电子设计大赛E题开关稳压电源

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2008年湖北省高校电子信息类专业教学改革与电子设计竞赛工作研讨会,-2007年全国大学生电子设计竞赛题解析,E题-,开关稳压电源,三 峡 大 学,高 学 军,10/29/2024,1,开关稳压电源（E题）【本科组】,题目/分析,1.,方案选择,2.,参数计算,3.,控制方案,4.,其他,5.,10/29/2024,2,题目、分析,测试、评分,题目分析,方案,选择,计算,其他,控,方案,10/29/2024,3,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。,10/29/

2、2024,4,二、要求,在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：,1基本要求,输出电压,U,O,可调范围：,30V,36V,；,最大输出电流,I,Omax,：,2A,；,U,2,从,15V,变到,21V,时，电压调整率,SU2%(I,O,=2A),I,O,从,0,变到,2A,时,，负载调整率,SI5%(U2=18V),输出噪声纹波电压峰,-,峰值,U,OPP,1V,（,U,2,=18V,U,O,=36V,I,O,=2A,）；,DC-DC,变换器的效率,70%,（,U,2,=18V,U,O,=36V,I,O,=2A,）；,具有过流保护功能，动作电流,I,O,=2.50.2A,开关稳压电源（E题)题

3、目/分析,10/29/2024,5,2发挥部分,进一步提高电压调整率，使,SU0.2%,（,IO=2A,）；,进一步提高负载调整率，使,SI0.5%,（,U2=18V,）；,进一步提高效率，使,85%,（,U2=18V,UO=36V,IO=2A,）,排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；,能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值,1V,，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。,其他。,开关稳压电源（E题)题目/分析,10/29/2024,6,三、说明,DC-DC,变换器,不允许使用成品模块,，但可使用开关电源控制芯片。,U2,可通过交流调压器改变,U1,来调整。,DC-DC,变换器

4、（含控制电路）只能由,UIN,端口供电,，不得另加辅助电源。,本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于,20MHz,模拟示波器（,AC,耦合、扫描速度,20ms/div,）测量,U,OPP,。,本题中电压调整率,SU,指,U2,在指定范围内变化时，输出电压,UO,的变化率；负载调整率,SI,指,I,O,在指定范围内变化时，输出电压,UO,的变化率；,DC-DC,变换器效率,=PO/P,IN,，其中,P,O,U,O,I,O,，,P,IN,U,IN,I,IN,。,开关稳压电源（E题)题目/分析,10/29/2024,7,电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时

5、间（测试期间，不能出现过热等故障）。,制作时应考虑方便测试，合理设置测试点,.,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。,开关稳压电源（E题)题目/分析,10/29/2024,8,四、评分标准,项 目,应包括的主要内容或考核要点,满 分,设计,报告,方案论证,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,8,电路设计,与参数计算,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；数字设定及显示电路的设计,20,测试方法与数据,测试方法

6、；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据是否全面、准确),10,测试结果分析,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,电路图及设计文件,重点考查完整性、规范性,7,总分,50,基本,要求,实际制作完成情况,50,开关稳压电源（E题)题目/分析,10/29/2024,9,30,36,36,10/29/2024,10,开关稳压电源（E题)题目/分析,10/29/2024,11,10/29/2024,12,DC-DC,电 路选择,（六种电路分析比较）,方案,选择,参数,计算,其他,控制,方案,题目分析,10/29/2024,13,要求:,输出电压,U,O,可

7、调范围：,30V,36V,；,最大输出电流,I,Omax,：,2A,；,保护功能,开关稳压电源（E题)方案选择,U2=1521V,U,IN,=(1.2)U2=18-26V,升压1.152倍,升压电路,10/29/2024,14,根据题目分析，可以利用简单的升压（Boost）电路实现要求；,“,开关稳压,电源”查资料，利用变压器等电路就复杂；,本题一般学过电力电子的同学都可以作出来，实现相对容易-与2005年三相电源比较,开关稳压电源（E题)方案选择,10/29/2024,15,第七届（2005年）三相正弦波变频电源（G题）,1、基本要求,（1）输出频率范围为20Hz100Hz的三相对称交流电，

8、各相电压有效值之差小于0.5V；,（2）输出电压波形应尽量接近正弦波，用示波器观察无明显失真；,（3）当输入电压为198V242V，负载电流有效值为0.53A时，输出线电压有效值应保持在36V，误差的绝对值小于5%；,（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,。,开关稳压电源（E题)方案选择,10/29/2024,16,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,开关稳压电源

9、（E题)方案选择,10/29/2024,17,主电路方案选择：,单管反激式,开关稳压电源（E题)方案选择,10/29/2024,18,主电路方案选择：,半桥逆变-整流,开关稳压电源（E题)方案选择,10/29/2024,19,主电路方案选择：,全桥逆变-整流,开关稳压电源（E题)方案选择,10/29/2024,20,主电路方案选择：,降压电路比较容易实施，不会出现问题,开关稳压电源（E题)方案选择,10/29/2024,21,主电路方案选择：,双Boost电路,开关稳压电源（E题)方案选择,Uin,10/29/2024,22,主电路方案选择,双Boost电路,电路结构：相当于2个升压斩波电路并

