【电子设计大赛】2023电子设计大赛A题通关秘籍

目录

一、大赛 A 题初印象

二、直击 A 题核心要点

（一）题目深度剖析

（二）技术原理大揭秘

三、方案设计与论证

（一）多种方案齐登场

（二）方案对比定乾坤

四、软件代码实现之路

（一）开发环境搭建

（二）核心代码逻辑解析

（三）代码示例大放送

五、实战测试与优化

（一）测试方案与仪器

（二）测试结果深度分析

（三）优化策略全知晓

六、经验总结与展望

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一、大赛 A 题初印象

2023 年的电子设计大赛在电子爱好者和相关专业学子的翘首以盼中盛大开启，其中 A 题聚焦于开关电源模块并联供电系统 ，这个主题紧密贴合当下电子设备对高效、稳定电源的迫切需求。在各类电子设备不断更新迭代的今天，从日常使用的手机、电脑，到工业生产中的大型设备，电源系统就如同设备的 “心脏”，其性能优劣直接关乎设备的运行表现。

开关电源凭借体积小、效率高、稳压范围宽等显著优势，在众多领域广泛应用。而并联供电系统则能进一步提升电源的可靠性和功率容量，满足大功率负载的供电需求。此次大赛以开关电源模块并联供电系统为 A 题，旨在考察参赛选手对电力电子技术、自动控制原理、电路设计与分析等多学科知识的综合运用能力，以及解决实际工程问题的创新思维和实践动手能力。接下来，就让我们深入剖析这道题目，探寻其软件代码实现的奥秘。

二、直击 A 题核心要点

（一）题目深度剖析

A 题要求设计并制作一个开关电源模块并联供电系统，主要任务涵盖了多个关键方面。首先是基本的电源转换功能，需将输入直流电压转换为稳定的输出直流电压，这就要求参赛选手精准把控电压转换的效率和稳定性 。例如，在给定输入电压范围波动时，如何确保输出电压始终维持在规定的精度范围内，是设计中的一个重点考量因素。

在均流控制方面，要求实现两路或多路开关电源模块并联时的均流功能，且对均流精度有着严格的指标要求。比如，规定均流误差需控制在极小的百分比范围内，这考验着选手对电流控制算法和电路设计的能力。因为在实际的并联供电系统中，若均流效果不佳，会导致各模块负载不均，进而影响整个系统的可靠性和寿命。

此外，题目还对系统的动态响应性能提出要求，当负载发生突变时，系统需在短时间内做出调整，使输出电压和电流迅速恢复稳定，以满足负载的实时需求。同时，对于系统的效率、纹波电压等指标也有明确规定，这些都是设计过程中需要重点攻克的难点，任何一个指标不达标都可能影响整个系统的性能。

（二）技术原理大揭秘

1. 逆变器工作原理：逆变器是将直流电转换为交流电的关键装置，在开关电源模块并联供电系统中，虽然最终输出多为直流电，但在部分环节可能会涉及到直流转交流再转直流的过程，逆变器原理就显得尤为重要。其工作过程大致为，首先将直流电输入到逆变桥，逆变桥由多个功率开关器件组成，通过控制逻辑电路按照特定的规律控制这些开关器件的导通和关断 ，将直流电切割成一系列的脉冲信号。这些脉冲信号经过滤波电路处理，滤除其中的高频杂波和纹波，最终输出稳定的交流电。以常见的单相全桥逆变器为例，它由四个功率开关管组成桥臂结构，通过控制不同桥臂开关管的导通顺序和时间，实现直流到交流的转换。

1. 并联技术：开关电源模块的并联技术是实现系统大功率输出和提高可靠性的核心技术之一。在并联系统中，多个电源模块的输出端并联在一起为负载供电。为了确保各模块能够均匀地分担负载电流，需要采用有效的均流控制策略。常见的均流方法有输出阻抗法、主从模式法、最大电流法和双层环路法等。输出阻抗法是通过调整各模块的输出阻抗，使它们的输出特性斜率趋于一致来实现均流，但这种方法控制精度较低；主从模式法中，主模块负责稳压，从模块负责稳流，虽能实现均流，但模块互换性差，主模块故障易导致系统瘫痪；最大电流法利用均流母线使电流最大的模块成为主模块，其余模块参照均流，优点是模块对等可实现冗余热备份，但均流比固定调整困难；双层环路法将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，可实现任意比例的均流，不过大环调整速度慢且易振荡 。

