全国大学生电子设计大赛分类-电源类

三相正弦波变频电源（G题）

训练内容：（有必要做一下）

1、变频电路第一次出现（交-直-交）（纯电路设计部分） 2、SPWM调制

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

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

基本要求方法与仪器，测试数据及测试结果分析

实际完成情况

完成第（1）项 完成第（2）项

发挥部分完成第（3）项 其它 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。

满分 50 50 10 24 11 5

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；

η

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

η

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。

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（2）

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η=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

设计 报告

项 目 方案论证 电路设计

应包括的主要内容或考核要点 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 主回路器件的选择及参数计算；控制电路

满 分

8 20

与参数计算

测试方法与数据 测试结果分析

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

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) 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

10 5 7 50

电路图及设计文

重点考查完整性、规范性

件 总分

基本 要求

完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 完成第（4）项 完成第（5）项 其他 总分

实际制作完成情况

50

发挥 部分

10 10 15 4 6 5

50

09年电赛

光伏并网发电模拟装置（A题）

【本科组】

训练要求：

1、DC-AC转化电路

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，

1

使Ud=US，相对偏差的绝对值不大于1%。

2

（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η≥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η≥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η=

Po

，其中Po=Uo1⋅Io1，Pd=Ud⋅Id。 Pd

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 方案论证 理论分析与计算

设计 报告

电路与程序设计

测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性

主要内容

比较与选择 方案描述

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

DC-AC主回路与器件选择 控制电路或控制程序 保护电路

测试方案及测试条件 测试结果及其完整性 测试结果分析 摘要

设计报告正文的结构 图标的规范性

满 分 4

9

9

5

3 30 50 10 5 24 5 6 50

总分

基本要求实际制作完成情况完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 完成第（4）项 其他 总分

发挥 部分

09电赛

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

项 目

系统方案 理论分析与计算 电路与程序设计

主要内容

电源变换及控制方法实现方案 提高效率方法的分析及计算 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 测试数据完整性 测试结果分析

摘要，设计报告正文的结构 图表的规范性

满分 5 7 10

设计报告

测试结果

设计报告结构及规范性 总分

基本要求

实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项

发挥

完成第（3）项 其他 总分

部分 完成第（4）项

3 5 30 50 30 5 5 5 5 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。

数字幅频均衡功率放大器（F题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个数字幅频均衡功率放大器。该放大器包括前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大电路，其组成框图如图1所示。

图1 数字幅频均衡功率放大器组成框图

二、要求

1．基本要求

（1）前置放大电路要求：

a. 小信号电压放大倍数不小于400倍（输入正弦信号电压有效值小于10mV）。

b. -1dB通频带为20Hz～20kHz。 c. 输出电阻为600Ω。

（2）制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波，以10kHz时输出

信号v2电压幅度为基准，要求最大衰减≥10dB。带阻网络具体电路见题目说明1。

（3）应用数字信号处理技术，制作数字幅频均衡电路，对带阻网络输出的

20Hz～20kHz信号进行幅频均衡。要求： a. 输入电阻为600Ω。

b. 经过数字幅频均衡处理后，以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准，通频带20Hz～20kHz内的电压幅度波动在±1.5dB以内。

2. 发挥部分

制作功率放大电路，对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。

（1）当输入正弦信号vi电压有效值为5mV、功率放大器接8Ω电阻负载（一

端接地）时，要求输出功率≥10W，输出电压波形无明显失真。 （2）功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。 （3）功率放大电路的效率≥60％。 （4）其他。

三、说明

1．题目基本要求中的带阻网络如图2所示。图中元件值是标称值，不是实际值，对精度不作要求，电容必须采用铝电解电容。

图2 带阻网络

2．本题中前置放大电路电压放大倍数是在输入信号vi电压有效值为5mV的条件下测试。

3．题目发挥部分中的功率放大电路不得使用MOS集成功率模块。 4．本题中功率放大电路的效率定义为：功率放大电路输出功率与其直流电

源供给功率之比，电路中应预留测试端子，以便测试直流电源供给功率。 5．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、重要的源程序用附件给出。

四、评分标准

设计报告

项目 系统方案

主要内容 总体方案设计

满分 6

前置放大电路设计

理论分析与设计

功率放大电路设计 数字幅频均衡电路设计 数字处理算法设计

电路与程序设计 测试方案与测试结果

设计报告结构及规范性 总分：

基本要求

实际制作完成情况 完成第(1)项 完成第(2)项

发挥部分

完成第(3)项 其他 总分：

总体电路 工

作流程

调试方法与仪器 测试数据完整性 测试结果分析 摘要

设计报告正文的结构 图表的规范性

30 50 13 12 20 5 50 3 5 4 12

05电赛

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

基本要求

项目

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。 实际完成情况 完成第(1)项

发挥部分

完成第(2)项 完成第(3)项 完成第(4)项 其他

四、说明

1、需留出输出电流和电压测量端子；

满分 50 50 4 20 16 5 5

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。

09电赛

宽带直流放大器（C题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。

二、要求

1．基本要求

（1）电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范围内

手动连续调节。

（2）最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V，输出信号波形无明显失真。 （3）3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB。

（4）放大器的输入电阻≥50Ω，负载电阻（50±2）Ω。 （5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。 2．发挥部分

（1）最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10 mV。 （2）在AV＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VONPP≤0.3V。 （3）3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB。 （4）最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V，输出信号波形无明显失真。 （5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。

（6）电压增益AV可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB（也可以

连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、 10MHz 两点）。 （7）降低放大器的制作成本，提高电源效率。 （8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。

三、说明

1．宽带直流放大器幅频特性示意图如图1所示。

图1 幅频特性示意图

2．负载电阻应预留测试用检测口和明显标志，如不符合（50±2）Ω的电阻值要求，则酌情扣除最大输出电压有效值项的所得分数。

3．放大器要留有必要的测试点。建议的测试框图如图2所示，可采用信号发生器与示波器/交、直流电压表组合的静态法或扫频仪进行幅频特性测量。

图2 幅频特性测试框图

四、评分标准

项 目

系统方案 理论分析与计算

方案描述 带宽增益积

通频带内增益起伏控制 线性相位 抑制直流零点漂移

设计

报告

电路与程序设计 测试方案与测试结果

放大器稳定性 电路设计

测试方案及测试条件 测试结果完整性 测试结果分析

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

总分

30 3 8 8 9

主要内容

比较与选择

分数 2

基本 要求

实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 完成第（4）项 完成第（5）项 完成第（6）项 完成第（7）项 其他 总分

50 7 2 7 6 12 5 6 5 50

发挥 部分