Ý tưởng thiết kế:
Đầu vào điện áp 20V qua cổng USB, sau đó được chuyển đổi thành điện áp đầu ra 5-30V thông qua IC LM5175PWPR (điều chỉnh mạng phản hồi bằng biến trở R40 để kiểm soát điện áp ra). Mạch phát hiện dòng điện và điện áp sẽ xuất dữ liệu về chân ADC của STM32, MCU xử lý và hiển thị giá trị lên màn hình OLED. Đồng thời, cảm biến nhiệt độ (nhiệt trở) thu thập dữ liệu nhiệt độ để điều chỉnh tốc độ quạt thông qua tín hiệu PWM.
Các vấn đề cần hỏi:
Mạch phát hiện dòng điện và điện áp như vậy có hợp lý không?
Thiết kế sử dụng LM5175PWPR có hợp lý không (về tham số linh kiện và thiết kế mạch)?
Làm như vậy tức là chuyển dự án nguồn buck-boost số mã nguồn mở của tôi sang nguồn buck-boost điều khiển tương tự thông thường? Vi điều khiển chỉ dùng để lấy mẫu điện áp và dòng điện thôi à?
Vậy thì dùng STM32G474 có vẻ hơi lãng phí rồi.
Chào mừng bạn bắt đầu dự án! Như đại thần zeruns ở trên đã nói, dùng con STM32G474 – “vi điều khiển thần thánh” chuyên về bộ định thời độ chính xác cao và xử lý tín hiệu hỗn hợp – để làm mạch hiển thị phụ chỉ thuần phản hồi dạng analog thì đúng là “dùng pháo cao xạ bắn muỗi” thật rồi . Tuy nhiên vì đây là dự án luyện tay cho người mới, nên dư thừa chút tài nguyên phần cứng cũng chẳng sao. Hơn nữa, bo mạch này tiềm chất rất tốt; khi bạn nâng cấp trình độ sau này, hoàn toàn có thể phát triển trực tiếp từ nền tảng này để nghiên cứu nguồn kỹ thuật số hoàn toàn (điều khiển vòng kín số), không cần phải thiết kế lại mạch in.
Dưới đây là góp ý sơ bộ cho hai vấn đề bạn nêu:
1. Mạch đo dòng điện, điện áp có hợp lý không?
Đo điện áp: Rất tiêu chuẩn. Bạn dùng cặp điện trở 90K (R46) và 10K (R47) để chia áp với tỉ lệ 1:10. Điện áp ngõ ra tối đa bạn thiết kế là 30V, sau khi chia áp còn 3V, vừa khít trong dải an toàn 3.3V của ADC trên STM32, rất hợp lý.
Gợi ý cải tiến: Tụ lọc C35 mắc song song với chân ADC trên hình là 100pF, giá trị này hơi nhỏ đối với lấy mẫu tần số thấp. Gợi ý thay bằng 1nF hoặc thậm chí 10nF, kết hợp thêm bộ lọc trung bình trượt trong phần mềm MCU, sẽ giúp giá trị điện áp hiển thị trên OLED ổn định hơn nhiều, không bị nhảy loạn xạ.
Đo dòng điện: Dùng IC khuếch đại chuyên dụng INA280 – loại có khả năng đo dòng cao với điện áp chung lớn – phương án rất chắc chắn, đỡ tốn công hơn nhiều so với việc tự ráp op-amp.
Lưu ý tránh坑 (bẫy): Về mặt nguyên lý thì không sai, nhưng khi vẽ PCB Layout cần hết sức chú ý! Đường nối từ điện trở cảm biến dòng (R44 trên hình) đến chân vào của INA280 phải sử dụng phương pháp nối Kelvin (Kelvin connection) một cách nghiêm ngặt. Nghĩa là phải kéo riêng hai đường vi sai từ phía bên trong hai pad hàn của điện trở cảm biến về IC, tuyệt đối không được nối trực tiếp vào mặt đất (ground plane) rộng, nếu không sụt áp do dòng lớn chạy qua mặt đất sẽ khiến giá trị đo được sai lệch nghiêm trọng.
2. Thiết kế LM5175PWPR có hợp lý không?
Tổng thể kiến trúc có vẻ tham khảo theo giải pháp đã thành thục, các linh kiện ngoại vi và lựa chọn MOSFET đều phù hợp với ngõ ra thông thường 5-30V, không có vấn đề lớn.
Vấn đề điều chỉnh điện áp bằng biến trở (cảnh báo nguy cơ cao): Bạn đề cập dùng biến trở R40 để điều chỉnh mạng phản hồi. Trong nguồn switching, việc dùng biến trở cơ nối trực tiếp vào chân FB (feedback) tiềm ẩn rủi ro. Biến trở cơ dùng lâu hoặc khi xoay có thể dễ xảy ra hiện tượng tiếp xúc kém tạm thời (hở mạch tức thì).
Trên sơ đồ, may mắn là R40 nối tiếp với R38 làm điện trở dưới nối mass cho FB. Đây là cách mắc an toàn — nếu R40 đột nhiên hở mạch, chân FB sẽ bị kéo lên mức điện áp đầu ra, khiến LM5175 lập tức ngắt ngõ ra, điện áp giảm về 0.
(Kiến thức mở rộng: Nếu đặt biến trở ở vị trí điện trở trên, khi tiếp xúc kém, điện áp FB sẽ về 0, chip sẽ hiểu lầm là chưa có điện áp ngõ ra và bật xung với duty cực đại, khiến điện áp đầu ra tăng vọt lên mức giới hạn, lập tức thiêu rụi thiết bị tải).
Thử thách thực sự nằm ở việc đi dây (layout): Những bộ điều khiển Buck-Boost đồng bộ 4 MOSFET như LM5175 cực kỳ khắt khe về bố trí mạch in (PCB layout). Vẽ đúng sơ đồ nguyên lý mới chỉ hoàn thành 30% công việc. Cần phải giảm thiểu diện tích vòng mạch công suất, các tụ lọc đầu vào/ra phải đặt càng gần hai cặp MOSFET càng tốt; đồng thời các đường nối từ điện trở cảm dòng về bản thân LM5175 cũng phải đi vi sai và đẳng dài.
Tóm lại: Với tư cách là một dự án luyện tay cho người mới, ý tưởng rất rõ ràng, sơ đồ vẽ cũng gọn gàng, chuẩn mực. Cứ mạnh dạn in mạch và hàn thử, trước tiên tập trung làm sao chạy được vòng điều khiển analog, tích lũy kinh nghiệm debug phần cứng DCDC. Sau đó có thể từ từ “vắt kiệt” hiệu năng của con G474 này. Cố lên, mong sớm được thấy sản phẩm thực tế của bạn sáng đèn!
. Tuy nhiên vì đây là dự án luyện tay cho người mới, nên dư thừa chút tài nguyên phần cứng cũng chẳng sao. Hơn nữa, bo mạch này tiềm chất rất tốt; khi bạn nâng cấp trình độ sau này, hoàn toàn có thể phát triển trực tiếp từ nền tảng này để nghiên cứu nguồn kỹ thuật số hoàn toàn (điều khiển vòng kín số), không cần phải thiết kế lại mạch in.