全国大学生电子设计大赛备战方案.docx
《全国大学生电子设计大赛备战方案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《全国大学生电子设计大赛备战方案.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![全国大学生电子设计大赛备战方案.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-2/28/7b5b7049-9a86-4acd-9531-9717cb4bec4c/7b5b7049-9a86-4acd-9531-9717cb4bec4c1.gif)
全国大学生电子设计大赛备战方案
全国大学生电子设计大赛备战方案
全国大学生电子设计大赛
电源类赛题准备计划书
一.前期基本知识储备与能力要求
1.1基本课程学习:
1.《电路基础》《模拟电路》《数字电路》《单片机原理,汇编语言和接口技术》《C语言》《电力电子技术》《电源技术》等
1.2基本软件学习:
2.CPLD/FPGA编程/模拟用QuartusII
单片机模拟用Proteus
模电模拟用Multisim
单片机编程用Keil,用的C语言和汇编语言
嵌入式还要用到Linux的内核
电路设计Protel99SE或者“AltiumDesigner”
1.3基本能力掌握:
a.掌握基本模块电路的原理和分析,设计,并学会搜集资料辅助设计。
b.运用Protel99SEOR“AltiumDesigner设计电路,并完成相应的PCB板的设计。
c.运用C语言或其他语言对单片机进行编程,完成电路相应的控制功能。
d.运用Multisim和Proteus对电路进行仿真测试。
e.元器件选用,排版,印制电路板,焊接技术的掌握和各类基本机械及焊接所需的电器的运用。
f.熟练运用万用表、示波器、直流电源、信号发生器、频率计等仪表的使用。
g.熟悉并掌握基本竞赛论文(设计报告)的书写格式,大致内容组成。
(运用Word文档软件)
2.具体计划内容与训练
2.1电源类赛题基本模块学习与掌握
a.变频电源、PWM开关电源等工作原理、系统结构和电路组成
b.AC电源变压器的设计与制作
c.高频开关电源变压器的设计与制作
d.AC整流和滤波电路设计与制作
e.斩波和驱动电路设计与制作
f.逆变和驱动电路设计与制作
g.电流、电压检测电路设计与制作
h.过流和过压保护电路设计与制作
i.真有效值检测电路设计与制作
j.AC-DC开关电源电路设计与制作
k.DC-DC升压型开关电源电路设计与制作
l.DC-DC降压型开关电源电路设计与制作
m.直流稳压电路设计与制作
n.单片机、FPGA、ARM最小系统电路设计与制作
o.微控制器外围电路(显示器、键盘、开关等)的设计与制作
p.ADC和DAC电路设计与制作
另外,电源类赛题所涉及的新技术也需要关注:
它们可是今后比赛出题的方向:
高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、多相变换器技术、饱和电感技术、电磁兼容相关技术、各种形式的功率因数校正技术、各种保护技术、各种变频技术、各种智能监测技术、各种智能化充电技术、微电网技术、各种形式的驱动技术等。
2.2电源类赛题日常训练方向及计划
(主要是往届全国竞赛电源题和省级电赛电源题)
全国大学生电子设计竞赛历年电源题目(1994-2011)
第一届(1994年)全国大学生电子设计竞赛题目
题目一简易数控直流电源
一、设计任务
设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。
其原理示意图如下:
二、设计要求
1.基本要求
(1)输出电压:
范围0~+9.9V,步进0.1V,纹波不大于10mV;
(2)输出电流:
500mA;
(3)输出电压值由数码管显示;
(4)由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减;
(5)为实现上述几部件工作,自制一稳压直流电源,输出±15V,+5V。
2.发挥部分
(1)输出电压可预置在0~9.9V之间的任意一个值;
(2)用自动扫描代替人工按键,实现输出电压变化(步进0.1V不变);
(3)扩展输出电压种类(比如三角波等)。
三、评分意见
项目
得分
基本要求
方案设计与论证、理论计算与分析、电路图
30
实际完成情况
50
总结报告
20
发挥部分
完成第一项
5
完成第二项
15
完成第三项
20
第三届(1997年)全国大学生电子设计竞赛题目
A题直流稳定电源
一、任务
设计并制作交流变换为直流的稳定电源。
二、要求
1.基本要求
(1)稳压电源在输入电压220V、50Hz、电压变化范围+15%~-20%条件下:
a.输出电压可调范围为+9V~+12V
b.最大输出电流为1.5A
c.电压调整率≤0.2%(输入电压220V变化范围+15%~-20%下,空载到满载)
d.负载调整率≤1%(最低输入电压下,满载)
e.纹波电压(峰-峰值)≤5mV(最低输入电压下,满载)
f.效率≥40%(输出电压9V、输入电压220V下,满载)
g.具有过流及短路保护功能
(2)稳流电源在输入电压固定为+12V的条件下:
a.输出电流:
4~20mA可调
b.负载调整率≤1%(输入电压+12V、负载电阻由200Ω~300Ω变化时,输出电流为20mA时的相对变化率)
(3)DC-DC变换器在输入电压为+9V~+12V条件下:
a.输出电压为+100V,输出电流为10mA
