时间：2022-06-16 15:28:56
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇航空电子技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
随着我国社会与经济的发展,人民生活水平不断提高,人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高,同时现代化技术高度发展的今天,犯罪更趋智能化,手段更隐蔽,所以保证区域的安全必须从运用现代化的防盗报警技术。在现代化防盗报警技术中,红外技术有四大优点:环境适应性好,在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光;隐蔽性好,不易扰;由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测,因而识别伪装目标的能力优于可见光;红外系统的体积小,重量轻,功耗低。但有三大因素制约着其效果:目标的光谱特性;探测系统的性能;目标和探测口之间的环境和距离。所有探测技术的发展都有三个阶段:a.探测信号的强度,得到目标的"黑白照片",这是初级阶段;b.探测信号的强度和波长,得到目标的"彩色照片",达到中级阶段;c.探测信号强度、波长和相位,得到目标的"全息照片",这才达到探测技术的高级阶段。目前的红外技术处于其初级阶段的后期,正向中级阶段发展,其标志是研制出了双(多)色红外探测器,得到了目标热图象的"彩色照片"。可以预计,今后双色探测器将随单波段探测器及其配套技术的成熟和市场需求的增加而加快发展,并将集中在以下五个方面:(1)集成化的双色探测器有利用简化系统结构,能充分利用半导体材料制备技术的最新成果,便于器件焦平面化,其中HgCdTe合金系和各种量子阱/超晶格材料系统将得到重点发展。(2)采用焦平面器件,更好的满足系统的要求,同时也有利于简化系?统结构,降低成本。(3)为明显的提高系统的性能,双色探测器将向大面阵和长线列发展。(4) 双波段系统将克服在光学设计和加工、信号处理和显示等方面的困难,缩小体积、减轻重量等,以便扩大其应用范围。 (5) 随材料、器件和系统技术的进步,双色探测器将向更多的光谱波段发展,既包括拓宽光谱波段,也包括将光谱波段划分成更为细致的波段,以获得目标的"彩色"热图象,更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。
课题研究目标、内容、方法和手段:
本课题研究红外监控系统的设计与实现。主要实现对象是被动红外防盗报警探测器。其包括硬件和软件两大部分。主要包括对于硬件的构成以及软件的接入进行描述。通过51单片机、驱动电路、传感器、GSM等技术来进行设计与实现。
设计(论文)提纲及进度安排:
4月6日至4月25日
分析题目查阅资料学习与毕业设计相关的知识
4月25日至5月15日
硬件实现、软件编写、进行方案论证
5月15日至6月10日
测试硬件、调试软件撰写毕业论文并征求导师意见,修改毕业论文,进行毕业论文的评议。
主要参考文献和书目:
[1]张玉香.新型遥控接收模块HS0o38〔J〕.无线电,1998,7
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[10]付伟激光告警中的多元相关探测技术红外与激光技术1992(6):23一27
摘要：加强专业特色建设是高校在高等教育大众化形式下的必然选择，也是提高人才培养质量的切入点和立足点。本文从专业人才培养方案、课程体系整合优化、学生工程实践和创新能力培养三个方面阐述了凸显“航空电子”特色的电子信息工程专业建设的具体措施，为应用型大学的专业建设教学改革提供了经验和范例。
关键词：专业建设；电子信息工程；航空电子
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）13-0126-02
随着电子信息技术渗透到社会生活的各个角落，电子信息产业获得了飞速发展，国内外高新技术企业对具有综合电子信息分析和设计能力的创新人才需求旺盛。沈阳航空航天大学是一所以航空宇航为特色，以工为主，工、理、文、经、管等学科协调发展的多科性高等院校，是教育部、中航工业集团公司与辽宁省三方共建高校，是国防科工局与辽宁省共建高校。根据学校的具体定位和办学宗旨，我校电子信息工程专业以航空航天、国防企事业单位和东北老工业基地经济建设为主要服务对象，以培养“航空电子”特色人才为目标，探索出了一条特色鲜明的专业建设道路。下面将从专业建设的人才培养方案改革、课程体系优化、学生工程实践和创新能力培养三个方面进行阐述。
一、体现“航空电子”特色的专业人才培养方案
结合我校的总体发展目标与定位，对电子信息工程专业的培养目标与能力标准进行广泛调研和讨论，了解社会与行业需求，认真考虑用人单位的反馈意见，聘用企业、研究所等多单位的高级技术人员作为本专业兼职教师，参与培养计划的制定。秉承“重视基础、强化实践、突出特色”的教育理念，从人才培养方案的顶层设计入手，制定了体现“航空电子”特色的电子信息工程专业人才培养方案。重视数理知识及学科基础理论，依托学院优势课程、实验教学基地、科学研究平台与师资队伍，联合航空航天和电子领域的企业，强化实践教学体系。
以省级精品课、省级精品资源共享课和校级精品课为基础，以质量工程建设为指引，探索以“工程认知―工程实验―工程设计―工程实施”能力培养为主线，设计了“核心课程+专业模块”的理论教学体系，设置了“航空电子”方向模块，构建了“多层次，多类别”的实践教学体系，制订了相应的人才培养管理运行机制，构建了突出“航空电子”特色、通才与专才相结合、共性和个性相结合、个人发展与行业需求相结合的电子信息类工程创新型、应用型人才培养体系。
二、突出“航空电子”特色的课程体系优化整合
1.优化课程设置，加强核心课程群建设。授课内容紧跟新技术发展方向，定期组织教师讨论教学大纲，去兄弟院校进行调研，保证培养出来的学生能够紧跟社会发展的需求。结合电子类企业需求，归纳出所需知识点和相应的技能要求，在此基础上组建相应课程群，目前确立了四大课程群：信号处理课程群、电子系统设计课程群、计算机类课程群、航空电子课程群。
