备战2015全国大学生电子设计竞赛 电源类赛题分析

南华大学黄智伟 备战2015 全国大学生电子设计竞赛

电源类赛题分析

一、 电源类作品

1.1 电源类赛题分析

1.1.1 历届的“电源类”赛题

在11届全国大学生电子设计竞赛中，电源类赛题有10题[1]：

① 简易数控直流电源（第1届，1994年A 题）

② 直流稳压电源（第3届，1997年A 题）

③ 数控直流电流源（第7届，2005年F 题）

④ 三相正弦波变频电源（第7届，2005年G 题）

⑤ 开关稳压电源（第8届，2007年E 题，本科组）

⑥ 光伏并网发电模拟装置（第9届，2009年A 题，本科组）

⑦ 电能搜集充电器（第9届，2009年E 题，本科组）

⑧ 开关电源模块并联供电系统（第10届，2011年，A 题，本科组）

⑨ 单相AC-DC 变换电路（第11届，2013年 A 题，本科组）

⑩ 直流稳压电源及漏电保护装置（第11届，2013年 L 题，高职高专组）

从历届赛题可以看到， “电源类”赛题从AC →DC ，从DC →AC ，从单相电到3相电，从线性稳压器到开关稳压器，从单个电源到多个电源并联，已经涉及到电源设计基础的和先进的技术，而且赛题要求的技术参数指标也是越来越高（例如，精度、效率η（≥95%）等）。

例1：2005年G 题“三相正弦波变频电源”赛题要求[1]：

（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 ；

（2）当输入电压为198V ～242V ，负载电流有效值为0.5～3A 时，输出线电压有效值应

保持在36V ，误差的绝对值小于1%；

（3）设计制作具有测量、显示该变频电源输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误

差的绝对值小于5%；

（4）变频电源输出频率在50Hz 以上时，输出相电压的失真度小于5%；

（5）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。 例2：2009年A 题（本科组）“光伏并网发电模拟装置”赛题要求[1]：

（1）具有最大功率点跟踪（MPPT ）功能：R S 和R L 在给定范围内变化时，使d S 12U U =，相对偏差的绝对值不大于1%。

（2）具有频率跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化时，使u F 的频率f F =f REF ，相对偏差绝对值不大于1%。

（3）DC-AC 变换器的效率，使η≥80%（R S =R L =30Ω时）。

（4）具有输入欠压保护功能，具有输出过流保护功能。

例3：2011年A 题（本科组）“开关电源模块并联供电系统”赛题要求[1]:

赛题要求设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W 的8V DC/DC 模块构成的并联供电系统。

（1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压U O=8.0±0.4V，使负载电流I O在1.5~3.5A之间变化时，两个模块的输出电流可在（0.5~2.0）范围内按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%。

（2）调整负载电阻，保持输出电压U O=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和I O =4.0A 且按I1:I2=1:1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于2%。

（3）调整负载电阻，保持输出电压U O=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和I O =1.5A 且按I1:I2= 1:2 模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%。

（4）具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A（调试时允许有±0.2A 的偏差）。

例4：2013年A 题（本科组）“单相AC-DC变换电路”赛题要求[1]:

设计并制作一个单相AC-DC变换电路，输入交流电压U S=24V、输出直流电压U O=36V，输出电流I O=2A，输入侧功率因数不低于0.98，AC-DC变换效率不低于95%。

1.1.2历届“电源类”赛题的主要知识点

从历届“电源类”赛题来看，主攻“电源类”赛题方向的同学需要了解的主要知识点如下：z变频电源、PWM开关电源等工作原理、系统结构和电路组成

z AC电源变压器的设计与制作

z高频开关电源变压器的设计与制作

z AC整流和滤波电路设计与制作

z斩波和驱动电路设计与制作

z逆变和驱动电路设计与制作

z电流、电压检测电路设计与制作

z过流和过压保护电路设计与制作

z真有效值检测电路设计与制作

z AC-DC开关电源电路设计与制作

z DC-DC升压型开关电源电路设计与制作

z DC-DC降压型开关电源电路设计与制作

z直流稳压电路设计与制作

z单片机、FPGA、ARM最小系统电路设计与制作

z微控制器外围电路（显示器、键盘、开关等）的设计与制作

z ADC和DAC电路设计与制作

1.1.3 “电源类”赛题培训的一些建议

“电源类””赛题中所涉及到的一些知识点，对有些专业的同学来讲，在专业课程中是没有的，需要自己去搞清楚。这一点很重要。理论用来指导行动。没有理论基础，盲人摸象，行动一定会有困难。

另外，“电源类””赛题的实践性要求很强，例如变压器的制作，特别是高频开关电源变压器的制作，电感线圈的设计与制作、PCB的设计等。

站在岸上是学不会游泳的。建议从简单的基本的电源类电路做起，如简单的直流稳压器电路等，通过一些作品的制作和训练，找到感觉。

（1）主攻“电源类”赛题方向的同学在训练过程中，以历届赛题为基础，可以选择已经出现过的一些赛题做一些训练；主要训练这类赛题的共用部分，如变压器、AC-DC模块、DC-DC 模块、滤波器、微控制器最小系统、ADC/DAC模块等。完成相关模块的设计制作，以备竞赛需要。