b.电压调整率≤1%(输入电压变化范围+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(输入电压+9V下,满载)
2.发挥部分
(1)扩充功能
a.排除短路故障后,自动恢复为正常状态
b.过热保护
c.防止开、关机时产生的“过冲”
(2)提高稳压电源的技术指标
a.提高电压调整率和负载调整率
b.扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值
(3)改善DC-DC变换器
a.提高效率(在100V、100mA下)
b.提高输出电压
(4)用数字显示输出电压和输出电流
三、评分意见
项目
得分
基本要求
设计与总结报告:
方案设计与论证,理论分析与计算,电路图,测试方法与数据,对测试结果的分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
9
完成第
(2)项
15
完成第(3)项
6
完成第(4)项
10
特色与创新
10
第七届2005年全国大学生电子设计竞赛试题
数控直流电流源(F题)
一、任务
设计并制作数控直流电流源。
输入交流200~240V,50Hz;输出直流电压≤10V。
其原理示意图如下所示。
二、要求
1、基本要求
(1)输出电流范围:
200mA~2000mA;
(2)可设置并显示输出电流给定值,要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的
1%+10mA;
(3)具有“+”、“-”步进调整功能,步进≤10mA;
(4)改变负载电阻,输出电压在10V以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1%+10mA;
(5)纹波电流≤2mA;
(6)自制电源。
2、发挥部分
(1)输出电流范围为20mA~2000mA,步进1mA;
(2)设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值),测量误差的绝对值≤测量值的0.1%+3个字;
(3)改变负载电阻,输出电压在10V以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1%+1mA;
(4)纹波电流≤0.2mA;
(5)其他。
三、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:
方案比较、设计与论证,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析。
50
实际完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
4
完成第
(2)项
20
完成第(3)项
16
完成第(4)项
5
其他
5
四、说明
1、需留出输出电流和电压测量端子;
2、输出电流可用高精度电流表测量;如果没有高精度电流表,可在采样电阻上测量电压换算成电流;
3、纹波电流的测量可用低频毫伏表测量输出纹波电压,换算成纹波电流。
三相正弦波变频电源(G题)
一、任务
设计并制作一个三相正弦波变频电源,输出线电压有效值为36V,最大负载电流有效值为3A,负载为三相对称阻性负载(Y接法)。
变频电源框图如下图所示。
二、要求
1、基本要求
(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)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。
2、发挥部分
(1)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%;
(2)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%;
(3)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%;
(4)其他。
三、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:
方案比较、设计与论证,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
50
实际完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
24
完成第(3)项
11
其它
5
四、说明
1、在调试过程中,要注意安全;
2、不能使用产生SPWM(正弦波脉宽调制)波形的专用芯片;
3、必要时,可以在隔离变压器前使用自耦变压器调整输入电压,可用三相电阻箱模拟负载;
4、测量失真度时,应注意输入信号的衰减以及与失真度仪的隔离等问题;
5、输出功率可通过电流、电压的测量值计算。
第八届2007年全国大学生电子设计竞赛试题
开关稳压电源(E题)
【本科组】
一、任务
设计并制作如图1所示的开关稳压电源。
图1电源框图
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);
(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(th)=2.5±0.2A;
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,同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
(6)其他。
三、说明
