電源管理大賽：創(chuàng)新設(shè)計(jì)永不止步 - 全文

　　如今，電子產(chǎn)品花樣百出，電源成為這些設(shè)備必不可少的動(dòng)力，如何改進(jìn)電池管理系統(tǒng)效率；如何推動(dòng)電源的創(chuàng)新；如何提升工程師的設(shè)計(jì)水平，是現(xiàn)階段行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。在這一背景下，全球領(lǐng)先的電子及維護(hù)維修產(chǎn)品分銷(xiāo)商RS Components（歐時(shí)電子）攜手電子發(fā)燒友網(wǎng)舉辦了第一屆電源設(shè)計(jì)大賽，助力工程師激發(fā)創(chuàng)新靈感，提升設(shè)計(jì)能力。

　　此次RS杯電源及電源管理系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)大賽總共分為初賽、決賽、總決賽三個(gè)流程，并邀請(qǐng)了行業(yè)資深電源技術(shù)專(zhuān)家、知名電源行業(yè)分析師和RS電源技術(shù)專(zhuān)家擔(dān)任評(píng)審委員。經(jīng)過(guò)7個(gè)月的角逐，評(píng)審委員會(huì)對(duì)提交完整設(shè)計(jì)文件和產(chǎn)品的項(xiàng)目組進(jìn)行考核，從300多人的參賽隊(duì)伍中，篩選出24支獲獎(jiǎng)隊(duì)伍脫穎而出。其中“風(fēng)華正茂隊(duì)”、“為了明天更好隊(duì)”和“電源先鋒隊(duì)”分別獲得前三名。

　　大賽的評(píng)選主要圍繞四項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：一是創(chuàng)新性，主要考慮應(yīng)用方向是否有獨(dú)到之處、設(shè)計(jì)參數(shù)以及性能設(shè)計(jì)是否合理等；二是實(shí)用性，主要考慮應(yīng)用，務(wù)求操作簡(jiǎn)單、具備一定實(shí)用價(jià)值；三是智能化，要求相對(duì)于傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)更智能、更高效、更合理；四是要具備完整性，從硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、測(cè)試指標(biāo)等都要相對(duì)完整。

　　在大賽頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)，RS亞太區(qū)技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)李國(guó)豪先生表示：“此次RS杯電源及電源管理系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)大賽涌現(xiàn)出了很多優(yōu)秀的作品和團(tuán)隊(duì)，使用功能強(qiáng)大的DesignSpark PCB工具，能夠有效幫忙工程師加速設(shè)計(jì)進(jìn)程，將節(jié)省下的時(shí)間和精力投入創(chuàng)新設(shè)計(jì)上。希望更多的電子發(fā)燒友們能勇于挑戰(zhàn)自我、超越自我、提升設(shè)計(jì)能力，設(shè)計(jì)出更多更好的電源作品。”

　　工程師原型設(shè)計(jì)致勝法寶

　　眾所周知，現(xiàn)在的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期在不斷縮短，成為限制工程師創(chuàng)新的一大瓶頸。RS一直為工程師和采購(gòu)專(zhuān)家竭誠(chéng)提供高品質(zhì)服務(wù)，旨在滿(mǎn)足縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期的需求，加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。從研發(fā)、預(yù)投產(chǎn)到維護(hù)和維修，RS服務(wù)于全球電子、自動(dòng)化及控制、測(cè)試與測(cè)量、電氣和機(jī)械組件等領(lǐng)域的超過(guò)100萬(wàn)工程師。