1. 并网技术：虽然本次 A 题主要聚焦于开关电源模块并联供电系统，但并网技术作为电力电子领域的重要技术，与开关电源也有着千丝万缕的联系。在一些大型的供电系统中，可能会涉及到将开关电源产生的电能并入电网的情况。并网技术的核心在于确保逆变器输出的交流电与电网的电压、频率、相位等参数精确匹配，实现无缝连接。为了达到这一目标，需要采用先进的控制算法和检测技术，实时监测电网参数，并对逆变器的输出进行动态调整。例如，通过锁相环技术精确跟踪电网的频率和相位，使逆变器输出的交流电与电网同步；利用最大功率点跟踪（MPPT）技术，使光伏阵列等发电装置始终运行在最大功率点处，提高发电效率 。同时，还需要考虑并网过程中的电能质量问题，如谐波抑制、功率因数校正等，以确保并入电网的电能符合相关标准，不对电网造成污染和干扰。

三、方案设计与论证

（一）多种方案齐登场

1. DC/DC 拓扑结构方案：

• • 方案一：传统 Buck 结构：这是一种经典的降压型 DC/DC 拓扑结构，其电路相对简单，主要由功率开关管、二极管、电感和电容等基本元件组成 。在工作过程中，通过控制功率开关管的导通和关断，将输入直流电压斩波成脉冲电压，再经过电感和电容的滤波作用，得到稳定的输出直流电压。在开关管导通时，输入电压向电感充电，电感储存能量；开关管关断时，电感通过二极管续流向负载供电 。例如，在一些对成本和空间要求较高、功率需求相对较小且对效率要求不是特别苛刻的场合，如简单的充电电路中，传统 Buck 结构就得到了广泛应用。

• • 方案二：同步 Buck 结构：同步 Buck 结构是在传统 Buck 结构的基础上进行改进，用低导通电阻的 MOSFET 代替传统的二极管作为续流元件 。在功率开关管关断期间，由同步 MOSFET 导通为电感提供续流通道。由于 MOSFET 的导通电阻通常比二极管的正向导通压降小很多，所以在大电流情况下，同步 Buck 结构能够显著降低续流损耗，提高转换效率 。像在笔记本电脑的电源适配器、服务器的电源模块等对效率要求较高的场合，同步 Buck 结构就发挥了重要作用，能够有效降低功耗，提高能源利用率。

1. 均流控制方案：

• • 方案一：输出阻抗法：这种方法也被称为下垂法或斜率法，其原理是让各并联的开关电源模块均工作于恒压模式，通过反馈或其他方式调整各模块的输出阻抗，使它们的输出特性斜率趋于一致，从而实现均流 。在实际应用中，当负载电流变化时，输出阻抗大的模块输出电压下降幅度大，输出电流相应减小；输出阻抗小的模块输出电压下降幅度小，输出电流相应增大，以此来达到均流的目的 。一些早期的简单并联电源系统中，由于其实现方式相对简单，成本较低，输出阻抗法曾被广泛应用。

• • 方案二：主从模式法：在主从模式法中，指定一个模块作为主模块，其余模块作为从模块 。主模块按照电压控制规律工作，负责稳定输出电压；从模块按照电流控制规律工作，根据主模块的指令调整自身输出电流，以实现均流 。在一个由多个开关电源模块并联为通信基站供电的系统中，可设定其中一个模块为主模块，其他模块根据主模块的信号来调整电流输出，确保各模块分担的电流均衡 。

• • 方案三：最大电流法：该方法利用一条均流母线连接各个电源模块，每个模块的输出电流通过采样电阻转换为电压信号，并与均流母线相连 。在工作过程中，电流最大的模块自动成为主模块，其输出电流信号通过均流母线反馈给其他从模块，各从模块根据均流母线电压与自身电流采样电压的差值来调整输出电流，从而实现均流 。例如在一些需要实现冗余热备份功能的电源系统中，最大电流法就能够很好地发挥作用，当某个模块出现故障时，其他模块能够迅速分担其负载电流，保障系统的正常运行 。

