2007年电子设计大赛E题-开关稳压电源
开关稳压电源(E题)
07年全国大学生电子设计竞赛电子科技大学成都学院获奖队伍论文开关稳压电源（E题）摘要本设计采用可调直流电平与三角波比较输出PWM波，控制功率开关管HUF75652G3，与铁氧体电感构成BOOST拓扑DC－DC升压主回路。
采用C8051F020单片机作为主控制器，利用其内部自带的AD完成对输出电压、电流的检测并通过DA控制PWM波产生模块完成对输出电压值的设定。
输出电压的稳定则由软件反馈控制自制PWM发生器输出脉宽变化实现。
单片机检测电流并实现过流保护，电流值正常后控制主电路恢复工作。
系统采用ZLG7290控制的键盘进行输入控制，采用128×64点阵的LCD作为输出显示，操作灵活，界面友好。
经测试，系统效率达90％，电压调整率小于0.2%，负载调整率小于0.5%，其他各项指标也都满足题目最高要求。
关键词：PWM产生，BOOST，C8051F020，软件反馈一系统核心方案论证1.1 DC-DC主回路拓扑由题意，输出电压最小值为30V，U in最大值为21×√2V，略小于30V，能判断DC-DC部分可做成升压模块。
方案一：采用电压型推挽方式加正激变压器方式升压。
升压容易实现，但控制不好会使两个开关管占空比不一致，造成单管发烫，影响效率；或死区时间达不到要求，有烧毁开关管的危险，且引入隔离变压器还会对系统及制作带来负担。
方案二：BOOST型DC-DC升压方式，如图1。
使用单开关管，能降低开关管损耗，且控制容易，电路较为简洁，但在功率较高的情况下，电感设计要求较高，经验成分多，设计不好会造成过大的冲击电流，影响效率也容易使开关管损坏。
图1 BOOST升压方案选择：根据题目要求，最大功率为70W，属于中小功率范围，可以不采用隔离变压器，故折衷考虑，采用较为简洁的方案二。
1.2 控制方案1.2.1 DC-DC模块控制方案方案一：采用集成的开关电源控制芯片，外围器件少，PWM波形精确，性能良好，但由于集成度高，功能较为固定，扩展性不强。
2007全国电子设计大赛E题获奖论文报告
题目：开关稳压电源（E题）摘要本设计综合考虑题目基本部分和发挥部分的指标要求，系统采用简单的boost 升压电路作为DC-DC变换器主电路；PWM控制器采用低压型专用集成芯片UC3843; 主开关管采用IRF540；由内置12位A/D、D/A的高性能、低功耗单片机C8051F021组成系统测控与显示单元，采用液晶显示器作为系统的状态和运行数据显示屏。
通过实际测试，作品的性能指标中，输出纹波完全达到了要求；电压调整率，整体效率，负载过流故障排除后自恢复功能，输出电压键控1V步进，电流、电压实时测量及数显功能等几项指标达均到了发挥部分要求；负载调整率也接近发挥部分指标要求。
另外，系统还增加了实时输出功率数据显示和负载过流状态下的声、光报警等实用功能。
一、引言为了满足题目发挥部分规定的电压调整率、负载调整率以及效率等几项指标要求，我们在设计中主要是尽量减少辅助控制电路的损耗。
通过单片机和脉宽调制电路来稳定输出电压，并通过单片机的控制实现对整个电路的过流保护功能，排除过流故障后，电源能自动恢复为正常工作状态。
同时，当输出电压与设定电压误差较大时，单片机能对输出电压进行一定调节，以提高负载调整率；通过单片机实现了输出电压的键盘设定和步进调整（步进为1V）。
系统具有测量和数字显示输出电压、电流的功能。
此外，还增加了实时输出功率测量与显示、在输出过流的时候系统发出声、光报警信号等功能。
二、方案论证与比较1．DC-DC主回路拓扑方案论证方案一：采用变压器升压的隔离型PWM直流－直流变换器电路，此电路效率较低，开关辐射/纹波较大，电路较复杂。
方案二：采用非隔离型BOOST升压电路，控制电路用专用集成芯片UC3843A，这种电路使用的外部原件最少、调试容易、成本低、效率高。
因此，采用此种方案。
2. 控制方法及实现方案方案一：采用电压型脉宽调制技术，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，采用电压反馈环控制系统，它的反馈信息取自输出电压，用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现开关电源的稳定。
电子设计-开关稳压电源
大学生电子毕业生设计论文开关稳压电源院校：湄洲湾职业技术学院系部：电子工程系姓名：学号：指导老师：2012年8月25摘要：本系统从使用简单、测试方便、功能完备、成本低廉，用户界面友好出发，以Boost DC/DC变换器作为主要功能模块，通过电压反馈实现电压的稳定输出。
采用Atmaga16单片机，开发了全程中文菜单操作环境，具有全中文提示和电压电流显示，通过键盘实现输出电压的步进调整，并且有时间和温度显示。
输出电压30-36V可调，最大输出电流达2A，并且具有过流保护和自动恢复的功能。
输出噪声纹波电压峰-峰值小于1V，变换器效率超过85%。
关键词：开关电源，电压可调，过流保护，高效率。
Abstract：We design our system at the standing point of the use of simple, convenient testing, a fully functioning, low-cost and user-friendly. The key function module of our system is a Boost DC / DC converter, and it achieved stable output voltage through voltage feedback. We developed a wholly Chinese developing and operating environment using a ATmaga16 MCU. The system can display the value of output current and voltage, and the output voltage can be adjusted from 30V to 36V through the keyboard, and the maximum output current is 2A. The system has a function of over-current protection, and it can return to the normal state automatically when the current is under the threshold value. The output-voltage ripple noise of the system is lower than 1V, and the converter efficiency of over 85%.Keywords：Switching Power Supply, Voltage adjustable, Over-current protection, High efficiency1. 方案论证根据设计要求，本系统主要由前级滤波部分、交流降压部分、整流滤波部分、DC/DC 转换部分、PWM产生及输出反馈部分、控制部分、保护部分等组成。
全国大学生电赛历年题目