　　RS在五年前便開(kāi)始推出專(zhuān)業(yè)級(jí)免費(fèi)PCB設(shè)計(jì)軟件工具DesignSpark PCB，免費(fèi)為用戶(hù)提供從捕獲原理圖到印刷電路板的設(shè)計(jì)和布局所需的全部工具，是一款具有專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)的PCB設(shè)計(jì)軟件。此外，RS還提供DesignSpark Mechanical 3D直觀建模軟件及2D/3D CAD庫(kù)。DesignSpark Mechanical可以實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)入PCB ECAD文件，快速為PCB板設(shè)計(jì)外殼并導(dǎo)出STL文件格式，支持3D打印。用戶(hù)可以在DesignSpark PCB和DesignSpark Mechanical中通過(guò)一次單擊進(jìn)行物料清單即時(shí)報(bào)價(jià)，這樣可以節(jié)省報(bào)價(jià)和購(gòu)買(mǎi)的時(shí)間。RS Toolbox是RS推出的另一有效的手機(jī)應(yīng)用軟件，能讓工程師隨時(shí)隨地獲取設(shè)計(jì)參考，一站獲取需要的所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表和計(jì)算工具，非常方便實(shí)效，不僅加速產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)，更重要的是給工程師帶來(lái)更多的創(chuàng)新空間。

　　RS亞太區(qū)技術(shù)經(jīng)理謝健民先生

　　RS亞太區(qū)技術(shù)經(jīng)理謝健民表示，RS作為一家為工程師和采購(gòu)專(zhuān)家竭誠(chéng)提供高品質(zhì)服務(wù)的公司，提供了非常完善的系統(tǒng)性解決方案，并與華強(qiáng)PCB作為中國(guó)的合作伙伴支持線(xiàn)上下單，助力設(shè)計(jì)方案快速?gòu)?fù)查。

　　通過(guò)DesignSpark在線(xiàn)社區(qū)可以隨時(shí)與RS工程師實(shí)現(xiàn)互動(dòng)，這在一定程度上促進(jìn)工程師快速原型設(shè)計(jì)上提供了很好的基礎(chǔ)積累。謝健民指出，此次與電子發(fā)燒友網(wǎng)聯(lián)合舉辦電源設(shè)計(jì)大賽的初衷是想鼓勵(lì)更多工程師使用DesignSpark設(shè)計(jì)工具，搭建一個(gè)很好的互動(dòng)交流平臺(tái)，滿(mǎn)足產(chǎn)品生命周期不斷增長(zhǎng)需求，加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程。

　　對(duì)此謝健民同時(shí)指出：“RS采用革新的設(shè)計(jì)模式，主要有三點(diǎn)：一是3D建模軟件設(shè)計(jì)外殼直觀易用，無(wú)需等待；二是可以直接下載精準(zhǔn)已有的模型，省時(shí)省力，同時(shí)從RS購(gòu)買(mǎi)元器件和工具可實(shí)現(xiàn)次日送達(dá)；三是支持3D打印機(jī)快速制作實(shí)際模型，還可利用開(kāi)發(fā)套件和參考設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，并使用DesignSpark PCB和在線(xiàn)模型庫(kù)實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。”

　　同時(shí)，為加速快速原型設(shè)計(jì)資源。謝健民表示，2010年RS已經(jīng)突破專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的界線(xiàn)，讓所有對(duì)DesignSpark有興趣的設(shè)計(jì)工程師都能在這兒互動(dòng)、交流，提供免費(fèi)設(shè)計(jì)工具和豐富資源，消除創(chuàng)新阻礙，將奇思妙想化為現(xiàn)實(shí)，本屆電源設(shè)計(jì)大賽就是最好的證明，RS擁有的四大優(yōu)勢(shì)如下：

　　其一，專(zhuān)業(yè)級(jí)免費(fèi)PCB設(shè)計(jì)軟件。免費(fèi)正版PCB設(shè)計(jì)軟件工具，內(nèi)置在線(xiàn)原理圖和PCB封裝圖庫(kù)接口，即時(shí)獲取80000多種模型，內(nèi)置一鍵BOM報(bào)價(jià)和PCB報(bào)價(jià)，全球超過(guò)230，000用戶(hù)激活，將是眾多大學(xué)教育機(jī)構(gòu)的選擇。