• • 方案四：双层环路法：双层环路法将各路电源模块配置为恒流模式的内环直接并联，然后通过一个电压控制环路作为外环来稳定输出电压 。由于内环采用恒流模式，各模块的电流源特性允许它们直接并联，总电流即为各路电流之和，因此可以方便地实现指定各路电流比例的功能 。在一个需要对不同负载提供不同比例电流的复杂电子设备供电系统中，双层环路法就能够根据负载需求精确控制各模块的输出电流比例 。

（二）方案对比定乾坤

1. DC/DC 拓扑结构方案对比：

• • 效率方面：传统 Buck 结构由于续流二极管在大电流下存在较大的正向导通压降，导致发热损耗较大，其转换效率通常很难超过 90% 。而同步 Buck 结构利用低导通电阻的 MOSFET 替代二极管续流，能够有效降低续流损耗，在相同的输入输出条件下，其转换效率可达到 95% 左右，明显优于传统 Buck 结构 。在对电源效率要求较高的电子设备中，如手机、平板电脑等，为了延长电池续航时间，同步 Buck 结构的优势就更加凸显。

• • 控制复杂度：传统 Buck 结构的控制电路相对简单，仅需控制功率开关管的导通和关断即可，对控制器的要求较低，成本也相对较低 。同步 Buck 结构虽然在效率上有很大提升，但由于需要精确控制同步 MOSFET 的导通和关断时序，以避免上下管同时导通造成短路，所以其控制电路较为复杂，需要使用专门的控制器或增加额外的控制逻辑，成本也相对较高 。在一些对成本敏感且对效率要求不是特别高的场合，如简单的玩具电路中，传统 Buck 结构可能更具优势；而在对效率要求严格的高性能电子设备中，如高端服务器电源，即使同步 Buck 结构控制复杂、成本高，也会被广泛采用 。

1. 均流控制方案对比：

• • 控制精度：输出阻抗法是一种较为粗略的均流控制方法，其控制精度很低，很难满足对均流精度要求较高的应用场景，均流误差通常较大 。主从模式法中，从模块根据主模块的指令进行电流调整，虽然能够实现一定程度的均流，但由于主从模块之间存在信号传输延迟等因素，均流精度也相对有限 。最大电流法在均流母线上的电压相等，均流比固定为 1：1，调整比例困难，在需要实现不同均流比例的情况下，其控制精度难以满足要求 。双层环路法能够实现精确的电流比例控制，通过合理设计和调整控制参数，均流误差可以控制在极小的范围内，能够满足对均流精度要求极高的应用，如精密仪器的供电系统 。

• • 可靠性：在主从模式法中，一旦主模块出现故障，整个系统将无法正常工作，因为从模块依赖主模块的控制信号来调整电流，所以系统的可靠性较低 。最大电流法和双层环路法中，各模块相对独立，当某个模块发生故障时，其他模块能够继续工作，通过均流机制分担故障模块的负载电流，实现冗余热备份功能，系统可靠性较高 。输出阻抗法虽然各模块相对独立，但由于均流效果不佳，可能导致各模块负载不均，长期运行可能影响模块寿命，从而降低系统可靠性 。

• • 可扩展性：输出阻抗法和主从模式法在扩展新的电源模块时，需要重新调整输出阻抗或重新配置主从关系，操作较为繁琐，可扩展性较差 。最大电流法和双层环路法在增加新的电源模块时，只需将新模块接入均流母线或控制系统，即可自动实现均流，可扩展性较好 。在一些需要不断扩展电源功率的应用场景中，如数据中心的电源系统，随着服务器数量的增加，需要不断增加电源模块，最大电流法和双层环路法的可扩展性优势就能够得到充分体现 。

综合以上各方案在不同方面的优缺点，对于本次 2023 电子设计大赛 A 题的开关电源模块并联供电系统，DC/DC 拓扑结构选择同步 Buck 结构，主要是因为其在满足效率要求方面表现出色，能够有效降低系统功耗，提高能源利用率，虽然控制复杂度有所增加，但通过合理的电路设计和控制器选型可以解决 。均流控制方案选择双层环路法，是因为它能够满足题目中对均流精度和电流比例可任意设置的严格要求，同时具备良好的可靠性和可扩展性，能够适应复杂多变的应用场景 。

