《开关电源技术》教学大纲

《开关电源技术》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05153041课程性质：专业选修课学分：3学分学时：48学时（理论48学时）先修课程：大学物理、电力电子技术、电路原理、电磁场等后续课程：毕业设计适用专业：电气工程及其自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《开关电源技术》是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课。本课程主要讲述高频开关电源的工作原理与仿真技术，使学生了解电力电子器件在高频开关工作状态下的工作特性，掌握在实际应用中的要点和选择原则。熟悉DC/DC变换器的拓扑结构，掌握不同形式变换器电路的应用特点和范围，并利用电力电子的仿真软件验证不同变换器的工作原理，为毕业设计、职业方向选择和后续学业深造尤其是在电力电子方向上奠定基础。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决实际问题的能力，兼顾新技术、新方法的介绍。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：能够运用所学理论知识进行开关电源的基本电路设计，提高应用能力，培养学生利用开关电源技术解决复杂工程问题中关于电源部分的分析、应用能力。课程目标2：了解不同电力电子器件在高频开关工作状态下的工作特性，掌握主要元器件（包括电容、电感、变压器）的设计/选择方法，能够辨别各种开关电源变换器的优缺点。课程目标3：了解开关电源的设计流程和周期，并从实际应用的角度能够分析各种典型电路，提高设计和分析能力。能够将创新、工匠精神等有机融入课程，在仿真设计中得到锻炼。三、课程目标与毕业要求《开关电源技术》课程教学目标对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.4能够将电气工程及其自动化专业知识用于复杂电气工程问题解决方案的比较与优化。课程目标1：能够运用所学理论知识进行开关电源基本电路设计，提高应用能力，培养学生利用开关电源技术解决复杂工程问题中关于电源部分的应用能力。H2.问题分析2.2能够应用应用数学、自然科学和工程科学的基本原理分析并表达复杂电气工程问题的特性，获得多种解决方案。课程目标2：了解不同电力电子器件在高频开关工作状态下的工作特性，掌握主要元器件（包括电容、电感、变压器）的设计/选择方法，能够辨别各种开关电源变换器的优缺点。M3.设计/开发解决方案3.1能够掌握工程设计和产品开发全周期、全流程的基本方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。课程目标3：了解开关电源的设计流程和周期，并从实际应用的角度能够分析各种典型电路，提高设计和分析能力。能够将创新、工匠精神等有机融入课程，在仿真设计中得到锻炼。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.开关电源概述1.1开关电源范畴1.2开关电源发展历程1.3线性电源和开关电源特点1.4开关电源的技术指标1.5开关电源发展趋势教学要求：掌握线性电源和开关电源的优缺点，理解开关电源的技术参数，了解开关电源的现状和发展趋势。重点：开关电源的特点。难点：开关电源的技术指标。412.开关电源的基本拓扑结构2.1概述2.2Buck变换器2.3Boost变换器2.4Buck-Boost变换器2.5双电感变换器2.6总结教学要求：掌握Buck和Boost变换器的工作原理和关键点波形，以及组成、工作原理与输出特性；能够利用升、降压电路的工作原理对输出波形进行分析计算。重点：开关电源基本拓扑的工作原理。难点：电路的输出特性参数、计算和分析。101、2、33.隔离变换器3.1概述3.2隔离变压器基础知识3.3正激变换器3.4反激变换器3.5推挽变换器3.6全桥变换器及应用3.7总结教学要求：了解各变换器的组成；掌握各变换器的工作原理；分析关键部件的参数和波形；了解各变换器的应用特点和范围。重点：变换器的工作原理和组成。难点：电路的参数分析和计算。141、2、34.开关电源的闭环控制4.1模拟与数字4.2闭环反馈系统4.3开关电源的小信号模型4.5开关电源的幅频特性教学要求：了解模拟和数字控制系统的优缺点；掌握负反馈的原理和实现方法；能够变换开关电源的模型并分析其稳定性重点：开关电源的小信号模型和稳定性难点：控制理论在开关电源上的应用与转换能力61、35.仿真技术5.1电力电子仿真软件概述5.2开关变换器的瞬态仿真技术5.3开关变换器的平均模型仿真技术5.4采样-调理电路的原理与实现5.5Buck电路仿真搭建和分析5.6基于H桥的多重化PWM仿真实列教学要求：熟练操作相关仿真软件，能够利用仿真软件建立开关电源的模型并仿真；通过仿真验证开关电源基本拓扑结构的工作原理；了解开关电仿真技术。重点：开关电源的仿真模型难点：模型的仿真分析和相关理论应用141、2、3合计48五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、仿真等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解开关电源关键技术，掌握开关电源主要变换器的工作原理和控制策略；通过典型开关电源拓扑结构的建模和分析，掌握主要功率器件的选型，加深对理论知识的融化和吸收。以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练多仿真，巩固课堂所学知识。六、课程资源1.推荐教材：（1）张卫平.开关电源技术[M].北京:机械工业出版社,2021.2.参考书：（1）Abreaaml.Pressn.开关电源设计(第三版)[M].北京:电子工业出版社,2019.（2）阚加荣.开关电源技术[M].北京:清华大学出版社,2020.（3）张占松.开关电源技术教程[M].北京:机械工业出版社,2012.3.期刊：（1）电力电子技术[J].西安电力电子技术研究所（2）电源技术[J].中国电子科技集团公司第十八研究所（3）电工技术学报[J].中国电工技术学会（4）电源学报[J].中国电源学会（5）IEEE/TransactionsonIndustrialElectronics[J].IEEEIndustrialElectronicsSociety4.网络资源：（1）爱课程网./home/（2）中国大学慕课网./（3）蒋启龙,电力电子技术,2021./course/SWJTU-1002526018.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442仿真15（1）根据每个仿真模型的完成情况和数据分析结果评分，满分100分；（2）每个仿真模型单独评分，取各次仿真成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以仿真成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√69作业15（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√663期末考核60（1）期末考核成绩100分，以期末考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）主要考核开关电源基本拓扑结构的工作原理、组成和关键器件的作用，开关电源的闭环控制及其稳定性；（3）考试题型为：填空题、选择题、判断题、简答题、绘图题、计算题和分析题等。√√√401010合计：100分502624八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、仿真、作业和期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题、绘图题、计算题和分析题等类型；课堂表现、仿真、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和期末考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现30无缺课现象，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。无缺课现象，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。无无辜缺课现象，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。出勤率高，偶尔参与教学活动。缺课超过三次，不参与教学活动。作业20作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业1次以内，准确率大于70%。不交作业2次以内，准确率大于60%。不交作业3次以上，准确率小于60%。仿真50仿真模型中的电路完整