2019年电子设计大赛E题-开关稳压电源.ppt
最新2019_全国大学生电子设计竞赛题目与分析PPT幻灯片
（6）数据采集与处理类 多路数据采集系统（第一届）；数字
化语音存储与回放系统（第四届），数据 采集与传输系统（第五届）。 （7）控制类
水温控制系统采集系统（第三届）， 自动往返电动小气车（第五届）；简易智 能电动车（E题）（第六届）；液体点滴 速度监控装置（F题）（第六届）。
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电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不 仅仅是实验竞赛，而是由一个参赛队共同设计、制 作完成一个特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞 赛。它既强调理论设计，更强调系统实现。它考核 了学生综合运用基础知识的能力，更注重考察学生 的创新意识。题目涉及的内容是一个课程群，而非 单一的一门课程。因此，竞赛的形式与内容基本上 符合面向21世纪人才培养的目标和需求，是对传统 教学方法的一个挑战，同时，竞赛成绩也能从一个 侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成 败。
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2．竞赛特点与特色 全国大学生电子设计竞赛的特点是
与高等学校相关专业的课程体系和课程 内容改革密切结合，以推动其课程教学、 教学改革和实验室建设工作。竞赛的特 色是与理论 联系实际学风建设紧密结合， 竞赛内容既有理论设计，又有实际制作， 以全面检验和加强参赛学生的理论基础 和实践创新能力。
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3．组织运行模式 全国大学生电子设计竞赛的组织运
实用低频功率放大器(第二届),高效率音 频功率放大器(第五届),宽带放大器(B 题)(第六届);
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(5) 仪器仪表类 简易电阻、电容和电感测试仪（第二
届），简易数字频率计（第三届），频率 特性测试仪（第四届），数字式工频有效 值多用表（第四届），简易数字存储示波 器（第五届），低频数字式相位测量仪（C 题）（第六届），简易逻辑分析仪（D题） （第六届）；
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《开关型稳压电源》PPT课件
i1
VD4
VD2
uin
uo
i1
i2
图 5 - 2 单相桥式整流电路输入电压和电流的波形
第5章 开关型稳压电源
功率因数较低的开关电源存在许多问题， 主要有： (1) 谐波电流污染电网， 干扰其他用电设备， 造 成测量仪表产生较大的误差， 还会使电动机产生较大 的噪声。 (2) 在输入功率一定的条件下， 输入电流有效值 较大， 因此必须增大输入熔断器、 断路器和电源线的 规格。 (3) 特别应当指出， 通信用开关型电源通常都采 用三相五线制供电， 三相基波电流可分别由下列各式 表示：
第5章 开关型稳压电源
5.1.2 目前， 通信和其他电子设备采用的稳压电源主要
有线性稳压电源、 相控型稳压电源和开关型稳压电路。 线性稳压电源中， 调整元件串联在负载回路中，
其作用就像一只可变电阻， 输入电压或负载变化时， 串联调整元件的压降改变， 从而使输出电压稳定不变。 当输入电压过高时， 串联调整管的功耗很大， 因此效 率很低。 当输入电压波动范围为±20 %时， 5 V稳压 器 的 典 型 效 率 只 有 35% ， 输 入 电 压 波 动 范 围 小 于 ±16%时， 典型效率也只能达到50%。
第5章 开关型稳压电源
由此可知， 三相电流的三次谐波分量是同相位的， 同理， 三相电流的六次、 九次等谐波分量也是同相位 的。 由于三相电流都流过中线， 当功率因数为1时， 流过中线的电流为零； 当功率因数很低时， 中线内的 电流很大。 由于中线无过流保护装置， 所以， 中线有 可能因过热而着火。
IR为电网电流有效值； I1为基波电流有效值； VL为电网电压有效值； cosφ为基波电流与基波电压的位移因数。
第5章 开关型稳压电源
电子设计大赛E题开关稳压电源PPT课件
测试结果分析 电路图及设计文件 总分 实际制作完成情况
应包括的主要内容或考核要点
满分
DC-DC主回路拓扑；控制方法及实现方案； 提高效率的方法及实现方案
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主回路器件的选择及参数计算；控制电路
设计与参数计算；效率的分析及计算；保 护电路设计与参数计算；数字设定及显示
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电路的设计
测试方法；测试仪器；测试数据 (着重考查方法和仪器选择的正确性以及数 10 据是否全面、准确)
