Идея проекта:
Напряжение 20 В подаётся через USB, затем преобразуется микросхемой LM5175PWPR в выходное напряжение от 5 до 30 В (регулировка осуществляется потенциометром R40, изменяющим параметры цепи обратной связи). Цепь измерения тока и напряжения передаёт данные на АЦП микроконтроллера STM32, после обработки МК выводит значения на OLED-дисплей. Температура измеряется с помощью термистора, на основании данных которого ШИМ-сигналом регулируется скорость вращения вентилятора.
Вопросы:
Корректна ли схема измерения тока и напряжения?
Корректен ли выбор микросхемы LM5175PWPR и соответствующая схема её включения (параметры компонентов и топология)?
Это переделка моего открытого проекта цифрового источника питания buck-boost в обычный аналоговый управляемый источник питания buck-boost? А микроконтроллер будет использоваться только для измерения тока и напряжения?
Тогда использование STM32G474 будет немного расточительным.
Добро пожаловать в увлекательный мир разработки! Как уже сказал уважаемый коллега zeruns выше, использовать STM32G474 — этот «волшебный чип», ориентированный на высокоточные таймеры и смешанные сигналы, исключительно для аналоговой обратной связи с дополнительным дисплеем — это всё равно что стрелять из зенитной пушки по комару . Однако, если вы новичок и хотите потренироваться, то избыток аппаратных ресурсов не помешает. Более того, основа этой платы очень хорошая: когда вы достигнете более продвинутого уровня, вы сможете напрямую использовать её для изучения полностью цифровых источников питания (цифровое управление контуром), и вам не понадобится заново проектировать печатную плату.
Теперь кратко прокомментирую ваши два вопроса:
1. Корректна ли схема измерения тока и напряжения?
Измерение напряжения: Стандартная и правильная реализация. Используется делитель напряжения из 90 кОм (R46) и 10 кОм (R47), соотношение деления 1:10. При максимальном выходном напряжении 30 В, на входе микроконтроллера получается 3 В, что идеально попадает в безопасный диапазон АЦП STM32 (3,3 В). Очень разумно.
Рекомендации по улучшению: Конденсатор фильтра C35 номиналом 100 пФ, подключённый параллельно выводу АЦП, немного маловат для низкочастотной выборки. Рекомендуется заменить его на 1 нФ или даже 10 нФ. В сочетании с программной фильтрацией методом скользящего среднего в MCU, показания напряжения на OLED будут гораздо стабильнее и не будут “прыгать” без причины.
Измерение тока: Использование специализированного усилителя тока INA280 с высоким синфазным напряжением — надёжное решение, намного удобнее, чем сборка собственной схемы на обычных ОУ.
Важное предупреждение: На принципиальной схеме всё правильно, но при разводке печатной платы (PCB Layout) нужно быть особенно внимательным! Проводники от шунтирующего резистора (R44 на схеме) до входов INA280 обязательно должны быть выполнены по кельвиновской схеме (Kelvin connection). Это означает, что необходимо отдельно вывести дифференциальные проводники от внутренних сторон контактных площадок шунта к выводам микросхемы. Никаких общих полигонов, подключённых к силовой «земле»! В противном случае падение напряжения на земляном полигоне при больших токах может полностью исказить результаты измерений.
2. Корректна ли схема на базе LM5175PWPR?
Общая архитектура, судя по всему, взята из проверенных решений. Значения внешних компонентов и выбор MOSFET’ов вполне подходят для стандартного диапазона выходного напряжения 5–30 В.
Об опасности регулировки напряжения с помощью переменного резистора (ВАЖНО): Вы упомянули использование переменного резистора R40 для настройки цепи обратной связи. В импульсных источниках питания использование механического потенциометра, непосредственно подключённого к выводу FB (обратной связи), несёт определённые риски. Со временем или при вращении механические потенциометры могут страдать от мгновенных обрывов контакта (кратковременного размыкания).
К счастью, в вашей схеме R40 соединён последовательно с R38, образуя нижнее плечо делителя, подключённое к земле. Это безопасная конфигурация: если R40 внезапно потеряет контакт (разомкнётся), вывод FB окажется подтянутым к выходному напряжению, LM5175 мгновенно заблокирует выход, и напряжение упадёт до нуля.
(Небольшое пояснение: если бы потенциометр был установлен в верхнем плече делителя, то при разрыве контакта напряжение на FB упало бы до нуля. Микросхема решила бы, что выходное напряжение отсутствует, и немедленно установила бы максимальный коэффициент заполнения. Это привело бы к тому, что выходное напряжение резко возросло до максимума и мгновенно уничтожило бы подключённое оборудование.)
Разводка — настоящий экзамен: LM5175 — это четырёхтранзисторный синхронный контроллер Buck-Boost, который предъявляет крайне высокие требования к трассировке PCB. Правильно начертить принципиальную схему — это только 30% успеха. Площадь мощного контура должна быть минимальной; входные и выходные фильтрующие конденсаторы должны располагаться как можно ближе к парам MOSFET’ов; проводники от датчика тока самого LM5175 также должны быть разведены дифференциально и иметь одинаковую длину.
Подводя итог: в качестве начального учебного проекта ваша концепция ясна, схема аккуратно оформлена. Смело отправляйтесь на производство платы. Сначала настройте аналоговый контур управления, наберитесь опыта отладки аппаратной части DC-DC преобразователей, а затем постепенно раскрывайте весь потенциал этого STM32G474. Удачи! Жду с нетерпением фотографии вашей работающей конструкции!
Здравствуйте, уважаемый специалист! Я закончил рисование печатной платы. Не могли бы вы помочь проверить, нет ли каких-либо проблем? В частности, я не уверен, как правильно разделить аналоговую землю, силовую землю и цифровую землю. Буду очень признателен за ваше руководство
. Однако, если вы новичок и хотите потренироваться, то избыток аппаратных ресурсов не помешает. Более того, основа этой платы очень хорошая: когда вы достигнете более продвинутого уровня, вы сможете напрямую использовать её для изучения полностью цифровых источников питания (цифровое управление контуром), и вам не понадобится заново проектировать печатную плату.
