完整控制板

原理圖

數(shù)字控制板的整體原理圖如下：

PCB

正面：

反面：

控制板原理

電壓采樣

電壓采樣采用的電阻分壓方式：

上電阻為R37 330K，下電阻為R38 8.2K，分壓后通過AN-VOL連接到單片機(jī)的ADC輸入引腳。此電阻取值可以確保測(cè)量最高136V電壓。

D3為穩(wěn)壓管起保護(hù)作用，確保AN-VOL不會(huì)超過3.3V。

R39和R40這兩個(gè)電阻沒有使用，如果用戶需要精細(xì)化計(jì)算電壓，可以考慮使將R38設(shè)置為100K的電阻，然后通過并聯(lián)R39、R40來降低下電阻的阻值。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的采樣固定12比特，下電阻的越大，則測(cè)量就越精確。

電流采樣

本方案采用外置采樣電阻對(duì)電流進(jìn)行采樣，輸入負(fù)極連接電源的負(fù)極輸出，輸出負(fù)極連接用戶負(fù)載。

采用本方案會(huì)導(dǎo)致用戶負(fù)載的負(fù)極電壓比電源實(shí)際的輸出電壓高一點(diǎn)點(diǎn)，按照10A電流來算，僅高出0.05V，可以忽略不計(jì)。

由于采樣電阻很小，兩個(gè)10毫歐的采樣電阻并聯(lián)，最終只有5毫歐，直接通過單片機(jī)ADC測(cè)量不可行，所以必須要增加放大電路：

務(wù)必使用rail-to-rail的運(yùn)算放大器，本放大器的放大倍數(shù)為24.5倍。

這樣，當(dāng)電源輸出1A的電流時(shí)，單片機(jī)采樣引腳上的電壓為：0.005*1*24.5 = 0.1125V的電壓。

熱敏電阻

電路增加了外接熱敏電阻，以測(cè)量電源開關(guān)管附近的電壓，避免電源開關(guān)管溫度過高。

目前僅僅是測(cè)量而已，并沒有根據(jù)溫度值對(duì)電源進(jìn)行控制。

電池供電、繼電器控制電路

當(dāng)使用充電完成自動(dòng)關(guān)機(jī)功能時(shí)，必須要外接電池供電，以便在關(guān)閉220V電源的場(chǎng)景下依舊可以控制繼電器斷開。

電路如下：

電池供電電路分兩部分：

第一部分是充電電路：這部分直接使用TP4056對(duì)鋰電池充電，編程引腳使用2K電阻，對(duì)應(yīng)充電電流為580mA。

第二部分是電池供電電路：電充供電電路由一個(gè)PMOS Q4 和一個(gè)NMOS Q3 組成，控制板上電時(shí)BATCTRL輸出低電平，Q3關(guān)閉，Q4也處于關(guān)閉狀態(tài)，電池不供電。當(dāng)需要電池供電時(shí)，單片機(jī)BATCTRL輸出高電平，將Q3的柵極為高電平，Q3導(dǎo)通，從而導(dǎo)致Q4的柵極為低電平，Q4導(dǎo)通，電池向系統(tǒng)供電。使用電池供電時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際不足4V。

繼電器部分比較簡(jiǎn)單，通過一個(gè)NMOS控制繼電器的負(fù)極是否與GND聯(lián)通，當(dāng)單片機(jī)將RELCTRL引腳設(shè)置為高電平時(shí)，繼電器導(dǎo)通。

DAC輸出

電源控制最關(guān)鍵的是控制電流和電壓，如果是手動(dòng)模式，可以直接使用電位器控制，但是數(shù)控時(shí)，就需要使用DAC了。

本方案使用的是 STM32F103C8T6，該MCU沒有DAC模塊，本方案考慮使用pwm+電容實(shí)現(xiàn)DAC。

原理圖如下：

MCU主頻固定后，PWM的最高頻率也就固定了，而PWM的頻率越高，則PWM的周期也就越小，而使用pwm實(shí)現(xiàn)DAC時(shí)，周期決定了DAC的分辨率。為了提高DAC的分辨率，本方案考慮使用兩個(gè)PWM輸出疊加來提高精度。

由上圖可知，PWM通道1的電阻為1K，通道2的電阻為62K，相當(dāng)于62進(jìn)制的數(shù)據(jù)。假設(shè)PWM的周期為256，那么在線性區(qū)間內(nèi)，DAC的最大有效值為 256*62+61=15933。考慮到通道2也可以達(dá)到256，所以最大有效值應(yīng)為：256**62+256 = 16128。

PWM輸出電阻后面跟的是105電容，起到濾波作用，確保在進(jìn)入運(yùn)算放大器的同向輸入端時(shí)是平滑直線。

PWM輸出的最高電壓為3.3V，而TL494的參考電壓為5V，所以這里還需要考慮對(duì)PWM的輸出進(jìn)行放大，如圖所示，最高電壓為：3.3*(5.1+10)/10 = 4.983V。

運(yùn)放的工作電壓為5V，最高輸出電壓為4.98V，所以運(yùn)放必須使用軌到軌的器件！

控制板排線

控制板與電源使用8pin的排線連接，后續(xù)方便維修。

排線每個(gè)引腳的功能如下：

LCD

LCD使用240x240分辨率的TFT彩色顯示屏，工作模式為SPI串口，液晶顯示器的背光單獨(dú)控制。

使用控制板

電源面板

面板圖：

電源面板支持兩種輸出接口，XT60-F 和 插頭。

電源調(diào)節(jié)鍵為EC11旋鈕，支持順時(shí)針、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、按鍵功能。

LCD使用的是240x240的TFT彩色顯示屏。

電源內(nèi)部連接圖

下面是電源的實(shí)物連接圖：

自動(dòng)斷電連接

如果希望充電結(jié)束后，電源能夠自動(dòng)關(guān)機(jī)，那么就需要連接鋰電池和繼電器：

繼電器（5V）用于控制220V輸入電源的打開和關(guān)斷，連接常閉線。

電池用于關(guān)斷220V輸入電源后，為繼電器提供電源，確保電源能夠關(guān)閉指定時(shí)間。

當(dāng)啟用自動(dòng)關(guān)機(jī)功能，滿足條件后，繼電器通電，關(guān)斷輸入電源，此時(shí)控制板將使用電池供電。

電路連接圖如下：