電荷泵升壓電路的教學研究

摘要：在高職電氣化專業教學中，電荷泵升壓電路原理的講解是一個難點，只能在假設條件下簡單推導講解，學生對泵升壓電路的原理沒有理解，只能靠記憶來記住結論和公式。針對教學中存在的實際問題，提出了構建水泵升壓供水模型進行電荷泵升壓電路原理教學的研究，利用學生對于水路升壓原理的理解遷移到電荷泵升壓原理的理解，使學生對于抽象的理論有了一個感性的認知，透徹理解電荷泵升電路的原理，提高學習效率。

關鍵詞：電荷泵升壓 水泵升壓供水模型 教學研究

1 概述

電荷泵升壓電路是電力電子技術課程中的一項重要內容，它的理論性分析較復雜，要想在短時間里學會把問題分析的比較全面和透徹，就一定要創新現在的教學方式，使教學思想更加通俗化和簡明化，提高教學質量。

每一門學科都不是無源之水，都有自己內在的聯系和規律，只要能找到不同知識點之間的內在聯系和規律并加以利用，在教授新知識的過程中，教師要指導學生發現新知識和舊知識之間的聯系，充分發揮正遷移的順利進行，這樣不僅可以降低學習新知識的難度，把新知識轉變為舊知識，也可以加深對舊知識的記憶，從而達到提高教學效果的目的[1]。所以，本文構造一種學生熟悉的水泵升壓供水模型來分析電荷泵升壓電路的原理。

2 電荷泵升壓電路原理常規講解

電荷泵升壓電路可用于直流電動機傳動、單相功率因素校正電路、開關電源。電荷泵升壓原理圖如圖1所示。

該電路由電源E、電感L、開關器件V、單向導電性二極管VD、升壓電容C、負載R組成；傳統的升壓工作原理如下所述：

首先假設電路中電感L值很大，電容C值也很大。當可控開關器件V處于通態時，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時電容C上的電壓向負載R供電。因C值很大，基本保持輸出電壓uo為恒定值，記為UO。設V處于通態的時間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為EI1ton。當V處于斷態時，E和L共通向電容C充電并向負載R提供能量。設V處于斷態的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為（UO—E）I1toff。當電路工作于穩態時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等[2]，即

3 建立教學模型分析泵升原理

為了解釋電壓為何升高，現采用水泵升壓供水模型來分析，通過學生熟悉的知識遷移到陌生、抽象的知識，通俗易懂的來學習，達到事半功倍的效果。

一水塔采用水泵進行上水，水源水深高度為H0，水塔底部與水池水面在一個水平面，到水池底面的高度為H0。設水泵供水時的單位流量為q，球閥放水的流量為q′此時揚程應滿足供水揚程的需要，水泵供水為周期（周期為T）間歇供水，供水的時間為ton，停止供水時間為toff。

水池水面對地水壓為P0（P0=mgH0）；水塔中水深為H1，因此對地水壓為P1（P1=mg（H0+ H1））；調節水泵供水時間ton，水塔的水位將上升，這樣水塔水面對地的壓強將上升。水泵升壓供水與電荷泵升壓等效轉換如圖2所示。

我們可將水路與電路進行等效：水池提供水源相當于電源，水泵相當于電感和開關器件構成的電荷泵將水壓升高，止回閥相當于二極管阻止水流改變方向，水塔相當于電容保持壓力，球閥的開啟放水相當于電路中的電阻負載。

4 歸納與結論

在講解電荷泵升壓的原理與效果的時候采用水泵升壓供水模型，可以減低學生學習的難度，因為學生從熟悉的水泵升壓供水知識遷移到電荷泵升壓知識，對學生的思維能力和應用能力的培養都是很有幫助的，教學質量得到明顯提高。通過多年的教學經驗，發現采用該方法確實使學生對于該部分知識掌握的好，學生喜歡采用該方法教學。

參考文獻：

[1]趙喜梅.遷移規律在電磁課教學中的應用[J].邢臺師范高專學報，2002（04）.

[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術（第5版）[M].北京：機械工業出版社，2009.5.

[3]蔣小強.一種基于電荷泵的白光LED驅動器的設計[D].復旦大學，2008.