（4）具有过流保护(输出电流有效值达3.6A时动作)、负载缺相保护 及负载不对称保护(三相电流中任意两相电流之差大于0.5A时动作) 功能，保护时自动切断输入交流电源。
24.09.2020 16
开关稳压电源（E题)—方案选择
主电路方案选择：
»单管反激式 4 »半桥逆变-整流 9 »全桥逆变-整流 3 »降压电路 1 »双Boost电路 2 » Boost电路 32 合计 51
➢题目、分析 ➢测试、评分
24.09.2020 3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
开关稳压电源（E题)—题目/分析
一、任务 设计并制作如图1所示的开关稳压电源。
隔离 U1= 220V AC 变压器 U2=18VAC
开关稳压电源
IIN
整流
DC- DC
滤波
U IN 变换器
IO
UO
RL
24.09.2020 4
开关稳压电源（E题)—题目/分析
第七届（2005年）三相正弦波变频电源（G题）
隔离 220VAC 变压器
整流
逆变
三相 负载
1、基本要求
控制器
（1）输出频率范围为20Hz～100Hz的三相对称交流电，各相电压 有效值之差小于0.5V；
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6.2 竞赛命题原则及要求
1、竞赛内容
（1）以电子电路（含模拟和数字电路）应用 设计为主要内容，可以涉及模-数混合电路、单 片机、可编程器件、EDA软件工具和PC机 （主要用于开发）的应用。题目包括“理论设 计”和“实际制作与调试”两部分。竞赛题目 应具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教 学的基本内容和新技术的应用趋势，同时对教 学内容和课程体系改革起一定的引导作用。
行模式为：“政府主办、专家主导、学 生主体、社会参与”十六字方针，以充 分调动各方面的参与积极性。
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4．领导
全国大学生电子设计竞赛由教育部 高等教育司和信息产业部人事司共同主 办，负责领导全国范围内的竞赛工作。 各地竞赛事宜由地方教委（厅、局）统 一领导。为保证竞赛顺利开展，组建全 国及各赛区竞赛组织委员会和Fra bibliotek家组。31
键盘 数码显示
键盘/ 显示器 接口
8279
电压 预置
DCA 0832
基准 电压
8031 基本 系统
基准 电压
基准 电压
输出
基准 电压
基准 电压
图6.3.1 采用单片机的简易数控直流电源设计方案
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（2）采用中小规模集成电路的简易数控 直流电源设计方案
采用中小规模集成电路的简易数控直 流电源设计方案如图6.3.2所示。系统由 数字控制部分、D/A变换部分及可调稳 压部分三部分组成。除了上述的三大部 分之外，还包括一些附加的功能电路， 如电压显示、控制、防止误操作、波形 发生器电路等。
+9V～+12V） c．负载调整率≤1%（输入电压+12V下，
空载到满载） d．纹波电压（峰-峰值）≤100mV （输入
全国大学生电子竞赛开关稳压电源设计方案
开关稳压电源设计摘要基于电路设计的要求，开关稳压电源电路主要由隔离变压、整流滤波、DC -DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。
选择了Boost升压变换器实现DC-DC变换，电路结构简单，转换效率高；选用小导通电阻、高开关速度的IRF640管为开关管，选用快速恢复二极管RHRP15120整流，减少反向导通时间，降低损耗。
控制系统选用单片机ADuC812和脉宽调制控制器SG3525通过双闭环回路共同控制DC-DC变换电路，实现输出电压稳定、可调；SG3525产生高频脉冲控制DC-DC变换，ADuC812实现显示、A/D和D/A转换、过流保护、处理电压反馈信号、对ADuC812进行控制、显示和人机交换等功能。
通过实验验证电路实现了设计要求的全部基本指标，并且DC-DC变换效率达到85%。
电路设计还有很多不足，各项设计指标还有待进一步提高。
1系统方案设计与论证1.1 设计思路基于题目的基本要求，可以采用图1所示的方案。
系统主要由隔离变压、整流滤波、DC—DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。
隔离变压模块实现220VAC变压为1 8VAC，再经整流滤波电路转换为直流电压；控制器模块实现数码管显示、A/D和D/A转换、过流保护、DC—DC电压输出控制和稳压、显示、人机交换等功能。
过流保护电路实现输出电流过流保护功能；同时，电压负反馈电路进一步对负载电压进行精确控制。
1.2方案的论证1.2.1 DC-DC主回路拓扑设计的要求是进行升压变换，选择了Boost变换器。
Boost换器电路结构简单，由开关管、二极管、电感、电解电容等元件组成，便于进行电路设计，稳压性能优，并且转换效率高。
原理图如图2所示。
开关稳压电源设计报告<2）[接<1）]1.2.2控制方法及实现方案控制系统有两种设计方案：(1> 方案一：单片机来实现整个系统的控制。