10、联而成；,总输出电流为2个电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的2倍，脉动频率也为2倍-总的输出电流脉动幅值变得很小；,多相多重,斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。,开关稳压电源（E题)方案选择,10/29/2024,23,开关稳压电源（E题)方案选择,主电路方案选择：,Boost升压电路,不能开路,必须有一定负载,容易烧坏开关管,控制问题,10/29/2024,24,主电路方案选择：,Boost升压电路,开关稳压电源（E题)方案选择,10/29/2024,25,电路器件计算、选择,参数,计算,其他,控制,方案,题目分析,方案,选择,10/29/2024,26,开

11、关稳压电源（E题)参数计算,主电路方案选择：,Boost升压电路,占空比D的计算,10/29/2024,27,器件选择,1.变压器：容量,大电流时(2A)，输出电压达不到36V,U,2,电压降低,开关稳压电源（E题)参数计算,测试时，电流增大时，,U,2,电压降低，输出电压下降达不到,36V,10/29/2024,28,器件选择,2.整流滤波,开关稳压电源（E题)参数计算,大电容时的启动保护问题,10/29/2024,29,器件选择,3.电感,(f=10kHz),一般取电感电流的变化量为半载时输入电流的30%.,开关稳压电源（E题)参数计算,临界连续电流:,电感 L=0.856mH,10/29

12、/2024,30,器件选择,4.电容,开关稳压电源（E题)参数计算,纹波电压选取200mV时,C=750uF,10/29/2024,31,器件选择,5.开关器件、二极管,开关稳压电源（E题)参数计算,电流为输入电流最大值,电压为最大输出电压,10/29/2024,32,采用,PWM,控制芯片,采用,CPU,直接控制,其他,控制,方案,题目分析,方案,选择,参数,计算,10/29/2024,33,采用,PWM,控制芯片,UC3842,采用,CPU,直接控制,开关稳压电源（E题)控制方案,UC3842,10/29/2024,34,开关稳压电源（E题)控制方案,UC3842,10/29/2024,3

13、5,开关稳压电源（E题)控制方案,10/29/2024,36,开关稳压电源（E题)控制方案,10/29/2024,37,频率:f=1.72/R,T,C,T,开关稳压电源（E题)控制方案,10/29/2024,38,采用CPU直接控制,开关稳压电源（E题)控制方案,10/29/2024,39,电压电流测量,Ui,U,01,i,开关稳压电源（E题)控制方案,其他传感器,10/29/2024,40,控制电源,过流保护,其他,控制,方案,题目分析,方案,选择,参数,计算,10/29/2024,41,控制电源,开关稳压电源（E题)控制电源,控制电源,显示 CPU,控制电路等,开关电源中控制电源,开关电源

14、,7805,等,10/29/2024,42,正常：SW闭合,故障：SW断开,开关稳压电源（E题)过流保护,U0,U01,U02,方案1,R,变化时，,U,02,变化,负载改变,10/29/2024,43,再加一个降压电路,U0,PWM,开关稳压电源（E题)过流保护,方案2,思路较好，控制灵活,-,电路复杂,10/29/2024,44,序号,设计报告,基本部分,发挥部分,总分,1,43,50,45.7,138.7,2,40.7,49,45.7,135.4,3,35.2,49.7,43.3,128.2,4,41,49.7,35.3,126,5,40.5,43.8,32.7,117,6,32.5,5

15、0,32.7,115.2,7,38.5,38.7,33.7,110.9,8,40,36.5,34.4,110.9,9,34.2,39.8,31,105,10,41.7,31.1,22.5,95.3,11,36.3,34.2,23.7,94.2,12,32.3,41.2,16.8,90.3,13,25.5,33,27.8,86.3,14,39.5,33,10,82.5,15,39.5,22.7,13.8,76,16,31.3,24.3,12.3,67.9,17,35,18.7,7,60.7,18,22.7,21.3,10,54,52个队选择E题,51个队参加测试,18个队完成较好,10/29/2024,45,一等,湖北,E,华中科技大学,饶 波,朱良合,陈构宜,一等,湖北,E,空军雷达学院,孙祥波,张 真,石 猛,一等,湖北,E,三峡大学,胡绍新,乐绪鑫,邓翔天,一等,湖北,E,武汉理工大学,刘剑锋,徐振祥,刘炳森,二等,湖北,E,海军工程大学,刘 俊,邬 沛,李程辉,二等,湖北,E,空军雷达学院,牛广宇,贾月朋,张银峰,全国97个队获奖：21个一等、76个二等,湖北省：4个一等、2个二等,10/29/2024,46,Thank You!,三峡大学欢迎您！,10/29/2024,47,