第1步：功能和成本

功能

由USB C提供支持

通過藍(lán)牙的Android應(yīng)用程序控制

通過USB通過USB C進(jìn)行控制

恒定電壓和恒定電流模式

使用低噪聲線性穩(wěn)壓器，先跟跟蹤預(yù)調(diào)節(jié)器，以最大限度地降低功耗

由ATMEGA32U4提供支持，使用Arduino IDE進(jìn)行編程

可以通過USB C電池組供電以便攜帶

USB C和Apple充電器檢測

18 mm隔離香蕉插頭，與BNC適配器兼容

規(guī)格

0 - 1A，步驟1 mA（10位DAC）

0 - 25V，步長為25 mV（10位DAC）（真正的0V操作）

電壓測量：25 mV分辨率（10位ADC）

電流測量：

《40mA：10uA分辨率（ina219）《80mA：20uA分辨率（ina219）《160mA：40uA分辨率（ina219）》 320mA：1mA分辨率（10位ADC）

成本

完整的電源供應(yīng)花了我100美元左右，所有一次性組件。雖然這可能看起來很昂貴，但是功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于性能和功能通常比這更昂貴。如果您不介意從ebay或aliexpress訂購您的組件，價格將降至70美元左右。部件進(jìn)入需要更長的時間，但這是一個可行的選擇。

第2步：原理圖和操作原理

要了解電路的運行情況，我們將不得不看一下原理圖。我將它劃分為功能塊，以便更容易理解;因此，我將逐步解釋操作。

這部分內(nèi)容非常深入，需要良好的電子知識。如果您只想知道如何構(gòu)建電路，可以跳到下一步。

主模塊

該操作基于LT3080芯片：它是一個線性穩(wěn)壓器，可根據(jù)控制信號降壓。該控制信號由微控制器產(chǎn)生;如何完成，將在后面詳細(xì)說明。

電壓設(shè)置

LT3080周圍的電路會產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目刂菩盘?。首先，我們將了解電壓的設(shè)置方式。微控制器的電壓設(shè)置為PWM信號（PWM_Vset），由低通濾波器（C23和R32）濾波。這會產(chǎn)生一個模擬電壓 - 介于0和5 V之間 - 與所需的輸出電壓成正比。由于我們的輸出范圍為0 - 25 V，因此我們必須將系數(shù)放大5倍。這可以通過U7C的非反相運算放大器配置來完成。設(shè)定引腳的增益由R31和R36決定。這些電阻容差為0.1％，可最大限度地減少誤差。 R39和R41在這里無關(guān)緊要，因為它們是反饋環(huán)路的一部分。

電流設(shè)置

此設(shè)置引腳也可用于第二個設(shè)置：當(dāng)前模式。我們想要測量電流消耗，并在超過所需電流時關(guān)閉輸出。因此，我們再次通過微控制器產(chǎn)生的PWM信號（PWM_Iset）重新啟動，該信號現(xiàn)在經(jīng)過低通濾波和衰減，從0-5 V范圍變?yōu)?-2.5 V范圍?，F(xiàn)在通過運算放大器U1B的比較器配置將該電壓與電流檢測電阻（ADC_Iout，見下文）上的電壓降進(jìn)行比較。如果電流過高，則會打開LED，并將LT3080的設(shè)定線拉至地（通過Q1），從而關(guān)閉輸出。電流的測量和信號ADC_Iout的產(chǎn)生如下進(jìn)行。輸出電流流過電阻器R22。當(dāng)電流流過該電阻時，它會產(chǎn)生一個我們可以測量的電壓降，并且它被放置在LT3080之前，因為它上面的電壓降不應(yīng)該影響輸出電壓。使用差分放大器（U7B）測量電壓降，增益為5.這導(dǎo)致電壓范圍為0 - 2.5 V（稍后更多），因此電流的PWM信號處的分壓器。緩沖器（U7A）用于確保流入電阻器R27，R34和R35的電流不會通過電流檢測電阻，這將影響其讀數(shù)。另請注意，這應(yīng)該是軌到軌運算放大器，因為正輸入端的輸入電壓等于電源電壓。非反相放大器僅用于測量過程，但對于非常精確的測量，我們在板上安裝了INA219芯片。該芯片允許我們測量非常小的電流，并通過I2C進(jìn)行尋址。

