電子丐幫第二期# 成本20元左右的CC表電路設(shè)計初版

24c01硬件電子 03-02 17:57 363 閱讀 5 贊 8 收藏 0 評論

由于幫主家里屯了一些用不掉的物料，所謂“買料一時爽，用料如抽絲”，所以丐幫幫主胡博設(shè)計的一個低成本的CC表的初期電路，設(shè)計理念是“只要夠便宜就沒有售后問題”。算是發(fā)給大家一起分享電路方案，另一方面，如果各位同好看到電路有可以改進的地方的話，可以提出改進建議。目前還在打板驗證中。

通訊接口：

USB采用Typec接口，用作設(shè)備數(shù)據(jù)上傳與下發(fā)（通過USB協(xié)議與上位機通訊）

USB部分的防護采用IP4223CZ6作為ESD防護，保護USB不受外部靜電傷害。

負(fù)載&電源接口：

負(fù)載和電源接口采用一個SMKX5.08_4PIN的座子，有四個PIN，分別是外部電源DC+，外部電源DC-，負(fù)載正和負(fù)載負(fù)。

即大體框圖如下所示：

電源部分：

電源部分采用外部DC供電與USB供電二選一，當(dāng)外部有電源通過CON2接入時，這個電源切換電路會通過D3將外部電源作為電源傳遞到VCCA2；當(dāng)外部沒有電源接入時，則會通過USB的座子提供5V通過MOS管Q8作為系統(tǒng)電源。這個雙電源切換電路蠻好的，也挺常用的推薦給大家。

MCU供電是將USB提供的5V通過磁珠之后，再使用LDO降壓到3.3V給MCU供電，LDO采用圣邦微的SGM2211或者SGM2036.

負(fù)壓部分采用圣邦微的SGM3204電荷泵先將3.3V轉(zhuǎn)化為-3.3V，然后再通過圣邦微的SGM2209將-3.3V降為-1.2V的電壓。負(fù)壓主要為運算放大器供電以及提供偏置等。

主控部分：

主控采用南京沁恒的CH32V303CBT6，最高144MHz系統(tǒng)主頻， 2組12位DAC轉(zhuǎn)換，2單元16通道12位ADC轉(zhuǎn)換，以及其他功能，具體如下表，還是很豐富的。

價格大概7塊錢左右，批量可以做到6塊以下。

電路圖如下，主要使用到MCU的USB，ADC，DAC和IIC外設(shè)。雖然mcu內(nèi)部adc有效位數(shù)低，但依靠芯片內(nèi)部apb總線，能夠?qū)崿F(xiàn)幾十上百ksps采樣率。外部adc，例如ads1255/6，雖然分辨率高線性度好，但mcu單位時間發(fā)起spi dma通信的次數(shù)有限，15ksps采樣率的數(shù)據(jù)取不完。mcu adc分辨率低的短板，通過增加采樣電阻的方法改善，畢竟是采集電流。綜上考慮，選擇mcu內(nèi)部adc。

存儲器部分：

由于沁恒的這顆CH32V303CBT6需要主頻降低144MHz到120MHz才能讀寫內(nèi)部flash。而使用USB外設(shè)必須系統(tǒng)主時鐘為48MHZ的倍頻，所以為了不降低主頻，就采用了一個外置的EEPROM存儲器24lc64作為校準(zhǔn)或采集數(shù)據(jù)的存儲。

輸出及信號采集：

然后是最主要的部分，即輸出電壓部分，采用MCU的dac輸出信號給第一級運算放大器跟隨，第二級運放輸出接三極管組成的達林頓管，再從發(fā)射極取反饋，最終將Vdac同相放大16倍輸出給負(fù)載，將放大放到達林頓這一級可以增加反饋環(huán)路的相位冗余度，改善穩(wěn)定性。需要注意的是，由于是從達林頓管的發(fā)射極輸出，所以當(dāng)外部電源Vext供電時，最大輸出電壓為Vext-Vd(D3)-Vbe(Q7)-Vbe(Q9)。同理，當(dāng)沒有外部電源供電時，輸出電壓從USB取電，最多輸出為5-Vbe(Q7)-Vbe(Q9)，大概3.4V左右。

上圖中由于是達林頓射極輸出電壓，所以在輸出vout接npn和一個電阻到-1.2v，以此能改善負(fù)載電流突然減小時輸出電壓的過沖（支持一定程度上的灌電流）。主輸出電路這邊運算放大器采用潤石科技的RS8652，這顆運放性能還是很不錯的，支持從3.3~32V的寬壓供電。并且其輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流都很小。輸出軌到軌，也非常舒服。

電流采樣部分采用下端采樣，當(dāng)Q12和Q13均導(dǎo)通時，檢流電阻RS2和RS4被短路，此時檢流電阻RS7檢流（負(fù)載電流流過）；當(dāng)Q12導(dǎo)通，Q13不導(dǎo)通時RS4和RS7起檢流作用（負(fù)載電流流過）；當(dāng)Q12和Q13均不導(dǎo)通時，檢流電阻RS2和RS4和RS7均起作用（負(fù)載電流流過）。采樣電阻并二極管鉗位保護，mos管旁路采樣電阻，都是萬用表常見設(shè)計。

mos切換通道，設(shè)計原則是，三個采樣電阻的電流量程有重疊區(qū)域。當(dāng)實時電流測量值逐漸逼近當(dāng)前采樣電阻的量程邊界時，下一個量程的采樣電阻的并聯(lián)mos從導(dǎo)通改成截止，準(zhǔn)備采集。兩個電阻并聯(lián)的mos狀態(tài)會相應(yīng)改變。量程重疊，可以確保mcu操作mos的時候，仍然有一個采樣電阻的電流數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。