电子设计大赛-电源类题目分析
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电源类题目分析
电源类题目有简易数控直流电源(第一届,1994年)和直流稳压电源(第三届,1997年)。
简易数控直流电源(第一届,1994年)要求设计制作一个输出电压数控可调直流稳压电源。涉及到的基础知识与制作能力包含:交流电源降压和整流,直流电压稳压和调节,单片机,数字显示与控制等。
直流稳压电源(第三届,1997年)要求设计制作一个交流变换为直流的稳定电源。涉及到的基础知识与制作能力包含:交流电源降压和整流,直流电压稳压和调节,恒流电流源,DC-DC变换器,单片机,数字显示与控制等。
各题目具体要求如下:
简易数控直流电源[1] (第一届,1994年)
(1)设计任务
设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理方框图如图1.3.1所示。
(2)设计要求
①基本要求
a. 输出电压:范围0~+9.9V,步进0.1V,纹波不大于10mV;
b. 输出电流:500mA;
c. 输出电压值由数码管显示;
d. 由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减;
e. 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
a. 输出电压可预置在0~9.9V之间的任意一个值;
b. 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);
c. 扩展输出电压种类(比如三角波等)。
直流稳定电源[3] (第三届,1997年)
(1)设计任务
设计并制作交流变换为直流的稳定电源。
(2)设计要求
①基本要求
第1部分: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
第2部分: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)
第3部分: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
第1部分: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”
第2部分: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
第3部分:改善DC-DC变换器
a.提高效率(在100V、100mA下)
b.提高输出电压
第4部分:用数字显示输出电压和输出电流
方案例:简易数控直流电源[7]
(1)采用单片机的简易数控直流电源设计方案
采用单片机作为控制器的简易数控直流电源设计方案如图1.3.2所示。设计方案中采用8031单片机完成整个数控部分的功能。 采用8279作为键盘/显示器接口控制器,不仅简化接口引线,而且减小了软件对键盘/显示器的查询时间,提高了 8031单片机的利用率。输出部分采用D/A0832与运算放大器OP07,运算放大器OP07输出电压波形与D/A变换输出波形相同,不仅可以输出直流电平,而且只要预先生成波形的量化数据,就可以产生多种波形输出。显示部分采用三位半的数字电压表(DVM)直接对输出电压进行采样并显示输出实际电压值,一旦系统工作异常,出现预置值与输出值偏差过大,用户可以根据该信息予以处理。
2)采用FPGA的简易数控直流电源设计方案
采用FPGA作为控制器的简易数控直流电源设计方案如图1.3.3所示。设计方案中采用FPGA作为控制器完成数控部分、键盘、显示器接口控制。输出部分采用D/A0832与运算放大器UA714,输出电压波形由FPGA的输出数据控制,不仅可以输出直流电平,而且只要预先生成波形的量化数据,就可以产生多种波形输出。显示数据由FPGA提供。
(3)采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案
采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案如图1.3.4所示。系统由数字控制部分、D/A变换部分及可调稳压部分3部分组成。除了上述的三大部分之外,还包括一些附加的功能电路,如电压显示、控制、防止误操作、波形发生器电路等。
系统中数字控制部分用十/一 按键控制产生可增加或减少BCD码, BCD码输入到 D/A变换,变换成相应的电压,此电压通过放大到合适的电平后加到可调稳压部分,控制输出电压以手动0.1V的电压步进或步减,或自动连续步进(减),或直接变化到某一设定的电压值。
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