【2025电源模块创意大赛】口红型便携可调电源的产品设计说明

项目概述

本项目设计并实现了一款基于​​ESP32-C6​​主控的​​口红型便携可调电源系统​​。该设备核心功能是提供多路稳定、可调的直流电压输出,并能通过彩色LCD屏实时监控各路输出的电压和电流数据,适用于嵌入式开发、电路板调试和电子实验等场景。

系统架构与工作流程

下表清晰地展示了系统的电源转换路径与数据采集架构:

功能模块 核心芯片/部件 主要功能与参数
​PD诱骗与主供电​ CH213 从USB-C接口的VBUS诱骗出​​12V​​电压,作为系统主供电,并提供两路​​12V输出​
​一级电压转换​ MPM3632CGQV-Z 将12V主供电高效降压至​​5V​​,为系统提供二级供电及两路​​5V输出​
​二级电压转换​ LDO 将5V电压转换为​​3.3V​​,为监测芯片(INA3221)和数字电位器供电。
​可调电压输出​ MPM38222GR-Z 接受5V输入,通过数字电位器调节反馈(FB),生成两路​​1V至3.6V​​可调的低压电源。
​数据采集​ INA3221 × 2 高精度测量​​2路12V、2路5V、2路可调输出​​,共计6个通道的实时电压和电流值
​主控与显示​ ESP32-C6 + 1.47寸LCD 核心控制器,负责处理数据、驱动显示界面,并通过数字电位器控制输出电压。

项目关键特性

  1. ​高度集成与便携性(目前处于方案设计阶段, PCB打样中,暂时不考虑体积和外形设计, 最终版本再优化成长条形)​​:采用“口红电源”的紧凑设计理念,将所有功能集成于小巧机身内,便于携带和使用。

  2. ​智能可调与实时监测​​:通过ESP32-C6精确控制两路电压输出,并利用INA3221实现对所有输出通道电压和电流的高精度监测与数据记录。

  3. ​高效电源管理​​:采用MPM3632CGQV-Z等高效电源芯片,确保电压转换效率并减少发热。

潜在应用场景

  • ​嵌入式开发​​:为单片机、传感器模块等提供多种电压供电并实时监测功耗。

  • ​电路板调试与维修​​:替代笨重的台式电源,快速提供所需电压,方便排查电路问题。

  • ​电子教学与实验​​:作为便携实验平台,帮助学生理解电源管理和电路特性。


主要电路模块构成如下:

1、PD诱骗部分,使用常见的ch213诱骗方案,由于最终电压可设置为9V或者12V(CFG3引脚引出由ESP32控制最终PD电压),R6采用0805封装的电阻,避免封装过小功率不足。

2、输入端电子保险丝,考虑到软件设计短路保护太麻烦,直接使用一个电子保险丝在PD诱骗电压后。

3、2个INA3221实现一个6路电压和电流的数据采样功能,配置成不同的I2C地址方便esp32管理。

4、12V转5V电路,使用MPM3632CGQV-Z来实现,集成了MOS,外围电路非常简单。

5、2路5V输出使用理想二极管+电子保险丝,这里考虑的是,万一某一路短路,可以通过电子保险丝快速切断输出,保证板子上的INA3221可以正常工作。

6、2路可调的低压输出通道,这里使用了2个100K欧的数字电位器来实现两路低压电压的调整。

这种配置将数字电位器放在下端作为可调电阻。我们需要先为一个固定值的上端电阻(Rtop),并计算出数字电位器(Rbot)的阻值变化范围。

  1. ​计算依据​​:公式变换为 Rbot​=Rtop/(Vout/0.608 -1),假设Rtop固定为64.47KΩ​​

    • 为输出 ​​1.0V​​: Rbot​=Rtop/(1.0/0.608 -1)。设此时数字电位器阻值设置为(100kΩ),

    • 为输出 ​​3.6V​​: Rbot​=Rtop/(3.6/0.608 -1), 此时数字电位器阻值应设置为13.1KΩ

  2. 方案评估​​:此配置利用数字电位器阻值减小时输出电压升高的特性,理论上可以实现1V到3.6V的调节。

该方案仍需实际测试才知道实际结果怎样,等PCB收到后再焊接测试。

板子的PCB预览图如下

软件方面,已经使用INA3221测试模块实现了基本的电压电流数据读取,稳步开发中。

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