其他內(nèi)容

在LT3080的輸出端，我們還有更多東西。首先，有一個電流吸收器（LM334）。這樣可以獲得677 uA的恒定電流（由電阻R46設(shè)置），以穩(wěn)定LT3080。然而，它不接地，而是接入VEE，即負(fù)電壓。這需要LT3080工作電壓低至0 V.當(dāng)接地時，最低電壓約為0.7 V.這似乎足夠低，但請記住，這可以防止我們完全關(guān)閉電源。不幸的是，這個電路處于LT3080的輸出端，這意味著它的電流將對我們想要測量的輸出電流產(chǎn)生影響。幸運的是，它是恒定的，所以我們可以校準(zhǔn)這個電流。齊納二極管D7用于在輸出電壓高于25 V時鉗位輸出電壓，電阻分壓器將輸出電壓范圍從0 - 25 V降至0 - 2.5 V（ADC_Vout）。緩沖器（U7D）確保電阻器不從輸出吸取電流。

電荷泵

我們之前提到的負(fù)電壓是由好奇的小電路：電荷泵。

它由微控制器（PWM）的50％PWM提供。

升壓轉(zhuǎn)換器

現(xiàn)在讓我們來看看主模塊的輸入電壓：VCC。我們看到它是5 - 27V，但等待，USB最多可以提供5 V？實際上，這就是我們需要通過所謂的升壓轉(zhuǎn)換器來提升電壓的原因。無論我們想要什么輸出，我們總能將電壓提升至27 V;然而，這會浪費LT3080的大量功率，事情會變得很熱！因此，我們不會將電壓提升到比輸出電壓更高的電壓?？紤]到電流檢測電阻的電壓降和LT3080的壓差，大約高出2.5 V是合適的。電壓由升壓轉(zhuǎn)換器輸出信號上的電阻設(shè)置。為了在運行中改變這個電壓，我們使用數(shù)字電位器MCP41010，它通過SPI控制。

USB C

這導(dǎo)致我們實際輸入電壓：USB端口！使用USB C的原因（確切地說USB類型3.1，USB C只是連接器類型）是因為它允許3A的電流為3A，這已經(jīng)是相當(dāng)大的功率。但是有一個問題，設(shè)備需要兼容以獲取此電流并與主機設(shè)備“協(xié)商”。實際上，這是通過將兩個5.1k下拉電阻（R12和R13）連接到CC1和CC2線來完成的。

對于USB 2兼容性，文檔不太清楚。簡而言之：只要主機可以提供它，您就可以繪制所需的任何電流。這可以通過監(jiān)控USB總線電壓來檢查：一個電壓降至4.25V以下，器件消耗的電流過大。這由比較器U1A檢測到并將禁用輸出。它還向微控制器發(fā)送信號以設(shè)置最大電流。

作為獎勵，增加了電阻器以支持檢測蘋果和三星充電器的充電器ID。

5V穩(wěn)壓器

arduino的5 V電源電壓通常直接來自USB。但由于USB電壓根據(jù)USB規(guī)范可能在4.5到5.5 V之間變化，因此這不夠精確。因此，使用5V穩(wěn)壓器，可以從更低和更高的電壓產(chǎn)生5V。盡管如此，該電壓并不十分精確，但這可以通過校準(zhǔn)步驟來解決，其中相應(yīng)地調(diào)整PWM信號的占空比。該e電壓由R42和R43形成的分壓器測量。但由于我沒有更多的自由輸入，我不得不做一個引腳拉雙重任務(wù)。當(dāng)電源啟動時，此引腳首先設(shè)置為輸入：它測量電源軌并自行校準(zhǔn)。接下來，它被設(shè)置為輸出并且它可以驅(qū)動電位計的芯片選擇線。

2.56 V電壓基準(zhǔn)

這個小芯片提供非常精確的2.56 V基準(zhǔn)電壓。這用作模擬信號ADC_Vout，ADC_Iout，ADC_Vbatt的參考。這就是我們需要分壓器將這些信號降至2.5 V的原因。

FTDI

這個電源的最后一部分是與殘忍的連接，外面的世界。為此，我們需要將串行信號轉(zhuǎn)換為USB信號。幸運的是，這是由ATMEGA32U4完成的，這是與Arduino Micro中使用的芯片相同。

藍(lán)牙

藍(lán)牙部分非常簡單：增加了一個現(xiàn)成的藍(lán)牙模塊，為我們提供一切照顧。由于它的邏輯電平為3.3V（微控制器為VS 5V），因此使用分壓器對信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

這就是它的全部！

第3步：PCB和電子設(shè)備

現(xiàn)在我們了解了電路的工作原理，我們可以開始構(gòu)建它了！您可以從您最喜歡的制造商在線訂購PCB（我的成本大約10美元），Gerber文件可以在我的GitHub上找到，還有材料清單。然后，組裝PCB基本上是根據(jù)絲網(wǎng)印刷和材料清單將元件焊接到位。

雖然我以前的電源只有通孔元件，但我的新電源尺寸限制了這不可能。大多數(shù)元件仍然比較容易焊接，所以不要害怕。作為一個例子：我的一個朋友，他之前沒有焊過，設(shè)法填充這個設(shè)備！

