用到2008、2009级的教学中,并取得了良好的教学效果。

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