2.与企业需求接轨，紧跟新技术发展开设课程。与用人单位密切联系，认真研究电子信息领域的发展趋势，增加了《嵌入式系统设计》、《虚拟仪器技术》、《电子信息工程专业导论》、《软件开发综合实训》、《专业工程设计》、《专业工程实习》等产学研课程和课程设计，保证了课程内容与电子信息领域发展的一致。将电子技术类课程、单片机课程前移，确保学生尽早感知专业、步入专业。在专业教育选修平台加入业务和前沿知识模块，紧跟行业发展的趋势及企业用人需求，确保学生就业后上手快。实践教学环节采用先进的电子元器件、先进的实验仪器设备和实验装置、先进的现代设计工具和设计方法，使学生在得到实践锻炼的同时，与新技术、社会需求和学科发展接轨。
3.设置“航空电子”方向模块，突出“航空电子”特色。在保留原有信号处理方向的基础上，新开设“航空电子”方向课程，开设“卫星导航原理与应用”、“雷达原理与系统”和“航空电子系统”等体现航空电子专业特色的课程。另外，电子信息工程专业本科生在大四开始可自主选择专业方向。
三、强化学生工程实践和创新能力培养
关键词：自动化专业技术；应用型人才；教学体系；研究
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）30-0156-02
为了满足当今时展对人才的需要，我国一些高校都在加快教学改革的步伐，分析应用型人才培养的新体系。文章将结合当今经济的进程对自动化专业应用型人才的需求，本人近年来在专业构建中对培养措施、教学体系、课程内容以及实践性教学等实施了一系列革新以及创新，获得了十分理想的效果。
1 规划一套合理的培养措施
1.1 培养方向
人才培养方面的合理定位与专业的生存及发展是密不可分的。找到专业的位置，细化培养方向是培养专业应用型人才的核心理念。高等院校培养的人才基本分为下述三种：第一种就是培养研究型人才，这些人才基础好，有一定的自学能力，且后劲足，学校主要为其从事研究工作以及攻读研究生做铺垫；第二种则是培养应用型人才，这种人才基础还算扎实，实践能力以及创新思维较强，毕业后基本在企事业单位进行一些技术以及管理工作；第三种是培养技能型或者是技术型人才，这类人才的基础知识基本满足工作需求，有一定的专业能力，应该算是岗位群才。上述三种类型，国家重点大学主要对第一种人才进行培养，普通的本科主要对第二种人才进行培养，而高职高专院校则以培养第三种人才为主。
通常将自动化专业的人才培养方向锁定在：培养有一定电子技术、电工技术，自动检测和仪表、控制理论、信息处理、当代企业管理、网络技术以及计算机技术与应用等领域的工程技术基础以及相关专业知识，可以在工业过程控制、运动控制、检测与自动化仪表、电力电子技术、信息处理以及电子与计算机技术等领域应用型技术
人才。
1.2 实施科学合理的培养措施
实施一套科学合理的培养措施是达成培养目标的核心要素。向毕业生用人单位以及联谊院校进行相关的调研，吸收消化他们的培养经验以及相关信息，还有当下一些优秀毕业生的反馈情况，在实施此专业培养措施上予以革新。按照培养目标去培养学生需要有的知识结构以及相关能力：对自然科学的基础掌握较为扎实，有一定的人文社会科学基础以及外语能力；了解此专业方面的必备技术理论。要熟悉工业过程控制、运动控制还有自动化仪表、信息处理以及电力电子技术等领域的内容，同时还要掌握此专业学科的发展态势，并有较强的工作适应性。
2 深化教学革新
教学内容及方法的革新是教学革新的框架，同样也是教学革新的基础、课堂教学是课程体系下的主要构成因素，其从根本影响教学品质。为了深化学生创新思维的培养，一定全面探索相关途径，在教学方式革新上多做功课，要注意课程调整以及内容，而且还要注重革新教学措施以及教学方法，从根本上提升教学品质。针对教学内容，在充分了解此领域发展趋势的根本上，去调整革新的思路。对培养体系里的所有课程分层次的进行考虑，分析课程内容间的相关联系，确定课程在人才培养环节中的影响，对课程内容实施全面优化。将必备的专业内容教给学生，且还要注意内容的前沿性，推陈出新，将学生需要的知识在一定的时间里传授给他们。删减一些课内学时，采用CAI等当代教育体系，提升教学品质，为学生未来的发展以及个性发展给出一定的空间。
3 实践教学的革新
构建经验丰富的实践教师团队是十分必要的。学院要构建以教授等科研主要力量为核心，以中青年教师为中坚力量的科研队伍，深化中青年教师的科研水平；激励中青年教师主动申报一些科研活动，学校可以拿出专项费用扶持中青年教师进行科研活动。激励且组织教师进行校内校办产业与自动化行业的产学研基地的工程技术项目研发以及培养实践经验。
开放一些实验室，将验证实验转换成开发性的实验，且重视实验措施和最新技术相融合，很多实验都是验证类型的实验，我们要将常规的验证性实验提供给学生，要让其分析实验的内在因素，实验手段以及实验结果，在此根本上，给出新的实验目标，让学生主动设计相关的实验，且实施验证，若出现问题再研究问题的原因，直到达成设想的目标，从而去延伸学生的创造思维，实际动手能力，让所学的知识渗透到学生的大脑。明确以综合性、设计性实验为核心的实验内容革新体系。
4 结语
自动化专业应用型人才培养教学体系的革新和实践，深化了学生的基础理论，更为广泛的专业知识、实践教学体系的调整并提升了学生的实践动手能力，通过多年的实践，这种教学体系已经获得了较为理想的效果，学生学位达标率已经超过了九十个百分点，毕业生的首次就业率也超过了九十个百分点，从用人系统反馈的相关信息去看，用人方对毕业生的各项能力均予以好评，且工作效率高，可以较快地融入到自己所在的岗位。
参考文献
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民航通信中使用到的短波实质为无线电波,主要用于地面与飞机间的通信,其通信传播方式主要有以下三种:
1.1地面波。地面波是沿着地球表面传播的波,它沿着半导电性质和起伏不平的地表面进行传播,一方面使电波的场结构不同于自由空间传播的情况而发生变化并引起电波吸收,另一方面使电波不像在均匀媒质中那样以一定的速度沿着直线路径传播,而是由于地球表面呈现球形使电波传播的路径按绕射的方式进行。