该方案的优点：布线简单，硬件设计节省时间；该方案的缺点：⒈控制软件编程工作量大、难度大；⒉所有的控制都由单片机来实现，对单片机的硬件资源要求很高；⒊该设计要求对DC-DC变换器实现PWM控制的开关频率至少要为100KHZ，这是单片机难于实现的。
开关稳压电源(E题)设计报告-国赛一等奖-大学生电子设计竞赛(DOC)
开关稳压电源(E题)设计报告-国赛一等奖-大学生电子设计竞赛(DOC)开关稳压电源（E题）摘要本系统以Boost升压斩波电路为核心，以MSP430单片机为主控制器和PWM信号发生器，根据反馈信号对PWM信号做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现稳压输出。
系统输出直流电压30V～36V 可调，可以通过键盘设定和步进调整，最大输出电流达到2A，电压调整率和负载调整率低，DC-DC变换器的效率达到93.97%。
能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示。
系统特色：1）输出电压反馈采用“同步采样”方式，能有效避免电压尖峰对信号检测的影响。
2）采用多种有效措施降低系统的电磁干扰（EMI），增强电磁兼容性（EMC）。
3）具有完善、可靠的保护功能，如：过流保护、反接保护、欠压保护、过温保护、防开机“浪涌”电流保护等，保证了系统的可靠性。
1方案论证1.1DC-DC主回路拓扑方案一间接直流变流电路：结构如图1-1所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。
方案二 Boost升压斩波电路：拓扑结构如图1-2所示。
开关的开通和关断受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为UO=(ton+toff)，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。
该电路采取直接直流变流的方式实现升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。
E LC UOR LVD图1-1 间接直流变流电路图1-2 Boost升压斩波电路拓扑结构综合比较，我们选择方案二。
1.2控制方法及实现方案方案一利用PWM专用芯片产生PWM控制信号。
此法较易实现，工作较稳定，但不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。
方案二利用单片机产生PWM控制信号。
让单片机根据反馈信号对PWM信号做出相应调整以实现稳压输出。
2019年大学生电子设计大赛校内赛赛题
附件1. 2019年大学生电子设计大赛校内赛赛题A题：降压型直流开关稳压电源1．任务以TI公司的降压控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS场效应管为核心器件，设计并制作一个降压型直流开关稳压电源。
额定输入直流电压为时，额定输出直流电压为，输出电流最大值为。
测试电路可参考图1。
LR图1 电源测试连接图2．要求（1）额定输入电压下，输出电压偏差：；（10分）（2）额定输入电压下，最大输出电流：；（10分）（3）输出噪声纹波电压峰峰值：；（10分）（4）从满载变到轻载时，负载调整率：；（10分）（5）变化到17.6V和13.6V，电压调整率：（10分）（6）效率；（15分）（7）具有过流保护功能，动作电流；（10分）（8）电源具有负载识别功能。
增加1个2端子端口，端口可外接电阻R(1kΩ-10kΩ)作为负载识别端口，参考图1。
电源根据通过测量端口识别电阻R的阻值，确定输出电压，；（10分）（9）尽量减轻电源重量，使电源不含负载的重量。
（15分）（10）设计报告（20分）3．说明（1）该开关稳压电源不得采用成品模块制作。
（2）稳压电源若含其它控制、测量电路都只能由端口供电，不得增加其他辅助电源。
（3）要求电源输出电压精确稳定，或，作品不参与测试。
B 题：物品分拣搬送装置1．任务在一个以木条（截面不大于3cm×4cm ，木质本色）围成的100cm×150cm 的A 区域内，散落着边长均为4cm 的正方体。
设计一自动物体搬运系统，能够快速将这些正方体移至指定区域。
A 区域的颜色为白色，B 区域为黑色，C 区域为红色。
2．要求（1） 在A 区域内任意放置了12只黑色正方体，以最快的速度将这些正方体移送到B区域，完成时间不得超过180秒； （24分） （2） 将A 区域的12只黑色正方体以最快的速度移送到红色C 区域；完成时间不得超过180秒； （26分） （3） A 区域12只正方体中有桔黄色与黑色两种颜色，以最快的速度将桔黄色正方体移送到红色C 区域； （20分） （4） 将A 区域中的正方体改为乒乓球，仍然有桔黄与黑色两种颜色，以最快的速度将桔黄色乒乓球移送到红色C 区域； （25分） （5） 其他。
2019年第八届年全国大学生电子设计竞赛题目.doc
第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目——本科2008年07月04日星期五 21:29音频信号分析仪（A题）【本科组】一、任务设计、制作一个可分析音频信号频率成分，并可测量正弦信号失真度的仪器。
