大学生电子竞赛优秀队伍访谈（一）：西安电子科技大学——孙永强、杨福荣、邵明绪

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大学生电子竞赛优秀队伍访谈（一）：西安电子科技大学——孙永强、杨福荣、邵明绪 [复制链接]

西安电子科技大学的孙永强、杨福荣和邵明绪在2011年全国大学生电子设计竞赛中，采用TI的MSP430单片机进行设计，凭借 “开关电源并联供电系统” 获得了最高奖。为了在竞赛中取得好成绩，三个人经过了半年多的积极准备，期间也付出了艰辛的努力。让我们一起来了解他们精彩的竞赛故事。

姓名：孙永强
院系：机电工程学院测控技术与仪器专业，保送攻读硕士学位
爱好：篮球
竞赛经验：2011年全国大学生电子设计竞赛本科组最高奖
对未来职业的展望：未来几年打算继续深造，将来在电子行业有自己的辉煌成就。[/quote]

姓名：杨福荣
院系：机电工程学院机械电子专业
爱好：电子技术，足球
竞赛经验：2011年全国大学生电子设计竞赛本科组最高奖。
对未来职业的展望：想从事关于电子行业的研究与工程应用，偏向于模拟方向。[/quote]
[quote]姓名：邵明绪
院系：机电工程学院测控技术与仪器专业
爱好：爱好电子，平时最喜欢单车和旅行
竞赛经验：全国大学生挑战杯国家二等奖，全国大学生创新年会十佳项目。
对未来职业的展望：想成为一名懂得生活，对社会进步有所贡献的工程师。

从左至右依次为：杨福荣、邵明绪、 孙永强

团队组建
孙永强和邵明绪是同班同学，杨福荣和他们在校内一个面向学生开放的实验室里做过项目，因此三人彼此非常熟悉，也培养出了默契。

大一刚入学时，系主任赵健老师就给向同学们介绍了学校的各类竞赛，特别是全国大学生电子设计竞赛；测控技术与仪器专业的谢楷老师也为同学们做了关于电子设计竞赛的报告。设计比赛极大地激起了这三位对电子设计饱含热情的同学的兴趣，他们渴望多参加科技实践活动，做到理论联系实际，并下定决心一定要参加大学生电子设计竞赛。

团队是在学校两轮电赛笔试之后，学院即将面试时候初步组成的。三人约定，只要能通过面试，他们就组队参加比赛。第三次校内个人选拔以后，三人都以非常出色的成绩顺利通过。因此，他们开始正式组队，由谢楷老师做指导老师，同时开始系统的赛前培训。

为比赛做充分的准备
三位同学从2011年3月份就开始准备学校的选拔，直到到8月底参加比赛，期间花了5个月的时间为竞赛做准备。由于三人很早就接触了电子，对基本的器件都有一定的了解；而且平时经常动手实践，有一定的实践经验，准备工作进行的相当顺利。

在设计作品的时候，他们通过TI官方网站下载并研究了元器件的datasheet，了解元器件的各个参数以及相关的参考电路，然后再结合实际电路在调试工程中加深对器件的认识。

准备比赛的过程中也难免遇到不少技术问题。每次遇到问题时，团队会坐下来详细分析电路、测试数据以及观察现象。他们说，“有时一个问题 上一调试就是一两天。我们借助于书本上的知识和网络上的资料，仔细分析各种可能引起问题的原因，大多问题都会得到解决。 遇到无法解决的问题就会进行整理然后问指导老师，他都会帮我们一一解决，事后 我们对所发现的问题和解决办法及时整理，从中受益很大。”
[quote]TI中国大学计划为我们提供了无与伦比的电子类经典资料和解决方案。TI还在比赛中给我们提供免费的芯片，系统中使用的高效率电源芯片和出色的超低功耗控制器MSP430就是TI免费提供的，为我作品在极高的效率方面提供了极大的帮助。其中，给我们最深印象的是TI器件出众的性能以及详细的技术资料。
                                                                                                                                       ——团队对TI在竞赛支持方面的评价

令人难忘的竞赛故事
自准备全国大学生电子设计竞赛开始，三人几乎每天晚上都在实验室睡觉：在实验室的地板上简单地铺一个褥子——就这么度过整个晚上。他们感慨地说道，“这段时间里身体和心理都承受了巨大的压力，每天晚上都在两点左右睡觉，有时候太累了就干脆和衣而睡，第二天早早起床，简单地洗刷后又开始一天的紧张学习，一些人最后放弃了，但我们相互激励，坚持了下来，我们笑到了最后。”

