隨著人工智能、電子信息、物聯(lián)網產業(yè)、電源技術的快速發(fā)展，開關電源在各個領域越來越起到至關重要的作用也對電源提出了更高的要求，使得電源朝著重量輕、體積小、高頻化、高效率的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬控制電源已不能滿足這些新興技術應用的需求，采用數(shù)字控制技術來提高電源的性能己成為高性能電源的一大發(fā)展方向。

本作品設計的數(shù)控源分為MCU控制模塊、DC-DC模塊和快充模塊三個部分。其中控制模塊采用兆易創(chuàng)新的GD32E503為主控MCU，外設有電源模塊、旋轉編碼器按鍵模塊、顯示模塊、ADC采樣模塊、Wi-Fi模塊、USB轉串口模塊、SD存儲模塊、四腳按鍵模塊等組成。DC-DC模塊輸出電壓0-30V和輸出電流0-5A可調。快充模塊支持多種快充協(xié)議、可對手機、電腦等電子產品進行快速充電。軟件方面采用KEIL集成開發(fā)環(huán)境，上位機采用QT集成開發(fā)環(huán)境，采用模塊化編程，實現(xiàn)了上位機通過串口實時檢測數(shù)控源輸出電壓電流值，并通過上位機可以設定電壓電流值。

本作品設計的數(shù)控源具有恒壓、恒流輸出，輸出電壓范圍在0-30V，輸出電流在0-5A，輸出電壓精度為0.01V，輸出電流精度為0.003A。該數(shù)控源具有可調精度高、紋波小、體積小、反應靈敏、工作穩(wěn)定等優(yōu)勢，具有廣闊的市場應用前景。

作品創(chuàng)新

1、本直流數(shù)控電源可以恒壓、恒流輸出，紋波?。惠敵鲭妷褐?~30V，輸出電流值0~5A，電壓精度0.01V，電流精度0.003A，功率最大可達150W。

2、采用補償算法精確控制DAC輸出以及中位值濾波算法對ADC芯片采到的數(shù)據進行濾波計算處理，減小誤差。

3、本作品所有主控芯片均采用國產芯片，PCB硬件設計也采用了國產立創(chuàng)EDA，做到了百分之百國產化替代，大大縮減了成本，并且本作品體積小、方便攜帶。

4、增加快充、物聯(lián)網、存儲功能。支持全協(xié)議快充；并可以通過手機遠程監(jiān)控電源運行狀態(tài)；還可將設備數(shù)據運行日志存到文件系統(tǒng)SD卡中，方便后期運營維護。

作品設計

整體設計分為硬件設計和軟件設計，硬件設計主要分為MCU控制板模塊、DC-DC模塊和快充模塊三個部分，軟件設計分為邏輯代碼的設計和上位機設計，其中邏輯代碼的開發(fā)環(huán)境為KEIL5，上位機采用QT編寫。

MCU控制板模塊采用兆易創(chuàng)新GD32E503VET6為主控芯片，采用四層板布局設計。外設有單片機電源模塊、ADC采樣模塊、旋轉編碼器按鍵模塊、顯示模塊、USB轉串口模塊、Wi-Fi模塊、SD存儲模塊、四腳按鍵模塊等。MCU通過SPI協(xié)議控制ADC采樣模塊對DC-DC模塊進行實時采樣，將其采到的電壓轉化為輸出電壓并顯示在屏幕上。當用戶按下設定鍵時，通過外部中斷觸發(fā)進入設定電壓電流功能選項，用戶使用旋轉編碼器設定電壓電流值，旋轉編碼器設定好預置電壓、電流之后，通過程序進行計算，將計算得到的數(shù)字值賦值給DAC寄存器，DAC輸出兩路電壓來控制DC-DC模塊的電壓電流輸出。

▲系統(tǒng)框圖

軟件部分采用KEIL5開發(fā)環(huán)境，首先對硬件進行初始化設定，當外設初始化完成后，進入while循環(huán)，通過按鍵外部中斷來判斷所處的狀態(tài)，當按鍵沒有按下時進行溫濕度刷新、ADC采樣濾波顯示、串口打印輸出、寫入SD、將數(shù)據上傳至阿里云平臺等，當按鍵按下時，進入旋轉編碼器設定狀態(tài)，可以進行電壓電流值設定，當再次按下按鍵時，退出設置功能并通過兩路DAC輸出相應的電壓來進行控制。上位機采用QT開發(fā)環(huán)境，上位機可以與GD32單片機進行交互，單片機將電壓、電流等信息通過串口發(fā)送給上位機，上位機進行接收并實時繪制動態(tài)波形。

▲主控程序流程圖

最終可以實現(xiàn)輸入220V 50Hz交流電，輸出為0-30V、0-5A可調。并通過Wi-Fi模塊將采集的電壓、電流、溫度等信息傳至阿里云平臺，通過云端實時檢測設備運行狀態(tài)。

測試分析

▲ 實物展示

▲ 性能測試

▲ 快充測試

該作品使用GD32E503VET6作為主控芯片，實現(xiàn)了直流數(shù)控源控制板的設計、制作及測試。該數(shù)控源具有可調精度高、 紋波小、體積小、反應靈敏、工作穩(wěn)定等優(yōu)勢。同時增加了快充接口，支持各種快充協(xié)議，以及具備云平臺數(shù)據監(jiān)控功能，具有廣闊的市場應用前景。

審核編輯：郭婷