电子设计竞赛和光伏并网发电模拟装置

1994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．全然要求〔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“＋〞、“－〞两键分不操纵输出电压步进增减；〔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．发扬局部〔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〔比方三角波等〕。

三、评分意见1997A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．全然要求〔1〕稳压电源在输进电压220V、50Hz、电压变化范围＋15%～－20%条件下：a．输出电压可调范围为+9V～+12Vb．最大输出电流为c．电压调整率≤0.2%〔输进电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载〕d．负载调整率≤1%〔最低输进电压下，满载〕e．纹波电压〔峰-峰值〕≤5mV〔最低输进电压下，满载〕f．效率≥40%〔输出电压9V、输进电压220V下，满载〕g．具有过流及短路保卫功能〔2〕稳流电源在输进电压固定为＋12V的条件下：a．输出电流：4～20mA可调b．负载调整率≤1%〔输进电压＋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变换器在输进电压为+9V～+12V条件下：a．输出电压为+100V，输出电流为10mAb．电压调整率≤1%〔输进电压变化范围+9V～+12V〕c．负载调整率≤1%〔输进电压+12V下，空载到满载〕d．纹波电压〔峰-峰值〕≤100mV〔输进电压+9V下，满载〕2．发扬局部〔1〕扩充功能a．排除短路故障后，自动恢复为正常状态b．过热保卫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2005数控直流电流源〔F题〕一、任务设计并制作数控直流电流源。

全国大学生电子设计竞赛—设计总结报告字体要求全国大学生电子设计竞赛—设计总结报告字体要求设计总结报告字体要求一级标题：小二号黑体，居中占五行，标题与题目之间空一个汉字的空。

二级标题：三号标宋，居中占三行，标题与题目之间空一个汉字的空。

三级标题：四号黑体，顶格占两行，标题与题目之间空一个汉字的空。

四级标题：小四号粗楷体，顶格占一行，标题与题目之间空一个汉字的空。

标题中英文字体均采用“TimesNewRoman”，字号同标题字号。

(此处为四号字)四级标题以下的分级标题：五号标宋。

图序、图题：小五号宋体，居中排于图的正下方。

表序、标题：小五号黑体，居中排于表的正上方。

图和表中的文字：六号宋体。

表格四周封闭，表跨页时另起表头。

图和表的注释、注脚：六号宋体。

数学公式居中排，公式中字母正斜体和大小写前后要统一。

扩展阅读：202*年全国大学生电子设计竞赛设计报告的评分标准分析202*年全国大学生电子设计竞赛设计报告评分标准分析设计总结报告的评分标准分析项目方案设计与论证（14分）理论计算（14分）电路图及设计文件（6分）测试方法与数据（9分）结果分析（4分）设计总结报告的工整性（3分）总分内容方案比较正确性优良程度满分4648642441评分备注完成程度正确性完整性规范程度方法正确性数据完整性测试仪器（型号）4350参考官方全国大学时电子设计竞赛教程一、电子设计竞赛设计总结报告评分标准和组成1.设计总结报告的评分标准全国大学生电子设计竞赛作品由基本制作部分、发挥制作部分和设计总结报告3部分组成，总分150分设计总结报告是电子设计竞赛作品的一个重要组成部分，占总分的1/3，即50分。

注意：从202*年开始有一个变化，不同赛题的设计总结报告的评分项目和评分标准是不同的。

从202*年开始，竞赛分为本科组和高职高专组分别出题进行比赛，高职高专组的设计总结报告为20分。

从202*年开始，本科组的设计总结报告为30分。

今年的具体评分要求参考本届赛题要求。

基于学科竞赛驱动的大学生创新实践能力培养研究作者：张荆沙张洁杨万华来源：《公关世界》2022年第20期摘要：大学电子设计竞赛是培养人才实践创新能力的重要阵地，科学地开展电子设计竞赛能对学生创新实践能力的培养产生积极的影响，促进学生创新实践能力的不断提升。

本文从电子设计竞赛入手，结合电子设计竞赛的组织开展对大学生创新实践能力的培养进行了系统的探究，旨在能充分发挥电子设计竞赛的重要作用，促进创新实践教育的科学贯彻落实，将大学生培养成为具备良好创新实践能力的高素质人才。