　　其二，DesignSpark Mechanical 3D直觀建模軟件及CAD庫(kù)。包括簡(jiǎn)體中文版的多語(yǔ)言界面的直觀建模軟件無(wú)需專(zhuān)門(mén)CAD經(jīng)驗(yàn)，5分鐘即可學(xué)會(huì)3D設(shè)計(jì)，上百萬(wàn)2D/3D CAD模型供下載一鍵導(dǎo)入PCB ECAD文件，快速為PCB板設(shè)計(jì)外殼導(dǎo)出STL文件格式，支持3D打印。

　　其三，快速物理原型制作。一站式3D打印解決方案3D打印機(jī)從入門(mén)級(jí)到工業(yè)級(jí)產(chǎn)品線(xiàn)，一鍵PCB報(bào)價(jià)即可快速獲得PCB生產(chǎn)廠家報(bào)價(jià)。

　　其四，RS Toolbox。工程師能夠隨時(shí)隨地獲取所需的所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表和計(jì)算工具，用戶(hù)可免費(fèi)于App Store下載用于iPhone和iPad，并有Win 8.1多國(guó)語(yǔ)言的選擇。

　　三支獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)談DesignSpark

　　在此次電源設(shè)計(jì)大賽中，參賽者都是使用DesignSpark PCB軟件制作原理圖和PCB設(shè)計(jì)，涉及到電源管理系統(tǒng)整個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域范圍，包含有開(kāi)關(guān)電源、逆變電源、無(wú)線(xiàn)充電、低功耗設(shè)備電源設(shè)計(jì)等，我們篩選出三支獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)來(lái)分享給大家賞析。

　　1風(fēng)華正茂隊(duì)——高效移動(dòng)電源

　　鋰離子電池因儲(chǔ)能容量大、使用壽命長(zhǎng)、清潔環(huán)保、能量體積比大等眾多優(yōu)點(diǎn)，在各行各業(yè)被廣泛使用，但鋰電池過(guò)充甚至可能造成鋰電池爆炸，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的事故，所以需要相匹配的電池充放電保護(hù)電路來(lái)確保電池以及使用設(shè)備的安全。

　　演講人：溫松彬，風(fēng)華正茂隊(duì)員還包括王璐、溫松彬、李江杏

　　對(duì)此溫松彬介紹道，所設(shè)計(jì)的高效移動(dòng)電源可以實(shí)現(xiàn)降壓（充電）功能、升壓（放電）功能、輔助功能、保護(hù)功能，能確保鋰電池一定的安全性能。這是一次設(shè)計(jì)理念與歷程的分享，作品就是圍繞鋰電池的特性來(lái)設(shè)計(jì)電路，各個(gè)模塊基于微控制芯STM8、電源管理芯片EG1503、OLED控制芯片SSD1306、溫度傳感器DS18B20、鋰電池保護(hù)芯片DW01而設(shè)計(jì)的。

　　同時(shí)使用DesignSpark PCB軟件來(lái)設(shè)計(jì)原理圖和PCB布線(xiàn)，通過(guò)合理布置和調(diào)整電路及低功耗元器件的選用，然后進(jìn)行高轉(zhuǎn)換效率移動(dòng)電源方案。

　　2為了明天更好隊(duì)——高效交直流一體機(jī)

　　演講人：沈國(guó)富，為了明天更好隊(duì)員還包括孫林、孫健博、李新、楊陽(yáng)

　　現(xiàn)在降壓轉(zhuǎn)換器越來(lái)越被廣泛用于生活中的各個(gè)角落，不管是充電、供電、還是功率調(diào)壓，最重視的就是降壓轉(zhuǎn)換器的效率、帶負(fù)載能力和過(guò)壓過(guò)載保護(hù)。對(duì)此沈國(guó)富在介紹團(tuán)隊(duì)作品時(shí)介紹道，本設(shè)計(jì)很好的解決了降壓轉(zhuǎn)換器效率問(wèn)題，主要有分交流降壓和直流降壓兩部分：

