《开关电源原理与维修》理论与实践教学
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摘 要: 《开关电源原理与维修》是电类专业的一门专业课,针对高职高专学生的特点,本文作者在课程理论与实践教学方面进行了一定的探索。
关键词: 《开关电源原理与维修》 理论与实践 教学探索
《开关电源原理与维修》是电类专业的一门专业课,开关电源具有重量轻、体积小、效率高、能耗低、温度低和电压调整范围宽的特点,在电视机、背投彩电、微型计算机与仪器仪表等电路中得到了广泛应用,但由于开关电源工作在高电压、大电流、高功耗的特殊状态,因此这部分是整机系统中故障的多发单元。所以《开关电源原理与维修》课程对于电类专业的学生来说应该是着重掌握的一门知识。
1.理论教学
要学好本门课程,没有扎实的专业理论知识,是不可能的;如果学生只能根据书本上列出的故障实例“按图索骥”,则只能停留在维修工匠的水平。为了使学生能够学好理论知识,教师可按以下方法来进行教学。
1.1激发学生的学习兴趣
大二或大三的学生都接触过计算机,而且有的学生还组装过计算机,因此对微型计算机有关的硬件一般都有较大的兴趣,但绝大部分学生都不知道微机主机开关电源输出什么信号与电压。所以第一次课可以从微机主机开关电源输出的信号与电压开始介绍,然后介绍各个信号与电压的用处,诱导学生了解开关电源,提高学习本门课程的兴趣和积极性。另外,在理论教学的过程中,不仅要讲解原理,而且要与维修实例相结合,与实践教学相结合,使学生能够学以致用。
1.2原有知识的复习和新知识的学习
前面已经开过模拟电子线路与数字电子线路这两门课,并且进行过相关的课程实验,但由于大部分学生所学的知识普遍不太牢固,因此在《开关电源原理与维修》的理论教学中结合开关电源电路要对有关的知识进行复习,特别是模电的知识,如二极管、晶体三极管、三端稳压器的特性及主要参数,电压比较器LM339的工作原理及用法等。有的知识要在原有的基础上进行新的扩展及学习,如光耦合器、快恢复二极管、功率肖特基二极管、双极型大功率晶体管、功率MOSFET场效应管、绝缘栅双极晶体管、晶闸管、PWM集成控制器等。
1.2.1从框图入手
开关电源具体电路各式各样,但脉冲变压器耦合开关电源方框图都一样,其基本结构如图1所示。
它主要是由市电整流滤波电路,脉冲变压器,开关管,脉冲控制电路,取样、反馈及稳压控制电路和整流滤波输出电路等组成的,其基本工作原理是:用脉冲控制电路控制开关管的导通与截止,当开关管导通时,市电经整流后的直流电转换成磁能并存储在变压器中;在开关管截止期间,变压器释放磁能,输出交流电压,经整流滤波后输出直流电压,向负载供电。
学生开始学习时,首先从框图入手,而不是直接对着复杂的具体电路,不会产生畏难情绪,当把框图及其原理都弄懂后,再结合典型电路进行讲解。
1.3掌握一两种典型电路
现在国内市场上流行的微机主机电源品牌有几十种,各种不同型号达几百种之多,常见的PWM集成控制器型号就有二三十种之多,要求学生在有限的时间内都掌握它们的原理、特点与维修,既不可能,又没必要,而且常见微机主机开关电源的基本结构、工作原理大致相同。所以在教学中,我们着重介绍一两种国内最常见的PWM集成控制器及由它们所构成的典型开关电源电路,如PWM集成控制器TL494、KA7500及以之为核心所组成的开关电源电路,其它PWM集成控制器及组成的电路通过检修实例的分析与介绍,检修流程图的使用等来进行学习;指导学生不仅能“按图索骥”、快速解决教科书中提及的故障,而且能“举一反三”、“驾一驭万”。
2.实践教学
实践教学是理论教学的延续,学生通过实践教学能加深对相关理论知识的理解,另外学生相关动手能力的提高是本门课程的一个重要目标,只有学生能够实际动手修好开关电源的实际故障,才能算是学好了本门课程,因此实践教学是本门课程的重要组成部分。实践教学应从以下环节着手。
2.1安全至上
由于微机主机开关电源由市电220V供电,因此实践教学环节带有一定的危险性,安全是进行正常教学的基础及保证,因此从物质保证及安全教育方面着手进行。
2.1.1物质保证
实验室环境应该保证安全、整洁、明亮、宽敞、通风,实验室供电装有触电保护开关且能正常工作,实验室地面及实验桌上应有绝缘胶皮覆盖,实验桌上除必要的仪器仪表、开关电源外,不应有其它的杂物。
微机主机开关电源由于直接用电网市电220V进行整流滤波,因此PCB板上局部带有高电压,在加电进行检测及维修时,一方面会给人身安全带来危险,另一方面由于示波器等仪器外壳与PCB板的某些部位的静电电位不等会造成电源短路,导致市电跳闸保护或开关电源及仪器内部元器件损坏。为此,在加电进行实践教学演示及学生实验时,应在交流市电与开关电源、示波器等仪器供电插座之间加入1∶1的隔离变压器,实验室采用了两台3000VA的隔离变压器进行供电。
2.1.2安全教育
在实践教学一开始就对学生进行“安全第一”、“人的生命是最宝贵的”的安全教育,在整个教学过程中,结合开关电源的电路特点,不间断地进行有关的安全教育,实验严格按照安全规程操作。在实验时,要求学生除必要的书本、万用表等,其余物品不能带入实验室。
在实践教学演示及学生加电实验时,严禁学生拥挤、围观,可进行分组演示及分组实验。加电实验时,必须先切断开关电源的供电,把测试仪器探针(如示波器探针或万用表表笔)的接地端与开关电源的地线接好,然后通电,再用“高电位”探针接到测试点测试,并且养成单手操作的习惯,这样可以预防短路和触电。更换元器件前一定要先切断电源。
2.2必会的基础操作技能
学生要想达到最终实际维修开关电源的目的,首先必须熟练掌握一些必备的基础操作技能,如元器件的识别及测量,万用表、示波器、晶体管图示仪等仪器仪表的使用,元器件的焊接和拆卸,由电路实物绘制原理图等。
2.3循序渐进
任何事务的学习都不可能一蹴而就,本门课程的学习也是一样,实践教学的安排也要循序渐进、由浅入深。最开始安排学生拆开关电源外壳,认识里面的元器件,练习如何用万用表测试相关元器件,用晶体管图示仪测试晶体管、场效应管,练习元器件的焊接和拆卸,逐步练习由电路实物绘制原理图、读图,再用好的开关电源加电测试各组输出电压及信号,用示波器测量加电后正常情况下开关电源的各种波形,最终才是开关电源各种故障的实际维修。通过循序渐进、由浅入深的实践教学环节,一方面给学生逐步练习、逐步熟悉的机会,另一方面结合理论教学使学生对开关电源的认识逐步加深。
为适应社会对技能型人才的需求,为提高我校学生的整体素质,提高学生的就业率,根据高职高专学生的特点,我们对《开关电源原理与维修》理论与实践教学方面进行了一定的探索,意在使学生能够掌握够用的理论知识和相应的实践技能。
参考文献:
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[4]莫禾胜,张文.电视技术实践教学改革探索[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2007,12,1:78-79.
基金项目:广西教育科学“十一五”重点课题“高职高专电子类专业课程与教学的研究”(2006B57)
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