PD桌面可调电源

工程背景

由于平时在进行桌面调试时，使用线性电源体积太大，又很笨重，搬来搬去很不方便。手上倒是有好几个充电头和充电宝，想做一个比较小巧的可调电源，兼顾桌面使用和外出使用的需求。

1.方案概要

• 电源输入

输入接口采用6PIN Type-C接口，协议芯片采用英集芯IP2721，支持TYPE-C输入的PD2.0/PD3.0，最高支持输入电压为20V。

• 功率部分
  • 功率拓扑需要支持升降压，有Sepic、四开关Buck-Boost、Cuk等可选项，其中以四开关Buck-Boost为主流。控制芯片选择SC8701，支持单向四开关Buck-Boost，输入输出电压最高支持36V，满足需求。

• • 输入输出电压检测均采用电阻分压的方式实现；
  • 输入输出电流采样采用高侧电流采样放大器实现, 选用INA199A3DCKR，国产的替代型号为3PEAK的TP181。

• • 辅助电源使用Buck降压到5V后再经LDO转为3.3V，在降低损耗的同时，也保证控制部分没有太大的纹波和噪声。
• 控制功能实现

采用GD32F103C8T6作为逻辑控制器，处理OLED显示、编码器输入、输入输出电信号采样等功能需求。

• 人机交互功能

电源状态信息显示采用0.96存OLED显示屏，显示输入输出的电压、电流、温度；

编码器按键用于电源菜单的选择与参数调整，输出电压、输出电流均可调节；

输出电压调节范围：5 - 30V，步进0.1V;

输出电流调节范围：0 - 3A，步进0.1A。

• 调试与交互接口
  • 在线仿真功能使用SW仿真接口，使用GD-Link或JLINK实现在线仿真和程序下载；
  • 板载USB转串口电路，可使用Type-C线连接USB3接口到电脑实现数据打印与参数配置；
  • 其中USB转串口芯片为CH340N，5V/3.3V供电，SOP-8封装，使用非常方便，下图为芯片参数概览；

2.原理图详细设计

• 使用立创EDA专业版进行原理图设计，图纸分为功率级、控制级和辅助电源共3部分
  • 功率级设置了电源输入PD接口、输入输出负载开关、Buck-Boost功率主回路、电流采样、电压及温度采样等功能电路；
  • 控制级包含MCU、信号调理、人机交互接口，串口调试等功能电路；
  • 辅助电源部分包含输入转5V输出Buck变换器及LDO的功能电路。

3.PCB设计

电路功能通过双面板实现，所有元器件均在顶层，以便一次回流焊完成贴装。

4.成品效果

空载状态（没装输入电流采样放大器，请忽略输入电流、输入功率）

下图为使用充电宝给二轮摩托车充电效果图，（没装输入电流采样放大器，请忽略输入电流、输入功率）输出电流显示在2.474A