電子設(shè)計(jì)大賽E題開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,2008年湖北省高校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革與電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽工作研討會(huì),-2007年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題解析,E題-,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,三 峽 大 學(xué),高 學(xué) 軍,10/29/2024,1,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題）【本科組】,題目/分析,1.,方案選擇,2.,參數(shù)計(jì)算,3.,控制方案,4.,其他,5.,10/29/2024,2,題目、分析,測(cè)試、評(píng)分,題目分析,方案,選擇,計(jì)算,其他,控,方案,10/29/2024,3,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)題目/分析,一、任務(wù),設(shè)計(jì)并制作如圖1所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。,10/29/2024,4,二、要求,在電阻負(fù)載條件下，使電源滿足下述要求：,1基本要求,輸出電壓,U,O,可調(diào)范圍：,30V,36V,；,最大輸出電流,I,Omax,：,2A,；,U,2,從,15V,變到,21V,時(shí)，電壓調(diào)整率,SU2%(I,O,=2A),I,O,從,0,變到,2A,時(shí),，負(fù)載調(diào)整率,SI5%(U2=18V),輸出噪聲紋波電壓峰,-,峰值,U,OPP,1V,（,U,2,=18V,U,O,=36V,I,O,=2A,）；,DC-DC,變換器的效率,70%,（,U,2,=18V,U,O,=36V,I,O,=2A,）；,具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流,I,O,=2.50.2A,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)題目/分析,10/29/2024,5,2發(fā)揮部分,進(jìn)一步提高電壓調(diào)整率，使,SU0.2%,（,IO=2A,）；,進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整率，使,SI0.5%,（,U2=18V,）；,進(jìn)一步提高效率，使,85%,（,U2=18V,UO=36V,IO=2A,）,排除過(guò)流故障后，電源能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)；,能對(duì)輸出電壓進(jìn)行鍵盤(pán)設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)值,1V,，同時(shí)具有輸出電壓、電流的測(cè)量和數(shù)字顯示功能。,其他。,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)題目/分析,10/29/2024,6,三、說(shuō)明,DC-DC,變換器,不允許使用成品模塊,，但可使用開(kāi)關(guān)電源控制芯片。,U2,可通過(guò)交流調(diào)壓器改變,U1,來(lái)調(diào)整。,DC-DC,變換器（含控制電路）只能由,UIN,端口供電,，不得另加輔助電源。,本題中的輸出噪聲紋波電壓是指輸出電壓中的所有非直流成分，要求用帶寬不小于,20MHz,模擬示波器（,AC,耦合、掃描速度,20ms/div,）測(cè)量,U,OPP,。,本題中電壓調(diào)整率,SU,指,U2,在指定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓,UO,的變化率；負(fù)載調(diào)整率,SI,指,I,O,在指定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓,UO,的變化率；,DC-DC,變換器效率,=PO/P,IN,，其中,P,O,U,O,I,O,，,P,IN,U,IN,I,IN,。,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)題目/分析,10/29/2024,7,電源在最大輸出功率下應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長(zhǎng)的時(shí)間（測(cè)試期間，不能出現(xiàn)過(guò)熱等故障）。,制作時(shí)應(yīng)考慮方便測(cè)試，合理設(shè)置測(cè)試點(diǎn),.,設(shè)計(jì)報(bào)告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測(cè)試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測(cè)試結(jié)果用附件給出。