2019年电子设计大赛E题-开关稳压电源.ppt

开关稳压电源设计摘要基于电路设计的要求，开关稳压电源电路主要由隔离变压、整流滤波、DC -DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。

选择了Boost升压变换器实现DC-DC变换，电路结构简单，转换效率高；选用小导通电阻、高开关速度的IRF640管为开关管，选用快速恢复二极管RHRP15120整流，减少反向导通时间，降低损耗。

控制系统选用单片机ADuC812和脉宽调制控制器SG3525通过双闭环回路共同控制DC-DC变换电路，实现输出电压稳定、可调；SG3525产生高频脉冲控制DC-DC变换，ADuC812实现显示、A/D和D/A转换、过流保护、处理电压反馈信号、对ADuC812进行控制、显示和人机交换等功能。

通过实验验证电路实现了设计要求的全部基本指标，并且DC-DC变换效率达到85%。

电路设计还有很多不足，各项设计指标还有待进一步提高。

1系统方案设计与论证1.1 设计思路基于题目的基本要求，可以采用图1所示的方案。

系统主要由隔离变压、整流滤波、DC—DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。

隔离变压模块实现220VAC变压为1 8VAC，再经整流滤波电路转换为直流电压；控制器模块实现数码管显示、A/D和D/A转换、过流保护、DC—DC电压输出控制和稳压、显示、人机交换等功能。

过流保护电路实现输出电流过流保护功能；同时，电压负反馈电路进一步对负载电压进行精确控制。

1.2方案的论证1.2.1 DC-DC主回路拓扑设计的要求是进行升压变换，选择了Boost变换器。

Boost换器电路结构简单，由开关管、二极管、电感、电解电容等元件组成，便于进行电路设计，稳压性能优，并且转换效率高。

原理图如图2所示。

开关稳压电源设计报告<2）[接<1）]1.2.2控制方法及实现方案控制系统有两种设计方案：(1> 方案一：单片机来实现整个系统的控制。

该方案的优点：布线简单，硬件设计节省时间；该方案的缺点：⒈控制软件编程工作量大、难度大；⒉所有的控制都由单片机来实现，对单片机的硬件资源要求很高；⒊该设计要求对DC-DC变换器实现PWM控制的开关频率至少要为100KHZ，这是单片机难于实现的。

开关稳压电源(E题)设计报告-国赛一等奖-大学生电子设计竞赛(DOC)开关稳压电源（E题）摘要本系统以Boost升压斩波电路为核心，以MSP430单片机为主控制器和PWM信号发生器，根据反馈信号对PWM信号做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现稳压输出。

系统输出直流电压30V～36V 可调，可以通过键盘设定和步进调整，最大输出电流达到2A，电压调整率和负载调整率低，DC-DC变换器的效率达到93.97%。

能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示。

系统特色：1）输出电压反馈采用“同步采样”方式，能有效避免电压尖峰对信号检测的影响。

2）采用多种有效措施降低系统的电磁干扰（EMI），增强电磁兼容性（EMC）。

3）具有完善、可靠的保护功能，如：过流保护、反接保护、欠压保护、过温保护、防开机“浪涌”电流保护等，保证了系统的可靠性。

1方案论证1.1DC-DC主回路拓扑方案一间接直流变流电路：结构如图1-1所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。

方案二 Boost升压斩波电路：拓扑结构如图1-2所示。

开关的开通和关断受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为UO=(ton+toff)，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。

该电路采取直接直流变流的方式实现升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。

E LC UOR LVD图1-1 间接直流变流电路图1-2 Boost升压斩波电路拓扑结构综合比较，我们选择方案二。

1.2控制方法及实现方案方案一利用PWM专用芯片产生PWM控制信号。

此法较易实现，工作较稳定，但不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。

方案二利用单片机产生PWM控制信号。

让单片机根据反馈信号对PWM信号做出相应调整以实现稳压输出。

附件1. 2019年大学生电子设计大赛校内赛赛题A题：降压型直流开关稳压电源1．任务以TI公司的降压控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS场效应管为核心器件，设计并制作一个降压型直流开关稳压电源。

额定输入直流电压为时，额定输出直流电压为，输出电流最大值为。

测试电路可参考图1。

LR图1 电源测试连接图2．要求（1）额定输入电压下，输出电压偏差：；（10分）（2）额定输入电压下，最大输出电流：；（10分）（3）输出噪声纹波电压峰峰值：；（10分）（4）从满载变到轻载时，负载调整率：；（10分）（5）变化到17.6V和13.6V，电压调整率：（10分）（6）效率；（15分）（7）具有过流保护功能，动作电流；（10分）（8）电源具有负载识别功能。