1.2天波。天波是经过地面上空40~800公里高度含有大量自由电子离子的电离层的反射或折射后返回地面的电波传输方式。天波是短波的主要传播途径,可实现长距离的传播,短波信号由天线发出后,经电离层的多次反射,传播距离可以由几百公里达到上万公里,且不受地面障碍物阻挡。在天波传播的过程中,路径衰耗、大气噪声、时间延迟、电离层衰落、多径效应等因素,都会造成信号的畸变与弱化,影响短波通信的效果。
1.3直接波。直接波是从发射天线到接收天线之间,不经过任何发射,直接到达,电波就象一束光一样,所以有人称它为视线传播。由于民航中,飞机大多数时间都是在飞行,所以有些时候地、空之间的短波通信,实际上是可以靠直接波完成的。
2.短波通信的特点
与卫星通信、地面短波等通信手段相比,无线电短波通信有许多显著的优点:(1)短波通信无需建立中继站即可实现远距离通信,(2)短波通信元器件要求低、技术成熟、制造简单、设备体积小、价格便宜,建设和维护费用低;(3)设备简单,目标小、架设容易、机动性强,即使遭到损坏也容易修理,由于其造价相对较低,可以大量装备,因而系统顽存性强。(4)电路调度容易,灵活性强,可以使用固定设置,进行定点固定通信,也可背负或装入车辆,实现移动中的通信。这些优点是短波通信被长期保留、至今仍被广泛应用的主要原因。同时,短波通信也存在着一些明显的缺点:(1)信道拥挤、频带窄;(2)短波的天波信道是变参信道,故信号传输不稳定;(3)大气和工业无线电噪声干扰严重;(4)天线匹配困难。
3.短波通信在民航中的应用
短波通信系统的主要用途是使飞机在飞行的各阶段中和地面的航行管制人员、签派、维修等相关人员保持双向的语音和信号联系,当然这个系统也提供了飞机内部人员之间和与旅客的联络服务。
3.1民航短波通信基本设备
民航短波地空通信设备由短波单边带发信机、短波单边带收信机、遥控器及地空选择呼叫器组成,设备一律使用单边带抑制载波、模拟单信道无线电话工作方式。短波单边带发、收信机均采用全固态电路及频率合成技术,频率范围为2.8～22MHz,发信机功率不大于6KW。
3.2民航短波通信地面站
民航短波通信地面站系统由三部分组成:短波机房设备、天线和馈线以及操作台设备。短波机房设备作为大功率发射设备,通常设置在远端,以减少对其他电子设备的干扰以及对操作员健康的影响。操作台设备设置在操作终端附近,便于操作与管理。
3.2.1短波机房设备。短波机房设备的主要设备包括短波通信电台、功放、预后选器、交流稳压电源、光端机及一整套控制电缆,主要功能是传送选呼信号和语音信号。短波电台是整个系统的核心设备,地面与航空器上均有配备,用于收发信号,包括选呼信号和音频信号。电台的性能直接决定了整个系统的性能,电台选型依据主要有两点:符合用户需求并且与飞机上电台匹配。预后选器是为了提高系统的抗干扰能力而选择的设备。光端机是地面站系统中实现远程控制的接口设备,起着连接短波机柜和操作台的作用。
3.2.2操作台设备。操作台设备由操作终端及监控软件、选呼器、选呼控制器和光端机组成。操作员的所有操作都在监控软件上进行。监控软件实现对选呼器和短波电台的远程遥控,控制选呼器产生选呼代码,呼叫对应的飞机,控制电台的调制方式转换和音频信号收发,同时监测电台的工作状态。选呼器的功能是通过发射4个单音信号选择通知某个飞机。选呼器提供了一个7针的音频接口,包括一对平衡的选呼音频输出口、一个PTT输出口和一个地线,其余3个口经改造用于同选呼控制器通信。选呼控制器作为选呼器、电台和控制终端的中间设备,是实现系统自动化的关键,其基本作用是实现对电台、选呼器、控制终端、音频设备的信号转接、电平匹配、远程控制和状态感知,并自动转换调制方式。
3.2.3天线。天线的选择具体根据用途来确定:近距离固定通信:选择地波天线或天波高仰角天线。点对点通信或方向性通信:选择天波方向性天线等。组网通信或全向通信:选择天波全向天线。车载通信或个人通信:选择小型鞭状天线。3.3短波地空通信数据链系统在民用航空领域,由于我国地理复杂、疆域辽阔、超短波网络尚不能实现完全覆盖,短波依然是地空通信的主要手段。短波地空通信数据链系统作为民航数据通信系统的子系统,在当前兴起的极地飞行中,有效解决了飞行盲区问题,对飞行安全起着非常重要的保障作用。短波地空通信数据链系统用于航空器飞行中保持与基地和远方航站的联络。其系统构造由短波/超短波通信系统、卫星通信站、地空数据网及机载通信系统组成,短波地空通信数据链系统通过短波、超短波与卫星实现了近、中、远程地空实时话音和数据通信。
4.结束语
近年来,随着微型计算机、移动通信和微电子技术的迅速发展,短波通信技术有了新的突破性进展,出现了实时选频、自适应、跳频、差错控制、多载波正交频分复用(OFDM)调制及软件无线电等新技术,使短波通信很好地弥补了它的缺点,还使短波通信的设备更加小型化、更加灵活方便,进一步发挥了短波通信设备简单、造价低廉、机动灵活等固有的优点。短波通信必将在应急通信、抗灾通信、特别是在军事通信中发挥更重要、更广泛的作用。因此。短波通信作为民航内部通信的重要手段,必将在今后较长时间内得到保持和发展。
参考文献:
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一等奖
董 影 《“教学工厂模式”给技工学校的启示》
许小颖 《携手构筑青少年网络道德防火墙》
谌绍贞 《浅谈网络信息化形势下技校学生的思想德育教育》
林颖童 《校企合作的创新运行模式》
赖海萍 《工学一体化教学中存在的问题及对策》
叶静怡 《浅谈如何依托行业企业深入开展校企合作》
胡韵琴 《微课助力课程改革》（单位：福建技师学院）
黄丽辉 陈 宇 林艳娇 《浅谈电子一体化课程的教学组织和策略》
林 鑫 《技工院校校企合作办学的探讨》
二等奖
吴里熹 《校企合作中职业道德课程实训教学调查》
黄雅琳 《基于就业视角下〈微机组装与维护〉课程教学内容设计与实践》
卢 欣 《技工院校幼儿教育专业声乐教学存在问题与对策》
庄蕙菱 《试探在微课支持下技校语文的教学获得》
安梦华 《浅谈职校校园文化建设与培养能力综合化》
陈荷盈 《利用中英文绕口令充实航空服务高级工专业课程教学》
薛世升 《寻求技工院校德育教学新途径》
蔡雄彬 《技工院校园林工程专业一体化人才培养模式研究与教学改革探讨》
黄丽娥 《利用微课提高中职英语教学的研究》
黄志元 《汲取木偶造型艺术培养学生动画原创设计能力》
林圣侠 《技工院校开展建筑业农民业培训的困难与建议》
张文模 《SSCC法则在汽车专业案例教学中的应用》
