基于工作任務的《開關電源原理與分析》教學改革

梁奇峰 廖鴻飛

（中山火炬職業(yè)技術學院 廣東 中山 528436）

基于工作任務的《開關電源原理與分析》教學改革

梁奇峰 廖鴻飛

（中山火炬職業(yè)技術學院 廣東 中山 528436）

開關電源在高職高專中是一門較新的課程，教材較少，而且針對性差，知識結構不合理，不能滿足高職高專的教學需要。本文通過分析開關電源類企業(yè)的典型工作任務，將典型工作任務所涵蓋的知識和技能進行分析和量化，根據(jù)要掌握的技能和知識以及實際的開關電源電路結構，把教學內(nèi)容分解成五個工作任務模塊，并從基本知識點和技能的分析、教學內(nèi)容、校企合作開發(fā)教材、考核方式改革及學生拓展能力培養(yǎng)等五個方面進行的教學改革探索。

開關電源；拓撲結構；PWM/PFM控制芯片；載體

光電源及開關電源技術是高職院校中應用電子技術專業(yè)方向之一，《開關電源原理與分析》是此方向的專業(yè)主干核心課程，起到承上啟下、貫徹始終的作用。目前，高職高專關于此課程的教材較少，而且教材的針對性較差，知識結構不合理、內(nèi)容較陳舊。我們通過對開關電源類企業(yè)的調(diào)研，分析了光電源及開關電源技術崗位群的工作人員應掌握的專業(yè)知識和技能。根據(jù)知識點、技能及電路結構來整合、序化教學內(nèi)容，將教學內(nèi)容分成5個工作任務模塊，在每個工作任務模塊中引入子電路和工程資料，作為教學內(nèi)容的載體。通過制作、調(diào)試和測試每個子電路，最終完成整體電路的設計與制作——40W反激電源的制作，恰當?shù)卦诟鹘虒W環(huán)節(jié)融入工程資料、標準及質(zhì)量體系的內(nèi)容，培養(yǎng)學生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。筆者擬從基本知識點和技能的分析、理論知識和實踐項目、校企合作開發(fā)教材、考核方式改革和學生拓展能力培養(yǎng)等五個方面闡述教學改革的實施。

基本知識和技能的分析

我院應用電子技術專業(yè)（光電源及開關電源技術方向）培養(yǎng)的人才主要面向光電源和開關電源類企業(yè)，涉及輔助設計、維修、銷售和售后服務、電子元件采購、質(zhì)量檢測和認證等5個崗位（群）。通過分析典型工作任務，將典型工作任務所涵蓋的知識和技能進行分析、量化和整合，應具備的基本知識和技能如圖1所示。一個工作任務要幾個方面的基本知識和技能來培養(yǎng)，掌握一個方面的基本知識和技能可以完成多個工作任務，工作任務與基本知識點和技能是相互滲透的，并不是一對一的對應關系。

圖1 典型工作任務、基本知識和技能的關系圖

理論知識與實踐項目的分析

《開關電源原理與分析》課程以對開關電源產(chǎn)品電路進行分析與制作為依托，按照崗位群所涵蓋的知識和技能為培養(yǎng)目標，按照由簡單到復雜、由部分到整體的原則，科學設計學習性工作任務。根據(jù)知識點、技能及電路結構（見圖2）來整合、序化教學內(nèi)容，將教學內(nèi)容分成5個工作任務模塊（見圖3）。在每個工作任務模塊中引入子電路和工程資料，作為教學內(nèi)容的載體。從理論知識和實踐項目兩個方面對每個工作任務模塊的教學內(nèi)容和要求進行了分析探討。

基本拓撲結構包括非隔離型和隔離型兩大類變換器。非隔離型主要包括降壓、Boost和Buck-Boost變換器；隔離型主要包括正激、反激、半橋變換器、推挽變換器和全橋變換器等。應掌握變換器的結構、工作原理，理解穩(wěn)定工作時的波形及基本關系式，熟悉它們的應用場合。

實踐項目：畫PC電源原邊主電路、副邊輸出整流濾波電路（對應子電路1）。主要培養(yǎng)學生以下幾方面的技能：（1）熟悉PCB板與電路圖之間的關系；（2）加深鞏固所學的拓撲結構；（3）學會測量電路的連接及功率元器件是否正常；（4）學會如何根據(jù)PCB板畫出原理圖以及如何布局元器件。