　　一是交流部分。通過(guò)DF107芯片整流并通過(guò)光耦隔離芯片TLP521提取交流電的過(guò)零點(diǎn)同步信號(hào)，經(jīng)過(guò)MSP430程序延時(shí)并輸出控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)交流調(diào)壓電路的雙向可控硅T435達(dá)到交流調(diào)壓的目的；

　　二是在直流降壓部分。采用高效率的TI芯片TPS5430降壓芯片，比傳統(tǒng)的場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)效率高、損熱小，該方法實(shí)時(shí)性好、效率高。

　　“最后通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)將兩部分整合為一體機(jī)。”沈國(guó)富補(bǔ)充道，“MSP430具有理速度快、集成內(nèi)部AD、體積小、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，利用了12864液晶可實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓和電流的實(shí)時(shí)測(cè)量與設(shè)置顯示，采用DesignSpark PCB不僅是因?yàn)檫@款軟件設(shè)計(jì)時(shí)的速度，更重要的是能省了很大的成本?！?br />

　　3電源先鋒隊(duì)——程控直流穩(wěn)壓電源

　　何武林在介紹程控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)時(shí)分享道，系統(tǒng)采用Buck斬波電路為核心，以TL494為PWM信號(hào)調(diào)制器，根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)PWM 信號(hào)作出調(diào)整，進(jìn)行可靠的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。其中DC-DC 變換器采用芯片TL494構(gòu)成 Buck電路實(shí)現(xiàn)降壓輸出，AC-DC模塊通過(guò)整流橋來(lái)實(shí)現(xiàn)全波整流，有效地提高了系統(tǒng)的效率。

　　演講人：何武林，電源先鋒隊(duì)員包括張培添 、周俊、練紅海、李方用

　　同時(shí)，軟啟動(dòng)電路采用繼電器控制，防止浪涌電流，有效的保護(hù)電路，這采用單片機(jī)內(nèi)部雙通道 ADC采樣輸出電壓、輸出電流，通過(guò)顯示電路 LCD12864 液晶模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電壓和當(dāng)前電流以及系統(tǒng)預(yù)設(shè)的電壓和電流，來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電流的過(guò)流保護(hù)功能。

　　何武林講述道，當(dāng)初在電子發(fā)燒友官網(wǎng)看到RS電源大賽的時(shí)候，想抱著試一試的想法，可又怕設(shè)計(jì)會(huì)很復(fù)雜，但發(fā)現(xiàn)DesignSpark PCB能夠快速原型設(shè)計(jì)，能夠輕松、簡(jiǎn)單、直接進(jìn)行產(chǎn)品建模之后，完全改變了想法，有這么好的工具怎么也得試試，果然通過(guò)這次大賽發(fā)現(xiàn)DesignSpark PCB確實(shí)很棒，以后他會(huì)分享給更多人。

　　總的來(lái)說(shuō)，三支優(yōu)勝團(tuán)隊(duì)在電路管理設(shè)計(jì)方面都展示了各自創(chuàng)新點(diǎn)：“風(fēng)華正茂隊(duì)”在所設(shè)計(jì)的高效移動(dòng)電源具有操作性強(qiáng)、功能完整、適用多場(chǎng)景、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)；“為了明天更好隊(duì)”的電源降壓轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)清晰，輸出直流能夠保持穩(wěn)定，技術(shù)難度比較高；“電源先鋒隊(duì)”展示了在電源控制方面很多獨(dú)到設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了工程師的不斷探索與創(chuàng)新精神。當(dāng)然這些作品設(shè)計(jì)的成功，離不開(kāi)DesignSpark工具帶來(lái)的方便、實(shí)效與簡(jiǎn)潔，也離不開(kāi)電子發(fā)燒友網(wǎng)與RS提供這么好的創(chuàng)新平臺(tái)。雖然此次電源管理大賽已經(jīng)圓滿(mǎn)結(jié)束，但是創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念不會(huì)停止，它將永遠(yuǎn)伴隨在設(shè)計(jì)的征程上。