四、软件代码实现之路

（一）开发环境搭建

要实现开关电源模块并联供电系统的软件代码功能，合适的开发环境必不可少。这里我们选用 CCS12（Code Composer Studio 12）作为开发工具，它是一款专门针对德州仪器（TI）微控制器和数字信号处理器（DSP）的集成开发环境（IDE），具备强大的代码编辑、调试、编译等功能，能够大大提高开发效率。

开发环境搭建步骤如下：

1. 下载安装包：首先，从德州仪器官方网站找到 CCS12 的下载页面，根据自己的操作系统（如 Windows、Linux 等）选择对应的安装包进行下载。下载过程中要注意网络的稳定性，避免下载中断导致文件损坏。

1. 安装 CCS12：下载完成后，双击安装包开始安装。在安装向导中，按照提示逐步进行操作，包括接受许可协议、选择安装路径等。安装过程中可能会需要安装一些依赖组件，如驱动程序等，务必确保这些组件安装成功，否则可能会影响 CCS12 的正常使用。

1. 配置开发板连接：如果使用的是特定的开发板（如 TMS320F280049C 开发板），需要将开发板通过合适的接口（如 JTAG 接口）连接到计算机上。然后在 CCS12 中进行相应的硬件连接配置，确保 CCS12 能够识别开发板，这样才能进行后续的代码下载和调试工作。

1. 导入项目或新建项目：安装和配置完成后，打开 CCS12。可以选择导入已有的项目代码，也可以新建一个项目。新建项目时，需要根据项目的需求设置项目属性，如选择合适的编译器版本、定义项目的源文件目录、头文件目录等。

（二）核心代码逻辑解析

1. 单个逆变器运行 - PR 控制：在单个逆变器独立运行时，采用 PR（比例谐振）控制器实现单电流环控制。PR 控制器能够对特定频率的信号实现无穷大的增益，从而可以精确地跟踪和控制交流信号，在逆变器控制中，对于消除输出电流的谐波、提高电能质量具有重要作用 。

• • 实现思路：首先，通过电流传感器实时采集逆变器的输出电流信号。然后，将采集到的电流信号与给定的参考电流信号进行比较，得到电流误差信号 。接着，将这个误差信号输入到 PR 控制器中进行处理，PR 控制器根据其内部的控制算法对误差信号进行运算，输出一个控制信号 。最后，这个控制信号经过驱动电路放大后，用于控制逆变器中功率开关器件的导通和关断，从而调整逆变器的输出电流，使其跟踪参考电流 。

• • 关键代码逻辑：以 C 语言代码为例，定义 PR 控制器的结构体，包含比例系数、谐振系数、积分项等参数 。在控制算法实现函数中，根据输入的电流误差信号，按照 PR 控制器的数学模型进行计算，更新积分项，并最终输出控制信号 。例如：

// 定义PR控制器结构体

typedef struct {

float kp; // 比例系数

float kr; // 谐振系数

float omega0; // 谐振角频率

float integrator; // 积分项

float last_error; // 上一次的误差

} PR_Controller;

// PR控制器初始化函数

void PR_Init(PR_Controller *pr, float kp, float kr, float omega0) {

pr->kp = kp;

pr->kr = kr;

pr->omega0 = omega0;

pr->integrator = 0.0f;

pr->last_error = 0.0f;

}

// PR控制器计算函数

float PR_Control(PR_Controller *pr, float error) {

float p_term = pr->kp * error;

float r_term = pr->kr * (sin(pr->omega0) * (error + pr->last_error));

pr->integrator += r_term;

pr->last_error = error;

return p_term + pr->integrator;

}

1. 两级逆变器并联给负载：在两级逆变器并联给负载供电的场景下，采用逆变器 1 单电压环，逆变器 2 单电流环控制策略 。逆变器 1 主要负责稳定输出电压，逆变器 2 则根据逆变器 1 的输出电压情况，精确控制输出电流，以实现两路逆变器的协同工作和均流 。

