电子技术仿真【仿真电子技术教学难点运用】

仿真电子技术教学难点运用

因此针对这个问题，笔者在多年的电力电子技术课堂教学中， 将计算机仿真软件引入课堂教学，解决了教师讲解困难和学 生学习吃力的老问题，达到了事半功倍的效果，而且在针对 电力电子技术后续的课程设计以及跟电力电子技术相关的 毕业设计中，学生能够利用计算机仿真软件解决实际应用中 问题。因此通过课堂教学的一些教学设计，能够让学生将理 论知识应用于实际生活中，达到培养工程应用型人才的要求 ［３－６］。

１电力电子技术课堂教学难点举例 在《电力电子技术》第五版第八章８．３节中典型的软 开关电路中的零电压转换ＰＷＭ电路［７］是本节的难点， 按照常规教学法教师会进行以下课堂教学设计。首先列出零 电压转换ＰＷＭ电路的工作原理图，然后根据其工作波形分 析其工作过程。零电压转换ＰＷＭ电路的原理图如图１所示， 图２为零电压转换ＰＷＭ电路的工作波形。从图２中很容易 看出辅助开关管Ｔｒ１先于主开关管Ｔｒ开通，而主开关管 Ｔｒ开通后辅助开关管Ｔｒ１就关断了。主要的谐振过程都集中在开通前后，下面分阶段介绍电路的工作过程。

１．１Ｔ０－Ｔ１Ｌｒ电流线性上升阶段ｔ＝Ｔ０时， 辅助开关Ｔｒ１开通，谐振电感电流ｉＬｒ线性上升，ｔ＝ Ｔ１时，达Ｉｓ，二极管Ｄ的电流ＩＤ则由Ｉｓ线形下降；

ｔ＝Ｔ１时，降到零电流下关断，若采用快速恢复二极管， 可忽略Ｄ的反向恢复电流。这一阶段Ｖｄｓ不变。

１．２Ｔ１－Ｔ２谐振阶段Ｌｒ和Ｃｒ谐振，电流ｉＬ ｒ谐振上升，而电压Ｖｄｓ由Ｖ０谐振下降。ｔ＝Ｔ２时， Ｖｄｓ＝０，Ｔｒ的反并联二极管导通。

１．３Ｔ２－Ｔ３主开关Ｔｒ开通由于Ｔｒ的体二极管 已导通，创造了ＺＶＳ条件，因此应当利用这个机会，在ｔ ＝Ｔ３时给Ｔｒ加驱动信号，使Ｔｒ在零电压下导通。

１．４Ｔ３－Ｔ４ｉＬｒ线形下降阶段ｔ＝Ｔ３时，Ｔ ｒ１关断，由于Ｄ１导通，Ｔｒ１的电压被钳在Ｖ０值，Ｌ ｒ的储能释放给负载，其电流线形下降；
ｔ＝Ｔ４时，ｉＬ ｒ＝０。

１．５Ｔ４－Ｔ５ｉｄｓ恒流阶段ｔ＝Ｔ４时，Ｄ１关 断，这时零电压转化ＰＷＭ电路如同普通Ｂｏｏｓｔ型变换 器的开关管导通的情况一样，ｉｄｓ＝Ｉｓ。１．６Ｔ５－ Ｔ６Ｃｒ线形充电阶段ｔ＝Ｔ５时，Ｔｒ关断，恒流源Ｉｓ 对Ｃｒ线形充电，直至ｔ＝Ｔ６时，ＶＣｒ＝Ｖ０。１．７ ＴＴ－Ｔ７续流阶段这个阶段如同普通Ｂｏｏｓｔ型变换 器开关管关断的情况一样，处于续流状态，直到ｔ＝Ｔ０，下一周期开始。如果教师按照此教学课程教授，学生对图２ 所示的工作波形图就感到吃力了，因此学生很难有兴趣和精 力认真听完这繁琐冗长的讲解过程，课堂教学和听课效果较 差。针对这种现象，笔者将Ｐｓｐｉｃｅ仿真软件引入课堂 教学过程中，能够将学生从听课转变为参与到课堂教学过程 中，教学效果明显。下面将来详细分析教学设计。

２教学过程和教学设计 首先在学习零电压转换ＰＷＭ电路之前，笔者会告诉学 生这个电路主要的作用是用于功率因数校正电路中，其中功 率因数校正在本书的第三章３．５节中已经学习过，稍微提 及一下，对以前所学知识点简单回顾一下。然而在功率因数 校正电路中采用的是Ｂｏｏｓｔ升压变换电路，在这里换用 升压零电压转换ＰＷＭ电路的作用就是减少变换电路的功 耗，原因是前者是硬开关电路，后者为软开关电路。关于硬 开关和软开关的概念就是本节课的教学重点，笔者在讲解教 学难点之前已经重点讲解了。通过层层递进的教学安排让学 生能够容易地接受新的知识点，也为讲解教学难点做好的足 够多的铺垫。接下来将计算机仿真软件Ｐｓｐｉｃｅ引入到 课堂教学过程中。为了设计教学过程，笔者首先给定一些技 术参数，技术指标如下：输入电压为单相交流２２０±１ ０％Ｖ；
输入频率为５０Ｈｚ；
输出电压为直流４００Ｖ；

最大输出功率为３ｋＷ；
功率因数为９９％；
开关频率为ｆ ＝１００ｋＨｚ。接下来笔者安排学生计算出零电压转换ＰＷＭ电路的升压电感、谐振电感、谐振电容和输出滤波电容 的取值。这个主要是学生利用所学的模拟电子知识能够计算 出来［８］，笔者让学生在课间休息时计算，课堂不需要花 费大量的时间。计算结果如下：谐振电感为Ｌｒ＝３０．５ μＨ；
谐振电容为Ｃｒ＝１３０ｐＦ；
升压电感为Ｌ＝０． １９６ｍＨ；
输出滤波电容为ＣＯ＝３４２９μＦ。然后在 计算机仿真软件上按照图１的电路设计仿真模型，并把相应 的电路参数填写上去，其仿真电路如图３所示。零电压转换 ＰＷＭ电路在Ｐｓｐｉｃｅ中的仿真模型搭建完毕后，对其 进行仿真，可以得出零电压转换ＰＷＭ电路的仿真波形（如 图４、图５和图６所示）［９－１１］。教学结果分析如下：
通过图４可以看出输入电流跟踪输入电压，达到了功率因数 校正的目的，这对教科书的第三章３．５节的知识点进行了 复习和巩固；
图５为零电压转换ＰＷＭ电路的主开关管和辅 助开关管的驱动波形，从图５的仿真波形很容易让学生明白， 辅助开关管Ｔｒ１先于主开关管Ｔｒ开通，在主开关管开通 Ｔｒ后，辅助开关管Ｔｒ１立即关断，减小了开关损耗；
图 ６的仿真波形为主开关管的谐振过程，很容易看出主开关管 Ｔｒ的软开通过程，相对于纯理论分析图１的电路工作过程， 教师和学生要轻松许多，而且达到了实验教学的效果，并且 在课后，学生可以依据此教学方法学习其他的变换器，拓展 了学生的学习思维。

３结论综上所述，在电力电子技术课堂教学过程，针对教学难点，把计算机仿真软件引入其教学过程，既减轻了教 师的教学工作量，又提高了学生的听课效率，达到了事半功 倍的效果。