2007年电子设计大赛E题-开关稳压电源

2020/3/712008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2020/3/72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5.2020/3/73题目、分析测试、评分题目分析方案选择计算其他控方案2020/3/74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。UORLU1=220VACU2=18VAC隔离变压器DC-DC变换器IO整流滤波UINIIN开关稳压电源2020/3/75二、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；③U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%(IO=2A)④IO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）；⑥DC-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开关稳压电源（E题)—题目/分析2020/3/762．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。开关稳压电源（E题)—题目/分析2020/3/77三、说明①DC-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。②U2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=PO/PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。开关稳压电源（E题)—题目/分析2020/3/78⑤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.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。开关稳压电源（E题)—题目/分析2020/3/79四、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开关稳压电源（E题)—题目/分析2020/3/7103036362020/3/711开关稳压电源（E题)—题目/分析2020/3/7122020/3/713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2020/3/714要求:①输出电压UO可调范围：30V～36V；②最大输出电流IOmax：2A；③保护功能开关稳压电源（E题)—方案选择UORLU1=220VACU2=18VAC隔离变压器DC-DC变换器IO整流滤波UINIIN开关稳压电源U2=15~21VUIN=(1.2)U2=18-26V升压1.15~2倍升压电路2020/3/715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2020/3/716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。整流逆变控制器三相负载220VAC隔离变压器开关稳压电源（E题)—方案选择2020/3/717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（E题)—方案选择2020/3/718主电路方案选择：单管反激式开关稳压电源（E题)—方案选择2020/3/719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2020/3/720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2020/3/721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2020/3/722主电路方案选择：双Boost电路开关稳压电源（E题)—方案选择Uin2020/3/723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2020/3/724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2020/3/725主电路方案选择：Boost升压电路开关稳压电源（E题)—方案选择2020/3/726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2020/3/727开关稳压电源（E题)—参数计算2maxmin1521,18261118,360.526,300.13INOININOINOUvUvUUDUvUvDUvUvD主电路方案选择：Boost升压电路占空比D的计算2020/3/728器件选择1.变压器：容量大电流时(2A)，输出电压达不到36V,U2电压降低UORLU1=220VACU2=18VAC隔离变压器DC-DC变换器IO整流滤波UINIIN开关稳压电源开关稳压电源（E题)—参数计算测试时，电流增大时，U2电压降低，输出电压下降达不到36V2020/3/729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2020/3/730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130%30%()21OLINIIID临界连续电流:2(1)22OLOBVIIDDLf电感L=0.856mH2020/3/731器件选择4.电容开关稳压电源（E题)—参数计算OODVICf纹波电压选取200mV时,C=750uF2020/3/732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2020/3/733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2020/3/7341.采用PWM控制芯片—UC38422.采用CPU直接控制开关稳压电源（E题)—控制方案UC38422020/3/735开关稳压电源（E题)—控制方案UC38422020/3/736开关稳压电源（E题)—控制方案2020/3/737开关稳压电源（E题)—控制方案2020/3/738频率:f=1.72/RTCT开关稳压电源（E题)—控制方案2020/3/739采用CPU直接控制开关稳压电源（E题)—控制方案2020/3/740电压电流测量UiU01i开关稳压电源（E题)—控制方案其他传感器2020/3/741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2020/3/742控制电源开关稳压电源（E题)—控制电源UORLU1=220VACU2=18VAC隔离变压器DC-DC变换器IO整流滤波UINIIN开关稳压电源控制电源显示CPU控制电路等开关电源中控制电源开关电源7805等2020/3/743正常：SW闭合故障：SW断开开关稳压电源（E题)—过流保护U0U01U02方案1R变化时，U02变化—负载改变2020/3/744再加一个降压电路U0PWM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2020/3/745序号设计报告基本部分发挥部分总分1435045.7138.7240.74945.7135.4335.249.743.3128.244149.735.3126540.543.832.7117632.55032.7115.2738.538.733.7110.984036.534.4110.9934.239.8311051041.731.122.595.31136.334.223.794.21232.341.216.890.31325.53327.886.31439.5331082.51539.522.713.8761631.324.312.367.9173518.7760.71822.721.3105452个队选择E题51个队参加测试18个队完成较好2020/3/746一等湖北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2020/3/747三峡大学欢迎您！