解 欢 《浅析职业技工教育中存在的问题与对策》
周伯晨 《在技校机械CAD中应用项目教学法》
三等奖
巫吉顺 《技师学院烹饪专业市场教学法探析》
杨 龙 《CAXA电子图板在数控编程一体化教学中的应用》
郑晓燕 《浅析项目教学法在OA培训教学中的应用》
罗志成 《〈AutoCAD〉参与实训课程一体化教学的实践与探讨》
方 婧 《技校〈网页设计〉课程教学改革初探》
傅仙玉 《浅谈中职院校市场营销学的几点教学体会》
林明江 《梳理利害寻得失，因症开方促提升》
纪港盛 《分模块开展一体化教学在汽车专业教学中的探索》
陈 宇 《校园文化建设的助推器》
林流芳 《扎根技能才会枝繁叶茂》
陈霜霞 《案例教学法在〈基础会计〉教学中的运用》
茅飞珠 《寻找心灵的阳光》
翁锦华 《互动体验式教学法在电子技术课堂的实践与创新》
吴婷婷 《技工院校纯女生班管理之我见》
郑丽香 《实施教学过程最优化提高计算机网络课程的教学质量》
陈发凤 《浅谈构建和谐校园文化与课程改革》
邓正雄 《浅谈“串联型可调稳压电源”的教学过程设计与实践》
洪丽颖 《一体化模式下基于任务驱动的高数课程教学改革探索》
林 莉 《中职学校〈财经法规〉教学方法革新》
温 慧 《浅谈技校财会专业教学存在的问题及对策》
林金奕 《技工院校液压传动课程的教学探讨》
计算机理论基于软件工程理论的信息工程监理的研究
自从二零零二年十二月我国信息产业部颁布《信息系统工程监理暂行规定》（简称《规定》）之后，信息工程监理公司越来越多。根据《规定》,信息工程监理主要是指依法设立且具备相应资质的信息系统工程监理单位,受业主单位委托,依据国家有关法律法规、技术标准和信息系统工程监理合同,对信息系统工程项目实施的监督管理。[1]
1 信息工程的特点
跟其他的一般的建设工程项目相比，企业信息工程有着复杂高度、能见度低等不确定因素。其主要有以下几个特点：
1.1 组织驱动技术
企业信息工程项目的组织和建设越来越表现出不可分割的一面。工程项目组织要求信息工程必须严格确定“前期准备-工程项目规划-工程项目设计-工程项目实施-工程项目验收-工程项目维护”的“组织思维”过程,设立周密的“组织标准”通过这些组织标准来带动技术标准的设立,通过组织的需求来带动技术方面的需求,也通过组织的满意度还评价技术方面的满意程度。
1.2 全员全程参与
信息工程并不能跟那种“交钥匙”工程一样，其要求建设单位的所有员工进行全程参与。这主要是由于企业信息工程项目不并简单，而是一个非常复杂的知识传递的过程,其要求建设单位的所有员工必须学习并接受相关知识;因此建设单位与开发单位之间必须相互适应、相互协调，必须协同共进。企业信息工程系统是一个人机相结合的有机系统,没有建设单位人员的全程参与,信息工程系统将不可能实现其有效性、完整性、全面性。
1.3 复杂度高，不确定因素多
由于信息工程项目的需求比较复杂，其不像其他建筑工程那样具有可见性。检验复杂,较长的维护期,还有其它非技术因素原因导致企业信息化项目失败[2]。因此，企业的信息工程项目具有搞复杂度、低能见度，存在许多不确定的因素。
2 信息工程监理的必要性
现在，我国企业实现信息工程项目的成功几率还非常低，根据我国企业信息工程项目的自身特点，保证信息工程项目的成功几率的提高，必须进行信息工程建立，即必须通过第三方监理单位对企业信息工程项目的实施进行监督。信息工程监理将有利于开发单位跟企业的相互协调，彼此协同共进,能确保信息工程项目的有效进行。对于信息工程监理的必要性，主要原因在于：目前我国企业信息工程监理对过去传统的建筑工程监理模式进行了参考，但又跟一般的建筑工程的监理有一定的差别。第一，信息工程的可见度非常低，开发过程相当多变、复杂，其知识密度也相当高。不像建筑工程项目的监理那样能随时对施工现场进行其质量、进度进行监督管理，信息工程监理根本无法对信息工程的操作现场、质量进行监督和管理，信息工程的进合同执行情况、软件质量、资金使用情况、进度等很难把握和操控。从而致使了信息工程监理低能见度、高复杂度、差操作度等现象。为了解决这些监理中出现的问题，必须采用软件工程理论。通过软件工程，可以将高复杂度的信息工程项目进行分解,对信息工程中低“能见度”的难题设置了一套有效的解题方案。根据现有的软件工程平台和工具,将能为信息工程项目的监理提供一套“复杂度”低、“可见性”高的监理平台,很大程度上满足了现阶段我国企业信息工程项目建设的需要。
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计算机理论关于电子信息工程专业高频实验的改革
(一) 目前高频电子技术试验课的现状
高频电子技术是电子信息类专业的重要基础课程，是一门理论性、工程性与实践性都很强的课程，它的内容丰富，应用广泛。该课程的任务是研究高频电子线路的基本原理与基本分析方法，以单元电路的分析和设计为主。其主要内容包括：高频电路的基本知识、高频小信号调谐放大器、高频谐振功率放大器、正弦波振荡器、振幅调制和解调、环形混频器等内容。
随着电子技术的飞速发展，对高频电子技术试验课提出了更高的要求。
1.1 教学现状与需求分析
当前大部分“高频电子线路”教学仍然沿用较为经典的内容。例如。在功率放大器章节中，动态负载线和丙类功率放大器的分析方法依然是其核心内容，而在目前的射频功率放大器设计中，由于c类放大器具有非线性特性，所以应用较少，D类和E类放大器已经成为当前设计应用的主流；当前教学中，调制与解调主要以模拟调制(AM／FM，PM)方式强调，这些内容有助于理解调制与解调的基本概念，是教学内容中不可或缺的部分；因此，
“数字调制”方面的内容和要求在教学大纲中有待加强。
随着科技的飞速发展，创新渐渐成为当今的主题。因此。在高频电子线路实验中的创新也变得极为重要。这就需要学生能用所学的理论充分与实际相链接，达到自主创新的目的。
如：开展电子设计大赛等相关的活动，不仅激励学生学习的积极性。而且充分的调动了大家对于实验的兴趣。同时，大大提高了学生的动手、动脑能力。
1.2 实验设备存在的问题
首先，由于设备的使用寿命有限，试验室的设备损坏的程度比较严重，设备的更新和维护问题成为关键。
其次，再进行高频实验中，试验设备很容易受到干扰，如何解决设备的干扰问题也尤为重要。