关键词：电子设计竞赛；高校教育；创新实践大学生电子设计竞赛是提升学生创新实践能力的重要路径，在电子设计竞赛活动的组织规划中，学生能接触学科前沿知识、社会热点内容，也能探索所学理论知识的实践应用，对学生专业实践能力实施高效化培养，进一步锻炼学生创新实践能力和专业学习能力，使学生的综合素质得到进一步优化。

因此高校在开展大学生教育指导工作的过程中，可以有意识地组织开展电子设计竞赛活动，不断对活动进行创新设计，使电子设计竞赛人才培养方案与专业育人方案形成紧密融合的关系，在电子设计竞赛中锻炼学生的创新实践能力、提高学生的社会竞争力，有效引导学生的全面发展。

一、大学生电子设计竞赛内容和意义大学生电子设计竞赛是针对大学生群体开展的专业技能竞赛活动，主要涉及到电子技术、自动控制理论、通信技术、传感器技术等多个不同的专业和相关课程，与电子通信课程内容体系存在直接的联系。

一般在竞赛活动中会设置4-6个创新实践类型的题目，参赛队伍可以选择一个题目，在半封闭的状态下完成题目，完成项目的独立制作、调试，并撰写设计总结报告。

在大学生电子设计竞赛活动中重点考查学生的电子通信设计能力、实践探究能力、创新精神和团队精神等，也会考验学生的心理素质能力和应对挑战的能力，能对学生所学理论知识进行合理化的检验，可以有效培养学生的实践操作能力，将促进学生综合素质培养作为主要的目标导向[？]。

全国电子设计大赛设计文档摘要本作品采用AVRmega16单片机产生SPWM信号，控制逆变桥电路产生与电网同频、同相的电源信号的光伏并网发电模拟装置，实现了电路的欠压和过流保护、最大功率点跟踪和相频跟踪等功能。

其主要由双极性SPWM信号生成、桥式逆变电路及其驱动和输出显示电路组成。

其中双极性SPWM信号控制开关管的关断，再经过滤波电路产生正弦交流信号；逆变电路主回路采用功率开关管（MOSFET），其驱动电路采用了CMOS管直接控制；电压检测电路实现最大功率点跟随；逆变拓扑电路提高了DC-AC的变换效率；并且能利用单片机实现过流、欠压报警及保护和输出显示等其他控制功能。

本作品性能优越、效率高等优点。

关键词:桥式逆变；SPWM；AVR单片机；相频跟踪一、方案论证1.DC-AC逆变电路方案方案一：采用半桥逆变电路，原理图如图1。

其电路简单，使用器件少，开关较少。

但是有直通问题，可靠性低。

方案二：采用全桥逆变电路。

原理图如图2。

整个电路容易达到大功率，且损耗低、效率高、工作频率高、驱动容易、可靠性大大提高，我们选用方案二。

图1 半桥逆变电路图图2 全桥逆变电路图2.MOSFET驱动电路方案方案一：采用MOSFET栅极驱动控制专用集成电路芯片IR2110。

该芯片为8引脚封装，可驱动同桥臂的两个MOSFET，内部自举工作，允许在600V电压下直接工作，栅极驱动电压范围宽（10～20V）,施密特逻辑输入，输入电平与TTL及COMS 电平兼容，死区时间内置，输入、输出同相，低边输出死区时间调整后与输入反相，最高可达40KHZ。

方案二：利用分立元件驱动MOSFET。

直接用MOS管驱动功率MOSFET，他们可以共用一组电源，栅极电压小于10V时，功率MOSFET将处于电阻区，不需要外接电阻，电路非常简单。

比较上述两种方案，方案一采用了MOSFET专用的集成电路，可以说性能极其优越，但由于经验不足，我们没能把预先设计的IR2110驱动电路调试成功。

中国地质⼤学（武汉）_光伏并⽹发电模拟装置C2000参赛项⽬报告（命题组）题⽬：基于TMS320F28027的光伏并⽹发电模拟装置学校：中国地质⼤学（武汉）指导教师：叶敦范（教授）参赛队成员名单（含个⼈教育简历）：张怀、本科⽣、中国地质⼤学（武汉）代红波、本科⽣、中国地质⼤学（武汉）邓巧、本科⽣、中国地质⼤学（武汉）光伏并⽹发电模拟装置张怀、代红波、邓巧（中国地质⼤学（武汉）机械与电⼦信息学院邮编：430074）摘要：该系统采⽤TI公司的C2000处理器TMS320F28027作为光伏并⽹发电模拟装置的控制核⼼。

