全國大學生電子設計大賽備戰(zhàn)方案

1、 全國大學生電子設計大賽 電源類賽題準備計劃書一前期基本知識儲備與能力要求1.1基本課程學習：1.電路基礎模擬電路數(shù)字電路單片機原理，匯編語言和接口技術C語言電力電子技術電源技術等1.2基本軟件學習：2. CPLD/FPGA編程/模擬用QuartusII 單片機模擬用Proteus 模電模擬用Multisim 單片機編程用Keil，用的C語言和匯編語言 嵌入式還要用到Linux的內核 電路設計Protel 99SE或者“Altium Designer” 1.3基本能力掌握：a. 掌握基本模塊電路的原理和分析，設計，并學會搜集資料輔助設計。 b.運用 Protel 99SEOR“Altium D

2、esigner設計電路，并完成相應的PCB板的設計。 c.運用C語言或其他語言對單片機進行編程，完成電路相應的控制功能。d.運用Multisim和Proteus 對電路進行仿真測試。e.元器件選用，排版，印制電路板，焊接技術的掌握和各類基本機械及焊接所需的電器的運用。f.熟練運用萬用表、示波器、直流電源、信號發(fā)生器、頻率計等儀表的使用。g.熟悉并掌握基本競賽論文（設計報告）的書寫格式，大致內容組成。（運用Word文檔軟件）2 具體計劃內容與訓練 2.1電源類賽題基本模塊學習與掌握a.變頻電源、PWM 開關電源等工作原理、系統(tǒng)結構和電路組成b. AC 電源變壓器的設計與制作c.高頻開關電源變壓器

3、的設計與制作d. AC 整流和濾波電路設計與制作e. 斬波和驅動電路設計與制作f. 逆變和驅動電路設計與制作g. 電流、電壓檢測電路設計與制作h. 過流和過壓保護電路設計與制作i. 真有效值檢測電路設計與制作j. AC-DC 開關電源電路設計與制作k. DC-DC 升壓型開關電源電路設計與制作l. DC-DC 降壓型開關電源電路設計與制作m. 直流穩(wěn)壓電路設計與制作n. 單片機、FPGA、ARM 最小系統(tǒng)電路設計與制作o. 微控制器外圍電路（顯示器、鍵盤、開關等）的設計與制作p. ADC 和 DAC 電路設計與制作另外，電源類賽題所涉及的新技術也需要關注:它們可是今后比賽出題的方向: 高頻變換

4、技術、功率轉換技術、數(shù)字化控制技術、全諧振高頻軟開關變換技術、同步整流技術、多相變換器技術、飽和電感技術、電磁兼容相關技術、各種形式的功率因數(shù)校正技術、各種保護技術、各種變頻技術、各種智能監(jiān)測技術、各種智能化充電技術、微電網技術、各種形式的驅動技術等。 2.2電源類賽題日常訓練方向及計劃（主要是往屆全國競賽電源題和省級電賽電源題）全國大學生電子設計競賽歷年電源題目（19942011）第一屆（1994年）全國大學生電子設計競賽題目題目一 簡易數(shù)控直流電源一、設計任務設計出有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控電源。其原理示意圖如下：二、設計要求1基本要求 （1）輸出電壓：范圍09.9V，步進0.1V，紋

5、波不大于10mV；（2）輸出電流：500mA； （3）輸出電壓值由數(shù)碼管顯示； （4）由“”、“”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減； （5）為實現(xiàn)上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出±15V，5V。2發(fā)揮部分 （1）輸出電壓可預置在09.9V之間的任意一個值； （2）用自動掃描代替人工按鍵，實現(xiàn)輸出電壓變化（步進0.1V不變）； （3）擴展輸出電壓種類（比如三角波等）。三、評分意見項 目得 分基本要求方案設計與論證、理論計算與分析、電路圖30實際完成情況50總結報告20發(fā)揮部分完成第一項5完成第二項15完成第三項20 第三屆（1997年）全國大學生電子設計競賽題目 A題 直

