1994

題目一簡易數(shù)控直流電源

設(shè)計要求

1．基本要求 　　（1）輸出電壓：范圍0～＋9.9V，步進0.1V，紋波不大于10mV；　　（2）輸出電流：500mA； 　　（3）輸出電壓值由數(shù)碼管顯示； 　　（4）由“＋”、“－”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減； 　　（5）為實現(xiàn)上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出±15V，＋5V。

2．發(fā)揮部分 　　（1）輸出電壓可預(yù)置在0～9.9V之間的任意一個值； 　　（2）用自動掃描代替人工按鍵，實現(xiàn)輸出電壓變化（步進0.1V不變）； 　　（3）擴展輸出電壓種類（比如三角波等）。

1997

A題 直流穩(wěn)定電源

一、任務(wù)

設(shè)計并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。

二、要求

1．基本要求　　（1）穩(wěn)壓電源在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍＋15%～－20%條件下：　　a．輸出電壓可調(diào)范圍為+9V～+12V　　b．最大輸出電流為1.5A　　c．電壓調(diào)整率≤0.2%（輸入電壓220V變化范圍＋15%～－20%下，空載到滿載）　　d．負載調(diào)整率≤1%（最低輸入電壓下，滿載）　　e．紋波電壓（峰-峰值）≤5mV（最低輸入電壓下，滿載）　　f．效率≥40%（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）　　g．具有過流及短路保護功能

（2）穩(wěn)流電源在輸入電壓固定為＋12V的條件下：　　a．輸出電流：4～20mA可調(diào)　　b．負載調(diào)整率≤1%（輸入電壓＋12V、負載電阻由200Ω～300Ω變化時，輸出電流為20mA時的相對變化率）　　（3）DC-DC變換器在輸入電壓為+9V～+12V條件下：　　a．輸出電壓為+100V，輸出電流為10mA　　b．電壓調(diào)整率≤1%（輸入電壓變化范圍+9V～+12V）　　c．負載調(diào)整率≤1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載）　　d．紋波電壓（峰-峰值）≤100mV （輸入電壓+9V下，滿載）

2．發(fā)揮部分　　（1）擴充功能　　a．排除短路故障后，自動恢復(fù)為正常狀態(tài)　　b．過熱保護　　c．防止開、關(guān)機時產(chǎn)生的“過沖”　　（2）提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標　　a．提高電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率　　b．?dāng)U大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值　　（3）改善DC-DC變換器　　a．提高效率（在100V、100mA下）　　b．提高輸出電壓　　（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流

2005

數(shù)控直流電流源（F題）

一、任務(wù)

設(shè)計并制作數(shù)控直流電流源。輸入交流200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤10V。其原理示意圖如下所示。

二、要求

1、基本要求

（1）輸出電流范圍：200mA～2000mA；

（2）可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值≤給定值的

1％+10 mA；

（3）具有“+”、“-”步進調(diào)整功能，步進≤10mA；

（4）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的1％+10 mA；

（5）紋波電流≤2mA；

（6）自制電源。

2、發(fā)揮部分

（1）輸出電流范圍為20mA～2000mA，步進1mA；

（2）設(shè)計、制作測量并顯示輸出電流的裝置 (可同時或交替顯示電流的給定值和實測值)，測量誤差的絕對值≤測量值的0.1％+3個字；

（3）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的0.1％+1 mA；

（4）紋波電流≤0.2mA；

（5）其他。

2005

三相正弦波變頻電源（G題）

一、任務(wù)

設(shè)計并制作一個三相正弦波變頻電源，輸出線電壓有效值為36V，最大負載電流有效值為3A，負載為三相對稱阻性負載(Y接法)。變頻電源框圖如下圖所示。

二、要求

1、基本要求

（1）輸出頻率范圍為20Hz～100Hz的三相對稱交流電，各相電壓有效值之差小于0.5V；

（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，負載電流有效值為0.5～3A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(輸出電流有效值達3.6A時動作)、負載缺相保護及負載不對稱保護(三相電流中任意兩相電流之差大于0.5A時動作)功能，保護時自動切斷輸入交流電源。

2、發(fā)揮部分

（1）當(dāng)輸入電壓為198V～242V，負載電流有效值為0.5～3A時，輸出線電壓有效值應(yīng)保持在36V，誤差的絕對值小于1%；

（2）設(shè)計制作具有測量、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%；

（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%；

（4）其他。

2007開關(guān)穩(wěn)壓電源（E題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計并制作如圖1所示的開關(guān)穩(wěn)壓電源。

圖1電源框圖

二、要求

在電阻負載條件下，使電源滿足下述要求：

1．基本要求

（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） DC-DC變換器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；

