EmoePower-便携电源

在实验室用的实验电源一般都是些大块头…重达10几斤的铁坨子,搬来搬去的也不方便orz

于是萌生了做一个便携式的数控电源的想法——

项目说明

本项目硬件软件完全开源,项目地址: https://github.com/emoestudio/EmoePower
如有疑问,请联系我们

确定需求

对于我这种玩弱电电路比较多的人来说…我并不需要它能跑很大的功率、能输出很高的电压,但是我需要它:

• 小体积
• 可设定输出电压和限流
• 高效率、高可靠性、高精度(三高实锤)
• 多种控制方法(旋转编码器+Wi-Fi远程控制)
• 现代化的GUI(还要好看才行~)
• (Optional)使用锂电池组作为内置能源,可离线使用
• (Optional)支持多设备级联,支持并联/串联同步调节
• (Optional)做一个精致的外壳~

开工——V1.0版本

首先我们需要验证方案可行性，并在实际电路上验证并且测试它的可靠性——这就是我们的V1.0版本了~

我们选择ti公司的 LM5175 4管buck-boost控制器作为我们的电源管理芯片,同时确定参数如下:

PCB Design

使用Kicad设计原理图、绘制PCB:

tip:
对于电源类PCB,在设计PCB时应该注意器件布局和强电/弱电信号间的耦合与隔离。一般来说根据特定的规则和注意事项来布线就可以~
LM5175的数据手册里就有这样的例程，我也参考数据手册的例程进行了布局和布线。

KiCad的渲染图:

后来我觉得背面不应该画那个箭头丝印的…好丑啊= =

然后是实物~

在模拟环路的测试条件下,使用小米65W PD充电器+PD诱骗芯片 IP2721，诱骗出20V电压为电路供电,测得输出为12V出头，非常准确~

接下来要使用外部控制环路来替代模拟环，实现电压/限流调节功能。( 待完成 )

LM5175参数简单计算

以下计算公式和过程均参考了LM5175的数据手册。

Frequency Calc

R_T={{{1 \over F_{SW}}-200ns}\over{37pF}}

Finally get Rt = 84.5kΩ and we select standard value, that is 82kΩ.

Inductor Selection

L_{BUCK}={({{V_{IN(MAX)}-V_{OUT})*V_{OUT}}}\over{0.4*I_{OUT(MAX)}*F_{SW}*V_{IN(MAX)}}}

In most cases, circuit works in BUCK mode, so choose a most-common used voltage range, and calculate its L, finally we get L is about 10uH.

And the maximum average inductor current occurs at the minimum input and maximum load current:

I_{L(MAX)}={{V_{OUT}*I_{OUT(MAX)}}\over{0.9*V_{IN(MIN)}}}

I_{L(PEAK)}=I_{L(MAX)}+{{V_{IN(MIN)}*(V_{OUT}-V_{IN(MIN)})}\over{2*L_1*F_{SW}*V_{OUT}}}

And Saturation current should be higher, about 1.5xIL, about 20A.

Finally we choose two 1265 4.7uH in series.

What’s left…

Please refer to ti’s docs