6、流穩(wěn)定電源一、任務設計并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。二、要求1基本要求（1）穩(wěn)壓電源 在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍15%20%條件下：a輸出電壓可調范圍為+9V+12Vb最大輸出電流為1.5Ac電壓調整率0.2%（輸入電壓220V變化范圍15%20%下，空載到滿載）d負載調整率1%（最低輸入電壓下，滿載）e紋波電壓（峰-峰值）5mV（最低輸入電壓下，滿載）f效率40%（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）g具有過流及短路保護功能（2）穩(wěn)流電源 在輸入電壓固定為12V的條件下：a輸出電流：420mA可調b負載調整率1%（輸入電壓12V、負載電阻由200300變化時，輸出電流為

7、20mA時的相對變化率）（3）DC-DC變換器 在輸入電壓為+9V+12V條件下：a輸出電壓為+100V，輸出電流為10mAb電壓調整率1%（輸入電壓變化范圍+9V+12V）c負載調整率1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載）d紋波電壓（峰-峰值）100mV （輸入電壓+9V下，滿載）2發(fā)揮部分（1）擴充功能a排除短路故障后，自動恢復為正常狀態(tài)b過熱保護c防止開、關機時產生的“過沖”（2）提高穩(wěn)壓電源的技術指標a提高電壓調整率和負載調整率b擴大輸出電壓調節(jié)范圍和提高最大輸出電流值（3）改善DC-DC變換器a提高效率（在100V、100mA下）b提高輸出電壓（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流三、評

8、分意見項 目得 分基本要求設計與總結報告：方案設計與論證，理論分析與計算，電路圖，測試方法與數(shù)據(jù)，對測試結果的分析50實際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第（1）項9完成第（2）項15完成第（3）項6完成第（4）項10特色與創(chuàng)新10 第七屆2005年全國大學生電子設計競賽試題數(shù)控直流電流源（F題）一、任務鍵盤控制器電流源負載顯示器電源設計并制作數(shù)控直流電流源。輸入交流200240V，50Hz；輸出直流電壓10V。其原理示意圖如下所示。二、要求1、基本要求（1）輸出電流范圍：200mA2000mA；（2）可設置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值給定值的1+10 mA；（

9、3）具有“+”、“-”步進調整功能，步進10mA；（4）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內變化時，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的1+10 mA；（5）紋波電流2mA；（6）自制電源。2、發(fā)揮部分（1）輸出電流范圍為20mA2000mA，步進1mA；（2）設計、制作測量并顯示輸出電流的裝置 (可同時或交替顯示電流的給定值和實測值)，測量誤差的絕對值測量值的0.1+3個字；（3）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內變化時，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的0.1+1 mA；（4）紋波電流0.2mA；（5）其他。三、評分標準項目滿分基本要求設計與總結報告：方案比較、設計與論證，理論分析與計算，

10、電路圖及有關設計文件，測試方法與儀器，測試數(shù)據(jù)及測試結果分析。50實際完成情況50發(fā)揮部分完成第(1)項4完成第(2)項20完成第(3)項16完成第(4)項5其他5四、說明1、需留出輸出電流和電壓測量端子；2、輸出電流可用高精度電流表測量；如果沒有高精度電流表，可在采樣電阻上測量電壓換算成電流；3、紋波電流的測量可用低頻毫伏表測量輸出紋波電壓，換算成紋波電流。三相正弦波變頻電源（G題）一、任務 設計并制作一個三相正弦波變頻電源，輸出線電壓有效值為36V，最大負載電流有效值為3A，負載為三相對稱阻性負載(Y接法)。變頻電源框圖如下圖所示。二、要求1、基本要求（1）輸出頻率范圍為20Hz100Hz