（7） 具有過流保護功能，動作電流IO（th）=2.5±0.2A；

2．發(fā)揮部分

（1） 進一步提高電壓調(diào)整率，使SU≤0.2%（IO=2A）；

（2） 進一步提高負載調(diào)整率，使SI≤0.5%（U2=18V）；

（3） 進一步提高效率，使≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；

（4） 排除過流故障后，電源能自動恢復(fù)為正常狀態(tài)；

（5） 能對輸出電壓進行鍵盤設(shè)定和步進調(diào)整，步進值1V，同時具有輸出電壓、電流的測量和數(shù)字顯示功能。

（6） 其他。

三、說明

（1） DC-DC變換器不允許使用成品模塊，但可使用開關(guān)電源控制芯片。

（2） U2可通過交流調(diào)壓器改變U1來調(diào)整。DC-DC變換器（含控制電路）只能由UIN端口供電，不得另加輔助電源。

（3） 本題中的輸出噪聲紋波電壓是指輸出電壓中的所有非直流成分，要求用帶寬不小于20MHz模擬示波器（AC耦合、掃描速度20ms/div）測量UOPP。

（4） 本題中電壓調(diào)整率SU指U2在指定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓UO的變化率；負載調(diào)整率SI指IO在指定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓UO的變化率；DC-DC變換器效率h=PO/PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。

（5） 電源在最大輸出功率下應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長的時間（測試期間，不能出現(xiàn)過熱等故障）。

（6） 制作時應(yīng)考慮方便測試，合理設(shè)置測試點（參考圖1）。

（7） 設(shè)計報告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果用附件給出。

2009光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置（A題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計并制作一個光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。用直流穩(wěn)壓電源US和電阻RS模擬光伏電池，US=60V，RS=30Ω~36Ω；uREF為模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號，其峰峰值為2V，頻率fREF為45Hz~55Hz；T為工頻隔離變壓器，變比為n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，將uF作為輸出電流的反饋信號；負載電阻RL=30Ω~36Ω。

圖1 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖

二、要求

1．基本要求

（1）具有最大功率點跟蹤（MPPT）功能：RS和RL在給定范圍內(nèi)變化時，使，相對偏差的絕對值不大于1%。

（2）具有頻率跟蹤功能：當(dāng)fREF在給定范圍內(nèi)變化時，使uF的頻率fF=fREF，相對偏差絕對值不大于1%。

（3）當(dāng)RS=RL=30Ω時，DC-AC變換器的效率≥60%。

（4）當(dāng)RS=RL=30Ω時，輸出電壓uo的失真度THD≤5%。

（5）具有輸入欠壓保護功能，動作電壓Ud（th）=（25±0.5）V。

（6）具有輸出過流保護功能，動作電流Io（th）=（1.5±0.2）A。

2．發(fā)揮部分

（1）提高DC-AC變換器的效率，使≥80%（RS=RL=30Ω時）。

（2）降低輸出電壓失真度，使THD≤1%（RS=RL=30Ω時）。

（3）實現(xiàn)相位跟蹤功能：當(dāng)fREF在給定范圍內(nèi)變化以及加非阻性負載時，均能保證uF與uREF同相，相位偏差的絕對值≤5°。

（4）過流、欠壓故障排除后，裝置能自動恢復(fù)為正常狀態(tài)。

（5）其他。

三、說明

1．本題中所有交流量除特別說明外均為有效值。

2．US采用實驗室可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，不需自制。

3．控制電路允許另加輔助電源，但應(yīng)盡量減少路數(shù)和損耗。

4．DC-AC變換器效率，其中，。

5．基本要求（1）、（2）和發(fā)揮部分（3）要求從給定或條件發(fā)生變化到電路達到穩(wěn)態(tài)的時間不大于1s。

6．裝置應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長時間，測試期間不能出現(xiàn)過熱等故障。

7．制作時應(yīng)合理設(shè)置測試點（參考圖1），以方便測試。

8．設(shè)計報告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果用附件給出。

2009

電能收集充電器（E題）

【本科組】

一、任務(wù)

設(shè)計并制作一個電能收集充電器，充電器及測試原理示意圖如圖1。該充電器的核心為直流電源變換器，它從一直流電源中吸收電能，以盡可能大的電流充入一個可充電池。直流電源的輸出功率有限，其電動勢Es在一定范圍內(nèi)緩慢變化，當(dāng)Es為不同值時，直流電源變換器的電路結(jié)構(gòu)，參數(shù)可以不同。監(jiān)測和控制電路由直流電源變換器供電。由于Es的變化極慢，監(jiān)測和控制電路應(yīng)該采用間歇工作方式，以降低其能耗。可充電池的電動勢Ec=3.6V，內(nèi)阻Rc=0.1Ω。