在正式比赛的四天三夜里，团队的作品需要制作两个一样的电源模块，再进行并联。第三天早上，两个电路模块分别焊接调试已经完成。但就在准备进行并联的时候，他们体会到了什么是“惊心动魄”：并联是很危险的一步，轻则电路不工作，重则电路会直接烧毁，三天的工作就会白费。

他们回忆道，“作品通电测试的时候我们都非常紧张，谁也不想让近半年的努力化为泡影，幸运的是没闻到“烧焦”的味道，悬着的心最终落地了，之后通过几个小时的调试，两个模块并联成功。”

最后一天下午的时候终于完成了整个系统整体测试，并且各项指标并远超出题目要求，还增加了两项扩展功能。他们说，“这个时候每个人都异常疲惫，连挪动一下电路都害怕，甚至都不敢给程序加个注释，害怕系统会突然出错。”

回顾半年多的选拔培训和四天三夜紧张激烈的比赛，以及本科组全国最高奖的结果，他们感慨万分。对于所取得的成绩，他们认为，“比赛的结果不是最重要的，真正能让我们终生受益的是准备大赛整个过程中所经历的一切。这半年的学习生活，紧张而有意义，除了基本大纲要求的课程之外，我们还需要额外抽出时间来参加训练，所以付出的更多。”

半年的准备时间里，他们接受了电子设计的全面培训，从元器件的基础知识到基本电路，从专题设计到系统设计，再到面向实际应用的作品，以及真正将书本知识转化为服务于实际的技能。他们感慨道，“在这一系列的培训中，我们深刻的体会到实践之于理论知识的重要，体会到了大学学习生活的本质，尤其是对迫切需要实践的电子类专业的学生而言，什么才是最需要的能力。”

通过这一系列的培训，三位同学切身体验了用理论指导实践，在实践中发现问题，再用理论解决问题的全过程。整个过程中不但增强了实践动手能力及创新能力，也提高了自主学习的能力，培养了良好的团队合作精神。

参加大学生电子竞赛的建议
对于正在考虑或者积极准备参加大学生电子设计竞赛的同学，他们提出了以下建议：
1、认真学习大学里的课程：高数、物理、电路、信号与系统、模电、数电、C语言等等，理论决定了你分析问题的深度。
2、积极通过实践提高自己：通过工程实践，给你对理论知识不一样的认识，实践也是你解决工程问题的具体手段 。
3、要有耐心和毅力，遇到问题绝不退缩，喜欢电子并坚持下去，或许你会在实验室对着一块不工作的电路熬一个通宵，而且第二天还是未解决，但坚持下去就是胜利。通过不断的学习和进步，慢慢就会发现不一样的自己。
4、要有兴趣：只要有兴趣，各种艰难困苦都不再是问题。当在一个问题上纠结好久好久，连吃饭走路都在思考，连做梦都是和它相关，最后成功解决的瞬间，那种成就感是最特别的，会让你大声吼出来，那是种无法言语的幸福 。
5、要有和谐默契的团队，电赛不是一个人的比赛，要培养良好的团队精神，做到1+1+1>3。
6、多做分析总结：当解决一个问题的时候，对问题的原因、背后的知识以及解决的方法等进行分析总结，做记录。

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交流内容： 西电电赛经验交流.ppt (4.36 MB, 下载次数: 374)

2012-11-20 20:09 上传

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一. 获奖作品简介

二. 我的参赛经历

三. 参赛经验分享

四. 赛后总结   

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  作    者：邵明绪  孙永强  杨福荣

        赛前辅导教师：谢  楷  文稿整理辅导教师：谢  楷

摘要：本作品以MSP430单片机以及TL494控制器为核心，采用电流内环-电压外环的双环路控制方式实现高精度、任意比例的均流功能，采用了同步Buck拓扑结构提升DC-DC转换效率至95%左右，利用数字校准技术及PID控制算法使得输出电压误差小于30mV，均流误差小于0.2%。完成了任务要求的所有功能，各项指标均超出了任务要求，并且扩展了双电源冗余热备份、输出电压设置功能。

关 键 词：开关电源，均流，同步降压，PID算法

Abstract: A current sharing system based on MSP430 (MCU) and TL494 (PWM controller) is presented in this manuscript. The function of current sharing with high accuracy and arbitrary proportion setup is accomplished by means of dual-loop control technology, which adopts an internal current feed back loop and an external voltage feedback loop. The synchronous buck topological structure is employed to reduce the loss of DC-DC, which results a total efficiency up to 95%. Attribute to the digital calibration and PID control algorithm, the error of output voltage is less than 30mV and the accuracy of current-sharing is superior to 0.2%. The system described in this article exceeds all the expected technical requirements. In addition, the extended functions of hot standby redundant and output voltage setting are also implemented