全国大学生电赛历年题目文章来源:互联网发表时间:2012-3-6 15:21:36文章作者:admin 浏览次数:908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）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）全国大学生电子设计竞赛A.直流稳定电源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）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）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）全国大学生电子设计竞赛A.电压控制LC振荡器B.宽带放大器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）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）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G.积分式直流数字电压表H.信号发生器I.可控放大器J.电动车跷跷板第九届（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。
历年电子设计大赛题目_共10篇.doc
★历年电子设计大赛题目_共10篇范文一：历年电子设计大赛电源类题目汇总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．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．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～+12Vb．最大输出电流为1.5Ac．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10mAb．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。
历年电子设计大赛电赛题型汇总
第一部分电源与信号源类
课题1 简易数控直流电源
课题2 直流稳定电源
课题3 数控直流电流源
课题4 实用信号源的设计和制作
课题5 三相正弦波变频电源
课题6 开关稳压电源
第二类仪器仪表及放大器类
课题1 实用低频功率放大器
课题2 简易电阻、电容和电感测试仪课题3 简易数字频率计
课题4 测量放大器
课题5 数字式工频有效值多用表
课题6 频率特性测试仪
课题7 波形发生器
课题8 高效率音频功率放大器
课题9 电压控制LC振荡器
课题10 宽带放大器
课题11 低频数字式相位测量仪
课题12 简易逻辑分析仪
课题13 正弦信号发生器
课题14 集成运放参数测试仪
课题15 简易频谱分析仪
课题16 音频信号分析仪
课题17 数字示波器
课题18 程控滤波器
第三类数据采集与处理类
课题1 多路数据采集系统
课题2 简易数字存储示波器
课题3 数据采集与传输系统
第四类高频电子线路（无线电）类课题1 简易无线电遥控系统
课题2 调幅广播收音机
课题3 短波调频接收机
课题4 调频收音机
课题5 单工无线呼叫系统
课题6 无线识别装置
第五类控制类
课题1 水温控制系统
课题2 自动往返电动小汽车课题3 简易智能电动车
课题4 液体点滴速度监控装置课题5 悬挂运动控制系统
课题6 电动车跷跷板。
第八届(2007年)全国大学生电子设计竞赛题目——高职高专组
第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目——高职高专组积分式直流数字电压表（G题）【高职高专组】一、任务在不采用专用A/D转换器芯片的前提下，设计并制作积分型直流数字电压表。
二、要求1．基本要求（1）测量范围：10mV～2V（2）量程：200mV，2V（3）显示范围：十进制数0～1999（4）测量分辨率：1mV（2V档）（5）测量误差：≤±0.5％±5个字（6）采样速率：≥ 2次/秒（7）输入电阻：≥1MW（8）具有抑制工频干扰功能2．发挥部分（1）测量范围：1mV～2V（2）量程：200mV，2V（3）显示范围：十进制数0～19999（4）测量分辨率：0.1mV（2V档）（5）测量误差：≤±0.05％±5个字（6）具有自动校零功能（7）具有自动量程转换功能（8）其他三、说明在电路中应有可测得积分波形的测试点。
四、评分标准信号发生器（H题）【高职高专组】一、任务设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波信号，其系统框图如图1所示。
二、要求1．基本要求（1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形；（2）输出信号频率在100Hz～100kHz范围内可调, 输出信号频率稳定度优于10-3；（3）在1kW负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V 范围内可调；（4）输出信号波形无明显失真；（5）自制稳压电源。
2．发挥部分（1）将输出信号频率范围扩展为10Hz～1MHz，输出信号频率可分段调节：在10Hz～1kHz范围内步进间隔为10Hz；在1kHz～1MHz范围内步进间隔为1kHz。
输出信号频率值可通过键盘进行设置；（2）在50W负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V 范围内可调，调节步进间隔为0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置；（3）可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值；（4）其他。
2007年电子设计大赛E题-开关稳压电源
Boost升压电路
占空比D的计算
U2 15 21v, U IN 18 26v UO 1 U IN 1 D U IN 18v, UO 36v Dmax 0.5 U IN 26v, UO 30v Dmin 0.13
2019/12/3 27
开关稳压电源（E题)—参数计算
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=2.5±0.2A
2019/12/3
5
开关稳压电源（E题)—题目/分析
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，
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）；
方案 选择
2019/12/3 13
开关稳压电源（E题)—方案选择
要求:
① 输出电压UO可调范围：30V～36V；
② 最大输出电流IOmax：3A；
③ 保护功能
开关稳压电源
隔离 U1= 220V AC 变压器 U2=18VAC
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控 方案
