隨著人工智能、電子信息、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、電源技術(shù)的快速發(fā)展，開關(guān)電源在各個領(lǐng)域越來越起到至關(guān)重要的作用也對電源提出了更高的要求，使得電源朝著重量輕、體積小、高頻化、高效率的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬控制電源已不能滿足這些新興技術(shù)應(yīng)用的需求，采用數(shù)字控制技術(shù)來提高電源的性能己成為高性能電源的一大發(fā)展方向。

本作品設(shè)計的數(shù)控源分為MCU控制模塊、DC-DC模塊和快充模塊三個部分。其中控制模塊采用兆易創(chuàng)新的GD32E503為主控MCU，外設(shè)有電源模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器按鍵模塊、顯示模塊、ADC采樣模塊、Wi-Fi模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊、SD存儲模塊、四腳按鍵模塊等組成。DC-DC模塊輸出電壓0-30V和輸出電流0-5A可調(diào)。快充模塊支持多種快充協(xié)議、可對手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品進(jìn)行快速充電。軟件方面采用KEIL集成開發(fā)環(huán)境，上位機(jī)采用QT集成開發(fā)環(huán)境，采用模塊化編程，實現(xiàn)了上位機(jī)通過串口實時檢測數(shù)控源輸出電壓電流值，并通過上位機(jī)可以設(shè)定電壓電流值。

本作品設(shè)計的數(shù)控源具有恒壓、恒流輸出，輸出電壓范圍在0-30V，輸出電流在0-5A，輸出電壓精度為0.01V，輸出電流精度為0.003A。該數(shù)控源具有可調(diào)精度高、紋波小、體積小、反應(yīng)靈敏、工作穩(wěn)定等優(yōu)勢，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

作品創(chuàng)新

1、本直流數(shù)控電源可以恒壓、恒流輸出，紋波?。惠敵鲭妷褐?~30V，輸出電流值0~5A，電壓精度0.01V，電流精度0.003A，功率最大可達(dá)150W。

2、采用補償算法精確控制DAC輸出以及中位值濾波算法對ADC芯片采到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波計算處理，減小誤差。

3、本作品所有主控芯片均采用國產(chǎn)芯片，PCB硬件設(shè)計也采用了國產(chǎn)立創(chuàng)EDA，做到了百分之百國產(chǎn)化替代，大大縮減了成本，并且本作品體積小、方便攜帶。

4、增加快充、物聯(lián)網(wǎng)、存儲功能。支持全協(xié)議快充；并可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控電源運行狀態(tài)；還可將設(shè)備數(shù)據(jù)運行日志存到文件系統(tǒng)SD卡中，方便后期運營維護(hù)。

作品設(shè)計

整體設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件設(shè)計主要分為MCU控制板模塊、DC-DC模塊和快充模塊三個部分，軟件設(shè)計分為邏輯代碼的設(shè)計和上位機(jī)設(shè)計，其中邏輯代碼的開發(fā)環(huán)境為KEIL5，上位機(jī)采用QT編寫。

MCU控制板模塊采用兆易創(chuàng)新GD32E503VET6為主控芯片，采用四層板布局設(shè)計。外設(shè)有單片機(jī)電源模塊、ADC采樣模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器按鍵模塊、顯示模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊、Wi-Fi模塊、SD存儲模塊、四腳按鍵模塊等。MCU通過SPI協(xié)議控制ADC采樣模塊對DC-DC模塊進(jìn)行實時采樣，將其采到的電壓轉(zhuǎn)化為輸出電壓并顯示在屏幕上。當(dāng)用戶按下設(shè)定鍵時，通過外部中斷觸發(fā)進(jìn)入設(shè)定電壓電流功能選項，用戶使用旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)定電壓電流值，旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)定好預(yù)置電壓、電流之后，通過程序進(jìn)行計算，將計算得到的數(shù)字值賦值給DAC寄存器，DAC輸出兩路電壓來控制DC-DC模塊的電壓電流輸出。

▲系統(tǒng)框圖

軟件部分采用KEIL5開發(fā)環(huán)境，首先對硬件進(jìn)行初始化設(shè)定，當(dāng)外設(shè)初始化完成后，進(jìn)入while循環(huán)，通過按鍵外部中斷來判斷所處的狀態(tài)，當(dāng)按鍵沒有按下時進(jìn)行溫濕度刷新、ADC采樣濾波顯示、串口打印輸出、寫入SD、將數(shù)據(jù)上傳至阿里云平臺等，當(dāng)按鍵按下時，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)定狀態(tài)，可以進(jìn)行電壓電流值設(shè)定，當(dāng)再次按下按鍵時，退出設(shè)置功能并通過兩路DAC輸出相應(yīng)的電壓來進(jìn)行控制。上位機(jī)采用QT開發(fā)環(huán)境，上位機(jī)可以與GD32單片機(jī)進(jìn)行交互，單片機(jī)將電壓、電流等信息通過串口發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)行接收并實時繪制動態(tài)波形。

▲主控程序流程圖

最終可以實現(xiàn)輸入220V 50Hz交流電，輸出為0-30V、0-5A可調(diào)。并通過Wi-Fi模塊將采集的電壓、電流、溫度等信息傳至阿里云平臺，通過云端實時檢測設(shè)備運行狀態(tài)。

測試分析

▲ 實物展示

▲ 性能測試

▲ 快充測試

該作品使用GD32E503VET6作為主控芯片，實現(xiàn)了直流數(shù)控源控制板的設(shè)計、制作及測試。該數(shù)控源具有可調(diào)精度高、 紋波小、體積小、反應(yīng)靈敏、工作穩(wěn)定等優(yōu)勢。同時增加了快充接口，支持各種快充協(xié)議，以及具備云平臺數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

審核編輯：郭婷