本次DIY電源分成兩期講解，第一期也就是本期，將會(huì)和大家一起完成數(shù)控電源的需求分析、方案設(shè)計(jì)、原理圖和PCB的設(shè)計(jì)；下期視頻會(huì)繼續(xù)分享數(shù)控電源的制作過程、程序設(shè)計(jì)和功能演示，對(duì)電源感興趣的小伙伴可以提前關(guān)注。

下面是第一期的重點(diǎn)內(nèi)容整理：

在設(shè)計(jì)電源之前，我們需要先確定數(shù)控電源的設(shè)計(jì)需求。作為一臺(tái)電源，它的輸出的功率一定要足夠大，至少40V/10A起步不過分吧，這樣就可以帶得動(dòng)功率相對(duì)較大的用電器。第二，體積要盡可能小，最好能裝進(jìn)口袋里，方便外出攜帶。第三，也需要像實(shí)驗(yàn)電源那樣，具備可調(diào)的自動(dòng)恒壓、恒流的功能。第四，可以采用USB供電，外出時(shí)就可以使用充電器或充電寶給電源供電。最后，對(duì)于大電流輸出的場景，導(dǎo)線電阻帶來的電壓損耗會(huì)導(dǎo)致最終負(fù)載上得到的電壓偏低，因此，我們需要具備遠(yuǎn)端電壓采樣的功能，補(bǔ)償導(dǎo)線壓降，保證大電流工況下負(fù)載電壓穩(wěn)定。

確定了需求，接下來就是硬件方案的設(shè)計(jì)。首先，我們需要選擇功率拓?fù)洌€性電源效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，體積大，因此可以排除線性電源的方案，選擇開關(guān)電源。

常見的開關(guān)拓?fù)溆蠦uck、Boost、Buck-Boost等。Buck拓?fù)涫窃S多可調(diào)DC－DC開關(guān)電源采用的方案，但由于Buck電路只能降壓，輸出電壓的最大值就會(huì)受限于輸入電壓的大小，Boost拓?fù)淝∏∠喾?，輸出的電壓無法低于輸入電壓，因此排除了這兩種方案。Buck-Boost電路可以輸出任意電壓，不會(huì)受制于輸入電壓，是一個(gè)不錯(cuò)的方案。

常見的升降壓拓?fù)溆袃煞N，負(fù)電壓Buck－Boost電路比較簡單，輸出電壓與輸入電壓極性相反，但該拓?fù)鋬?chǔ)能電感的電流應(yīng)力會(huì)比較大，不適合大電流輸出場景，而第二種全橋升降壓拓?fù)潆m然電路比較復(fù)雜，但可以完美適用我們的需求，因此選擇全橋Buck-Boost拓?fù)洹?/p>

接下來是電壓調(diào)節(jié)方案的選擇，電壓調(diào)節(jié)常見的方案有用數(shù)字電位器調(diào)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)的分壓比、通過DAC調(diào)節(jié)參考電壓以及用DAC＋電阻反饋網(wǎng)絡(luò)的方法。

我采用最后一種方案方案，不難推導(dǎo)出DAC 輸出的電壓與系統(tǒng)輸出電壓的關(guān)系是這樣的。

接下來是原理圖的設(shè)計(jì)，原理圖一共有三頁。

第一頁是主功率變換電路原理圖：

下圖是電源輸入電路，包含了防反接保護(hù)電路和緩啟動(dòng)電路，可以避免上電瞬間的打火。

下面是輸出電路，三個(gè)電流采樣電阻用于實(shí)現(xiàn)輸出的電流檢測和恒流控制的功能。

下面就是全橋自動(dòng)升降壓功率變換電路，輸出電壓不會(huì)受限于輸入電壓。

電源控制器采用的是LM5175自動(dòng)升降壓電源控制器，集成了振蕩器、柵極驅(qū)動(dòng)器、可編程軟啟動(dòng)、逐周期電流限制等功能，我們也是通過控制該芯片實(shí)現(xiàn)可調(diào)穩(wěn)壓和恒流的功能。

第二頁原理圖包含了系統(tǒng)的電源開關(guān)、電流檢測放大器，可以將輸出電流采樣電阻兩端的電壓放大100倍，輸入到單片機(jī)和電流環(huán)路誤差放大器，這個(gè)運(yùn)放就構(gòu)成了電流環(huán)的誤差放大器，和LM5175的電壓環(huán)構(gòu)成雙環(huán)競爭，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓恒流的控制。

· 9V的輔助電源，為LM5175提供外部的驅(qū)動(dòng)電源輸入，可以降低LM5175內(nèi)部LDO帶來的能量損耗。

**· **3.3V的輔助電源，為單片機(jī)、DAC和放大器電路供電。

· 硬件的輸出過壓保護(hù)電路，當(dāng)輸出電壓超過51V就會(huì)觸發(fā)保護(hù)，使LM5175關(guān)閉輸出。

**· **差分放大電路，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端電壓采樣，補(bǔ)償導(dǎo)線壓降損耗。

**· **這里也設(shè)計(jì)了一個(gè)USB type-C接口，采用CH224K快充協(xié)議芯片，可以用支持PD快充協(xié)議的充電器或充電寶為數(shù)控電源供電。

**· **理想二極管控制電路，可以防止電源電壓倒灌到USB接口。

**· **簡易的－0.6V的線性電源，為放大器提供負(fù)電源，可以增加小信號(hào)的放大精度。

第三頁原理圖是系統(tǒng)的測控部分的原理圖 ，包含了參考電壓基準(zhǔn)、RTC電池、按鍵板的上拉電阻、簡易的負(fù)電壓電荷泵電路、按鍵板接口、輸入電壓檢測、蜂鳴器、指示燈、DAC、單片機(jī)系統(tǒng)和OLED顯示屏。

設(shè)計(jì)好了原理圖，接下來就可以開始繪制PCB了！

到這里我們就完成了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。