11、的三相對稱交流電，各相電壓有效值之差小于0.5V；（2）輸出電壓波形應盡量接近正弦波，用示波器觀察無明顯失真；（3）當輸入電壓為198V242V，負載電流有效值為0.53A時，輸出線電壓有效值應保持在36V，誤差的絕對值小于5%；（4）具有過流保護(輸出電流有效值達3.6A時動作)、負載缺相保護及負載不對稱保護(三相電流中任意兩相電流之差大于0.5A時動作)功能，保護時自動切斷輸入交流電源。2、發(fā)揮部分（1）當輸入電壓為198V242V，負載電流有效值為0.53A時，輸出線電壓有效值應保持在36V，誤差的絕對值小于1%；（2）設計制作具有測量、顯示該變頻電源輸出電壓、電流、頻率和功率的電路，測

12、量誤差的絕對值小于5%；（3）變頻電源輸出頻率在50Hz以上時，輸出相電壓的失真度小于5%；（4）其他。三、評分標準 項目滿分基本要求設計與總結報告：方案比較、設計與論證，理論分析與計算，電路圖及有關設計文件，測試方法與儀器，測試數(shù)據(jù)及測試結果分析50 實際完成情況50 發(fā)揮部分完成第（1）項10完成第（2）項24完成第（3）項11其它5四、說明 1、在調試過程中，要注意安全；2、不能使用產生SPWM（正弦波脈寬調制）波形的專用芯片；3、必要時，可以在隔離變壓器前使用自耦變壓器調整輸入電壓，可用三相電阻箱模擬負載；4、測量失真度時，應注意輸入信號的衰減以及與失真度儀的隔離等問題；5、

13、輸出功率可通過電流、電壓的測量值計算。第八屆2007年全國大學生電子設計競賽試題開關穩(wěn)壓電源（E題）【本科組】一、任務設計并制作如圖1所示的開關穩(wěn)壓電源。圖1電源框圖二、要求在電阻負載條件下，使電源滿足下述要求：1基本要求（1） 輸出電壓UO可調范圍：30V36V；（2） 最大輸出電流IOmax：2A；（3） U2從15V變到21V時，電壓調整率SU2%（IO=2A）；（4） IO從0變到2A時，負載調整率SI5%（U2=18V）；（5） 輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（6） DC-DC變換器的效率70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A

14、）；（7） 具有過流保護功能，動作電流IO（th）=2.5±0.2A；2發(fā)揮部分（1） 進一步提高電壓調整率，使SU0.2%（IO=2A）；（2） 進一步提高負載調整率，使SI0.5%（U2=18V）；（3） 進一步提高效率，使85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（4） 排除過流故障后，電源能自動恢復為正常狀態(tài)；（5） 能對輸出電壓進行鍵盤設定和步進調整，步進值1V，同時具有輸出電壓、電流的測量和數(shù)字顯示功能。（6） 其他。三、說明（1） DC-DC變換器不允許使用成品模塊，但可使用開關電源控制芯片。（2） U2可通過交流調壓器改變U1來調整。DC-DC變換器（含控制電

15、路）只能由UIN端口供電，不得另加輔助電源。（3） 本題中的輸出噪聲紋波電壓是指輸出電壓中的所有非直流成分，要求用帶寬不小于20MHz模擬示波器（AC耦合、掃描速度20ms/div）測量UOPP。（4） 本題中電壓調整率SU指U2在指定范圍內變化時，輸出電壓UO的變化率；負載調整率SI指IO在指定范圍內變化時，輸出電壓UO的變化率；DC-DC變換器效率h=PO/ PIN，其中POUOIO，PINUINIIN。（5） 電源在最大輸出功率下應能連續(xù)安全工作足夠長的時間（測試期間，不能出現(xiàn)過熱等故障）。（6） 制作時應考慮方便測試，合理設置測試點（參考圖1）。（7） 設計報告正文中應包括系統(tǒng)總體框圖

