电源类

1970-01-01 08:00

? 主攻“电源类”赛题方向的同学注意了:

1. “电源类”赛题近届都有

在9届电子设计竞赛中,电源类赛题有7题:① 简易数控直流电源(1994年A题);② 直流稳压电源(1997年A题);③ 数控直流电流源(2005年F题);④ 三相正弦波变频电源(2005年G题);⑤ 开关稳压电源(2007年本科组E题);⑥ 光伏并网发电模拟装置(2009年A题);⑦ 电能搜集充电器(2009年E题)

比较历届赛题可以看到, “电源类”赛题从DC→AC,而且设计要求是越来越高。例如:

2005年G题“三相正弦波变频电源”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)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%;

(3)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%;

(4)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%;

(5)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。

2009年A题“光伏并网发电模拟装置”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)DC-AC变换器的效率,使 ≥80%(RS=RL=30Ω时)。 (4)具有输入欠压保护功能,具有输出过流保护功能。

2.2.2 历届“电源类”赛题的主要知识点

从历届“电源类”赛题来看,主攻“电源类”赛题方向的同学需要了解: ? 变频电源、PWM开关电源等工作原理、系统结构和电路组成 AC电源变压器的设计与制作?

高频开关电源变压器的设计与制作? ? AC整流和滤波电路设计与制作 斩波和驱动电路设计与制作? 逆变和驱动电路设计与制作? 电流、电压检测电路设计与制作? ? 过流和过压保护电路设计与制作 真有效值检测电路设计与制作? ADC和DAC电路设计与制作?

? DC-DC升压型开关电源电路设计与制作 DC-DC降压型开关电源电路设计与制作? 直流稳压电路设计与制作?

? 单片机、FPGA、ARM最小系统电路设计与制作

微控制器外围电路(显示器、键盘、开关等)的设计与制作?

2.2.3 建议:

“电源类””赛题中所涉及到的一些知识点,对有些专业的同学来讲,在专业课程中是没有的,需要自己去搞清楚。这一点很重要。理论用来指导行动。没有理论基础,盲人摸象,行动一定会有困难。

另外,“电源类””赛题的实践性要求很强,例如变压器的制作,特别是高频开关电源变压器的制作,电感线圈的设计与制作、PCB的设计等。

站在岸上是学不会游泳的。建议从简单的基本的电源类电路做起,如简单的直流稳压器电路等,通过一些作品的制作和训练,找到感觉。

(1)主攻“电源类”赛题方向的同学在训练过程中,以历届赛题为基础,可以选择已经出现过的一些赛题做一些训练;主要训练这类赛题的共用部分,如变压器、AC-DC、滤波器、微控制器、ADC/DAC等。完成相关模块的设计制作,以备竞赛需要。

(2)主攻“电源类”赛题方向的同学还应该注意与电源特性和指标参数测试有关的仪器仪表的设计与制作。一些赛题会包含这方面的内容,如2007年本科组E题“开关稳压电源”要求测量输出电压和电流。

(3)主攻“电源类”赛题方向的同学还可以发挥自己的想象力,考虑一下:

① 还有哪些“电源类”的赛题在竞赛中没有出现过?如大功率电流源等,在培训过程中事先训练一下。

② 已经出现过的一些赛题,考虑一下哪些可能会在放大器、仪器仪表、高频、控制类等赛题中出现?

③ 已经出现过的一些赛题,考虑一下哪些可能在指标和功能方面会有哪些变化?如效率、稳定度、输出功率等。

④ 已经出现过的一些赛题,考虑一下哪些可能在制作要求方面会有哪些变化? (4)主攻其他方向的同学,也需要注意电源的设计与制作。

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“全国大学生电子设计竞赛“十二五规划”教材 全国大学生电子设计竞赛 系统设计(第2版)”由黄智伟编著,北京航空航天大学出版社2011.1出版

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18楼 黄智伟 2011-07-15 07:29

黄智伟 选择LDO和DC-DC开关型稳压器电路可以提高电源效率 在一个有严格功耗要求的系统中,供电电源的设计不能够采用简单的方式来完成,必须对所采用电源电路结构仔细考虑。 1.线性稳压电路

线性稳压电路(包含LDO)其特点是电路结构简单,所需元件数量少,输入和输出压差可以很大,但其致命弱点就是效率低,功耗高。当负载电流恒定时,其效率η取决于输入/输出电压差的大小。从线性稳压器LM78xx的输出电流与输入输出电压差的关系可以看到,输出电流不变,输入输出电压差越大,效率η越低。

1)=41.7%,可以看出,有一大半功率消耗在LM7805芯片上。?1+7?1=7W,效率仅为η=5×1/(5?IOUT=7?从线性稳压器LM78xx的输出电流与输入输出电压差的关系可以看到,输入/输出压差越大,可提供的最大输出电流越小。假设采用LM7805,输入电压为12V,输出电压为5V,输入/输出压差为7V,在输出的电流为1A的情况下,可以计算出消耗在线性稳压器LM7805上的功率为P=ΔV

在需要线性稳压电路的情况下,可以采用LDO (Low DropOut regulator,低压差线性稳压器), LDO具有较低的静态电流和压差,主要用于压差较小的场合,但其本质上还是一种线性稳压。

例如,TI公司的超低功耗、LDO线性稳压器TPS769xx系列,静态电流为17μA,输出电流100mA,输入输出电压差典型值为71 mV(在输出电流为100 mA时),固定输出电压为

1.2V, 1.5V, 1.8V, 2.5V, 2.7V, 2.8V, 3.0V, 3.3V, 5V。TPS769xx系列的输出电压也可以调节,如TPS76901。

例如,National Semiconductor的LM2940/LM2940C LDO的 VO + 2V ≤ VIN ≤ 26V 1)=71%,可以看出,功率消耗比所有LM7805芯片高约30%。?1+2?1=2W,效率为η=5×1/(5?IOUT=2?,输出电流为1A。假设采用LM2940,输入电压为7V,输出电压为5V,输入/输出压差为2V,在输出的电流为1A的情况下,可以计算出消耗在线性稳压器LM2940上的功率为P=ΔV

2. DC- DC电路

DC- DC电路的特点是效率高,升降压灵活,但电路相对复杂,存在较大干扰。一般常见的电路结构有Boost和Buck两种,Boost用于升压,Buck用于降压。

Boost和Buck电路都是通过MOS管开关来控制电感和电容间的能量转换。调节MOS管栅极脉冲信号的占空比,可以控制MOS管的导通和关闭,从而改变输出电压的高低。

例如,LM2596系列稳压器是降压开关型稳压器,具有3.3V,5V,12V固定电压输出,和一个可调节输出型号,可驱动3A的负载。LM2596的转换效率可以查看产品数据手册。从产品数据手册可见,当输入为12V,输出为5V时,转换效率约为82%,是线性稳压器转换效率的一倍。LM2596的开关频率为固定的130kHz,如果提升器件的开关频率,如采用NS的LM2676时(开关频率为260kHz),在同样的应用条件下,效率可达88%以上。 由此可见,使用DC-DC开关型稳压器电路,可以有效地降低系统功耗。 选择具有使能端的芯片可以利用微处理器进行关断控制,有利于分区/分时支路功耗的管理。例如,凌力尔特公司的DC-DC芯片LTC3417具有高达95 %的效率和低于1 μA 的静态电流。


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