DC-AC电路采⽤由TMS320F28027产⽣的SPWM波控制的电压型全桥式电路，开关功率元件选⽤功率场效应管IRF3205。

输⼊30V直流电压，经过逆变器DC-AC转换后⽤⼯频隔离变压器进⾏升压。

系统具有最⼤功率点跟踪功能，输出电压的频率与模拟电⽹电压的正弦参考信号的频率以及相位保持⼀致，即具有频率跟踪和相位跟踪功能。

系统具有过流、⽋压保护功能以及故障排除后⾃动恢复功能。

关键字：TMS320F28027；DC-AC；最⼤功率点跟踪；频率跟踪；相位跟踪Abstract:The system chooses TI CompanyC2000 processor TMS320F28027 as photovoltaic grid-connected inverter system control core device. DC-AC circuit uses SPWM wave produced by TMS320F28027 to control the voltage type bridge circuit, and switching power components select the power MOSFET IRF3205. The system Maximum power point tracking system has the function of output voltage, frequency and voltage reference signal frequency sine wave and consistent with phase frequency tracking and phase track function. System with the flow, protection functions and troubleshooting automatically restore function.Keywords:TMS320F28027；DC-AC; maximum power point trace; frequency tracking; Phase track1、引⾔我们所选的是题⽬⼀，要求是制作模拟光伏电⽹装置，⽤直流稳压电源U S 和电阻R S模拟光伏电池，u REF为模拟电⽹电压的正弦参考信号，要求完成输出信号与参考信号同频同相，并实现最⼤频率跟踪。

光伏并网发电模拟装置简介光伏并网发电是指将太阳能光伏发电系统的直流电能转换为交流电能，并与公共电网进行连接并实现电能的互相补充。

为了更好地理解并掌握光伏并网发电的原理和过程，我们可以通过光伏并网发电模拟装置进行实践和学习。

装置原理光伏并网发电模拟装置主要由太阳能光伏模块、逆变器、电池组和并网控制器组成。

1.太阳能光伏模块：模拟装置中的光伏发电部分，将太阳能光线转换为直流电能。

2.逆变器：用于将光伏模块产生的直流电能转换为交流电能，使其能够与公共电网连接。

3.电池组：模拟装置中的能量储存部分，用于储存光伏发电系统产生的电能。

4.并网控制器：用于控制光伏发电系统的输出功率，将其与公共电网的频率和电压保持一致。

装置操作以下是使用光伏并网发电模拟装置的基本操作步骤：1.连接光伏模块：将光伏模块的正负极分别与逆变器的直流输入端相连。

2.连接电池组：将电池组的正负极分别与逆变器的直流输出端相连。

3.连接并网控制器：将并网控制器的输入端与逆变器的交流输出端相连。

4.连接公共电网：将并网控制器的输出端与公共电网进行连接。

5.开启装置：按照装置的操作说明，将模拟装置开启并设置所需的发电功率。

6.监控功率输出：通过并网控制器上的显示屏或其他监测设备，实时监控光伏发电系统的输出功率。

注：在使用光伏并网发电模拟装置时，需要严格按照操作说明进行操作，以确保设备安全和正常运行。

应用场景光伏并网发电模拟装置的使用场景主要包括以下几个方面：1.学术研究：通过模拟装置可以更好地理解光伏并网发电的原理和过程，为相关领域的研究和开发提供实验支持。