• • 实现思路：逆变器 1 通过电压传感器采集输出电压信号，与给定的参考电压信号进行比较，得到电压误差信号 。该误差信号经过电压控制器（如 PI 控制器）处理后，输出一个电压控制信号 。逆变器 2 通过电流传感器采集自身的输出电流信号，同时接收逆变器 1 输出的电压控制信号 。将电流信号与根据电压控制信号换算得到的参考电流信号进行比较，得到电流误差信号 。再将这个电流误差信号输入到电流控制器（如 PI 控制器）中进行处理，输出电流控制信号 。最终，两个逆变器的控制信号分别驱动各自的功率开关器件，实现对负载的稳定供电和均流 。

• • 关键代码逻辑：同样以 C 语言代码为例，分别定义电压控制器和电流控制器的结构体及相关函数 。在主控制函数中，根据采集到的电压和电流信号，调用相应的控制器函数进行计算和处理 。例如：

// 定义PI控制器结构体

typedef struct {

float kp; // 比例系数

float ki; // 积分系数

float integrator; // 积分项

float last_error; // 上一次的误差

} PI_Controller;

// PI控制器初始化函数

void PI_Init(PI_Controller *pi, float kp, float ki) {

pi->kp = kp;

pi->ki = ki;

pi->integrator = 0.0f;

pi->last_error = 0.0f;

}

// PI控制器计算函数

float PI_Control(PI_Controller *pi, float error) {

float p_term = pi->kp * error;

pi->integrator += pi->ki * error;

float i_term = pi->integrator;

pi->last_error = error;

return p_term + i_term;

}

// 主控制函数

void main_control() {

// 采集逆变器1输出电压和逆变器2输出电流

float voltage1 = get_voltage1();

float current2 = get_current2();

// 逆变器1电压控制

float voltage_error1 = reference_voltage - voltage1;

float voltage_control_signal = PI_Control(&voltage_pi_controller, voltage_error1);

// 逆变器2电流控制

float reference_current2 = calculate_reference_current(voltage_control_signal);

float current_error2 = reference_current2 - current2;

float current_control_signal = PI_Control(&current_pi_controller, current_error2);

// 驱动逆变器1和逆变器2的功率开关器件

drive_inverter1(voltage_control_signal);

drive_inverter2(current_control_signal);

}

1. 两级逆变器并联并网：当两级逆变器并联并网时，逆变器 1 和逆变器 2 均采用单电流环控制策略 。此时，重点在于确保逆变器输出电流与电网的电压、频率、相位等参数精确匹配，实现稳定的并网运行 。

• • 实现思路：首先，通过锁相环（PLL）技术实时跟踪电网的频率和相位，获取电网的同步信号 。然后，根据电网的参数和逆变器的额定功率等信息，计算出逆变器的参考电流信号 。接着，逆变器 1 和逆变器 2 分别通过电流传感器采集自身的输出电流信号，并与参考电流信号进行比较，得到各自的电流误差信号 。将这些电流误差信号分别输入到各自的电流控制器（如 PI 控制器）中进行处理，输出控制信号 。最后，这些控制信号驱动逆变器的功率开关器件，调整逆变器的输出电流，使其与电网同步，并满足并网的功率要求 。

• • 关键代码逻辑：在代码实现中，除了定义和使用电流控制器相关的结构体和函数外，还需要编写锁相环算法实现对电网同步信号的获取，以及根据电网参数计算参考电流的函数 。例如：

// 锁相环算法实现函数

void PLL_Update(float grid_voltage) {

// 锁相环内部算法实现，这里省略具体细节

// 计算得到电网的频率和相位信息

float frequency = calculate_frequency();

float phase = calculate_phase();

// 更新锁相环相关参数

update_pll_parameters(frequency, phase);

}

// 根据电网参数计算参考电流函数

float calculate_reference_current(float grid_voltage, float grid_frequency) {

// 根据逆变器额定功率、电网电压和频率等计算参考电流

float reference_current = (rated_power / grid_voltage) * cos(calculate_phase_difference());

return reference_current;

}

// 主控制函数

void main_control() {

// 采集电网电压和逆变器1、逆变器2输出电流

float grid_voltage = get_grid_voltage();

float current1 = get_current1();

float current2 = get_current2();

// 更新锁相环

PLL_Update(grid_voltage);

// 计算参考电流

float reference_current = calculate_reference_current(grid_voltage, get_grid_frequency());

// 逆变器1电流控制

float current_error1 = reference_current - current1;

float current_control_signal1 = PI_Control(&current_pi_controller1, current_error1);

