厚米派——基于MSPM0G3507与INA226的功率检测板

项目简介

本项目是基于MSPM0G3507单片机的数显电源模块，常规情况下输出功率为5V1.3A，在修改某些配置的情况下理论上可以输出5V3A的功率。
IC：CH340N串口芯片；TL072IP双路运放；AMS1117 3.3线性稳压器；INA226功率检测芯片；LMR62014升压芯片；TP4056锂电池充电芯片。
功率器件：SS54肖特基二极管(压降大约0.3V)；PMOS与NMOS若干
检流电阻为8mΩ

项目功能

供电：有一个电源输出端口，输出电压在5V左右，输出电流最大值为3A。
板载额定电压3.7V(充满4.2V)容量2000mah的单节锂电池，可为小负载供电。
可通过Type-C接口接入外接电源(5V输入)，接入外部电源时无需对电池电路做出任何更改，电路可自动切断电池通路。
显示：板载OLED显示模块(30pin,未焊接)；Type-C串口可配合上位机显示波型。
可以显示的数据：输出电压；输出电流；电池电压。

项目参数

充电模块：根据TPS4056芯片手册，通过配置采样电阻可以设置充电电流的大小,1K对应最大1A的充电电流，2K对应0.5A的充电电流，本人焊接的时1.5K电阻，对应位号为R15。
充电接口：Type-C口，最大通过电流为4A。位号：USB2
电池升压电路：芯片最大输出电流为1.4A，但由于单节软包锂电池通常不宜通过较大电流，超过0.5A的负载请使用外部供电。
输出端口:本项目仅有一个功率输出端口，无防反接电路，因此接入负载时请一定注意负载极性，输出功率为5V0.5A(电池供电)或5V3A(外部供电)
说明：因板载二极管或MOS管压降的影响，输出电压通常在4.5V到4.8V之间而非严格5V
显示精度与量程：输出电流精度0.1mA,量程3.2A；输出电压精度0.25mV，量程36V；电池电压测量精度0.8mV，量程被设计在合理范围，无说明必要。
控制端：输出端口接入MOS高侧开关，控制引脚为PA18，可通过置位或复位的形式控制输出端的开通与关断

原理解析

下图为电源切换电路

输入VUSB为外部电源，VBAT为电池升压电路的输出。当VBAT与VUSB同时接入时，Q2截止，但VBAT依然会通过体二极管与VBUS相连，因此为了使电路正常使用，VBAT-VBUS的值应小于体二极管的压降，这样VBAT才不会有电流流向VBUS。经过实测，当VUSB为5V时，通过D3传递到VBUS，D3为肖特基二极管压降0.3V，因此VBUS实际值为4.7V，VBAT不宜超过4.7V太多，否则将会使MOS体二极管导通，经过实测，VBAT为4.85V时电路可正常使用。

电池升压电路如下：

注意R4与R5值的选取，使VBAT为4.85V左右(R4,R5值的选取请参阅手册)

下图为保护芯片防止过压的电路，实际情况是没有必要使用，实际焊接时F1焊接一个0Ω电阻，D4不用焊接任何东西就可以

关于串口收发指示灯的问题

如图所示串口指示灯使用NPN型三极管驱动LED电路，但由于一些原因不能使LED完全截止，因此闪烁不明显，如果像增进功能请更换开关特性更为优秀的MOS驱动

软件代码

软件代码请参考附件，开发环境为CCS

注意事项

不要将供电端口接入电脑！！！供电请使用5V电源适配器！！串口通信段可放心接入电脑。

实物图

图1：实物图1

图2：实物图2

图3：为台灯供电观察V—A曲线

图4：输出电流1A(绿色曲线)，输出电压4.48V(蓝色曲线)

图5：MCU复位，红色曲线为电池电压，因滤波算法所以呈现斜坡上升

图6:缺陷分析：使用外部供电，当VBAT与VBUS压差过小时(VBAT:5.2V,VBUS:4.7V)，MOS体二极管导通，输出电压与电池电压产生耦合，当负载电流增大时(绿色曲线)引起电池电压下降(红色曲线)，输出电压上升(蓝色曲线)。此现象伴随升压电感温度急剧升高，电池电压被迅速拉低到1V一下，十分危险

图7：经过减小电池升压电路的输出值，再使用外部供电时随意调节负载电流(绿色曲线)电池电压(红色曲线)已经不受影响，图示输出电流再0.2A到1A之间随意调节电路基本无发热。