最后，就是实验设备的选择问题。现行高频电子线路实验课程中采用的高频电子线路实验箱，将高频实验所需的直流电源、频率计、低频信号源和高频信号源设计成一个公共平台。而且，这种整机实验如果某部分电路或元件被损坏，实验员检修很困难，模块不宜更换，且很难配置。因此，实验器材的选择也要予以考虑。
1.3 学生自身存在的问题
根据多年从事高频实验教学工作来看，学生在做实验的时候自身也存在各方面的问题，比如有的学生害怕接触实验仪器。可能出于实验设备昂贵的原因，学生都不敢随便动用设备上的任何一个旋钮或开关，这主要是因为学生的自信心不足造成；因此，培养学生的自信心及对实验的重视和兴趣成为关键问题。
3 基于软件工程理论的信息工程监理模型
软件工程是一门通过工程化的手段来维护和构建高质量的、实用的、有效的软件的学科。软件工程涉及到的内容有：设计模式、软件标准、系统平台、软件开发工具、数据库、程序设计语言等多个方面。在目前的现实生活中，软件的应用领域非常广泛，政府部门、航空、银行、农业、工业都会应用到软件，其最具典型的软件有：游戏、数据库、编译器、操作系统、办公套件、人机界面、嵌入式系统和电子邮件等等。软件工程的应用将对社会和经济有着极大的促进作用。多年的实践证明，通过软件工程的方法对信息工程进行监理能更易被监理活动过程中的三方接受，因此将软件工程引入信息工程项目监理中,将能为信息工程项目的监理提供一套“复杂度”低、“可见性”高的监理平台。
3.1 设立信息工程监理的目标
进行软件工程最主要的目的是利用科学的有效的管理方法来促进软件开发质量的提高。其主要要求是要将过去的软件开发模式（小作坊开发模式）进行转变，对过去的开发模式其进行细分和分解，按照各阶段的特征选用不同的方法和工具，从而使复杂度较高的软件生产进行可度量、可控的设置。再者，经过对各个阶段进行严密的、有效的控制，从而促使一些可能出现的风险和问题在前期阶段就得以解决和重视，从而促使软件开发风险的降低和软件质量的提升。总之，企业信息工程监理的最主要的任务就是对工程的进度、质量、投资等进行有效的、科学的控制和规划，其最基本的方法是进行有效的合同管理、展开合理的组织协调、实现工程的动态控制、完成理想的目标规划，使监理贯穿于整个“前期准备-工程项目规划-工程项目设计-工程项目实施-工程项目验收-工程项目维护”的工程项目过程。因此，信息工程监理的最终目的是通过合同管理、质量控制、进度控制、成本控制、信息管理来保证工程项目的有效、高质量、顺利的进行。
3.2 构建信息工程监理的模型
根据信息工程监理的目标，信息工程项目应该分为：项目分析、项目设计、项目实施以及项目维护等四个阶段[3]。基于软件工程理论的信息工程监理并不是机械地复杂软件工程的相关理论于信息工程的监理中，而是根据软件工程理论，对搞复杂度、低能见度的工程项目进行设计和管理，并将其融入到信息工程的监理中去的一种方法。根据这中方法，从而建立基于软件工程理论的信息工程监理模型。该模型以信息工程项目过程控制为主线,对企业信息工程的项目分析、项目设计、项目实施以及项目维护等四个阶段进行全方位控制和监督,从管理上对其进行风险管理、需求管理、合同管理、信息管理,从控制上对其进行进度管理、质量管理、成本控制,并从管理角度对项目阶段进行总体协调,形成企业信息化项目监理的“三控四管一协调”三维监理模型。其监理模型如图1所示。
4 结束语
综上所述，软件工程是一门通过工程化的手段来维护和构建高质量的、实用的、有效的软件的学科。通过软件工程的方法对信息工程进行监理能更易被监理活动过程中的三方接受，因此将软件工程引入信息工程项目监理中,将能为信息工程项目的监理提供一套“复杂度”低、“可见性”高的监理平台。进行软件工程最主要的目的是利用科学的有效的管理方法来促进软件开发质量的提高。其基于软件工程理论的信息工程监理的模型应该以信息工程项目过程控制为主线,对企业信息工程的项目分析、项目设计、项目实施以及项目维护等四个阶段进行全方位控制和监督。
参考文献：
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3.Web服务器响应
客户机向服务器发出请求后,服务器会客户机回送响应。响应消息包括状态行、响应头、空行及实体内容。在响应报文中,包括协议版本号和应答状态码,关于它自己的数据及被请求的文档信息。
例如:HTTP/1.1 200 OK
Content-type: text/html
4.关闭连接
数据传送完毕,双方通过4次握手,结束TCP/IP连接。
结束语:
本文重点是通过了对Linux系统的具有针对性的裁剪,从而为智能家居的硬件而量身定制,然后在裁剪后的系统上添加网络硬件的驱动,最后通过对TCP/IP协议栈有针对性的模块化裁剪,在RAM芯片上嵌入了精简的TCP/IP协议栈,实现了WebServer的功能。并且提供了远程控制的Web页面,实现了家用电器的远程控制。
通过在计算机上双机的模拟测试,可以实现在客户机上浏览到由WebServer服务器为之提供的智能家居网页。并且在Proteus软件中可以实现页面上的回控操作。
参考文献:
[1]范建华译,W.Richard Stevens,TCP/IP详解卷1,协议,北京,机械工业出版社,2000,4
[2]肖红兵,李国峰.80C51嵌入式系统教程,北京,北京航空航天大学出社,2007
[3]王视听,尹志宏.一种无线射频收发模块的应用,电子技术应用,2005,8
【关键词】数字化测绘 水利工程水利工程测绘数字地图测绘 水利
中图分类号： TV文献标识码：A 文章编号：
一．引言
随着现代科学技术的发展，计算机技术及辅助设施CAD技术的广泛应用，数字化测绘技术已经较为成熟的应用于建筑、交通和水利工程中。数字化测绘技术随着计算机技术、网络技术、测量仪器智能化及测绘制图软件的自动化等相关先进的技术的应用，给水利工程中的测绘工程带来了较多有利之处。
二.数字化测绘的优势。
数字化测绘是利用计算机对地形空间的相关数据进行自动处理，完成数字地图的绘制，有特别需要时，可以利用数控绘图仪来绘制所需要的专题地图或地形图。数字化测绘以传统的白纸测图为基础，在全站仪、计算机输入输出设备硬件、计算机绘图软件的支持下，利用数字字库技术和计算机图形处理方法，将野外数据采集到内业，并完成制图。数字化测绘技术通过数据输入、数据处理和数据输出三大部分的功能，实现了测绘制图的自动化、智能化。同传统测绘技术相比，数字化测绘具有以下优势：
