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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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