二、要求1．基本要求（1）输入阻抗：50Ω（2）输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V（3）输入信号包含的频率成分范围：200Hz～10kHz（4）频率分辨力：100Hz（可正确测量被测信号中，频差不小于100Hz的频率分量的功率值。
）（5）检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率，检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的95%；各频率分量功率测量的相对误差的绝对值小于10%，总功率测量的相对误差的绝对值小于5%。
（6）分析时间：5秒。
应以5秒周期刷新分析数据，信号各频率分量应按功率大小依次存储并可回放显示，同时实时显示信号总功率和至少前两个频率分量的频率值和功率值，并设暂停键保持显示的数据。
2．发挥部分（1）扩大输入信号动态范围，提高灵敏度。
（2）输入信号包含的频率成分范围：20Hz～10kHz。
（3）增加频率分辨力20Hz档。
（4）判断输入信号的周期性，并测量其周期。
（5）测量被测正弦信号的失真度。
（6）其他。
三、说明1．电源可用成品，必须自备，亦可自制。
2．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。
完整的电路原理图、重要的源程序、和完整的测试结果用附件给出。
四、评分标准无线识别装置（B题）【本科组】一、任务设计制作一套无线识别装置。
该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。
阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。
装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。
不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。
装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。
线圈直径为6.6±0.5 cm（可用直径6.6 cm左右的易拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。
2019年电子设计大赛E题-开关稳压电源
设计与参数计算；效率的分析及计算；保 护电路设计与参数计算；数字设定及显示
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电路的设计
测试方法；测试仪器；测试数据 (着重考查方法和仪器选择的正确性以及 10 数据是否全面、准确)
与设计指标进行比较，分析产生偏差的原 因，并提出改进方法
5
重点考查完整性、规范性
7
50
50
2019/10/19 9
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⑤ 输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V （U2=18V,UO=36V,IO=2A）；
⑥ DC-DC变换器的效率≥70% （U2=18V,UO=36V,IO=2A）；
⑦ 具有过流保护功能，动作电流IO=2.5±0.2A
2019/10/19 5
开关稳压电源（E题)—题目/分析
2．发挥部分 ① 进一步提高电压调整率，使SU≤0.2%（IO=2A）； ② 进一步提高负载调整率，使SI≤0.5%（U2=18V）； ③ 进一步提高效率，使≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A） ④ 排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态； ⑤ 能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，
开关稳压电源（E题)—题目/分析
二、要求 在电阻负载条件下，使电源满足下述要求： 1．基本要求
① 输出电压UO可调范围：30V～36V； ② 最大输出电流IOmax：2A； ③ U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%(IO=2A)
④ IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%(U2=18V)
35.3 32.7
126 117
18个队完成较好 6
32.5
50
32.7
115.2
7
38.5
38.7
33.7
110.9
开关稳压电源 概述PPT课件
Basic description
开关电源的基本描述
The secondary is then rectified and filtered again to produce the desired DC output voltage.