(1)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。
(2)U2可通过交流调压器改变U1来调整。
DC-DC变换器(含控制电路)只能由UIN端口供电,不得另加辅助电源。
(3)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UOPP。
(4)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IO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η=PO/PIN,其中PO=UOIO,PIN=UINIIN。
(5)电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间(测试期间,不能出现过热等故障)。
(6)制作时应考虑方便测试,合理设置测试点(参考图1)。
(7)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
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;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
发挥
部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
10
完成第(3)项
15
完成第(4)项
4
完成第(5)项
6
其他
5
总分
50
2009年全国大学生电子设计竞赛试题
光伏并网发电模拟装置(A题)
【本科组】
一、任务
设计并制作一个光伏并网发电模拟装置,其结构框图如图1所示。
用直流稳压电源US和电阻RS模拟光伏电池,US=60V,RS=30Ω~36Ω;uREF为模拟电网电压的正弦参考信号,其峰峰值为2V,频率fREF为45Hz~55Hz;T为工频隔离变压器,变比为n2:
n1=2:
1、n3:
n1=1:
10,将uF作为输出电流的反馈信号;负载电阻RL=30Ω~36Ω。
图1并网发电模拟装置框图
二、要求
1.基本要求
(1)具有最大功率点跟踪(MPPT)功能:
RS和RL在给定范围内变化时,使
,相对偏差的绝对值不大于1%。
(2)具有频率跟踪功能:
当fREF在给定范围内变化时,使uF的频率fF=fREF,相对偏差绝对值不大于1%。
(3)当RS=RL=30Ω时,DC-AC变换器的效率
≥60%。
(4)当RS=RL=30Ω时,输出电压uo的失真度THD≤5%。
(5)具有输入欠压保护功能,动作电压Ud(th)=(25±0.5)V。
(6)具有输出过流保护功能,动作电流Io(th)=(1.5±0.2)A。
2.发挥部分
(1)提高DC-AC变换器的效率,使
≥80%(RS=RL=30Ω时)。
(2)降低输出电压失真度,使THD≤1%(RS=RL=30Ω时)。
(3)实现相位跟踪功能:
当fREF在给定范围内变化以及加非阻性负载时,均能保证uF与uREF同相,相位偏差的绝对值≤5°。
(4)过流、欠压故障排除后,装置能自动恢复为正常状态。
(5)其他。
三、说明
1.本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。
2.US采用实验室可调直流稳压电源,不需自制。
3.控制电路允许另加辅助电源,但应尽量减少路数和损耗。
4.DC-AC变换器效率
,其中
,
。
5.基本要求
(1)、
(2)和发挥部分(3)要求从给定或条件发生变化到电路达到稳态的时间不大于1s。
6.装置应能连续安全工作足够长时间,测试期间不能出现过热等故障。
7.制作时应合理设置测试点(参考图1),以方便测试。
8.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
项目
主要内容
满分
设计
报告
方案论证
比较与选择
方案描述
4
理论分析与计算
MPPT的控制方法与参数计算
同频、同相的控制方法与参数计算
提高效率的方法
滤波参数计算
9
电路与程序设计
DC-AC主回路与器件选择
控制电路或控制程序
保护电路
9
测试方案与测试结果
测试方案及测试条件
测试结果及其完整性
测试结果分析
5
设计报告结构及规范性
摘要
设计报告正文的结构
图标的规范性
3
总分
30
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第
(1)项
10
完成第
(2)项
5
完成第(3)项
24
完成第(4)项
5
其他
6
总分
50
电能收集充电器(E题)
【本科组】
一、任务
设计并制作一个电能收集充电器,充电器及测试原理示意图如图1。
该充电器的核心为直流电源变换器,它从一直流电源中吸收电能,以尽可能大的电流充入一个可充电池。
直流电源的输出功率有限,其电动势Es在一定范围内缓慢变化,当Es为不同值时,直流电源变换器的电路结构,参数可以不同。
监测和控制电路由直流电源变换器供电。
由于Es的变化极慢,监测和控制电路应该采用间歇工作方式,以降低其能耗。
可充电池的电动势Ec=3.6V,内阻Rc=0.1Ω。
二、要求
1、基本要求
(1)在Rs=100Ω,Es=10V~20V时,充电电流Ic大于(Es-Ec)/(Rs+Rc)。
(2)在Rs=100Ω时,能向电池充电的Es尽可能低。
(3)Es从0逐渐升高时,能自动启动充电功能的Es尽可能低。
(4)Es降低到不能向电池充电,最低至0时,尽量降低电池放电电流。
(5)监测和控制电路工作间歇设定范围为0.1s~5s。
2、发挥部分
