两年一度的电赛国赛年马上到了，大家准备如何了？达尔闻邀请了往届国一选手们，为大家分享不同赛题需要准备的模块。第一期电源类赛题的赛前准备，由19年和21年两届电赛国一的老选手、西安电子科技大学的惠玉皎为大家讲解——

关于电源类赛题的备战经验，之前达尔闻也出了一期视频（备战电赛：知识储备/赛题分析/单片机学习），大家也可以参考，里面系统地介绍了赛前的准备工作。本期视频则着重讲一下电源类赛题需要准备的模块以及模块设计的注意事项。

模块准备：我们在赛前可以准备一些辅助电源模块、功率电源模块、逆变模块、单片机最小系统板等一些电路模块，让我们在比赛的过程节省大量的时间。

(资料图片)

☞辅助电源模块：

辅助电源是所有赛题都需要准备的，可以为系统的测控电路供电，但是电源题的供电电压通常会比较高，电压范围也比较宽，因此就需要多准备一些不同工作电压范围的辅助电源模块。

接下来我就为大家介绍一下我们以前准备的辅助电源。

下图是降压电源模块的PCB，可以在PCB上焊接不同的电源芯片来适应不同的输入电压范围，比如，焊接SY8401就可以支持最高55V的输入电压，SY8120则可以支持最高18V的输入电压。

下图是基于SY8088的低电压同步整流辅助电源模块，主要用于5.5V以下的电压转换。

下图是升压辅助电源模块SX1308：

升压辅助电源我们基于SX1308设计，当输入电源电压比较低时，就可以用它升压，为栅极驱动器等电路供电。

因为电赛作品主要是以洞洞板焊接为基础，我们设计的这些辅助电源的输入输出接口可以采用2.54mm的排针，更方便地焊接在洞洞板上。

除此之外，我们还可以准备一些成品的电源模块，比如220V电源模块、隔离DC-DC电源de模块等，以备不时之需。比如我们在2020年电赛时，就采用了一个220V的电源模块改造为高压的DC-DC辅助电源模块，为系统控制电路进行供电。

☞功率电源模块：

功率电源模块则是作为电源系统的主要功率回路，是电源题考查的重点，也是设计最复杂和困难的部分。在设计功率电源模块时，需要重点考虑到电源的输入输出电压电流范围、器件散热、模块效率、功能和拓展性等问题，在设计时，我推荐优先考虑开关管外置的同步整流方案，这样在竞赛时可以根据赛题的要求灵活地选择合适的MOSFET等器件，适应赛题的要求。

这里就以LM5117同步整流降压电源模块为例，为各位介绍一下我们的设计。

在这块PCB上，我们将LM5117几乎所有的控制引脚都采用排针引出，可以采用跳线帽选择LM5117的工作模式，或是使用单片机进行控制。除此之外，还预留了单片机电压调整接口，单片机可以通过DAC功能控制模块的输出电压。

除了采用专用的电源控制器设计的电源模块，我们还设计了可以采用单片机的PWM直接驱动的双向DCDC模块，比如这个就是一个双向DC-DC模块，从左往右使用就是一个Buck模块，从右往左就是Boost模块。我们还在这个模块上集成了输入输出的电压电流采样电路。我在2021年的电赛中就采用了两块这样的双向电源模块，最终也获得了国一的成绩。

☞逆变模块：

DC-AC也是历年电赛考察的重点之一，因此我们也需要准备一下逆变模块，比如这是我们准备的三相逆变模块，可以实现三相的DC-AC变换，如果要做单相逆变则只需要焊接其中的两个半桥电路就可以。在这个模块上，我们还集成了三相的交流电流和电压采样功能。

关于这个模块的设计，我们在之前也做过一个2017年电赛题的手把手教学分享，各位感兴趣的话可以看一看：手把手带做电赛真题：01 硬件原理图/PCB设计；02 焊接/写STM32代码/调PID 沉浸式；03 测试方法/步骤 实验结果完美（软硬件开源）

☞单片机最小系统板：

电赛某些赛题会指定采用TI的处理器，所以各位记得在官网上申请或者购买一些TI的板卡。常见的单片机最小系统板各位可以上某宝直接购买，应对大多数的赛题都是完全足够的。当然，有余力的话也可以自己设计最小系统板。我们也设计了一些单片机最小系统板，和主流的最小系统板的主要区别是我们采用开关电源代替LDO，可以支持更宽的输入电源电压范围，并且能量损耗更低，带负载能力更强。单片机的ADC参考电压源采用专用的电压基准芯片提供，这样ADC的测量结果也更精确可靠。

☞其他模块：

除了上面介绍的这些模块，我们还准备了一些其他的PCB模块，比如使用ETA3000的锂电池组主动均衡模块、使用IP2312的锂电池充电模块、DAPLINK下载器、贴片转直插的转接板等。

设计PCB注意事项：

介绍完我们准备的模块后，我为大家总结了一些模块准备的注意事项：

1）模块设计时需要预留足够的接口，包括输入输出、测试、控制接口等。

2）需要充分考虑模块的功能性和拓展性，预留好各功能电路，可以不用，但不能没有。

3）需要考虑洞洞板结合性，竞赛时，大部分队伍应该时没有时间设计打样PCB，需要使用洞洞板设计焊接，也通常会采用洞洞板连接各个电路模块。

最后是需要关注竞赛器件清单的发布，在竞赛前几周会公布推荐的仪器和器件清单，拿到清单后要认真分析清单内容，准备可能用到的模块和PCB。比如2019年电赛，我们通过分析清单，猜测可能会出无线充电小车相关的赛题，就临时准备了一块无线充电小车的PCB，在竞赛时果真用上了，为我们竞赛期间节省了很多时间。

编辑：黄飞