全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽電源類歷屆賽題分析(編輯修改稿)
2025-04-23 00:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ℃，帶寬大于1MHz，耐壓為直流1000V。具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，能達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 ④ A/D和D/A芯片的選擇：考慮到單片機(jī)的I/O接口資源。選用串行數(shù)據(jù)傳送方式的ADS7841和DAC7512兩款芯片轉(zhuǎn)換精度均為12位的集成芯片，其量化精度能達(dá)到1/40961/2000，完全能達(dá)到設(shè)計(jì)的精度要求。⑤ 微控制器芯片采用ATMEL公司的AT89S8252 CMOS 8位單片機(jī)。 ⑥ 人機(jī)界面：采用LCD（液晶）顯示。⑦ 輔助電源選擇：輔助電源主要是為控制部分供電的，由于電流源的主電路有開關(guān)管在工作，噪聲干擾大，所以為了確?？刂撇糠值姆€(wěn)定性和可靠性，采用與主電路分離的電源電路供電。2. 歷屆的“電源類”賽題設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案 四 三相正弦波變頻電源（2005年G題） 三相正弦波變頻電源（2005年G題）賽題要求[1]賽題要求設(shè)計(jì)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(fù)載電流有效值為3A，負(fù)載為三相對稱阻性負(fù)載（Y接法）。 （1）基本要求（50分） ① 輸出頻率范圍為20Hz～100Hz的三相對稱交流電，；② 輸出電壓波形應(yīng)盡量接近正弦波，用示波器觀察無明顯失真；③ 當(dāng)輸入電壓為198V～242V，～3A時，輸出線電壓有效值應(yīng)保持在36V，誤差的絕對值小于5%；④ 具有過流保護(hù)()、負(fù)載缺相保護(hù)及負(fù)載不對稱保護(hù)()功能，保護(hù)時自動切斷輸入交流電源。（2）發(fā)揮部分（50分）① 當(dāng)輸入電壓為198V～242V，～3A時，輸出線電壓有效值應(yīng)保持在36V，誤差的絕對值小于1%；（10分）② 設(shè)計(jì)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，測量誤差的絕對值小于5%；（24分）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%；（11分）④ 其他。（5分） 三相正弦波變頻電源（2005年G題）賽題分析與設(shè)計(jì)方案例[5,9~14]賽題要求設(shè)計(jì)并制作一個三相正弦波變頻電源，工作原理可以參考電力電子學(xué)中有關(guān)三相正弦波變頻電源的基本原理，核心的電路是SPWM發(fā)生器和全橋逆變電路。保持輸出線電壓有效值的穩(wěn)定是賽題指標(biāo)的主要要求（線電壓有效值的誤差的絕對值小于1%）。發(fā)揮部分要求設(shè)計(jì)制作一個測量誤差小于5%，能夠測量電壓、電流、頻率和功率的電路，有24分。頻率可以根據(jù)頻率測量原理，利用系統(tǒng)中微控制器實(shí)現(xiàn)。功率的測量需要測量電壓和電流的有效值，簡潔的方法可以采用專用的真有效值轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)。（1）采用單片機(jī)和FPGA共同控制的三相正弦波變頻電源在一個采用單片機(jī)和FPGA共同控制的三相正弦波變頻電源的系統(tǒng)中，控制方式采用單片機(jī)和FPGA共同控制的方式，由單片機(jī)AT89S5IR12864—M液晶顯示器、44按鍵構(gòu)成人機(jī)界面，單片機(jī)控制IR12864—M液晶顯示器、44按鍵，并與FPGA的通信。FPGA作為本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主控器件，采用一塊Xilinx公司生產(chǎn)的Spartan 2E系列xc2s100e—6pq208芯片，利用VHDL（超高速硬件描述語言）編程，產(chǎn)生PWM波和SPWM波。同時用FPGA完成采集控制邏輯、顯示控制邏輯，系統(tǒng)控制，信號分析、處理、變換等功能。