16、、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果用附件給出。四、評分標準項目應包括的主要內容或考核要點滿分設計報告方案論證DC-DC主回路拓撲；控制方法及實現(xiàn)方案；提高效率的方法及實現(xiàn)方案8 電路設計與參數(shù)計算主回路器件的選擇及參數(shù)計算；控制電路設計與參數(shù)計算；效率的分析及計算；保護電路設計與參數(shù)計算；數(shù)字設定及顯示電路的設計20 測試方法與數(shù)據(jù)測試方法；測試儀器；測試數(shù)據(jù)(著重考查方法和儀器選擇的正確性以及數(shù)據(jù)是否全面、準確)10 測試結果分析與設計指標進行比較，分析產生偏差的原因，并提出改進方法5 電路圖及設計文件重點考查完整性、規(guī)范性7 總分5

17、0 基本要求實際制作完成情況50 發(fā)揮部分完成第（1）項10 完成第（2）項10 完成第（3）項15 完成第（4）項4 完成第（5）項6 其他5 總分50 2009年全國大學生電子設計競賽試題光伏并網發(fā)電模擬裝置（A題）【本科組】一、任務設計并制作一個光伏并網發(fā)電模擬裝置，其結構框圖如圖1所示。用直流穩(wěn)壓電源US和電阻RS模擬光伏電池，US=60V，RS=3036；uREF為模擬電網電壓的正弦參考信號，其峰峰值為2V，頻率fREF為45Hz55Hz；T為工頻隔離變壓器，變比為n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，將uF作為輸出電流的反饋信號；負載電阻RL=3036。圖1 并網發(fā)電模擬裝置框

18、圖二、要求1基本要求（1）具有最大功率點跟蹤（MPPT）功能：RS和RL在給定范圍內變化時，使，相對偏差的絕對值不大于1%。（2）具有頻率跟蹤功能：當fREF在給定范圍內變化時，使uF的頻率fF=fREF，相對偏差絕對值不大于1%。（3）當RS=RL=30時，DC-AC變換器的效率60%。（4）當RS=RL=30時，輸出電壓uo的失真度THD5%。（5）具有輸入欠壓保護功能，動作電壓Ud（th）=（25±0.5）V。（6）具有輸出過流保護功能，動作電流Io（th）=（1.5±0.2）A。2發(fā)揮部分（1）提高DC-AC變換器的效率，使80%（RS=RL=30時）。（2）降低輸

19、出電壓失真度，使THD1%（RS=RL=30時）。（3）實現(xiàn)相位跟蹤功能：當fREF在給定范圍內變化以及加非阻性負載時，均能保證uF與uREF同相，相位偏差的絕對值5°。（4）過流、欠壓故障排除后，裝置能自動恢復為正常狀態(tài)。（5）其他。三、說明1本題中所有交流量除特別說明外均為有效值。2US采用實驗室可調直流穩(wěn)壓電源，不需自制。3控制電路允許另加輔助電源，但應盡量減少路數(shù)和損耗。4DC-AC變換器效率，其中，。5基本要求（1）、（2）和發(fā)揮部分（3）要求從給定或條件發(fā)生變化到電路達到穩(wěn)態(tài)的時間不大于1s。6裝置應能連續(xù)安全工作足夠長時間，測試期間不能出現(xiàn)過熱等故障。7制作時應合理設置

20、測試點（參考圖1），以方便測試。8設計報告正文中應包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結果用附件給出。四、評分標準項目主要內容滿分設計報告方案論證比較與選擇方案描述4理論分析與計算MPPT的控制方法與參數(shù)計算同頻、同相的控制方法與參數(shù)計算提高效率的方法濾波參數(shù)計算9電路與程序設計DC-AC主回路與器件選擇控制電路或控制程序保護電路9測試方案與測試結果測試方案及測試條件測試結果及其完整性測試結果分析5設計報告結構及規(guī)范性摘要設計報告正文的結構圖標的規(guī)范性3總分30基本要求實際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第（1）項10完成第（2）

