哈喽，感谢MPS和EEworld组织的这次机器人模块设计大赛，作为第二次参加MPS类似设计活动的老鸟，非常容易能再次入围，给了我这次机会再次体验MPS产品。要说第一次接触MPS产品还是从一个NXP的开源飞控项目上，里面核心板就采用MPS家的一体化DCDC模块，体积真的是小，我简直不敢相信，之后又在电源设计大赛里实际体验了下，性能真是刚刚的。
至于为啥入围那么久了，现在才开始发第一个帖子，实在是最近工作有点忙（PS：给自己个借口，实际就是懒癌发作），但是都占用了比赛资源，不能辜负了对我的信任，争取在截止时间前做出点东西。
本次做的这个东西其实是业余DIY的一个延续，因为业余比较喜欢飞上天的玩意，还不是无人机飞飞那种，于是乎有接触到自制飞机这一块，但是国内这块几乎是起步阶段（别听新闻整天低空经济），就更别提飞机上用的航电这块了，于是乎发挥个人的一点优势吧，琢磨研究做简单的航电系统。之前有发现一个国外不错的开源项目，设计还是挺不错，至少人家自己用了好多年。但作为一名电工，实在是觉得做得有点糙，于是乎想做一些改造。
一、项目架构简介
整个设计其实是一个基于CANBUS总线的模块化产品，分成多个功能模块，比如由高亮屏幕和按钮组成的显示模块，由多个传感器采集电路组成的EMS发动机参数采集模块，一个由树莓派构成用于数据记录和语音告警的FDR模块，一个由加速度计、陀螺仪、气压计等组成的姿态模块等，这些统统都通过DB9总线连接到一个叫CAN_HUB的模块，由该模块实现电源分配和通讯总线连接。当然原始开源设计里，这个总线分配模块就是几个并联在一起的DB9接口，并无额外功能。
之后有其他发烧友基于实际使用需求，设计增加了后背电池功能，以便在发动机供电异常等特殊情况提供几个小时的备用供电，保证核心航电模块的正常使用。但其设计稍微糙了点，直接买的成品BMS板，也没有库仑计，不符合我的审美观。
二、本次参赛作品具体设计介绍
根据设计框架图，这里我计划分成两部分，一个是包含AFE+库仑计组成的BMS电池包，一个是集成充电电路及CAN接口通讯电路的总线模块，可以把电池电压、电流、充电状态、电池容量等相关信息发到CAN总线上，以便其他模块访问调用及显示，同时包含多路大电流DCDC电路，给其他模块独立供电。
【电池包设计】：
①设计思路
根据大赛提供的必选物料及可选物料，这里我选择了库仑计MPF42790+AFE芯片MP2797（实际设计用MP2790），也是考虑到MP2797支持的电池节数为7-16节，最少也得是7节，重量太大了点，所以自掏腰包买了MP2790 
。
②AFE芯片MP2790
MP2790 扮演 AFE（模拟前端） 的角色，负责精确采集每节电芯的电压、电流和温度等原始数据，并提供硬件级保护。主要优势是集成了高精度双ADC架构，而且是两个独立的模数转换器（ADC）。一个ADC用于精确测量每节电芯的电压（最多10节）及温度。另一个ADC用于通过采样电阻测量充放电电流。设计允许同步测量电压和电流，从而实现电池阻抗监测。与 MPF4279x 电量计配合时，充电状态（SOC）估算误差可控制在 2% 以内。
全面的硬件保护：提供一系列可配置阈值的硬件保护功能，能在异常发生时快速响应。包括充电/放电过流保护（OCP）、短路保护（SCP）、单节电池过压（OV）和欠压（UV）保护、电池组过压/欠压保护，以及高/低温保护等。
另外集成了被动电池均衡：内部集成了被动均衡MOSFET，支持最高 58mA 的均衡电流，用于平衡串联电芯的电压。同时也支持驱动外部均衡晶体管以实现更大的均衡电流。最后，这芯片还集成了3.3V 和 5V 低压差稳压器（LDO），可为外部电路供电，又可以剩一颗高压LDO芯片了。
MP2790跟MP2797是一个系列，主要就是支持的电池节数不太一样，也就是电压范围不同，挺多型号可选。
③库仑计芯片MPF42790