,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)題目/分析,10/29/2024,8,四、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),項(xiàng) 目,應(yīng)包括的主要內(nèi)容或考核要點(diǎn),滿 分,設(shè)計(jì),報(bào)告,方案論證,DC-DC主回路拓?fù)洌豢刂品椒皩?shí)現(xiàn)方案；提高效率的方法及實(shí)現(xiàn)方案,8,電路設(shè)計(jì),與參數(shù)計(jì)算,主回路器件的選擇及參數(shù)計(jì)算；控制電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算；效率的分析及計(jì)算；保護(hù)電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算；數(shù)字設(shè)定及顯示電路的設(shè)計(jì),20,測(cè)試方法與數(shù)據(jù),測(cè)試方法；測(cè)試儀器；測(cè)試數(shù)據(jù),(著重考查方法和儀器選擇的正確性以及數(shù)據(jù)是否全面、準(zhǔn)確),10,測(cè)試結(jié)果分析,與設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生偏差的原因，并提出改進(jìn)方法,5,電路圖及設(shè)計(jì)文件,重點(diǎn)考查完整性、規(guī)范性,7,總分,50,基本,要求,實(shí)際制作完成情況,50,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)題目/分析,10/29/2024,9,30,36,36,10/29/2024,10,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)題目/分析,10/29/2024,11,10/29/2024,12,DC-DC,電 路選擇,（六種電路分析比較）,方案,選擇,參數(shù),計(jì)算,其他,控制,方案,題目分析,10/29/2024,13,要求:,輸出電壓,U,O,可調(diào)范圍：,30V,36V,；,最大輸出電流,I,Omax,：,2A,；,保護(hù)功能,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,U2=1521V,U,IN,=(1.2)U2=18-26V,升壓1.152倍,升壓電路,10/29/2024,14,根據(jù)題目分析，可以利用簡(jiǎn)單的升壓（Boost）電路實(shí)現(xiàn)要求；,“,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓,電源”查資料，利用變壓器等電路就復(fù)雜；,本題一般學(xué)過(guò)電力電子的同學(xué)都可以作出來(lái)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易-與2005年三相電源比較,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,15,第七屆（2005年）三相正弦波變頻電源（G題）,1、基本要求,（1）輸出頻率范圍為20Hz100Hz的三相對(duì)稱(chēng)交流電，各相電壓有效值之差小于0.5V；,（2）輸出電壓波形應(yīng)盡量接近正弦波，用示波器觀察無(wú)明顯失真；,（3）當(dāng)輸入電壓為198V242V，負(fù)載電流有效值為0.53A時(shí)，輸出線電壓有效值應(yīng)保持在36V，誤差的絕對(duì)值小于5%；,（4）具有過(guò)流保護(hù)(輸出電流有效值達(dá)3.6A時(shí)動(dòng)作)、負(fù)載缺相保護(hù)及負(fù)載不對(duì)稱(chēng)保護(hù)(三相電流中任意兩相電流之差大于0.5A時(shí)動(dòng)作)功能，保護(hù)時(shí)自動(dòng)切斷輸入交流電源,。,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,16,主電路方案選擇：,單管反激式,4,半橋逆變-整流 9,全橋逆變-整流,3,降壓電路 1,雙Boost電路 2,Boost電路 32,合計(jì) 51,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,17,主電路方案選擇：,單管反激式,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,18,主電路方案選擇：,半橋逆變-整流,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,19,主電路方案選擇：,全橋逆變-整流,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,20,主電路方案選擇：,降壓電路比較容易實(shí)施，不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,21,主電路方案選擇：,雙Boost電路,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,Uin,10/29/2024,22,主電路方案選擇,雙Boost電路,電路結(jié)構(gòu)：相當(dāng)于2個(gè)升壓斬波電路并聯(lián)而成；,總輸出電流為2個(gè)電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的2倍，脈動(dòng)頻率也為2倍-總的輸出電流脈動(dòng)幅值變得很?。?多相多重,斬波電路還具有備用功能，各斬波電路單元可互為備用。,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,23,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,主電路方案選擇：,Boost升壓電路,不能開(kāi)路,必須有一定負(fù)載,容易燒壞開(kāi)關(guān)管,控制問(wèn)題,10/29/2024,24,主電路方案選擇：,Boost升壓電路,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)方案選擇,10/29/2024,25,電路器件計(jì)算、選擇,參數(shù),計(jì)算,其他,控制,方案,題目分析,方案,選擇,10/29/2024,26,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)參數(shù)計(jì)算,主電路方案選擇：,Boost升壓電路,占空比D的計(jì)算,10/29/2024,27,器件選擇,1.