历年电子设计大赛电源类题目汇总.docx

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

项 目
得 分
基本要求
方案设计与论证、理论计算与分析、电路图
30
实际完成情况
50
总结报告
20
发挥部分
完成第一项
5
完成第二项
15
完成第三项
20

1997
A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～+12V
　　b．最大输出电流为1.5A
　　c．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10mA
　　b．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

项 目
得 分
基本要求
设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第（1）项
9
完成第（2）项
15
完成第（3）项
6
完成第（4）项
10
特色与创新
10

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。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。

二、要求
1、基本要求
（1）输出电流范围：200mA～2000mA；
（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的
1％+10 mA；
（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；
（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA；
（5）纹波电流≤2mA；
（6）自制电源。
2、发挥部分
（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA；
（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置 (可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；
（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1 mA；
（4）纹波电流≤0.2mA；
（5）其他。
三、评分标准

项目
满分
基本要求
设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。
50
实际完成情况
50
发挥部分
完成第(1)项
4
完成第(2)项
20
完成第(3)项
16
完成第(4)项
5
其他
5
四、说明
1、需留出输出电流和电压测量端子；
2、输出电流可用高精度电流表测量；如果没有高精度电流表，可在采样电阻上测量电压换算成电流；
3、纹波电流的测量可用低频毫伏表测量输出纹波电压，换算成纹波电流。

2005
三相正弦波变频电源（G题）
一、任务
设计并制作一个三相正弦波变频电源，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A，负载为三相对称阻性负载(Y接法)。变频电源框图如下图所示。

二、要求
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。
2、发挥部分
（1）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1%；
（2）设计制作具有测量、显示该变频电源输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误差的绝对值小于5%；
（3）变频电源输出频率在50Hz以上时，输出相电压的失真度小于5%；
（4）其他。
三、评分标准

项目
满分
基本要求
设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析
50
实际完成情况
50
发挥部分
完成第（1）项
10
完成第（2）项
24
完成第（3）项
11
其它
5
四、说明
1、在调试过程中，要注意安全；
2、不能使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片；
3、必要时，可以在隔离变压器前使用自耦变压器调整输入电压，可用三相电阻箱模拟负载；
4、测量失真度时，应注意输入信号的衰减以及与失真度仪的隔离等问题；
5、输出功率可通过电流、电压的测量值计算。

2007开关稳压电源（E题）
【本科组】
一、任务
设计并制作如图1所示的开关稳压电源。

图1电源框图
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）；
（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（th）=2.5±0.2A；
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，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
（6） 其他。
三、说明
（1） DC-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。
（2） U2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h=PO/ PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。
（5） 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，不能出现过热等故障）。
（6） 制作时应考虑方便测试，合理设置测试点（参考图1）。
（7） 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。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。
四、评分标准

项 目
应包括的主要内容或考核要点
满 分
设计
报告
方案论证
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
8
电路设计
与参数计算

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
20
测试方法与数据
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数据是否全面、准确)
10
测试结果分析
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
5
电路图及设计文件
重点考查完整性、规范性
7
总分
50
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第（1）项
10
完成第（2）项
10
完成第（3）项
15
完成第（4）项
4
完成第（5）项
6
其他
5
总分
50

2009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；负载电阻RL=30Ω~36Ω。
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：RS和RL在给定范围内变化时，使，相对偏差的绝对值不大于1%。
（2）具有频率跟踪功能：当fREF在给定范围内变化时，使uF的频率fF=fREF，相对偏差绝对值不大于1%。
（3）当RS=RL=30Ω时，DC-AC变换器的效率≥60%。
（4）当RS=RL=30Ω时，输出电压uo的失真度THD≤5%。
（5）具有输入欠压保护功能，动作电压Ud（th）=（25±0.5）V。
（6）具有输出过流保护功能，动作电流Io（th）=（1.5±0.2）A。
2．发挥部分
（1）提高DC-AC变换器的效率，使≥80%（RS=RL=30Ω时）。
（2）降低输出电压失真度，使THD≤1%（RS=RL=30Ω时）。
（3）实现相位跟踪功能：当fREF在给定范围内变化以及加非阻性负载时，均能保证uF与uREF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．US采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。
3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。
4．DC-AC变换器效率，其中，。
5．基本要求（1）、（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变化到电路达到稳态的时间不大于1s。
6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。
7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。
8．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。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。
四、评分标准

项目
主要内容
满分
设计
报告
方案论证
比较与选择
方案描述
4
理论分析与计算

MPPT的控制方法与参数计算
同频、同相的控制方法与参数计算
提高效率的方法
滤波参数计算
9
电路与程序设计
DC-AC主回路与器件选择
控制电路或控制程序
保护电路
9
测试方案与测试结果
测试方案及测试条件
测试结果及其完整性
测试结果分析
5
设计报告结构及规范性
摘要
设计报告正文的结构
图标的规范性
3

总分
30
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分
完成第（1）项
10
完成第（2）项
5
完成第（3）项
24
完成第（4）项
5
其他
6
总分
50

2009
电能收集充电器（E题）
【本科组】
一、任务
设计并制作一个电能收集充电器，充电器及测试原理示意图如图1。该充电器的核心为直流电源变换器，它从一直流电源中吸收电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。直流电源的输出功率有限，其电动势Es在一定范围内缓慢变化，当Es为不同值时，直流电源变换器的电路结构，参数可以不同。监测和控制电路由直流电源变换器供电。由于Es的变化极慢，监测和控制电路应该采用间歇工作方式，以降低其能耗。可充电池的电动势Ec=3.6V，内阻Rc=0.1Ω。
二、要求
1、基本要求
（1）在Rs=100Ω，Es=10V～20V时，充电电流Ic大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。
（2）在Rs=100Ω时，能向电池充电的Es尽可能低。
（3）Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能的Es尽可能低。
（4）Es降低到不能向电池充电，最低至0时，尽量降低电池放电电流。
（5）监测和控制电路工作间歇设定范围为 0.1 s～5s。
2、发挥部分
（1）在Rs=1Ω，Es=1.2V～3.6V时，以尽可能大的电流向电池充电。
（2）能向电池充电的Es尽可能低。当Es≥1.1V时，取Rs =1Ω；
当Es＜1.1V时，取Rs =0.1Ω。
（3）电池完全放电，Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能（充电输出端开路电压
＞3.6V，短路电流＞0）的Es尽可能低。当Es≥1.1V时，取Rs =1Ω；当Es＜1.1V时，取Rs=0.1Ω。
（4）降低成本。
（5）其他。
三、评分标准
设计报告
项 目
主要内容
满分
系统方案
电源变换及控制方法实现方案
5
理论分析与计算
提高效率方法的分析及计算
7
电路与程序设计
电路设计与参数计算
启动电路设计与参数计算
设定电路的设计
10
测试结果
测试数据完整性
测试结果分析
3
设计报告结构及规范性
摘要，设计报告正文的结构
图表的规范性
5
总分
30
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第（1）项
30
完成第（2）项
5
完成第（3）项
5
完成第（4）项
5
其他
5
总分
50
四、说明
1．测试最低可充电Es的方法：逐渐降低Es，直到充电电流Ic略大于0。当Es高于3.6V时，Rs为100Ω；Es低于3.6V时，更换Rs为1Ω；Es降低到1.1V以下时，更换Rs为0.1Ω。然后继续降低Es，直到满足要求。
2．测试自动启动充电功能的方法：从0开始逐渐升高Es，Rs为0.1Ω；当Es升高到高于1.1V时，更换Rs为1Ω。然后继续升高Es，直到满足要求。