圖2 開關電源電路結構圖

圖3 教學內(nèi)容和結構框圖

（二）PWM和PFM控制芯片及其應用

誤差放大器及補償?shù)墓ぷ髟?，介紹電流模式的PWM控制器（以控制芯片UC3842為例）和PFM控制器（以控制芯片L6562為例）以及它們的應用。掌握芯片每個引腳的功能以及外圍電路參數(shù)的分析，掌握用控制芯片來控制隔離型變換器（Forward和Flyback）和非隔離型變換器（Buck和Boost）實現(xiàn)電能的變換，也就是控制芯片與變換器的連接電路，即如何檢測輸出電壓和輸入電流以及MOS管的驅(qū)動等。

實踐項目：UC3842控制的Boost變換器電路的制作 （子電路2）。主要培養(yǎng)學生以下幾方面的技能：（1）掌握電路的工作原理；（2）掌握調(diào)試電路和測試電路的方法；（3）掌握分析電路故障和排除電路故障的技巧。

（三）電源輸入級

電源輸入級主要包括EMI濾波器、浪涌電流抑制電路、功率因數(shù)校正電路和輸入整流電路等。應掌握這些電路的作用及工作原理，熟悉它們的應用場合。

實踐項目：畫PC電源EMI電路及整流濾波電路的制作（子電路3）。主要培養(yǎng)學生以下幾方面的技能：（1）理解EMI濾波器的組成結構及作用；（2）掌握兩種整流濾波電路的工作方式。

①TP(True Positive):跌倒發(fā)生且系統(tǒng)成功檢測到,屬正確判斷;②TN(True Negative):未發(fā)生跌倒且系統(tǒng)未檢測到跌倒,屬正確判斷;③FP(False Positive):未發(fā)生跌倒但系統(tǒng)仍然檢測到,屬誤判;④FN(False Negative):跌倒發(fā)生但系統(tǒng)未檢測到,屬漏判。

（四）元器件的選擇

器件的選擇主要指無源器件、半導體器件、電感和變壓器的選擇。應掌握它們的參數(shù)、封裝及分類；根據(jù)功率、耐壓值、所要求的裕量等來選擇器件；熟悉它們的應用場合。應掌握制作變壓器的步驟、工藝以及用LCR電橋來測量其值等。

實踐項目：高頻變壓器的制作及測試（子電路4），應用在40W反激電源制作實訓中。主要培養(yǎng)學生以下幾方面的技能：（1）理解變壓器同名端和異名端與實物之間的關系；（2）掌握變壓器的制作方法；（3）掌握變壓器參數(shù)的測試；（4）掌握用示波器和信號發(fā)生器測試變壓器的匝比和同名端等。

（五）40W反激電源的制作

把40W反激電源的制作引入到實踐教學中。應掌握電路的工作原理和控制芯片外圍電路參數(shù)的分析以及計算，掌握如何調(diào)試電路和測試電源的性能指標，掌握如何分析電路故障和排除電路故障的方法。

通過40W反激電源的制作、調(diào)試和測試的訓練，不僅連貫了前面四部分的內(nèi)容，使學生加深和鞏固了前面所學的知識，而且學生分析整體電路、調(diào)試和測試電路、分析和排除電路故障的能力可得到很大的提高。

教學內(nèi)容要始終保持鮮活，子電路和工程資料載體可以替換，教師教學時可直接使用這些載體，也允許教師從企業(yè)或者實際工作中引入新的載體。另外，根據(jù)電源類企業(yè)和PWM控制芯片的發(fā)展及要求來調(diào)整教學內(nèi)容；根據(jù)企業(yè)和學生就業(yè)反饋信息，調(diào)整教學內(nèi)容的重點和難點，始終保持教學內(nèi)容的適時變化和改革，以適應社會發(fā)展對人才的要求。

校企合作開發(fā)教材

為了讓教學內(nèi)容更加符合高職人才培養(yǎng)目標的要求，充分體現(xiàn)職業(yè)性、實踐性和開放性的要求，我們自2009年以來堅持與企業(yè)合作，基于崗位所需職業(yè)技能和知識進行課程的設計和開發(fā)。教師與企業(yè)專家一起對教學標準、教學內(nèi)容和授課方式進行了探討，并與中山科普斯特電源技術有限公司和中山天域電子有限公司一起合作編寫《開關電源電路分析與設計》講義，已應用到2009級的教學中。