變壓器：容量,大電流時(shí)(2A)，輸出電壓達(dá)不到36V,U,2,電壓降低,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)參數(shù)計(jì)算,測(cè)試時(shí)，電流增大時(shí)，,U,2,電壓降低，輸出電壓下降達(dá)不到,36V,10/29/2024,28,器件選擇,2.整流濾波,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)參數(shù)計(jì)算,大電容時(shí)的啟動(dòng)保護(hù)問(wèn)題,10/29/2024,29,器件選擇,3.電感,(f=10kHz),一般取電感電流的變化量為半載時(shí)輸入電流的30%.,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)參數(shù)計(jì)算,臨界連續(xù)電流:,電感 L=0.856mH,10/29/2024,30,器件選擇,4.電容,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)參數(shù)計(jì)算,紋波電壓選取200mV時(shí),C=750uF,10/29/2024,31,器件選擇,5.開(kāi)關(guān)器件、二極管,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)參數(shù)計(jì)算,電流為輸入電流最大值,電壓為最大輸出電壓,10/29/2024,32,采用,PWM,控制芯片,采用,CPU,直接控制,其他,控制,方案,題目分析,方案,選擇,參數(shù),計(jì)算,10/29/2024,33,采用,PWM,控制芯片,UC3842,采用,CPU,直接控制,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)控制方案,UC3842,10/29/2024,34,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)控制方案,UC3842,10/29/2024,35,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)控制方案,10/29/2024,36,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)控制方案,10/29/2024,37,頻率:f=1.72/R,T,C,T,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)控制方案,10/29/2024,38,采用CPU直接控制,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)控制方案,10/29/2024,39,電壓電流測(cè)量,Ui,U,01,i,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)控制方案,其他傳感器,10/29/2024,40,控制電源,過(guò)流保護(hù),其他,控制,方案,題目分析,方案,選擇,參數(shù),計(jì)算,10/29/2024,41,控制電源,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)控制電源,控制電源,顯示 CPU,控制電路等,開(kāi)關(guān)電源中控制電源,開(kāi)關(guān)電源,7805,等,10/29/2024,42,正常：SW閉合,故障：SW斷開(kāi),開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)過(guò)流保護(hù),U0,U01,U02,方案1,R,變化時(shí)，,U,02,變化,負(fù)載改變,10/29/2024,43,再加一個(gè)降壓電路,U0,PWM,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（E題)過(guò)流保護(hù),方案2,思路較好，控制靈活,-,電路復(fù)雜,10/29/2024,44,序號(hào),設(shè)計(jì)報(bào)告,基本部分,發(fā)揮部分,總分,1,43,50,45.7,138.7,2,40.7,49,45.7,135.4,3,35.2,49.7,43.3,128.2,4,41,49.7,35.3,126,5,40.5,43.8,32.7,117,6,32.5,50,32.7,115.2,7,38.5,38.7,33.7,110.9,8,40,36.5,34.4,110.9,9,34.2,39.8,31,105,10,41.7,31.1,22.5,95.3,11,36.3,34.2,23.7,94.2,12,32.3,41.2,16.8,90.3,13,25.5,33,27.8,86.3,14,39.5,33,10,82.5,15,39.5,22.7,13.8,76,16,31.3,24.3,12.3,67.9,17,35,18.7,7,60.7,18,22.7,21.3,10,54,52個(gè)隊(duì)選擇E題,51個(gè)隊(duì)參加測(cè)試,18個(gè)隊(duì)完成較好,10/29/2024,45,一等,湖北,E,華中科技大學(xué),饒 波,朱良合,陳構(gòu)宜,一等,湖北,E,空軍雷達(dá)學(xué)院,孫祥波,張 真,石 猛,一等,湖北,E,三峽大學(xué),胡紹新,樂(lè)緒鑫,鄧翔天,一等,湖北,E,武漢理工大學(xué),劉劍鋒,徐振祥,劉炳森,二等,湖北,E,海軍工程大學(xué),劉 俊,鄔 沛,李程輝,二等,湖北,E,空軍雷達(dá)學(xué)院,牛廣宇,賈月朋,張銀峰,全國(guó)97個(gè)隊(duì)獲獎(jiǎng)：21個(gè)一等、76個(gè)二等,湖北?。?個(gè)一等、2個(gè)二等,10/29/2024,46,Thank You!,三峽大學(xué)歡迎您！,10/29/2024,47,