2.教育培训：在光伏并网发电的教育培训中，模拟装置可以作为辅助工具，帮助学生更好地理解和掌握相关知识。

3.技术展示：光伏并网发电模拟装置可以用于展示相关技术和产品，向公众普及有关可再生能源的知识。

4.公共政策制定：通过实际操作和观察模拟装置的运行情况，可以为制定相关政策提供真实的数据和参考依据。

2015年全国大学生电子设计竞赛题目【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）第一届（1994年）第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛A.简易数控直流电源B.多路数据采集系统第二届（1995年）第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛A.实用低频功率放大器B.实用信号源的设计和制作C.简易无线电遥控系统D.简易电阻、电容和电感测试仪第三届（1997年）第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛直流稳定电源A.B.简易数字频率计C.水温控制系统D.调幅广播收音机第四届（1999年）第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛A.测量放大器B.数字式工频有效值多用表C.频率特性测试仪D.短波调频接收机E.数字化语音存储与回放系统第五届（2001年）第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛A.波形发生器B.简易数字存储示波器C.自动往返电动小汽车D.高效率音频功率放大器E.数据采集与传输系统F.调频收音机第六届（2003年）第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛A.电压控制LC振荡器宽带放大器B.C.低频数字式相位测量仪D.简易逻辑分析仪E.简易智能电动车F.液体点滴速度监控装置第七届（2005年）第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛A.正弦信号发生器B.集成运放测试仪C.简易频谱分析仪D.单工无线呼叫系统E.悬挂运动控制系统F.数控恒流源G.三相正弦波变频电源第八届（2007年）第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛A.音频信号分析仪B.无线识别C.数字示波器D.程控滤波器E.开关稳压电源F.电动车跷跷板积分式直流数字电压表G.H.信号发生器I.可控放大器J.电动车跷跷板第九届（2009年）第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛A.光伏并网发电模拟装置B.声音导引系统C.宽带直流放大器D.无线环境监测模拟装置E.电能收集充电器F.数字幅频均衡功率放大器G.低频功率放大器H.LED点阵书写显示屏I.模拟路灯控制系统第十届（2011年）A.开关电源模块并联供电系统B.基于自由摆的平板控制系统C.智能小车D. LC 谐振放大器E.简易数字信号传输性能分析仪F.帆板控制系统简易自动电阻测试仪G.H.波形采集、存储与回放系统第十一届（2013年）A.单相AC-DC变换电路B.四旋翼自主飞行器C.简易旋转倒立摆及控制装置D.射频宽带放大器E.简易频率特性测试仪F.红外光通信装置G.手写绘图板J.电磁控制运动装置K.简易照明线路探测仪L.直流稳压电源及漏电保护装置第十二届（2015年）【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）【高职高专组】LED闪光灯电源（H题）风板控制装置（I题）小球滚动控制系统（J题）获奖状况．。

第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目 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U S和电阻R S 模拟光伏电池，U S =60V ，R S =30Ω~36Ω；u REF 为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V ，频率f REF 为45Hz~55Hz ；T 为工频隔离变压器，变比为n 2:n 1=2:1、n 3:n 1=1:10，将u F 作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L =30Ω~36Ω。

R LU S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：R S 和R L 在给定范围内变化时，使d S 12U U =，相对偏差的绝对值不大于1%。

（2）具有频率跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化时，使u F 的频率f F =f REF ，相对偏差绝对值不大于1%。

（3）当R S =R L =30Ω时，DC-AC 变换器的效率η≥60%。

（4）当R S =R L =30Ω时，输出电压u o 的失真度THD ≤5%。

（5）具有输入欠压保护功能，动作电压U d （th ）=（25±0.5）V 。

（6）具有输出过流保护功能，动作电流I o （th ）=（1.5±0.2）A 。

2．发挥部分（1）提高DC-AC 变换器的效率，使η≥80%（R S =R L =30Ω时）。

（2）降低输出电压失真度，使THD ≤1%（R S =R L =30Ω时）。

（3）实现相位跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化以及加非阻性负载时，均能保证u F 与u REF 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．U S 采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。

