华中科技大学 | 吃瓜少年的TI杯国赛之旅
发布时间：2022-01-19
作者：
编辑：吴葛
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来源：德州仪器校园计划
武汉夏天的夜晚，夜幕低垂，暑气仍未消散，而华中科技大学的电工电子科技创新中心还一片明亮。捧着清甜的西瓜在实验室边吃瓜边讨论的那个夏天，已经成为包浚炀、胡茜婕、周清越整个国赛备赛过程中最美好的回忆。
包浚炀、胡茜婕、周清越三人都对电子设计有着不同寻常的兴趣和热爱。初入大一，他们就加入了华中科技大学电工电子科技创新中心，对于这个中心，他们更习惯于亲切地称之为“电工基地”。在这里，有着共同爱好的小伙伴聚集到了一起，“是兄弟，就一起打电赛”，是基地中广为流传的一句话。
大一时，三位组员都在电工基地学习电子设计的知识，参加队员培训，彼此已经互相了解；到了大二，基地刚开始招收新一届的竞赛队伍时，他们又不约而同地聚到了一起，传说中的“炸电容小分队”就此正式成立了。
“这个队名也是源自我们比赛过程中一次次调参失败的经验教训。因为一旦参数设置不当，就有可能使电路温度过高，形成电容爆炸。因为我们试验的次数实在太多，所以过程中炸过的电容不计其数。”队长包浚炀提到这个有趣的队名由来时忍俊不禁。
这几年，小队的分工也很一致，队长包浚炀负责模块，周清越负责主电路，胡茜婕负责软件。他们共同走过了大大小小的比赛，日积月累中形成的默契和信任也在这次电赛中发挥出了最大的作用。
受疫情影响，今年的TI杯全国大学生电子设计竞赛（后简称“国赛”）在原定比赛时间的前一天宣布延期。这对已经进行了长达一个月的暑假集训的“炸电容小分队”来说，无疑是一个不小的冲击。起初，包浚炀、胡茜婕、周清越也曾经“心态爆炸”过，但他们有自己独特的调整妙招，也就是“通过比赛转移注意力”。于是，他们选择了先转战全国大学生工程训练综合能力竞赛，借此来调整情绪。有了TI杯备赛的基础，他们轻松取得了这项比赛的一等奖。
包浚炀表示：“我们为了参加电赛一直从大一准备到大四，已经准备了那么久，绝不能在这个时候放弃。”凭着这股子不服输的劲，三位同学熬过了9月份的工训赛和保研面试。在卸下了所有的心理负担后，他们又可以全心全意回到基地继续准备电赛了。
11月，国赛终于在三位同学的翘首期待中到来。本次国赛的B题要求设计一个三相AC-DC变换电路，最大的特点是对效率要求极高。面对这样的挑战，三位同学非常镇定。
“第一天，我们就根据题目要求推算出作品电路需要整流电路和降压电路两级。为了简化电路设计并满足设置功率因数的要求，电路前级采用PWM整流拓扑，后级是Buck拓扑。在电路的控制方面，整流控制分为电网电压锁相环、输入电流环、直流母线电压环、输出电压环。为了系统更加稳定，鲁棒性好，我们整流控制环路是基于dq坐标系建立的。”
思路确定后，三位同学不断调整硬件、软件的设计方法，在三相整流器中采用变母线电压、SVPWM调制的方式，尽可能降低直流母线的电压值，来提高整体的效率。在经历了漫长的调试过程后，三位同学的作品终于达到了96.8%的效率指标。
这四天三夜的比赛过程中，三位同学扎实的训练发挥了巨大的作用。他们本次国赛所采用的是TI的半桥驱动芯片UCC21540。在大二时，他们第一次尝试了这款芯片后就被它的高性能吸引了，在之后的设计过程中，他们也在不断地优化这款芯片的电路细节。而这颗芯片又刚好契合了本次国赛B题所要求的高效率，所以他们毫不犹豫地采用了这款芯片。
“在去年的TI杯省赛过程中，因调节参数不好导致电路烧毁的经验教训还历历在目，所以我们这次格外小心。”队长包浚炀说道。
所以在今年国赛过程中，他们在调整PI的参数时打起了十二万分的精神，由小到大逐渐调试，增加的步进值也小心把握。在他们的不懈努力下，终于没有重蹈覆辙。
包浚炀、胡茜婕、周清越三位同学的获奖绝不是一蹴而就的，而是经过日复一日的积累、磨合、努力，滴水方才穿石。
在基地学习的过程中，“炸电容小分队”几乎所有的周末和寒暑假都投入了电赛的培训中。除了持之以恒的个人努力之外，队伍的成功也离不开华中科技大学成熟的电赛培训体系的支持。TI面向全湖北省的教师培训地点即选址于华中科技大学，也与华中科技大学的肖看和王贞焱老师保持长期的合作，例如王贞焱老师就针对电赛专门撰写了《电子设计竞赛综合测评历年真题解析》作为同学们的电赛培训指南。华中科技大学长期以来都在坚持以赛促教，帮助同学们掌握使用TI器件进行开发的能力。此外，电工基地一直以来都在坚持“老带新”的传承。从基地毕业的学长学姐仍然会在学有余力时返回基地，向大家传授经验、讲解题目，这帮助他们打下了坚实的基础。
在比赛开始前，“炸电容小分队”就对本次比赛充满信心，提出要“保国一，争TI杯”。他们的自信，来源于从大二开始的备赛经历。疫情在家时，三位小伙伴一起仿真电路，进行高强度集训，也不断在各种大大小小的竞赛上锤炼能力。实践经验的积累使得他们在本次国赛的第二天就完成了电路，并有精力进行反复地修改、调整，让电路的静态和动态性能达到最优。
这三年来，TI大学计划也给予了三位队员最大的支持。大一大二时，他们就经常会申请TI的样片，用新的芯片进行很多尝试；遇到问题时，第一时间就会去官网上查看手册、白皮书等，并参考官网上的信息挑选比赛用的芯片；他们也经常会在TI和华科共同成立的MSP430联合实验室和模拟联合实验室中进行电路搭建和设计。这样点点滴滴的积累也大大缩短了“炸电容小分队”对比赛器件的熟悉时间，无形中加快了他们的进度。未来，TI大学计划也将继续在课程和创新活动中，不遗余力地为华中科技大学的师生提供技术和产品支持，并根据TI目前主推的技术方向同该校进行探讨，让师生继续使用TI的技术与产品，帮助同学们掌握使用TI器件进行熟练创新开发的能力。
谈及这次比赛的心得经验，三位同学表示：“做好电子设计很难，基础非常重要。而设计的知识和经验要靠平时一点一滴积累起来。如果在平时的实践培训中都能认真学习、脚踏实地、精益求精，国赛赛场上一定可以厚积薄发。”
以上种种，都是获奖前的积累，成长前的沉淀。正是这些日复一日年复一年的努力、一次次锻炼自己、坚持前行的执着，才构成了成功的必然。
对于三位同学来说，参加“国赛”的经历就像一个小小的种子，在他们努力地浇灌下，生根发芽，茁壮成长，并影响了他们未来的选择。正如周清越同学所说，“电赛的影响不仅仅在于比赛的四天三夜，更是整个三年备赛过程中潜移默化带给我们的。除了学习和工作方面，在比赛中培养起来的工程师习惯与思维，也能使我在遇到新的问题时，能够冷静地解决。这样深远的影响，让我受益终身。”
愿三位少年永远记得在实验室吃瓜的夏夜，保持初心，朝着自己认定的方向勇往直前！
