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2021年08月17日 | 基于STM32电源模块开发
2021-08-17 来源：eefocus
1. 需求分析
使用220-9V的电源适配器进行供电
输出2-5V可调，并且可以监控输出电流
带oled屏幕显示电压电流等信息
带MCU主控可做通信或测试功能使用
2. 硬件设计
2.1 硬件选型及原理图设计
MCU部分原理图设计如下，主要参考的是我之前买的一个STM32F103的一个核心板提供的原理图，主要部分有USB接口、9.6英寸OLED屏幕接口（SPI通信）、SWD及UART接口、按键及指示灯、多余的引脚尽量通过排针引出。
电源部分原理图如下，芯片选型主要使用的是TI的WEBENCH设计工具设计后提供的参考芯片，数字电阻和电流监控的跨阻放大器也都是在TI官网搜的。这里为什么我都用TI的芯片，主要是因为TI可以给学生和公司职员提供免费的样品，只要是学校或公司的邮箱登录就行，申请规定数量的芯片基本上都能通过。每个芯片的datasheet中都提供了参考原理图，根据具体应用进行简单修改即可。
主要芯片：
TPS54628：将外部DC座子提供的9V电压转换为5V，然后分为两路：一路通过LDO芯片AMS3117转换为3.3V为MCU部分供电，另外一路经TPS54339控制后为外部提供电压。
TPS54339：通过数字电阻器实现输出可调的电压，后端经一跨阻放大器进行电流监控。
TPL0401B：数组电阻器，I2C通信接口
INA250A1PW：电流监控芯片，具体放大倍数可选，本设计倍数选小了。
2.2 AD10使用流程
本方案原理图及PCB设计使用的是Altium Designer10，用的不是很熟练但基本会用。
新建一个新的PCB工程，在新建的工程中添加草图和PCB文件，最好也新建或加入自己的草图和PCB库文件，因为在标准的库中大部分是没有你所使用芯片的草图和PCB引脚封装的，需要自己添加或者绘制相关器件封装。
原理图绘制，点击右侧的Libraries在合适的库中选择所要使用的器件草图，没有的器件需要自己绘制或去网上找，然后直接拖到右侧绘制窗口即可，最后根据芯片设计连接各器件。
Tips: Tools->Annotate Schematics选项可以自动给各器件编号命名。
原理图绘制完毕后，需检查每个元器件是否都有关联正确的引脚封装，检查无误后，点击Design->Update PCB Document ...将原理图中的器件引脚封装更新到PCB文件中。如下图，删除掉棕色的背景，Design->Board Shape选项可以调整整个布局大小，调整好各器件整体布局后就可以按快捷键P+T进行连线了。
布好线进行铺铜处理后效果如下图，部分器件封装带3D的模型可进行预览。
2.3 PCB回板焊接
淘宝上进行投板，注意给厂家发送原理图前一定要按照厂家提供的规则再次检查PCB布局走线，确保能符合它的生产工艺。
进行焊接，除TI的芯片是免费申请的，其它器件都是在淘宝上进行购买的
核心器件焊接完成，电阻电容的焊盘有点小导致电阻电容焊接的比较丑，下次把电阻电容的焊盘稍微调大一点。
3. 软件设计
软件功能较为简单，后面优化后再补充。
4. 实测展示
MCU部分所有功能调试正常，在电源正常起来时可实现输出电压可调电流可监控功能，带负载能力未知，电流监控不是很准，电流监控芯片倍数选小了。
电源部分异常，第一级的TPS54628电源芯片在拔插9V供电时容易烧掉，原因应该是PCB布局完全没按照手册中进行绘制，仅仅只是连接上而已。
5. 总结
PCB绘制走线对电源的影响非常大，以后得十分注意。
本设计除电源部分有设计失误外，整体功能逻辑都时正常的，还行。
有些事情得先做起来，不能总是思考准备，先搞起来迭代开发嘛。
史海拾趣
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