【2025电源模块创意大赛】便携光刻机设计提交

yaof · 2025 年11 月 11 日 14:30

一、作品简介

便携光刻机以 LPC55S69 为主控核心，搭载 MPM54304 电源管理模块，实现 4V-16V 宽压输入与稳定供电。

设备集成激光功率 PWM 精密调控（0-100% 可调）、X/Y 轴步进电机细分驱动，支持UART传输。配备 LED 显示屏，实时显示工作状态，内置限位保护、过流保护及欠压报警功能。

整机采用12V供电，体积小，兼具高精度雕刻性能与便携性，适用于小型工件加工、创意制作等场景，操作便捷且稳定可靠。

核心物料：

物料名称	型号规格	核心功能与作用	选型优势
主控 MCU	LPC55S69JBD100	系统核心控制单元，负责解析 G 代码、生成 X/Y 轴步进脉冲、激光 PWM 信号，管理通信及人机交互逻辑。	双 Cortex-M33 内核（150MHz），640KB Flash+320KB SRAM，集成 SCTimer/PWM、高速 USB、SDIO 等外设，满足多任务并行处理需求，功耗低适配便携场景。
电源管理模块	MPM54304GMN-0004	四通道 DC-DC 转换器，将12V 输入转换为 5V（激光 + 步进电机）和 3.3V（主控 + 外设）稳定输出，支持 I2C 配置输出电压与过流阈值。	集成电感，4V-16V 宽压输入，通道可并联（5V 输出达 3A），效率≥90%，体积小（LGA-33 封装），适配便携设备供电需求。
隔离电源模块	MIE1W0505BGLVH-3R-Z	为敏感模拟电路（激光电流检测、ADC 采样）提供隔离 5V 电源，实现模拟与数字电源隔离，抑制干扰。	输入 5V 转输出 5V，1W 功率满足小电流模拟电路需求，3kV 隔离电压有效阻断数字噪声耦合，SIP 封装体积紧凑，适配便携设备的空间限制。
步进电机驱动器	A4988	接收 LPC55S69 控制信号，驱动 X/Y 轴步进电机实现精密位移，支持 1/16 细分，最大输出电流 2A。	细分精度高（最小步距 0.01mm），内置过流保护，外围电路简单，成本低且可靠性强，适配 28BYJ-48 等小型步进电机。

二、系统框图

功能逻辑图如下

示意图大致如下

实现的电路图设计如下

三、各部分功能说明

12V 供电输入（DC-005 电源座）：接入 12V 直流适配器，为整个系统提供主电源，替代原锂电池供电。
电源管理单元：
- MPM54304：将 12V 输入转换为 5V（供激光模组、步进电机）和 3.3V（供主控、外设），支持 I2C 配置过流保护阈值，内置滤波电容保障供电稳定。
- MIE1W0505BGLVH-3R-Z：将 5V 转换为隔离 5V，为敏感模拟电路供电，阻断数字噪声干扰。
主控模块（LPC55S69）：系统核心，解析 G 代码、生成 X/Y 轴步进脉冲和激光 PWM 信号，管理通信、LCD 显示及按键操作，处理限位、过流等保护信号。
显示模块（普通 LCD）：实时显示雕刻进度、激光功率、文件名称等信息，通过电位器调节对比度，适配强光场景使用。
功率执行模块：
- A4988 步进驱动：接收主控信号，驱动 X/Y 轴电机实现精密位移，支持 1/16 细分提升精度。

最后的PCB设计如下

参考的BOM如下

四、作品源码

本帖子不能上传zip文件，下载链接如下

五、作品功能演示视频

设计的三维显示如下

整个开发板主要部件都焊接成功

LCD屏的FPC线底座尺寸差一些，需要调整一下，这个可以用预留SPI跳线连接外部LCD；
步进电机的驱动芯片还没有焊接调试，这个拟采用驱动模块连接，因为已经预留了接口，可以直接连接
主控MCU引出SWD调试接口，可以用Jlink调试和下载，同时NPM54304的I2C调试接口也引出，可以评测并更新电压轨选择，目前用0x68H的地址就可以访问，参见virtual bench调试的部分。

本项目控制逻辑相对复杂，软件开发周期较长，采用MCUexpresso IDE开发，软件的运行和测试随后补充，包含步进电机的运行视频后续进行。

六、项目总结
NPM54304芯片的使用总结

芯片的焊接，开始始终无法启动DC-DC变换，输出电压轨不是预计的数值。经过补充焊接，发现有虚焊和漏焊的地方，补足就可以的。焊接方法推荐采用热风枪。
设计的过程，有几个引脚的用法一直不大理解，而且手册里没有提到。使能EN的电源问题，最好是采用内部的Vcc自己供电。但是，使能的顺序没有找到，本设计用从供电电压分压的方法来弄的。这个方法会有漏电流，不是最理想的方法，需要改进采用内部的DC-DC变换的供电最好。另外ADD，PG的引脚都还没有测试和使用，这个也是多芯片协同设计的方法。
本设计选择的是000000序号的芯片，因此，这个系列的电压需要自定义配置。不同于其他的序号，可以通过外部的分压电阻调整输出电压。这个芯片，需要一个外置的i2c接口，才能正确接入。在设计的时候，把I2c接口引出在板子的边缘了，连接好就可以的。目前使用了其中3各电压轨，具体参数需要自定义配置
这个芯片的最大特点是大电流输出，这个最适合直接驱动大负荷，甚至是步进电机，是一个优秀的全能芯片

MIE1W0505BGLVH-3R-Z芯片的使用，这个芯片是一个隔离芯片，外围元件少，耐压高，性能优异，也是电压隔离的高性能选择。

其他功能模块和芯片，都是通用芯片和产品，虽然集成在一起开发需要调试的时间，但是属于通用设计，在此不单独讨论。

七、附件——相关帖子链接：