一款高性能、高度集成的电池包电量计芯片，主要为2至16节串联的锂电池组提供全面的状态信息和管理功能。主要优势如下：
- 高精度电量估算，与MPS的MP279x系列电池监测芯片搭配使用时，SOC估算精度可达±3%以内。
- 全面的电池信息：除了SOC和SOH，还能预估剩余运行时间、充电时间和瞬时可用功率。
- 自适应学习与寿命记录：具备自适应学习功能，可优化充放电设置并跟踪电芯老化。板载存储器能记录关键参数的 lifetime 日志。
- 简单易用且灵活：支持多种锂电化学类型和尺寸。通过基本的配置即可快速完成设置，也支持高级配置以针对特定应用进行微调。
- 便捷的电量指示：内置5级LED驱动器，可通过按钮触发电量指示灯，提供简单直观的电量显示。省了屏幕做显示，简单易用。
其实我挺奇怪MPS为啥没把库仑计跟AFE集成到一起，不然用起来是不是更方便呢？不知道是处于什么因素考虑。
【HUB充电机及电源Path设计】：
这部分主要是在原有HUB基础上集成MCU、CAN接口芯片、Charger、Power Monitoring 、DCDC稳压等。电池包集成的AFE和库仑计通过I2C总线接入到HUB上的MCU，用于读取电池相关参数和电量估算等数据，并将相关数据发到CAN总线上，供其他模块调用，比如显示模块可以显示电池状态及剩余可用时间。
①MP4201双向充放电芯片
其是一款100V、25A 同步双向升降压控制器。与侧重电池状态监测的 MPF42790 和 MP2790 不同，MP4201 的核心是电源转换与控制，主要执行电压/电流的变换和路径管理。（可能是预发布芯片的问题，官网手册太简单了，幸亏有了工作人员支持，拿到了内部版本手册）
核心功能与优势
- 灵活的升降压控制：作为四开关升降压控制器，它支持降压（Buck）、升压（Boost）和升降压（Buck-Boost） 三种模式，无论输入电压高低，都能稳定地输出设定电压。
- 强大的功率处理能力：支持高达 100V 的输入电压和 25A 的输出电流，非常适合大功率应用，有方案已验证了 600W 的持续输出能力。
- 完整的电池充电管理：集成了完整的充电控制逻辑，支持预充电、恒流（CC）、恒压（CV） 充电模式以及充满检测，可作为独立的电池充电控制器使用。
- 数字控制与高集成度：通过 I²C 接口进行数字控制，内部集成了控制算法、环路补偿和功率驱动，简化了外围电路设计。
- 全面的保护机制：提供可配置的输入/输出过流保护（OCP）、输出过压保护（OVP）、过温关断保护以及短路保护（SCP）。
- 支持高效功率器件：其栅极驱动器支持GaN（氮化镓） 器件，有助于进一步提升系统效率。
这里我主要吧MP4201用做充电芯片，通过I2C对充电过程进行监控和管理，当然属实有点浪费。其实我原本计划是完整发挥其功能的，充电芯片也集成到电池包，增加TYPEC接口，支持双向充放电功能，这样哪怕不在机器人或者航电上用，拆下来也能当做大功率PD充电宝呢 
后来考虑到可一次性申请的芯片数量和复杂度，放弃了反向放电功能。
②Power Monitoring电路
这里没采用MPS的芯片，主要是暂时没找到太合适的，刚好手头有INA22x系列，所以就来个混搭吧，主要是监控12V主输入电路的电压电流情况，主要参考电路设计如下：
三、当前进度情况
说实话进度有点落后了，目前还在原理图设计阶段，后面打样和调试时间还是挺紧张的。
四、后续目标
跟当初计划还是有差距，不过还是要列一下后续打算截止时间前完成的事情：
- 完成电池包BMS板的原理图绘制和Layout工作
- 完成BMS板的打样
- 焊接完成一块BMS样板，并完成基本I2C功能寄存器读取验证
- BMS不一定能有机会组装成完整电池包，主要受限于电池焊接需要点焊机
- HUB板完成原理图绘制工作
后续有啥进展会及时来汇报，当然有问题有也回来吐吐槽。