            二、要求

1、基本要求

（1）在Rs=100Ω，Es=10V～20V時，充電電流Ic大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。

（2）在Rs=100Ω時，能向電池充電的Es盡可能低。

（3）Es從0逐漸升高時，能自動啟動充電功能的Es盡可能低。

（4）Es降低到不能向電池充電，最低至0時，盡量降低電池放電電流。

（5）監(jiān)測和控制電路工作間歇設(shè)定范圍為 0.1 s～5s。

2、發(fā)揮部分

（1）在Rs=1Ω，Es=1.2V～3.6V時，以盡可能大的電流向電池充電。

（2）能向電池充電的Es盡可能低。當(dāng)Es≥1.1V時，取Rs =1Ω；

當(dāng)Es＜1.1V時，取Rs =0.1Ω。

（3）電池完全放電，Es從0逐漸升高時，能自動啟動充電功能（充電輸出端開路電壓

＞3.6V，短路電流＞0）的Es盡可能低。當(dāng)Es≥1.1V時，取Rs =1Ω；當(dāng)Es＜1.1V時，取Rs=0.1Ω。

（4）降低成本。

（5）其他。

2011開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)（A題）

一、任務(wù)設(shè)計并制作一個由兩個額定輸出功率均為 16W 的 8V DC/DC 模塊構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng)（見圖 1 ）。

二、 要求1.基本要求

（ 1 ）調(diào)整負載電阻至額定輸出功率工作狀態(tài)，供電系統(tǒng)的直流輸出電壓UO=8.0± 0.4V。

（ 2）額定輸出功率工作狀態(tài)下，供電系統(tǒng)的效率不低于 60% 。

（ 3）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0± 0.4V，使兩個模塊輸出電流之和IO =1.0A 且按I1:I2=1:1 模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差絕對值不大于 5%。

（ 4）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0± 0.4V，使兩個模塊輸出電流之和IO =1.5A 且按I1:I2= 1:2 模式自動分配電流，每個模塊輸出電流的相對誤DC/DC模塊 1DC/DC模塊 2負載電阻UO=8.0VIINI1I2UIN=24VIO+-+-A-2差絕對值不大于 5%。

2.發(fā)揮部分

（ 1） 調(diào)整負載電阻， 保持輸出電壓UO=8.0± 0.4V， 使負載電流IO 在 1.5~3.5A之間變化時，兩個模塊的輸出電流可在（ 0.5~2.0）范圍內(nèi)按指定的比例自動分配，每個模塊的輸出電流相對誤差的絕對值不大于 2%。

（ 2）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0± 0.4V，使兩個模塊輸出電流之和IO =4.0A 且按I1:I2=1:1 模式自動分配電流， 每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于 2%。

（ 3）額定輸出功率工作狀態(tài)下，進一步提高供電系統(tǒng)效率。

（ 4）具有負載短路保護及自動恢復(fù)功能，保護閾值電流為 4.5A（調(diào)試時允許有± 0.2A 的偏差）。

（ 5）其他。

2013單相 AC-DC 變換電路（A 題）

一、任務(wù)設(shè)計并制作如圖 1 所示的單相 AC-DC 變換電路。 輸出直流電壓穩(wěn)定在 36V，輸出電流額定值為 2A。

二、要求

1.基本要求

（ 1） 在輸入交流電壓Us=24V、 輸出直流電流Io=2A 條件下， 使輸出直流電壓Uo=36V± 0.1V。

（ 2） 當(dāng)Us=24V，Io 在 0.2A～2.0A 范圍內(nèi)變化時， 負載調(diào)整率SI≤ 0.5%。

（ 3） 當(dāng)Io=2A，Us 在 20V～30V 范圍內(nèi)變化時， 電壓調(diào)整率SU≤ 0.5%。

（ 4） 設(shè)計并制作功率因數(shù)測量電路， 實現(xiàn) AC-DC 變換電路輸入側(cè)功率因數(shù)的測量，測量誤差絕對值不大于 0.03。

（ 5）具有輸出過流保護功能，動作電流為 2.5A± 0.2A。

2.發(fā)揮部分

（ 1） 實現(xiàn)功率因數(shù)校正， 在Us=24V，Io=2A，Uo=36V 條件下， 使 AC-DC 變換電路交流輸入側(cè)功率因數(shù)不低于 0.98。

（ 2） 在Us=24V，Io=2A，Uo=36V 條件下， 使 AC-DC 變換電路效率不低于 95%。

（ 3） 能夠根據(jù)設(shè)定自動調(diào)整功率因數(shù)，功率因數(shù)調(diào)整范圍不小于 0.80~1.00， 穩(wěn)態(tài)誤差絕對值不大于 0.03。

（ 4） 其他。