21、項5完成第（3）項24完成第（4）項5其他6總分50電能收集充電器（E題）【本科組】一、任務設計并制作一個電能收集充電器，充電器及測試原理示意圖如圖1。該充電器的核心為直流電源變換器，它從一直流電源中吸收電能，以盡可能大的電流充入一個可充電池。直流電源的輸出功率有限，其電動勢Es在一定范圍內緩慢變化，當Es為不同值時，直流電源變換器的電路結構，參數(shù)可以不同。監(jiān)測和控制電路由直流電源變換器供電。由于Es的變化極慢，監(jiān)測和控制電路應該采用間歇工作方式，以降低其能耗?？沙潆姵氐碾妱觿軪c=3.6V，內阻Rc=0.1。二、要求1、基本要求（1）在Rs=100，Es=10V20V時，充電電流Ic大于（E

22、s-Ec）/（Rs+Rc）。（2）在Rs=100時，能向電池充電的Es盡可能低。（3）Es從0逐漸升高時，能自動啟動充電功能的Es盡可能低。（4）Es降低到不能向電池充電，最低至0時，盡量降低電池放電電流。（5）監(jiān)測和控制電路工作間歇設定范圍為 0.1 s5s。2、發(fā)揮部分（1）在Rs=1，Es=1.2V3.6V時，以盡可能大的電流向電池充電。（2）能向電池充電的Es盡可能低。當Es1.1V時，取Rs =1；當Es1.1V時，取Rs =0.1。（3）電池完全放電，Es從0逐漸升高時，能自動啟動充電功能（充電輸出端開路電壓3.6V，短路電流0）的Es盡可能低。當Es1.1V時，取Rs =1；當E

23、s1.1V時，取Rs=0.1。（4）降低成本。（5）其他。三、評分標準設計報告項目主要內容滿分系統(tǒng)方案電源變換及控制方法實現(xiàn)方案5理論分析與計算提高效率方法的分析及計算7電路與程序設計電路設計與參數(shù)計算啟動電路設計與參數(shù)計算設定電路的設計10測試結果測試數(shù)據(jù)完整性測試結果分析3設計報告結構及規(guī)范性摘要，設計報告正文的結構圖表的規(guī)范性5總分30基本要求實際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第（1）項30完成第（2）項5完成第（3）項5完成第（4）項5其他5總分50四、說明1測試最低可充電Es的方法：逐漸降低Es，直到充電電流Ic略大于0。當Es高于3.6V時，Rs為100；Es低于3.6V時，更換Rs

24、為1；Es降低到1.1V以下時，更換Rs為0.1。然后繼續(xù)降低Es，直到滿足要求。2測試自動啟動充電功能的方法：從0開始逐漸升高Es，Rs為0.1；當Es升高到高于1.1V時，更換Rs為1。然后繼續(xù)升高Es，直到滿足要求。2011 年全國大學生電子設計競賽試題開關電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)（A 題）【本科組】一、任務設計并制作一個由兩個額定輸出功率均為 16W 的 8V DC/DC 模塊構成的并聯(lián)供電系統(tǒng)（見圖 1）。 二、要求 1.基本要求（1）調整負載電阻至額定輸出功率工作狀態(tài)，供電系統(tǒng)的直流輸出電壓UO=8.0±0.4V。（2）額定輸出功率工作狀態(tài)下，供電系統(tǒng)的效率不低于 60%。（

25、3）調整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0±0.4V，使兩個模塊輸出電流之和 IO=1.0A 且按I1:I2=1:1模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差絕對值不大于 5%。（4）調整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0±0.4V，使兩個模塊輸出電流之和 IO=1.5A 且按I1:I2= 1:2模式自動分配電流，每個模塊輸出電流的相對誤差絕對值不大于 5%。2.發(fā)揮部分（1）調整負載電阻，保持輸出電壓 UO=8.0±0.4V，使負載電流 IO在 1.53.5A之間變化時，兩個模塊的輸出電流可在（0.52.0）范圍內按指定的比例自動分配，每個模塊的輸出電流相對