增加1个2端子端口，端口可外接电阻R(1kΩ-10kΩ)作为负载识别端口，参考图1。

电源根据通过测量端口识别电阻R的阻值，确定输出电压，；（10分）（9）尽量减轻电源重量，使电源不含负载的重量。

（15分）（10）设计报告（20分）3．说明（1）该开关稳压电源不得采用成品模块制作。

（2）稳压电源若含其它控制、测量电路都只能由端口供电，不得增加其他辅助电源。

（3）要求电源输出电压精确稳定，或，作品不参与测试。

B 题：物品分拣搬送装置1．任务在一个以木条（截面不大于3cm×4cm ，木质本色）围成的100cm×150cm 的A 区域内，散落着边长均为4cm 的正方体。

设计一自动物体搬运系统，能够快速将这些正方体移至指定区域。

A 区域的颜色为白色，B 区域为黑色，C 区域为红色。

2．要求（1） 在A 区域内任意放置了12只黑色正方体，以最快的速度将这些正方体移送到B区域，完成时间不得超过180秒； （24分） （2） 将A 区域的12只黑色正方体以最快的速度移送到红色C 区域；完成时间不得超过180秒； （26分） （3） A 区域12只正方体中有桔黄色与黑色两种颜色，以最快的速度将桔黄色正方体移送到红色C 区域； （20分） （4） 将A 区域中的正方体改为乒乓球，仍然有桔黄与黑色两种颜色，以最快的速度将桔黄色乒乓球移送到红色C 区域； （25分） （5） 其他。

第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目——本科2008年07月04日星期五 21:29音频信号分析仪（A题）【本科组】一、任务设计、制作一个可分析音频信号频率成分，并可测量正弦信号失真度的仪器。

二、要求1．基本要求（1）输入阻抗：50Ω（2）输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V（3）输入信号包含的频率成分范围：200Hz～10kHz（4）频率分辨力：100Hz（可正确测量被测信号中，频差不小于100Hz的频率分量的功率值。

）（5）检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率，检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的95%；各频率分量功率测量的相对误差的绝对值小于10%，总功率测量的相对误差的绝对值小于5%。

（6）分析时间：5秒。

应以5秒周期刷新分析数据，信号各频率分量应按功率大小依次存储并可回放显示，同时实时显示信号总功率和至少前两个频率分量的频率值和功率值，并设暂停键保持显示的数据。

2．发挥部分（1）扩大输入信号动态范围，提高灵敏度。

（2）输入信号包含的频率成分范围：20Hz～10kHz。

（3）增加频率分辨力20Hz档。

（4）判断输入信号的周期性，并测量其周期。

（5）测量被测正弦信号的失真度。

（6）其他。

三、说明1．电源可用成品，必须自备，亦可自制。

2．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、评分标准无线识别装置（B题）【本科组】一、任务设计制作一套无线识别装置。

该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。

阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。

装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。

不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。

装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。

线圈直径为6.6±0.5 cm（可用直径6.6 cm左右的易拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。

大学生电子设计竞赛设计报告题目:实用开关稳压电源参赛人：徐天慧郑春阳李良起2012年12月一、设计任务与要求1.1设计任务设计并制作如图1所示的开关稳压电源。

图1开关稳压电源框图1.2 技术指标在电阻负载条件下，使电源满足以下要求：1．基本要求 （1） 输出电压U O 可调范围：0V ～15V ，最大输出电流I Omax ：0.5A 。

（2） U 2从12V 变到15V 时，电压调整率S U ≤5%（I O =0.5A ） （3） I O 从0变到0.5A 时，负载调整率S I ≤5%（U 2=18V ）（4） 输出噪声纹波电压峰-峰值U OPP ≤0.5V （U 2=20V,U O =15V,I O =0.5A ） （5） D C-DC 变换器的效率 ≥50%（U 2=18V,U O =15V,I O =0.5A ）2．发挥部分 （1） 具有过流保护功能，动作电流I O （th ）=1.5±0.1A ，当排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态。

（2） 能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值小于等于1V ，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。

（3） 尽量提高变换器的效率。

（4） 其它。

1.3题目分析从设计任务上看，本次设计是个DC--DC 的电源开关变换器，而且其中电源变换器的效率要求也是非常高的，并且本题的第一个难点在于它输出电压为可调，输出电流也可调。

所以要求电压调节与电流调节要精确。

DC-DC 变换器 I IN U 2=18V DC + - U o R LI O+-二、方案论证与比较2.1 DC-DC 主回路拓扑的方案选择DC-DC 变换有隔离和非隔离两种。

输入输出隔离的方式虽然安全，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，而本题没有要求输入输出隔离，所以选择非隔离方式，根据要求，需要升降压电路，具体有以下几种方案：方案1：串并联开关电路形式。

实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。