历届全国大学生电子设计竞赛试题第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）简易数控直流电源（A题）（2）多路数据采集系统（B题）第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）实用低频功率放大器（A题）（2）实用信号源的设计和制作（B题）（3）简易无线电遥控系统（C题）（4）简易电阻、电容和电感测试仪（D题）第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）直流稳压电源（A题）（2）简易数字频率计（B题）（3）水温控制系统（C题）（4）调幅扩播收音机（D题）第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）测量放大器设计（A题）（2）数字式工频有效值多用表（B题）（3）频率特性测量仪设计（C题）（4）短波调频接收机设计（D题）（5）数字化语音存储与回放系统（E题）第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）波形发生器（A题）（2）简易数字存储示波器（B题）（3）自动往返电动小汽车（C题）（4）高效率音频功率放大器（D题）（5）数据采集与传输系统（E题）（6）调频收音机（F题）第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）电压控制LC振荡器（A题）（2）宽带放大器（B题）（3）低频数字式相位测量仪（C题）（4）简易逻辑分析仪（D题）（5）简易智能电动车（E题）（6）液体点滴速度监控装置（F题）第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）正弦信号发生器（A题）（2）集成运放测试仪（B题）（3）简易频谱分析仪（C题）（4）单工无线呼叫系统（D题）（5）悬挂运动控制系统（E题）（6）数控恒流源（F题）（7）三相正弦波变频电源（G题）第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）音频信号分析仪（八）【本科组】（2）无线识别（B）【本科组】（3）数字示波器（C）【本科组】（4）程控滤波器（D）【本科组】（5）开关稳压电源（E）【本科组】（6）电动车跷跷板（F）【本科组】（7）积分式直流数字电压表（G）【高职高专组】（8）信号发生器（三）【高职高专组】（9）可控放大器（D【高职高专组】（10）电动车跷跷板（J）【高职高专组】第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）光伏并网发电模拟装置（A题）【本科组】（2）声音导引系统（B题）【本科组】（3）宽带直流放大器（C题）【本科组】（4）无线环境监测模拟装置（D题）【本科组】（5）电能收集充电㈱（E题）【本科组】（6）数字幅频均衡的功率放大器（F题）【本科组】（7）低频功率放大器（G题【高职高专组D（8）LED点阵书写显示屏（H题【高职高专组D （9）模拟路灯控制系统Q题【高职高专组】）。

光伏并网发电模拟装置1.1DC-AC 主回路单相全桥逆变电路，它集功率MOSFET 和双极型晶体管的优点于一体，具有驱动电路简单、电压和电流容量大、工作频率高、开关损耗低、安全工作区大、工作可靠性高等优点。

1.2 逆变电路控制方案三：单极性倍频调制方式（SPWM 波有正、负、零3个电平，SPWM 波的脉冲数是单极性调制方式的两倍）。

在一个开关周期内2只功率管以较高的开关频率互补开关，保证可以得到理想的正弦输出电压；另2个功率管以较低的输出电压基波功率工作，从而很大程度上减小了开关损耗。

1.3 光伏并网发电模拟装置中心控制采用传统的PWM 脉宽调制控制器（SG3525）作为电路的中心控制，控制可靠，性能价格比高。

单相光伏并网装置，可以采用此方法。

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RL=30Ω~36Ω。

R LU S图1.1 并网发电模拟装置框图1.4 SPWM 逆变器原理所谓的SPWM 波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形如图1 所示，等效的原则是每一区间的面积相等。

如图把一个正弦波分作几等分（如图1a 中，n=12）然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合（如图），这样由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效，称作SPWM 波形。

同样，正弦波的负半周也用同样的方法与一系列负脉冲波等效。

图2.1为SPWM 滤波线为等效正弦波U图2.1 SPWM 波形的产生示意图 mSin ω1t,SPWM 脉冲序列波的幅值为Us/2,各脉冲不等宽，但中心间距 相同为π/n ，n 为正弦波半个周期内的脉冲数，令第i 个矩形脉冲宽度为δi , 其中心点相位角为θi 则根据面积相等的等效原则，可分成这就是说，第i 个脉冲的宽度与该处正弦波值近似成正比，因此半个周期正弦波的SPWM 波是两侧窄，中间宽，脉宽按正弦规律逐渐变化的序列脉冲波形。