计算
题目、分析 测试、评分
方案 选择
题目 分析
2013-7-15
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。
开关稳压电源
I IN IO U IN
隔离 U1= 220V AC 变压器
U2=18VAC
整流 滤波
DC-DC 变换器
UO
RL
2013-7-15
主电路方案选择：
双Boost电路
Uin
2013-7-15
22
开关稳压电源（E题)—方案选择
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。
2013-7-15
27
开关稳压电源（E题)—参数计算 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 开关稳压电源
I IN
隔离 U1= 220V AC 变压器 U2=18VAC
整流 滤波
U IN
DC-DC 变换器
测试时，电流增大时，U2电压降
低，输出电压下降达不到36V
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=2.5±0.2A
2013-7-15 5
开关稳压电源（E题)—题目/分析
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；
UIN=(1.2)U2=18-26V
升压电路
2013-7-15 14
升压1.15~2倍
开关稳压电源（E题)—方案选择
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
4
开关稳压电源（E题)—题目/分析
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)
2013-7-15
34
开关稳压电源（E题)—控制方案
UC3842
2013-7-15
35
开关稳压电源（E题)—控制方案
2013-7-15
36
开关稳压电源（E题)—控制方案
2013-7-15
37
开关稳压电源（E题)—控制方案
频率: f=1.72/RTCT
2013-7-15
38
开关稳压电源（E题)—控制方案
20
测试方法与数据
测试结果分析
10
5
电路图及设计文件 重点考查完整性、规范性
总分 基本 要求 实际制作完成情况
7
50 50
2013-7-15
9
30
36 36
2013-7-15
10
开关稳压电源（E题)—题目/分析
2013-7-15
11
2013-7-15
12
其他
控制 方案
参数 计算
DC-DC 电 路选择 （六种电路分析比较）
2013-7-15
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
2013-7-15
24
开关稳压电源（E题)—方案选择
主电路方案选择：
Boost升压电路
2013-7-15
25
其他
控制 方案
方案 选择
电路器件计算、选择
题目 分析
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。
2013-7-15
6
开关稳压电源（E题)—题目/分析
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。
总分 138.7 135.4 128.2 126 117 115.2 110.9 110.9 105 95.3 94.2 90.3 86.3 82.5 76 67.9 60.7 54
2013-7-15
45
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
一等 湖北 E 华中科技大学 饶 波 朱良合 陈构宜
47
2013-7-15
8
开关稳压电源（E题)—题目/分析
四、评分标准
项 目 方案论证 电路设计 与参数计算 设计 报告 应包括的主要内容或考核要点 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 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 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) 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 满 分 8
题目 分析
方案 选择
2013-7-15
13
开关稳压电源（E题)—方案选择
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
I IN IO U IN
隔离 U1= 220V AC 变压器
U2=18VAC
整流 滤波
DC-DC 变换器
UO
RL
U2=15~21V
2013-7-15 28
开关稳压电源（E题)—参数计算 器件选择
2.整流滤波
大电容时的启动保护问题
2013-7-15 29
开关稳压电源（E题)—参数计算 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%.
I L 3 0 % I IN 3 0 % ( IO 2 ) 1 1 D
参数 计算
2013-7-15
26
开关稳压电源（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
U
2
1 5 2 1v , U 1 1 D
IN
18 26v
UO U U U
IN IN IN
18v, U O 36v
D m a x 0 .5
2 6 v , U O 3 0 v D m in 0 .1 3
采用CPU直接控制
2013-7-15
39
开关稳压电源（E题)—控制方案
电压电流测量
Ui
U01
i
其他传感器
2013-7-15 40
控制 方案
参数 计算
方案 选择
控制电源 过流保护 ………
题目 分析
其他
2013-7-15
41
开关稳压电源（E题)—控制电源
控制电源
开关稳压电源
I IN IO U IN
5.开关器件、二极管
电流为输入电流最大值 电压为最大输出电压
2013-7-15 32
其他
参数 计算
方案 选择
采用PWM控制芯片 采用CPU直接控制
题目 分析
控制 方案
2013-7-15
33
开关稳压电源（E题)—控制方案
1. 采用PWM控制芯片—UC3842 2. 采用CPU直接控制 UC3842
2013-7-15 16
控制器
开关稳压电源（E题)—方案选择
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 » 双Boost电路 1 2
»
合计 51
Boost电路
32
2013-7-15
17
开关稳压电源（E题)—方案选择
主电路方案选择：
单管反激式
2013-7-15
2013-7-15
15
开关稳压电源（E题)—方案选择
第七届（2005年）三相正弦波变频电源（G题）
隔离
220V A C
变压器
整流
逆变
三相 负载
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。