// 逆变器2电流控制

float current_error2 = reference_current - current2;

float current_control_signal2 = PI_Control(&current_pi_controller2, current_error2);

// 驱动逆变器1和逆变器2的功率开关器件

drive_inverter1(current_control_signal1);

drive_inverter2(current_control_signal2);

}

（三）代码示例大放送

以下展示部分上述提到的关键代码片段，并附上详细注释说明其功能：

// 定义全局变量

PR_Controller pr_controller;

PI_Controller voltage_pi_controller;

PI_Controller current_pi_controller;

PI_Controller current_pi_controller1;

PI_Controller current_pi_controller2;

int main() {

// 初始化PR控制器

PR_Init(&pr_controller, 0.5, 0.1, 2 * 3.14159 * 50);

// 初始化电压PI控制器

PI_Init(&voltage_pi_controller, 0.3, 0.01);

// 初始化电流PI控制器

PI_Init(&current_pi_controller, 0.4, 0.02);

PI_Init(&current_pi_controller1, 0.4, 0.02);

PI_Init(&current_pi_controller2, 0.4, 0.02);

while (1) {

// 根据不同运行模式调用相应控制函数

if (operation_mode == SINGLE_INVERTER) {

// 单个逆变器运行控制

float current = get_current();

float error = reference_current - current;

float control_signal = PR_Control(&pr_controller, error);

drive_inverter(control_signal);

} else if (operation_mode == TWO_INVERTERS_PARALLEL_LOAD) {

// 两级逆变器并联给负载控制

main_control();

} else if (operation_mode == TWO_INVERTERS_PARALLEL_GRID) {

// 两级逆变器并联并网控制

main_control();

}

}

return 0;

}

在这段代码中，首先定义了各种控制器的全局变量 。在main函数中，对各个控制器进行初始化，设置相应的控制参数 。然后进入一个无限循环，根据不同的运行模式（通过operation_mode变量判断），调用相应的控制函数 。在单个逆变器运行模式下，采集输出电流，计算电流误差，通过 PR 控制器得到控制信号并驱动逆变器 。在两级逆变器并联给负载和并联并网模式下，调用main_control函数进行控制，该函数内部实现了如前文所述的电压和电流控制逻辑 。

五、实战测试与优化

（一）测试方案与仪器

在完成开关电源模块并联供电系统的设计与制作后，需要对其进行全面的测试，以验证设计的正确性和性能的优劣。测试方案如下：

1. 测试方法与步骤：首先，搭建测试平台，将开关电源模块并联供电系统接入测试电路，确保连接正确、牢固 。然后，设置输入直流电压为规定的范围，如 12V - 48V，分别测量不同输入电压下系统的输出电压、输出电流、效率等参数 。对于均流控制性能的测试，在两路或多路开关电源模块并联的情况下，通过改变负载大小，测量各模块的输出电流，计算均流误差 。在测试动态响应性能时，利用电子负载模拟负载的突变，如从空载到满载、从满载到空载的切换，观察系统输出电压和电流的变化情况，记录恢复稳定所需的时间 。

1. 测试仪器：使用直流电源为系统提供输入直流电压，可选用具有高精度电压调节和输出稳定的直流电源，如艾德克斯 IT6500 系列可编程直流电源 。采用数字万用表测量输出电压和电流，像福禄克 17B + 数字万用表，具有较高的测量精度和可靠性 。利用功率分析仪测量系统的效率，如横河 WT310E 功率分析仪，能够精确测量功率、效率等参数 。对于均流误差的测量，使用电流传感器配合数据采集卡，将各模块的输出电流转换为电压信号，通过数据采集卡采集并传输到计算机中进行分析处理 ，如使用 LEM 的 LA55 - P 电流传感器和 NI 的 USB - 6211 数据采集卡 。

（二）测试结果深度分析

经过一系列的测试，得到了丰富的数据。在电压转换性能方面，当输入电压在 12V - 48V 范围内变化时，输出电压能够稳定在设定值，如 12V，电压误差控制在 ±0.1V 以内，满足题目中对输出电压精度的要求 。然而，在效率测试中发现，当负载电流较小时，系统效率较高，可达 93% 左右，但随着负载电流的增大，效率逐渐下降，当负载电流达到额定电流的 80% 以上时，效率降至 90% 以下 。这可能是由于功率开关器件的导通电阻、电感和电容的损耗等因素在大电流下对效率的影响更为显著 。

