2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题

2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题 (交流电子负载)

文章目录

  • 2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题 (交流电子负载)
  • 前言
  • 一、总体思路
  • 二、模块设计
    • 1.半桥模块
    • 2.测量模块
    • 3.辅助电源模块
  • 三、主电路搭建
  • 总结


前言

2022年全国大学生电子设计大赛省一第一名(受学校省特人数限制)。所有基本功能实现,有附加功能。
主电路拓扑为全桥整流+全桥逆变。本文主要介绍硬件部分。

完成效果图:
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第1张图片

一、总体思路

本题要求交流电子负载能满足模拟阻性、感性、容性负载特性,功率因数可调,且要求回馈功率以50HZ交流电返回。则总体上可视为AC-AC变换器。常见交流电子负载有直接AC-AC变换(矩阵式变换器)以及AC-DC-AC间接变换(整流+逆变)。考虑到题目对母线电压的要求,该主电路应有中间直流环节,则应采用AC-DC-AC间接变换(全桥整流+全桥逆变)方式。
主电路拓扑:
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第2张图片

二、模块设计

1.半桥模块

将一对mosfet及其驱动集成在一块PCB上。所采用的栅极驱动器为UCC21520,拓扑如下图所示(参照Ti数据手册UCC21520):
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第3张图片
PCB三维效果图
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第4张图片
因仓促,PCB布线有不合理的地方,望指正。
驱动芯片的选型很广泛,也可采用其他种类(如IR2110),可根据具体使用需求选择合适的。

2.测量模块

测量模块分电压、电流、直流、交流、隔离、非隔离等。具体应视题目要求。
为模拟负载特性,本题要求对输入电压、电流,直流母线电压进行实时采样。交流电压和交流电流的测量均可用TVA1421电流互感器。既可对电压进行采样,也可对电流进行采样。(参照数据手册TVA1421)
交流电压采样原理图
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第5张图片
其中运放的作用是抬高基准电压,使输出值Vout一直为正。(ADC口只能输入0-3.3V电压),改变电阻值使输出电压在合理范围内。

交流电流采样原理图
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第6张图片
与电压采样基本类似,P1为输入,该采样方式可以不破坏原有线路。具体请参照数据手册。

直流电压采样采用隔离式差分放大器AMC1200(AMC1200),该芯片的优点是可以实现输入、输出的隔离。
AD原理图:
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第7张图片

3.辅助电源模块

本题是高压题,辅助电源模块需要高压芯片,我们采用的是LM5164(LM5164)。主要作用是给单片机、芯片以及外设供电。
原理图如下:
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第8张图片
该芯片的输入最大值可达100V。

普通辅助电源可采用TPS54360(TPS54360)
原理图如下
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第9张图片

三、主电路搭建

主电路在洞洞板上进行焊接,提前预留模块接口和以及单片机、外设接口。在设计接口是应考虑便于更换,否则一旦模块出问题无法及时更换。
输入、输出电容采用CBB。直流母线采用CBB与电解电容并联方式。
过大电流时可采用较为粗的接口以降低损耗。
测量模块因受磁场干扰较大,在布局时应与电感的距离远一些。
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第10张图片
附加功能有CC(恒流)模式、CR(恒阻)模式、CP(恒功率)模式。
设计触摸屏进行显示:
2022年全国大学生电子设计大赛省赛A题_第11张图片

总结

本文主要介绍了2022年全国大学生电子设计大赛A题硬件的主要思路以及做法。软件有单极倍频SPWM调制。可参照单极倍频。望指正。

你可能感兴趣的:(硬件工程)