1.图形测绘更准确。
利用数字化测绘技术将所采集的地形、地物、地貌等相关数据、信息转化为数字形式，通过数据传输端口输入计算机，经过计算机图形处理软件和测绘软件进行处理，产生内容非常丰富的电子地图。数字地图是地理信息系统(GIS)的重要信息来源，存贮较为方便。在现代地形测绘技术中，数字化测绘已发展成为利用掌上电脑即PPA在现场完成数据采集及数据处理、成图。传统的经纬测绘和白纸绘图，产生的平面位置及其他信息的误差较大，而利用数字化测绘就似乎，测绘点精度非常高，从原始数据采集到成图过程中，精度无任何变化，保证了成图的质量。
2.提高了测绘效率。
数字化测绘是现代GIS数据采集的重要手段，实现了勘测设计一体化、数据采集处理一体化、数据更新和管理智能化。同传统的经纬仪配合平板的测图方法相比，数字化测绘技术的效率高出许多。在通视良好的情况下，利用全站仪以建站点为圆心进行观测，一站可以测量1公里范围内的地形图。正常情况下，传统的经纬测绘法采用白纸绘图法，一个作业组一天仅能测量200个地形点，而利用数字化测绘技术，可以测量400各地物点，甚至更多。数字化测绘技术大大提高了测绘的效率，也缩短了成图的时间。
三.数字化测绘在水利工程中的应用。
1.GPS测绘技术在水利工程中的应用。
授时与测距导航系统及全球定位系统（Navigation System Timing and Ranging/Global positioning System-NAVSTAR/GPS）,通常简称为“全球定位系统”，即GPS。GPS是以人造卫星组网为基础的无线电导航定位系统。利用设置在地面或运动载体上的专用接收机，接收卫星发射的无线电信号实现导航定位。它是根据美国国防部1973年12月批准的国防导航卫星计划而建设的。它是由三个部分组成的，分别为空间卫星、地面控制系统、用户的接受处理装置。GPS具有精度高、速度快、全天候、距离远等特点，也恰巧是这样的特点才使得对水利工程的测量可以向外扩展延伸。GPS和多波束测深系统相结合，是形成深水底地形测绘的新手段。
水利工程的选址一般多在地形较为复杂的河谷沟壑之处，工程周边地表植被覆盖较多，测绘时通视条件较差，而又缺乏相关国家控制点，采用传统光学仪器进行控制测量的难度较大。利用GPS卫星定位系统较好的解决了此类问题，由于GPS测量不受气候条件、地形、测量时间的影响和限制，能够及时准确的完成控制测量和数据采集工作，能大幅度减少或免做像控点，既有效减少了测绘的工作量，同时又较大程度的提高了测绘的工作效率。
2.RS遥感技术在水利工程中的应用。
遥感技术RS（Remote Sensing）是在航空摄影测量的基础上，随着空间技术、电子技术和地球科学的发展而发展起来的，它的主要特点是：从以飞机为主要运载工具的航空遥感，发展到以人造卫星为主要运载工具的航天遥感；它超越了人眼所能感受到的可见光的限制，延伸了人的感官；它能快速、及时地监测环境的动态变化；它涉及天文、地学、生物学等科学领域，广泛吸取了电子、激光、全息、测绘等多项技术的先进成果；遥感是运用物理手段、数学方法和地学规律的现代化综合性探测技术。遥感，主要是从远距离、高空或外层空间的平台上，利用可见光、红外线、微波等探测器，通过扫描、摄影来传递信息和处理信息，从而识别地面物质的性质和运动状态。由于RS技术具有时效性、数据综合性、经济性等特点各种大的、小的比例尺地形图都可以快速的利用其影像来获取水利工程的基本地形图。利用RS遥感技术直接进行水利工程的流域规划，可以根据像片来直接判读流域的地形特点和地质构造，便于合理选择水利工程的坝址，对确定水库淹没、浸润及坍塌的范围有较好作用，同时对库区搬迁、经济赔偿及淹没损失等确定具有参考作用。
3.地理信息系统GIS（Geographic Information System）在水利工程中的应用。
地理信息系统是利用计算机存贮、处理地理信息的一种技术与工具,是一种在计算机软、硬件支持下，把各种资源信息和环境参数按空间分布或地理坐标，以一定格式和分类编码输入、处理、存贮、输出，以满足应用需要的人-机交互信息系统。它通过对多要素数据的操作和综合分析,方便快速地把所需要的信息以图形、图像、数字等多种形式输出，满足各应用领域或研究工作的需要，地理信息系统是现代水利工程数字化测绘的重要技术支持和测绘平台。
4.数字化测绘在水利工程中的应用领域。
（1）点位测设。水利工程中施工测量的基本任务是要测设点位，既要求对已知长度、高程、角度和坐标的测设，在大中型水利工程中，都需要对施工区域内进行布设施工控制网，之后利用网内控制点作为基础进行施工放样。利用GPS技术能大大减少施工控制网中的过渡控制点，既节省了成本，有提高了效率。
（2）计算水库库容。传统计算水库的库容时，都是采用手工计算，工作量非常大，而且容易出错，计算精度也较差。通过利用数字化地形图，加大了采集点的密度，同时也提高了面积计算的精度。可以插绘等高线，提高库容计算的精度，能快速计算书库的容量，便于实现水库的自动化管理。
（3）水力资源管理。
水力资源管理利用遥感技术为检测手段，利用GIS地理信息系统作为管理平台，通过RS技术和GIS技术能够客观、快速、经济的为大中型水利工程提供地理、环境、地质及水文等相关信息，是水利工程选址、工程规划及设计和施工管理的重要分析工具。
四.结束语：
数字化测绘技术在很大程度上提高了水利工程测绘的水平，提高了测绘精度，确保地形图准确可靠。现代测绘技术的应用，先进测绘仪器和测量技术及测绘方法，为水利工程的建设和管理提供了可靠依据。
参考文献：
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[3]杨安广 陈东宇 数字化测绘在水利工程中的应用 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2012年36期
[4]唐继权 赵学辉 郑红英Tang JiquanZhao XuehuiZheng hongying 水利工程测绘数字化分析 [期刊论文] 《中国水运（理论版）》 -2007年1期
关键词：切削力；测量技术；现状；发展趋势
1 切削力测量技术现状分析