最簡單的方法是首先在前面做組件，然后在后面做完組件，然后完成通孔組件。這樣做時，焊接最困難的元件時PCB不會搖晃。

最后焊接的元件是藍(lán)牙模塊。

除了2個香蕉插座外，所有元件都可以焊接，我們將在下一步安裝！

第4步：案例和匯編

隨著pcb的制作，我們可以繼續(xù)前進(jìn)。我專門為鋁制20x50x80mm外殼（https：//www.aliexpress.com/item/Aluminum-PCB-Instr 。..）設(shè)計了PCB，因此不推薦使用其他外殼。但是，您始終可以3D打印具有相同尺寸的外殼。

第一步是準(zhǔn)備終端面板。我們需要為香蕉插座鉆一些孔。我是手工完成的，但是如果你可以使用CNC，那將是一個更準(zhǔn)確的選擇。將香蕉插座插入這些孔中并將其焊接在PCB上。

現(xiàn)在添加一些絲墊是個好主意，并用一小滴超級膠水將它們固定到位。這些將允許LT3080和LT1370與外殼之間的熱傳遞。別忘了他們！

我們現(xiàn)在可以專注于前面板，只需擰緊就位。在兩個面板就位后，我們現(xiàn)在可以將組件插入殼體并將其全部關(guān)閉。此時硬件已經(jīng)完成，現(xiàn)在剩下的就是用軟件吹掉一些生命！

第5步：Arduino代碼

這個項目的大腦是ATMEGA32U4，我們將使用Arduino IDE進(jìn)行編程。

在本節(jié)中，我將介紹代碼的基本操作，詳細(xì)信息可以在代碼中找到注釋。

代碼基本上循環(huán)執(zhí)行以下步驟：

向app發(fā)送數(shù)據(jù)

從應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)

測量電壓

測量當(dāng)前

投票按鈕

USB過流由中斷服務(wù)程序處理，以使其盡可能響應(yīng)。

在通過USB編程芯片之前，應(yīng)該刻錄引導(dǎo)加載程序。這是通過ISP編程器通過ISP/ICSP端口（3x2公頭）完成的。選項包括AVRISPMK2，USBTINY ISP或作為ISP的arduino。確保電路板接通電源并按下“刻錄引導(dǎo)加載程序”按鈕。

現(xiàn)在可以通過USB C端口將代碼上傳到電路板（因為芯片有一個引導(dǎo)加載程序）。主板：Arduino Micro程序員：AVR ISP/AVRISP MKII現(xiàn)在我們可以看看Arduino和PC之間的交互。

第6步：Android應(yīng)用程序

我們現(xiàn)在有一個功能齊全的電力供應(yīng)，但還沒辦法控制它。很煩人。因此，我們將制作一個Android應(yīng)用程序來控制藍(lán)牙的電源供應(yīng)。

該應(yīng)用程序是使用MIT應(yīng)用程序發(fā)明者程序制作的?？梢园形募钥寺『托薷捻椖?。首先，將MIT AI2伴侶應(yīng)用程序下載到手機上。接下來，在AI網(wǎng)站上導(dǎo)入.aia文件。這也允許您通過選擇“構(gòu)建》應(yīng)用程序（為.apk提供QR碼）”在您自己的手機上下載應(yīng)用程序。

要使用該應(yīng)用程序，請從列表中選擇一個藍(lán)牙設(shè)備：它將顯示作為HC-05模塊。連接后，可以更改所有設(shè)置，并可以讀取電源的輸出。

第7步：Java代碼

為了通過PC記錄數(shù)據(jù)和控制電源，我做了一個java應(yīng)用。這使我們可以通過GUI輕松控制電路板。與Arduino代碼一樣，我不會詳細(xì)介紹所有細(xì)節(jié)，而是概述。

我們首先創(chuàng)建一個帶按鈕，文本字段等的窗口;基本的GUI東西。

現(xiàn)在有趣的是：添加USB端口，我使用了jSerialComm庫。選擇端口后，java將偵聽任何傳入數(shù)據(jù)。我們還可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備。

此外，所有傳入的數(shù)據(jù)都保存到csv文件中，以便以后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

運行.jar文件時，我們應(yīng)該首先從下拉菜單中選擇正確的端口。連接后數(shù)據(jù)將開始進(jìn)入，我們可以將設(shè)置發(fā)送到powersupply。

雖然程序非?；A(chǔ)，但通過PC控制它并記錄它的數(shù)據(jù)非常有用。

步驟8：

完成所有這些工作后，我們現(xiàn)在擁有一個功能齊全的電力供應(yīng)！