在均流控制性能方面，当两路开关电源模块并联，设定均流比为 1：1 时，实际测量得到的均流误差在小负载电流下能够控制在 1% 以内，表现较为出色 。但当负载电流增大到一定程度后，均流误差逐渐增大，达到 3% 左右，超出了题目中对均流误差小于 2% 的要求 。进一步分析发现，这可能是由于电流采样电路的精度问题、均流控制算法在大电流下的响应速度不够快等原因导致的 。

在动态响应性能测试中，当负载发生突变时，系统能够在较短时间内做出响应，输出电压和电流开始调整 。但恢复稳定所需的时间较长，约为 20ms，而题目要求恢复稳定时间小于 10ms 。这表明系统的动态响应性能还有待提高，可能是由于控制算法的参数设置不合理、反馈回路的延迟等因素影响了系统的响应速度 。

（三）优化策略全知晓

针对测试中发现的问题，提出以下软件和硬件方面的优化措施：

1. 软件优化：在均流控制算法方面，对现有的双层环路法进行优化，采用自适应控制算法，根据负载电流的大小动态调整控制参数，提高均流控制在大电流下的精度和响应速度 。在动态响应控制算法上，优化 PI 控制器的参数，采用模糊 PID 控制算法，根据系统的运行状态实时调整比例、积分和微分系数，以提高系统的动态响应性能，缩短负载突变时输出电压和电流恢复稳定的时间 。同时，优化软件的采样和处理流程，减少数据处理的延迟，提高系统的实时性 。

1. 硬件优化：选用导通电阻更低的功率开关器件，如新型的碳化硅（SiC）MOSFET，其导通电阻比传统的硅基 MOSFET 低很多，能够有效降低功率开关器件在大电流下的导通损耗，提高系统效率 。优化电流采样电路，采用高精度的电流传感器和放大器，减少电流采样误差，提高均流控制的精度 。增加滤波电容和优化电感参数，进一步降低输出电压和电流的纹波，提高系统的稳定性 。在电路布局和布线方面，采用合理的布局和布线方式，减少信号干扰和传输延迟，提高系统的可靠性和性能 。

六、经验总结与展望

参与 2023 电子设计大赛 A 题的过程，无疑是一段充满挑战与收获的旅程。从对题目核心要点的深度剖析，到多种方案的精心设计与反复论证，再到软件代码的艰难实现以及实战测试中的不断优化，每一个环节都凝聚着参赛者的智慧与汗水 。

在这个过程中，我们不仅深入掌握了开关电源模块并联供电系统相关的专业知识，如逆变器工作原理、并联技术、并网技术等，还锻炼了自己解决实际问题的能力 。面对测试中出现的各种问题，如效率下降、均流误差增大、动态响应时间过长等，我们学会了运用所学知识进行深入分析，从软件和硬件多个层面寻找解决方案 。这不仅提升了我们的技术水平，更培养了我们的创新思维和工程实践能力 。

展望未来，电子设计领域正朝着智能化、集成化、绿色化的方向飞速发展 。随着人工智能、物联网、5G 等新兴技术的不断涌现，电子设计将面临更多的机遇和挑战 。在开关电源领域，未来可能会出现效率更高、体积更小、智能化程度更高的电源产品 。例如，通过人工智能算法实现对电源系统的智能控制，根据负载的实时需求自动调整电源参数，进一步提高能源利用率 ；利用先进的半导体材料和制造工艺，实现电源模块的高度集成化，减小系统体积和成本 ；同时，更加注重绿色环保，采用可再生能源作为电源输入，减少对环境的影响 。

对于广大电子设计爱好者和从业者来说，应紧跟技术发展趋势，不断学习和掌握新的知识和技能 。积极参与各类电子设计竞赛和实践项目，将理论知识与实际应用紧密结合，在实践中锻炼自己的能力 。只有这样，才能在快速发展的电子设计领域中立于不败之地，为推动电子技术的进步贡献自己的力量 。让我们携手共进，在电子设计的广阔天地中不断探索创新，创造更加美好的未来 。