220V/50Hz的市電，經(jīng)過一個220V/60V的隔離變壓器，輸出60V的交流電壓，經(jīng)整流得直流電壓，經(jīng)斬波得到一個幅度可調(diào)的穩(wěn)定直流電壓。斬波電路的IGBT開關(guān)器件選用BUP304，BUP304的驅(qū)動電路由集成化專用IGBT驅(qū)動器EXB841構(gòu)成，EXB841的PWM驅(qū)動輸入信號由FPGA提供，并采用光電隔離。輸出的斬波電壓經(jīng)逆變得到一系列頻率的三相對稱交流電。逆變電路采用全橋逆變電路，MOSFET橋臂由六個K1358構(gòu)成，K1358的驅(qū)動電路選用IR2111，IR2111的控制信號SPWM由FPGA提供。逆變輸出電壓經(jīng)過低通濾波，輸出平滑的正弦波，輸出信號分別經(jīng)電壓、電流檢測，送AD637真有效值轉(zhuǎn)換芯片，輸出模擬電平，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，輸出數(shù)據(jù)送FPGA處理。送入FPGA的數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列處理，送顯示電路，顯示輸出電壓、電流、頻率及功率。（2）采用DSP和單片機(jī)共同控制的三相正弦波變頻電源采用DSP和單片機(jī)共同控制的三相正弦波變頻電源由DSP三相正弦波變頻電源的主電路和單片機(jī)的測量系統(tǒng)兩部分組成。在一個采用DSP三相正弦波變頻電源的主電路中，交流電源經(jīng)過橋式全波整流后進(jìn)行電容濾波，輸出直流電，作為逆變電路的直流電源。同時也提供一路電源作為系統(tǒng)所需要的直流穩(wěn)壓電源。為保證系統(tǒng)安全性，交流電源入口處串聯(lián)5 A保險管。三相SPWM信號由電機(jī)控制專用DSP芯片TMS320LF2407生成。首先在DSP中的FLASH中存入512點(diǎn)的正弦表，改變讀取正弦表每兩個點(diǎn)之間的時間間隔，可以改變輸出正弦波的頻率，讀取正弦表兩個點(diǎn)之間時間間隔可以由定時器控制。 三相橋式逆變電路可以利用分立元件和集成的智能功率模塊（IPM，例如PM30CSJ060）組成。采用分立元件組成的三相橋式逆變電路，通常需要6個IGBT作為開關(guān)器件，以及IGBT的驅(qū)動電路。利用內(nèi)部包括有橋式逆變電路和驅(qū)動電路的集成智能功率模塊（IPM），其外圍電路簡單，還具有多種保護(hù)的功能。 在一個采用單片機(jī)的測量系統(tǒng)，利用內(nèi)部包含有A/D的單片機(jī)（例如PIC18F452等），通過電流傳感器，電壓傳感器對線電壓，線電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過調(diào)理電路送入A/D，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算，計(jì)算后通過液晶屏顯示所測量結(jié)果，并顯示出被測信號的波形。也可以同時實(shí)時檢測電流有效值，當(dāng)電流有效值大于3. 6 A時，立刻通過I/O口控制過流保護(hù)模塊切斷主回路來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。 2. 歷屆的“電源類”賽題設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案 五（2007年E題 本科組）（2007年E題）【本科組】賽題要求[1]賽題要求設(shè)計(jì)并制作一個開關(guān)穩(wěn)壓電源。在電阻負(fù)載條件下，使電源滿足下述要求：（1）基本要求（50分）① 輸出電壓UO可調(diào)范圍：30V～36V；② 最大輸出電流IOmax：2A；③ U2從15V變到21V時，電壓調(diào)整率SU≤2%（IO=2A）；④ IO從0變到2A時，負(fù)載調(diào)整率SI≤5%（U2=18V）；⑤ 輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；⑥ DCDC變換器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；⑦ 具有過流保護(hù)功能，動作電流IO（th）=177。（2）發(fā)揮部分（50分）① 進(jìn)一步提高電壓調(diào)整率，使SU≤%（IO=2A）；（10分）② 進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整
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