Key word: Switching power supply, Current sharing, Synchronous buck, PID algorithm

一、 方案论证与比较

1.1  DC/DC拓扑结构方案：

方案1：根据题意，DC/DC的输出电压低于输入电压因此采用降压拓扑（Buck）结构。若采用传统Buck结构，优点是电路简单，缺点是续流环路中含有一只二极管，即使选用低压降的肖特基二极管，在大电流下仍然会发热损耗导致效率下降。通常，传统Buck型拓扑的效率很难超过90%。

方案2：采用具有同步整流的Buck结构，利用MOS管替代二极管续流，虽然控制电路较复杂，但因MOS管导通电阻极低，效率比传统Buck高。为满足扩展部分效率尽可能高的要求，本作品选用同步Buck拓扑结构。

1.2  均流控制方案选择：

方案1：输出阻抗法，也称为下垂法、斜率法。各模块均工作于恒压模式，利用反馈或其他手段调整各模块的输出阻抗使其输出特性斜率趋于一致实现均流。该方法是实现均流最粗略的简易方法，控制精度很低。

方案2：主从模式法。主模块为稳压源，按照电压控制规律工作；从模块为稳流源，按照电流控制规律工作。该方案优点是主从模块可独立控制：主模块直接决定输出电压，从模块负责调整电流分配额。缺点是各模块不具备互换性，一旦主模块故障会导致整个系统瘫痪。

方案3：最大电流法。利用一条均流母线连接各电源模块，电流最大的模块自动成为主模块，其余模块以它为参照进行均流调整。优点是各模块对等，可以实现冗余热备份功能，有成熟产品（如UC3907均流控制器）。缺点是均流母线上电压相等，均流比固定为1：1，调整比例很困难。

方案4：双层环路法。各路电源模块配置为恒流模式（内环）直接并联，再通过电压控制环路稳定输出电压（外环）。因为电流源允许直接并联，总电流即为各路电流之和，因此可以实现直接指定各路电流比例。缺点是大环调整速度较慢，且容易振荡，环路稳定性需要特别仔细调整。

根据题目各项指标分析，首先排除方案1。方案3是目前主流的方法，但因均流母线并联的限制，实现流比自由设定的技术难度较大，故排除。方案2能够直接达到基本部分的所有要求，也可通过控制算法实现任意可设比例的要求，技术难度较低，可与考虑。方案4虽然存在缺点，但在本题中对输出电流比例的精度要求较高（2%）；对输出电压稳定时间（5秒）及电压精度（5%）要求较低，恰好能发挥其电流精度高、可任意设置的优点，避开电压调整速度慢和电压环路误差大等缺点，且各模块对等可实现冗余热备份功能。因此最终选用方案4。

更多内容请下载： 2011年电赛西安电子科技大学A题报告（邵明绪 孙永强 杨福荣）.doc (1.57 MB, 下载次数: 332)

2012-11-20 18:35 上传

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tiankai001

瑞萨杯/? 到底是全国赛还是瑞萨杯？

 

 

maylove

2011年是全国大学生电子大赛，瑞萨赞助的！

IC爬虫

指导老师竟然是谢楷，果然名师出高徒啊！

 

tiankai001

呵呵，我真是孤陋寡闻，不好意思哦，闹笑话了

 

anvy178

厉害哦 他们

 

邶风

看到他们在人民大会堂前的照片，心里又有一些痒，当时只差一点就可以去了。不过人家确实付出的努力比常人多，获得奖励也是应得的。

 

open82977352

专业技能很重要，团队也很重要
电赛不是一个人的比赛，要培养良好的团队精神，做到1+1+1>3

wstt

先是sony杯，应该是从09年开始由瑞萨持续资助5届

小崇伟

厉害啊！

anvy178

明年加油 争取 努力

wateras1

有付出就有收获，不容易。

邶风

2013年的时候就已经本科毕业了，大学四年只有那么一次

anvy178

呵呵  只要努力 就有机会 努力 自己自费去

fifasanguo

哎，我们也是只差一步到北京啊！！！

在路上的旁观者

原帖由 IC爬虫 于 2012-11-20 16:46 发表
指导老师竟然是谢楷，果然名师出高徒啊！

谢楷老师很牛的，有拜读过他的书

youyou_hu111

名师出高徒

tanlic

顶顶！不过我们学校有个“机电工程学院”么？！