(1)在Rs=1Ω,Es=1.2V~3.6V时,以尽可能大的电流向电池充电。
(2)能向电池充电的Es尽可能低。
当Es≥1.1V时,取Rs=1Ω;
当Es<1.1V时,取Rs=0.1Ω。
(3)电池完全放电,Es从0逐渐升高时,能自动启动充电功能(充电输出端开路电压
>3.6V,短路电流>0)的Es尽可能低。
当Es≥1.1V时,取Rs=1Ω;当Es<1.1V时,取Rs=0.1Ω。
(4)降低成本。
(5)其他。
三、评分标准
设计报告
项目
主要内容
满分
系统方案
电源变换及控制方法实现方案
5
理论分析与计算
提高效率方法的分析及计算
7
电路与程序设计
电路设计与参数计算
启动电路设计与参数计算
设定电路的设计
10
测试结果
测试数据完整性
测试结果分析
3
设计报告结构及规范性
摘要,设计报告正文的结构
图表的规范性
5
总分
30
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第
(1)项
30
完成第
(2)项
5
完成第(3)项
5
完成第(4)项
5
其他
5
总分
50
四、说明
1.测试最低可充电Es的方法:
逐渐降低Es,直到充电电流Ic略大于0。
当Es高于3.6V时,Rs为100Ω;Es低于3.6V时,更换Rs为1Ω;Es降低到1.1V以下时,更换Rs为0.1Ω。
然后继续降低Es,直到满足要求。
2.测试自动启动充电功能的方法:
从0开始逐渐升高Es,Rs为0.1Ω;当Es升高到高于1.1V时,更换Rs为1Ω。
然后继续升高Es,直到满足要求。
2011年全国大学生电子设计竞赛试题
开关电源模块并联供电系统(A题)
【本科组】
一、任务
设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并
联供电系统(见图1)。
二、要求
1.基本要求
(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
UO=8.0±0.4V。
(2)额定输出功率工作状态下,供电系统的效率不低于60%。
(3)调整负载电阻,保持输出电压UO=8.0±0.4V,使两个模块输出电流之
和IO=1.0A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5%。
(4)调整负载电阻,保持输出电压UO=8.0±0.4V,使两个模块输出电流之
和IO=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%。
2.发挥部分
(1)调整负载电阻,保持输出电压UO=8.0±0.4V,使负载电流IO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UO=8.0±0.4V,使两个模块输出电流之和IO=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
差的绝对值不大于2%。
(3)额定输出功率工作状态下,进一步提高供电系统效率。
(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)。
(5)其他。
三、评分标准
四、说明
(1)不允许使用线性电源及成品的DC/DC模块。
(2)供电系统含测控电路并由UIN供电,其能耗纳入系统效率计算。
(3)除负载电阻为手动调整以及发挥部分
(1)由手动设定电流比例外,其
他功能的测试过程均不允许手动干预。
(4)供电系统应留出UIN、UO、IIN、IO、I1、I2参数的测试端子,供测试
时使用。
(5)每项测量须在5秒钟内给出稳定读数。
(6)设计制作时,应充分考虑系统散热问题,保证测试过程中系统能连续安全工作。
2013 年全国大学生电子设计竞赛试题
直流稳压电源及漏电保护装置(L题)
【高职高专组】
一、任务
设计并制作一台线性直流稳压电源和一个漏电保护装置,电路连接如图1 所示。
图中RL 为负载电阻、R 为漏电电流调整电阻、A 为漏电流显示电流表、二、要求
1.基本要求设计一台额定输出电压为5V,额定输出电流为1A 的直流稳压电源。
(1)转换开关S 接1 端,RL 阻值固定为5Ω。
当直流输入电压在7~25 V 变
化时,要求输出电压为5±0.05V,电压调整率SU≤1%。
(2)连接方式不变,RL 阻值固定为5Ω。
当直流输入电压在5.5~7V 变化时,
要求输出电压为5±0.05V。
(3)连接方式不变,直流输入电压固定在7V,当直流稳压电源输出电流由
1A 减小到0.01A 时,要求负载调整率SL≤1%。
(4)制作一个功率测量与显示电路,实时显示稳压电源的输出功率。
2.发挥部分
设计一个动作电流为30mA 的漏电保护装置(使用基本要求部分制作的直流稳压电源供电,不得使用其他电源)。
(1)转换开关S 接2 端,将RL 接到漏电保护装置的输出端,阻值固定为
20Ω,R和电流表A 组成模拟漏电支路(见图1)。
调节R,将漏电动作电流设定为30 mA。
当漏电保护装置动作后,RL 两端电压为0V 并保持自锁。
排除漏电故障后,按下K 恢复输出。
要求漏电保护装置没有动作时,输出电压≥4.6V。
(2)要求漏电保护装置动作电流误差的绝对值≤5%。
(3)
尽量减小漏电保护装置的接入功耗。
(4)其他。
2015全国电子设计大赛题目(A-J)
双向DC-DC变换器(A题)
【本科组】
一、任务
设计并制作用于电池储能装置的双向DC-DC变换器,实现电池的充放电功能,功能可由
按键设定,亦可自动转换。
系统结构如图1所示,图中除直流稳压电源外,其他器件均需自