切削力测量系统一般由三部分构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三部分组成，如图1所示。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进行调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，并对其进行数据处理和分析。
1.1 切削测力仪
1.1.1 应变式测力仪
应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件表面，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化ΔR，即
应变片电阻值的变化ΔR造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化ΔU，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。
应变式测力具有灵活性大、适应性广、性能稳定等优点，而且配套仪表（如静态应变仪、动态应变仪等已标准化，因而得到广泛应用。但是其测量原理决定了测量精度和动态特性主要取决于弹性元件的结构，如何有效解决灵敏度和刚度之间的矛盾，是提高应变式测力仪测量精度和动态特性的关键。
1.1.2 压电式测力仪
压电式测力仪是以压电晶体为力传感元件的切削测力仪，当石英晶体在外力作用下发生变形时，在它的某些表面上出现异号极化电荷。这种没有电场的作用、只是由于应变或应力在晶体内产生电极化的现象称为压电效应。通过测量产生电荷量即可以达到测量切削力的目的。
从动态测力的观点出发，压电式测力仪是一种比较理想的测力传感器，具有灵敏度高、受力变形小等优点。然而压电式测力传感器仍然存在一系列缺点：如由于电荷泄漏而不能测试静态力、固有频率的提高受装配接触刚度的限制、维护极不方便、价格昂贵，因此在使用上受到很大的限制。
1.1.3 电流式测力仪
直接使用测力仪测量切削力有其局限性：①安装测力仪时，工艺系统结构遭到破坏从而导致其刚度发生变化，采集不到精确的切削力力信号；②测力仪的安装、调试技术复杂；③测试设备花费较高；④测力仪测试系统可靠性较低。
文献［4］提供了一种间接测量切削力的方法，即电流式测力仪，其测量原理是：切削力的变化会引起主轴电机电流的变化，通过测量主轴电机电流来估计切削力的大小。因机床主轴电机电流的测量比较容易和简单，所以这是一种经济而又简便的方法。
电流式测力仪的局限性体现在两个方面：①把主传动系统的运动学模型看作是一个线性模型，所以加工过程中的非线性因素会在一定程度上降低测量精度；②当切削力发生变化时，相应的主轴电流信号有一定的滞后现象，无法满足对切削力进行实时监测的较高要求。
1.2 数据采集系统
如图3所示，数据采集系统通过一定的电子线路，对测力仪的输出信号进行放大、滤波等处理后，将其进行A/D转换，变为计算机的可用信号，再通过接口电路与PC机进行数据传输。
目前大多数切削力数据采集系统由放大器、滤波器、数据采集卡等分立元器件组成，体积较大，系统稳定性不高，测量精度和实时性也渐渐满足不了现代测力系统的要求。
1.3 数据显示和分析处理
早期的数据显示和分析处理单元由指示仪表、示波器和记录仪等组成，其数据显示和分析处理功能都是很有限的。随着计算机技术的快速发展，目前数据显示和分析处理单元基本上被计算机终端所代替，显示功能更加丰富和强大，但软件的功能仅局限于数据拟合、图表显示和输出等，对测力仪各向力之间的耦合没有进行有效的处理，从一定程度上影响了测力精度。
2 切削力测量技术的发展趋势
现代切削加工正在向高速强力切削、精密超精密加工方向发展，机床的振动频率也会远远高于系统的固有频率，这对切削力测量系统提出了新的要求：①测量范围大、高精度和高分辨率；②实时性好，能够在线实时测量；③数据处理和分析能力强，能够对复杂多变的切削力信号进行各种处理和分析。
针对这些方面的要求，切削力测量技术将朝着以下几方面发展：
（1）开发新型弹性元件，优化弹性元件结构及应变片布片方案，提高应变式测力仪固有频率，有效解决应变式测力仪刚度和灵敏度之间的矛盾问题，降低各向力之间的耦合程度；
（2）应用集成电路和微电子技术，使数据采集系统集成化，提高数据采集的速度与精度；
（3）完善数据处理分析软件的功能，例如通过解耦运算进一步减小测力仪各向力之间的耦合程度，以提高测量精度；将虚拟仪器技术引入切削力测试系统，以便对测量数据进行多种操作和数据库管理；建立专家系统，通过对测试数据的分析处理，对刀具磨损、切削颤振等情况做出预报并提出相应的治理措施。
参考文献
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关键词:全彩LED显示屏;发送卡;存储体;实时传输
中图分类号:TN949.199文献标识码:B
The Design of a Kind of Sending Card for LED Display
DING Tie-fu1,2, YAN Fei2, WANG Rui-guang1,2, ZHENG Xi-feng1,2
(1. Changchun xida Electronic Technology Co., Ltd., Changchun Jilin 130103, China;
2. Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Changchun, CAS, Changchun Jilin 130033, China)
Abstract: This article discusses a no-storage sending card for full-color LED display system. The system has real-time transmission and cost advantages. The entire real-time lossless video images, such as the formats of 1,024×768@60Hz and 1,280×1024@60Hz, can be transmitted by two-way Gigabit Ethernet port.
