电子设计大赛E题开关稳压电源

1、2021-10-2212008年湖北省高校电子信息类专业教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年全国大学生电子设计竞赛题解析 三三 峡峡 大大 学学 高高 学学 军军2021-10-222开关稳压电源（开关稳压电源（e题）题） 【本科组】【本科组】题目题目/分析分析 1.方案选择方案选择2.参数计算参数计算3.控制方案控制方案 4.其他其他5.2021-10-223题目题目分析分析方案方案选择选择参数参数计算计算其他其他控制控制方案方案2021-10-224开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )题

2、目题目/ /分析分析一、任务一、任务设计并制作如图设计并制作如图1 1所示的开关稳压电源。所示的开关稳压电源。2021-10-225二、要求二、要求在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：1 1基本要求基本要求 输出电压输出电压u uo o可调范围：可调范围：30v30v36v36v； 最大输出电流最大输出电流i iomaxomax：2a2a； u u2 2从从15v15v变到变到21v21v时，电压调整率时，电压调整率su2%(isu2%(io o=2a)=2a) i io o从从0 0变到变到2a2a时时，负载调整率，负载调整率si5%(u2=18v)s

3、i5%(u2=18v) 输出噪声纹波电压峰输出噪声纹波电压峰- -峰值峰值u uoppopp1v1v（u u2 2=18v,u=18v,uo o=36v,i=36v,io o=2a=2a）；）； dc-dcdc-dc变换器的效率变换器的效率70%70%（u u2 2=18v,u=18v,uo o=36v,i=36v,io o=2a=2a）；）； 具有过流保护功能，动作电流具有过流保护功能，动作电流i io o=2.5=2.50.2a0.2a开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )题目题目/ /分析分析2021-10-2262 2发挥部分发挥部分 进一步提高电压调整率，使进一步提高电压调整率

4、，使su0.2%su0.2%（io=2aio=2a）；）； 进一步提高负载调整率，使进一步提高负载调整率，使si0.5%si0.5%（u2=18vu2=18v）；）； 进一步提高效率，使进一步提高效率，使85%85%（u2=18v,uo=36v,io=2au2=18v,uo=36v,io=2a） 排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态； 能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1v1v，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。 其他。其他。开关稳压电源（开关稳

5、压电源（e e题题) )题目题目/ /分析分析2021-10-227三、说明三、说明dc-dcdc-dc变换器变换器不允许使用成品模块不允许使用成品模块，但可使用开关，但可使用开关电源控制芯片。电源控制芯片。u2u2可通过交流调压器改变可通过交流调压器改变u1u1来调整。来调整。dc-dcdc-dc变换器变换器（含控制电路）只能由（含控制电路）只能由uinuin端口供电端口供电，不得另加辅，不得另加辅助电源。助电源。本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所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，要求用带宽不小于有非直流成分，要求用带宽不小于20mhz20mhz模拟示波模拟示波

6、器（器（acac耦合、扫描速度耦合、扫描速度20ms/div20ms/div）测量）测量u uoppopp。本题中电压调整率本题中电压调整率susu指指u2u2在指定范围内变化时，在指定范围内变化时，输出电压输出电压uouo的变化率；负载调整率的变化率；负载调整率sisi指指i io o在指定在指定范围内变化时，输出电压范围内变化时，输出电压uouo的变化率；的变化率；dc-dcdc-dc变换变换器效率器效率 =po/ p=po/ pinin，其中，其中p po ou uo oi io o，p pininu uinini iinin。开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )题目题目/ /分

7、析分析2021-10-228 电源在最大输出功率下应能连续安全工作足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，不能出现过热等故够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）。障）。 制作时应考虑方便测试，合理设置测试点制作时应考虑方便测试，合理设置测试点. . 设计报告正文中应包括系统总体框图、核心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。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。测试结果用附件给出。开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )题目题目