26、誤差的絕對值不大于 2%。（2）調整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0±0.4V，使兩個模塊輸出電流之和 IO=4.0A 且按I1:I2=1:1 模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于 2%。（3）額定輸出功率工作狀態(tài)下，進一步提高供電系統(tǒng)效率。（4）具有負載短路保護及自動恢復功能，保護閾值電流為4.5A（調試時允許有±0.2A 的偏差）。（5）其他。三、評分標準四、說明（1）不允許使用線性電源及成品的 DC/DC 模塊。（2）供電系統(tǒng)含測控電路并由 UIN供電，其能耗納入系統(tǒng)效率計算。（3）除負載電阻為手動調整以及發(fā)揮部分（1）由手動設定電流比例外，

27、其他功能的測試過程均不允許手動干預。（4）供電系統(tǒng)應留出UIN、UO、IIN、IO、I1、I2參數(shù)的測試端子，供測試時使用。（5）每項測量須在 5 秒鐘內給出穩(wěn)定讀數(shù)。（6）設計制作時，應充分考慮系統(tǒng)散熱問題，保證測試過程中系統(tǒng)能連續(xù)安全工作。 2013 年全國大學生電子設計競賽試題 直流穩(wěn)壓電源及漏電保護裝置（L題） 【高職高專組】 一、任務 設計并制作一臺線性直流穩(wěn)壓電源和一個漏電保護裝置，電路連接如圖1 所示。圖中RL 為負載電阻、R 為漏電電流調整電阻、A 為漏電流顯示電流表、二、要求&

28、#160;1基本要求設計一臺額定輸出電壓為5V，額定輸出電流為1A 的直流穩(wěn)壓電源。  （1）轉換開關S 接1 端，RL 阻值固定為5。當直流輸入電壓在725 V 變化時，要求輸出電壓為5±0.05V，電壓調整率SU1%。 （2）連接方式不變，RL 阻值固定為5。當直流輸入電壓在5.57V 變化時，要求輸出電壓為5±0.05V。 （3）連接方式不變，直流輸入電壓固定在7V，當直流穩(wěn)壓電源輸出電流由 1A 減小到0.01A 時，

29、要求負載調整率SL1%。（4）制作一個功率測量與顯示電路，實時顯示穩(wěn)壓電源的輸出功率。 2發(fā)揮部分 設計一個動作電流為30mA 的漏電保護裝置（使用基本要求部分制作的直流穩(wěn)壓電源供電，不得使用其他電源）。 （1）轉換開關S 接2 端，將RL 接到漏電保護裝置的輸出端，阻值固定為     20，R和電流表A 組成模擬漏電支路（見圖1）。調節(jié)R，將漏電動作電流設定為30 mA。當漏電保護裝置動作后，RL 兩端電壓為0V 并保持自鎖。排除漏電

30、故障后，按下K 恢復輸出。要求漏電保護裝置沒有動作時，輸出電壓4.6V。 （2） 要求漏電保護裝置動作電流誤差的絕對值5%。 （3）盡量減小漏電保護裝置的接入功耗。 （4）其他。2015全國電子設計大賽題目(A-J)雙向 DC-DC 變換器（A 題）【本科組】一、任務設計并制作用于電池儲能裝置的雙向 DC-DC 變換器，實現(xiàn)電池的充放電功能，功能可由按鍵設定，亦可自動轉換。系統(tǒng)結構如圖 1 所示，圖中除直流穩(wěn)壓電源外，其他器件均需自備。電池組由 5 節(jié) 18650 型、容量 20003000mAh 的鋰離子電池串聯(lián)組成。所用電阻阻值誤差的絕對值不大于 5%。雙向DC-DC二、要求1基本要求接通 S 1 、S 3 ，斷開 S 2 ，將裝置設定為充電模式。（1）U 2 =30V 條件下，實現(xiàn)對電池恒流充電。充電電流 I 1 在 12A 范圍內步進可調，步進