根據(jù)培養(yǎng)目標和電路結構，在實踐教學中，安排的5個實踐項目具有技能針對性強、訓練目標明確、便于學生操作和職業(yè)性等特點。每個項目相對獨立，有利于組織實踐教學與考核。每個項目都從實驗設備與器材、實驗內(nèi)容、技能要求三個方面組織實踐內(nèi)容。根據(jù)產(chǎn)品的研發(fā)和制造過程及標準來規(guī)范學生做項目的要求，例如，加工元器件，擺放元器件的位置，如何布置地線，如何調(diào)試和測試產(chǎn)品及測試的內(nèi)容，等等。打造了真實的企業(yè)氛圍，真正實現(xiàn)了工作過程和工作任務的教學，學生畢業(yè)后到企業(yè)就很容易適崗上手。與合作企業(yè)一起編寫實踐項目指導書，已應用到2008、2009級的教學中，并取得了良好的教學效果。

培養(yǎng)學生的拓展技能

學生做完實訓電路之后，可以把電路改成5V/5A或者其他等級的電壓輸出，只需要調(diào)整電路中部分元件的參數(shù)。如輸出電壓采樣電路、補償電路、輸入電流檢測電阻、整流橋和輸出整流二極管參數(shù)、變壓器等參數(shù)；也可以改成多路輸出的電源，如±5V、±12V或者5V和12V等多種形式的輸出。通過電路的拓展訓練，可加強學生對開關電源更深一層的理解，培養(yǎng)學生具備初步設計電路的能力。

另外，學生可參與教師的科研項目，例如航空電源單相APFC技術的研究，包括項目方案的規(guī)劃、電路參數(shù)的計算、調(diào)試和測試電路等。通過全過程參與項目，充分挖掘?qū)W生潛力，開發(fā)學生的創(chuàng)新能力，學生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)也可得到很大提高。

考核方式改革

以過程考核為主，著重考核學生掌握所學的理論知識和技能，并能綜合運用所學知識和技能去分析電路、調(diào)試和測試電路、分析電路故障及排除電路故障的能力。

該體系包含以下幾個方面：（1）學生學習積極性和階段學習效果評價（考勤、課堂表現(xiàn)）；（2）自主學習能力評價（獨立完成作業(yè)）；（3）表達能力評價（課堂發(fā)言、討論及現(xiàn)場答辯）；（4）團隊合作和綜合能力評價（實驗實訓效果及報告）；（5）綜合應用能力（電路分析報告及現(xiàn)場答辯）。

考核成績由平時形成性考核和期末電路分析報告兩部分組成，如表1所示。

表1 考核成績表

課程教學改革總結

根據(jù)開關電源電路結構、崗位所需的專業(yè)知識和技能來設置教學內(nèi)容，側重在應用方面的講解，突出了職業(yè)技能的培養(yǎng)，打破了傳統(tǒng)學科性的課程體系和教學內(nèi)容，符合高職高專培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能型人才的要求。

把真實的開關電源產(chǎn)品和企業(yè)工程資料作為教學載體，學生可將理論知識和實訓課所學運用于載體，去解決實際問題。合適的載體在加深學生對本門課程學習的同時，也涉及如結構、工藝、焊接、標準、綜合調(diào)試和測試等其他方面的知識，全面培養(yǎng)學生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)；合適的載體也有助于讓學生感到知識的實用性，激發(fā)他們的學習興趣。本課程的學習為學生后續(xù)課程的學習奠定了基礎。在“教學做”的過程中，培養(yǎng)學生分析一種或一類開關電源產(chǎn)品電路，這種能力也可以遷移到其他類型的開關電源產(chǎn)品電路分析中，這種能力可以向設計方向更深一層發(fā)展，從而加強學生的職業(yè)遷移能力，為學生將來職業(yè)崗位的變化和職務晉升奠定基礎。

本課程已建成院級精品課程，網(wǎng)絡課程資源庫建設已基本完成，內(nèi)容在不斷更新之中，為學生自主學習和畢業(yè)后終身學習提供了網(wǎng)絡教學平臺。

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[4]季軍媛，宋建娟.基于能力本位的高職應用電子課程改革[J].職業(yè)技術教育，2007，（11）.

梁奇峰（1979—），男，湖北咸寧人，碩士，中山火炬職業(yè)技術學院工程師，研究方向為PFC和DC-DC模塊開關電源。

G712

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1672-5727（2012）06-0084-03