8、/ /分析分析2021-10-229四、评分标准四、评分标准项项 目目应包括的主要内容或考核要点应包括的主要内容或考核要点满满 分分设计设计报告报告方案论证方案论证dc-dcdc-dc主回路拓扑；控制方法及实现方案；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提高效率的方法及实现方案8 8 电路设计电路设计与参数计算与参数计算主回路器件的选择及参数计算；控制电路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；数字设定及显示护电路设计与参数计算；数字设定及显示电路的设计电路的设计20 20 测试方法与数

9、据测试方法与数据测试方法；测试仪器；测试数据测试方法；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、准确数据是否全面、准确) )10 10 测试结果分析测试结果分析与设计指标进行比较，分析产生偏差的原与设计指标进行比较，分析产生偏差的原因，并提出改进方法因，并提出改进方法5 5 电路图及设计文件电路图及设计文件重点考查完整性、规范性重点考查完整性、规范性7 7 开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )题目题目/ /分析分析2021-10-22103036362021-10-2211开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )题目题

10、目/ /分析分析2021-10-22122021-10-2213 （六种电路分析比较）（六种电路分析比较）方案方案选择选择参数参数计算计算其他其他控制控制方案方案题目题目分析分析2021-10-2214要求要求: : 输出电压输出电压u uo o可调范围：可调范围：30v30v36v36v； 最大输出电流最大输出电流i iomaxomax：3a3a； 保护功能保护功能开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择u2=1521v uin=(1.2)u2=28-26v升压升压1.152倍倍升压电路升压电路2021-10-2215 根据题目分析，可以利用简单的升压（根据题目分析，可以

11、利用简单的升压（boost）电路实现要求；电路实现要求； “开关稳压开关稳压电源电源”查资料，利用变压器等电查资料，利用变压器等电路就复杂；路就复杂； 本题一般学过电力电子的同学都可以作出来，本题一般学过电力电子的同学都可以作出来，实现相对容易实现相对容易-与与2005年三相电源比较年三相电源比较开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择2021-10-2216 第七届（第七届（2005年）三相正弦波变频电源（年）三相正弦波变频电源（g题）题）1 1、基本要求、基本要求 （1 1）输出频率范围为）输出频率范围为20hz20hz100hz100hz的三相对称交流电，各相电压有效

12、的三相对称交流电，各相电压有效值之差小于值之差小于0.5v0.5v；（2 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；）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 3）当输入电压为）当输入电压为198v198v242v242v，负载电流有效值为，负载电流有效值为0.50.53a3a时，输时，输出线电压有效值应保持在出线电压有效值应保持在36v36v，误差的绝对值小于，误差的绝对值小于5%5%；（4 4）具有过流保护）具有过流保护( (输出电流有效值达输出电流有效值达3.6a3.6a时动作时动作) )、负载缺相保护、负载缺相保护及负载不对称保护及负载不对称保护( (

13、三相电流中任意两相电流之差大于三相电流中任意两相电流之差大于0.5a0.5a时动作时动作) )功能，保护时自动切断输入交流电源功能，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（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择2021-10-2217 主电路方案选择：主电路方案选择：单管反激式单管反激式 4 4半桥逆变半桥逆变- -整流整流 9 9全桥逆变全桥逆变- -整流整流 3 3降压电路降压电路 1 1双双boostboost电路电路 2 2 boostboost电路电路 3232 合计合计 5151开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选

14、择方案选择2021-10-2218 主电路方案选择：主电路方案选择： 单管反激式单管反激式 开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择2021-10-2219 主电路方案选择：主电路方案选择： 半桥逆变半桥逆变- -整流整流开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择2021-10-2220 主电路方案选择：主电路方案选择： 全桥逆变全桥逆变- -整流整流 开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择2021-10-2221 主电路方案选择：主电路方案选择： 降压电路降压电路比较容易实施，不会出现问题比较容易实施，不会出现问题开关稳压电源（开关