Keywords: full-color LED display; sending card; memory device; real-time transmission
引言
随着全彩LED显示屏的应用越来越广泛,人们对LED显示屏控制系统的要求越来越高,这也促使LED显示屏控制系统的不断升级和改造,主要体现在提高性能和节约成本上。LED显示屏控制系统的组成一般有如下几个部分[1-3]:视频发送装置、视频接收分配装置、LED面板。显然,作为前端的视频发送装置在整个环节中起着举足轻重的作用。
1LED显示屏发送卡的现状
LED显示屏发送卡一般由DVI模块、FPGA控制器、外存储体模块和网络输出模块构成[4],FPGA将输入的图像数据交替写入外存储体,同时也从外存储体中交替读出图像数据,再通过网络格式依次将数据输出,原理框图如图1所示。
通常,控制LED显示屏的计算机的分辨率设置为1,024×768@60Hz或者1,280×1,024@60Hz。对于1,280×1,024@60Hz的实时视频源,总的数据量为:
1,280×1,024×60×24=1,887,436,800 bit;
其中一帧的数据量为:1,280×1,024×24=31,457,280 bit。
考虑到分辨率为1,280×1,024@60Hz时的像素时钟为108MHz,并且整个实现过程需要2倍的存储空间进行乒乓操作,故通常采用两片32位宽的SDRAM作为外接存储体。
带有外接存储体的发送卡具有缓存一帧数据的能力,并将输出与输入隔离开,有利于从全屏的数据中按照不同需求截取所需数据进行处理。
但同时,滞后一帧数据也是实时传输中的一个缺点,尤其是在需要严格实时传输的场合。另外,增加两片SDRAM也给设计增加了成本。
2无外接存储体发送卡的实现
2.1基本框图
在现有LED显示屏发送卡的基础上,这里设计了一种无外接存储体的LED显示屏发送卡,如图2所示,该发送卡由DVI模块、FPGA控制器、两路千兆网输出模块构成。DVI解码芯片将解码得到的数据和控制信号传给FPGA控制器,FPGA通过内部的RAM进行缓存,并做了更换时钟域和位宽变换的操作,然后将处理后的数据通过千兆网输出。
对1,280×1,024@60Hz的实时视频源,这里采用垂直分区的方法,即将满屏数据平均分成两路千兆网输出,每一路千兆传输640×1,024,如图3所示。
2.2实现方法
由图2的基本框图看出,该发送卡的设计除了搭建好硬件平台外,最重要的是FPGA控制器内部程序的设计。无外接存储体发送卡的FPGA控制器内部原理框图如图4所示。
FPGA控制器的内部逻辑包括数据输入模块、双口RAM及其控制模块、24bit转8bit模块、千兆网输出模块。数据输入模块将输入的DVI信号(包括数据、时钟、使能、行场同步信号)分配给后端的RAM和RAM控制模块,并控制着整个系统的同步;RAM控制模块控制RAM的读写操作,尤其是对开始写、写停、开始读、读停这4个状态的控制;从RAM输出的数据经过并串转换后传输给千兆网输出模块,千兆网输出模块则按照一定的网络格式将接收到的数据进行打包输出[5-7]。
图3提到的将数据分区发送,该方法能够将满屏数据平均分成两路千兆网输出。以下就以垂直分区的方法分析其数据流向、时钟变化和传输时间差。
对于一路千兆网数据而言,采用1个双口RAM设计,RAM的深度设置为640,输入和输出字长均设置为24bit,读写时钟和使能分别独立,如图5所示。
其中,数据输入和写时钟分别为DVI解码芯片解码后的24bit图像数据DVI_DATA[23:0]和时钟WRAM_CLK,读RAM的时钟为千兆网时钟RMII_CLK(125M)三分频后得到的时钟RRAM_CLK(41.66MHz),这样,后端再通过一个24bit转8bit模块即可将数据进行实时传输。
如图6所示,通过RRAM_CLK(41.66MHz)时钟从RAM中读出一个像素的数据,然后再通过3个RMII_CLK(125M)传输给千兆网,即做了一个实时的并串转化。如此流水操作下去,当从RAM中读完640个像素时,千兆网控制模块将停止读RAM操作,等待下一行数据的到来。当DVI解码后的下一行数据一旦往RAM中存储的时候(至少已经往其中存储了1个像素),千兆网控制模块又开始从RAM中读取数据,如此循环,直到第1,024行数据的640个像素数据被传输完。
在这里,实时传输具有如下特点:(1)往RAM中存数据和从RAM中取数据同时进行;(2)存RAM的速度快,读RAM的速度慢;(3)对写RAM操作,先把规定的数据存完,用时为t1,然后进入等待阶段t2(t = t1 + t2为行周期);对读RAM操作,把存好数通过t3的时间传输出去,必须满足t3 < t。
标准的1,280×1,024@60Hz的行时钟为64KHz,周期为t=15.625μs;而从RAM中读完半行像素(640个)数据的时间是:t3=(1/41.66MHz)×640=15.36μs。
显然,在一个行周期里,只往外传出半行的数据,传输时间差t-t3=265ns>0,且该时间差满足千兆网传输所必需数据包间隔。
由于写RAM的时钟(108MHz)比读RAM的时钟(41.66MHz)快得多,所以在写RAM的同时可以对RAM进行读操作(至少已经往RAM存储了1个像素),边写边读,实现了视频数据的实时传输。
同理,另外一路的千兆网设计与此雷同。
3 结论
本文简单分析了LED显示屏发送卡的现状,着重讨论了无外接存储体发送卡的系统构成及实现方法。该系统具有实时传输、节约成本的优势,能够在常用的视频格式下,比如1,024×768@60Hz、1,280×1,024@60Hz,通过两路千兆网口将整个视频图像实时无损的传输出去。
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关键词：电力电子技术；开关电源
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：
[1]林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992。
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。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。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,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。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。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