NP NS
UP
US
Lf
Vout
Cf
25
第25页/共29页
1
欧洲国家电能90％经过功率变换后使用。
第1页/共29页
56年SCR发明之日即为电力电子技术诞生 之时。52年的发展分两阶段：56－80年，传统 电力电子技术；80至今，现代电力电子技术。
50年代：SCR 60年代：快速SCR 70年代：GTR、GTO 80年代：IGBT、MOSFET、IGCT 90年代: 高性能IGBT、MOSFET
Cf
Lf
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第26页/共29页开关电源源自1、形式多：AC-DC、DC-AC、AC-AC、DC-DC。
2、拓扑种类多
输入输 出不隔 离
①串联型——buck converter ②并联型——boost converter ③倒极性——buck-boost converter ④Cuk converter ⑤sepic converter ⑥zeta converter
（2）在工业电源系统中的应用 中频感应加热电源 ； 大功率电解电源 ； 电焊机电源 ； 电镀电源 ； 高效节能灯 。
8
第8页/共29页
（3）在电力系统中的应用 灵活输电系统（Flexible AC Transmissions System，FACTS） 直流输电 ； 无功补偿 ； 储能 ； 有源滤波； DVR。
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电子设计竞赛_开关稳压电源设计
大学生电子设计竞赛设计报告题目:实用开关稳压电源参赛人：徐天慧郑春阳李良起2012年12月一、设计任务与要求1.1设计任务设计并制作如图1所示的开关稳压电源。
图1开关稳压电源框图1.2 技术指标在电阻负载条件下，使电源满足以下要求：1．基本要求 （1） 输出电压U O 可调范围：0V ～15V ，最大输出电流I Omax ：0.5A 。
（2） U 2从12V 变到15V 时，电压调整率S U ≤5%（I O =0.5A ） （3） I O 从0变到0.5A 时，负载调整率S I ≤5%（U 2=18V ）（4） 输出噪声纹波电压峰-峰值U OPP ≤0.5V （U 2=20V,U O =15V,I O =0.5A ） （5） D C-DC 变换器的效率 ≥50%（U 2=18V,U O =15V,I O =0.5A ）2．发挥部分 （1） 具有过流保护功能，动作电流I O （th ）=1.5±0.1A ，当排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态。
（2） 能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值小于等于1V ，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
（3） 尽量提高变换器的效率。
（4） 其它。
1.3题目分析从设计任务上看，本次设计是个DC--DC 的电源开关变换器，而且其中电源变换器的效率要求也是非常高的，并且本题的第一个难点在于它输出电压为可调，输出电流也可调。
所以要求电压调节与电流调节要精确。
DC-DC 变换器 I IN U 2=18V DC + - U o R LI O+-二、方案论证与比较2.1 DC-DC 主回路拓扑的方案选择DC-DC 变换有隔离和非隔离两种。
输入输出隔离的方式虽然安全，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，而本题没有要求输入输出隔离，所以选择非隔离方式，根据要求，需要升降压电路，具体有以下几种方案：方案1：串并联开关电路形式。
实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。