15、稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择2021-10-2222 主电路方案选择：主电路方案选择： 双双boostboost电路电路开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择uin2021-10-2223 主电路方案选择主电路方案选择 双双boostboost电路电路 电路结构：相当于电路结构：相当于2 2个升压斩波电路并联而成；个升压斩波电路并联而成； 总输出电流为总输出电流为2 2个电路单元输出电流之和，其平均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值为单元输出电流平均值的2 2倍，脉动频率也为倍，脉动频率也为2 2倍倍-总的输出电流脉动幅值变得很小；总的

16、输出电流脉动幅值变得很小； 多相多重多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。元可互为备用。开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择2021-10-2224开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案选择方案选择 主电路方案选择：主电路方案选择： boostboost升压电路升压电路 不能开路不能开路必须有一定负载必须有一定负载 容易烧坏开关管容易烧坏开关管控制问题控制问题 2021-10-2225 主电路方案选择：主电路方案选择： boostboost升压电路升压电路 开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )方案

17、选择方案选择2021-10-2226参数参数计算计算其他其他控制控制方案方案题目题目分析分析方案方案选择选择2021-10-2227开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )参数计算参数计算2maxmin1521 ,18261118 ,360.526 ,300.13inoininoinouv uvuuduv uvduv uv d 主电路方案选择：主电路方案选择： boostboost升压电路升压电路 占空比占空比d的计算的计算2021-10-2228 器件选择器件选择1.1.变压器：容量变压器：容量 大电流时大电流时(2a)(2a)，输出电压达不到，输出电压达不到36v,u36v,u2 2电

18、压降低电压降低开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )参数计算参数计算测试时，电流增大时，测试时，电流增大时，u u2 2电压降电压降低，输出电压下降达不到低，输出电压下降达不到36v36v2021-10-2229 器件选择器件选择2.2.整流滤波整流滤波 开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )参数计算参数计算大电容时的启动保护问题大电容时的启动保护问题2021-10-2230 器件选择器件选择 3.3.电感电感(f=10khz)(f=10khz) 一般取电感电流的变化量一般取电感电流的变化量为半载时输入电流的为半载时输入电流的30%.30%.开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题)

19、 )参数计算参数计算130%30% ()21oliniiid临界连续电流临界连续电流: :2(1)22olobviiddl f电感电感 l=0.856mhl=0.856mh2021-10-2231 器件选择器件选择4.4.电容电容开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )参数计算参数计算oodvic f 纹波电压选取纹波电压选取200mv200mv时时, c=750uf, c=750uf2021-10-2232 器件选择器件选择5.5.开关器件、二极管开关器件、二极管开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )参数计算参数计算 电流为输入电流最大值电流为输入电流最大值 电压为最大输出电压电压

20、为最大输出电压2021-10-2233其他其他控制控制方案方案题目题目分析分析方案方案选择选择参数参数计算计算2021-10-22341.1. 采用采用pwmpwm控制芯片控制芯片uc3842uc38422.2. 采用采用cpucpu直接控制直接控制开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )控制方案控制方案 uc38422021-10-2235开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )控制方案控制方案 uc38422021-10-2236开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )控制方案控制方案2021-10-2237开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )控制方案控制方案2021-

21、10-2238 频率: f=1.72/rtct开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )控制方案控制方案2021-10-2239 采用cpu直接控制开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )控制方案控制方案2021-10-2240 电压电流测量uiu01i开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )控制方案控制方案 其他传感器其他传感器2021-10-2241其他其他控制控制方案方案题目题目分析分析方案方案选择选择参数参数计算计算2021-10-2242 控制电源开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )控制电源控制电源控制电源控制电源显示显示 cpu控制电路等控制电路等 开关电源中控制电源开关电源中控制电源 开关电源开关电源 7805等等2021-10-2243正常：sw闭合故障：sw断开开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )过流保护过流保护u0u01u02方案1 r变化时，变化时，u02变化变化负载改变负载改变2021-10-2244 再加一个降压电路再加一个降压电路u0pwm开关稳压电源（开关稳压电源（e e题题) )过流保护过流保护方案2