PwrBlock 开源可编程电源：首版原型测试与核心参数
PwrBlock 是一款面向电子测试台与自动化硬件验证的开源可编程电源。该项目已从原理图设计阶段迈入实机验证阶段：首批原型机已完成组装，核心工作模式完成实测，关键性能指标全部达标。整机可输出稳定、高精度监控的直流电，无需对商用仪器进行任何改装。
核心模块解析
本原型机以紧凑结构、高测量精度和接口化控制为设计优先级，主要器件包括：
- TPS25983 电源保护芯片：输入电压范围 2.7–26 V；集成低导通电阻（20 A 下仅 2.7 mΩ）FET 开关。
- STM32G0C1CE 微控制器：Cortex-M0+ 内核，主频 64 MHz，512 KB Flash；内置 USB Type-C PD 控制器——省去独立 PD 芯片，大幅简化设计。
- INA229 高精度电流/电压监测芯片：支持最高 85 V 输入，20 位分辨率，SPI 接口，支持阈值中断触发，内置 ±1°C 精度温度传感器。可同步测量电流、电压、功率与能量，出厂已完成全量程校准，用户零配置即可使用。
- LM51772 DC-DC 转换器：升降压拓扑，支持 I²C 配置。
// LM51772 典型 I²C 配置示例（伪代码）
write_i2c(0x40, REG_VOUT, 32000); // 设定输出电压为 32 V
write_i2c(0x40, REG_ILIM, 3000); // 设定限流为 3 A上述器件协同工作，实现 1–32 V 可调输出电压 与 最高 3 A 持续输出电流。
满载功率压力测试
原型机在 32 V / 3 A（96 W 输出）满负荷工况下连续运行 3 小时。测试环境：实验室直流稳压源供电（非市电直连）、电子负载加载、裸板状态（无外壳、无散热器）。
测试结果如下：
| 参数 | 数值 |
|------|------|
| 输入功率 | 103.64 W |
| 输出功率 | 96.17 W |
| 整体效率 | 92.7% |
| 功率损耗 | 7.47 W |
实测效率与理论模型高度吻合。红外热成像显示：电感外壳温度 80°C，DC-DC 芯片表面 71–72°C，PCB 底面导热焊盘达 86°C。所用电感额定耐温 165°C，全程无热应力风险。优化建议：加强电感机械固定，并在关键位置加装导热硅脂以提升散热效率。
电压与电流精密调控能力
电压设定通过 I²C 数字接口完成：1–24 V 区间步进 10 mV；3.3–32 V 区间步进 20 mV。此外，LM51772 的 ATRK 引脚支持未公开但完全可用的模拟微调功能，可实现 1 mV 级电压分辨率。
电流限幅方面，LM51772 支持外接采样电阻实现平均电流调节，I²C 可设步进为 50 mA。但硬件级限流在低于 500 mA 时不可用。替代方案包括：
- MCU DAC 驱动外部 ISET 电阻：实现亚毫安级模拟调节——但 500 mA 以下会产生约 6.5 kHz 开关纹波；
- 更换更低阻值采样电阻：将最小可控电流降至 250 mA，同时将最大输出电流提升至 3.5 A；
- 软件恒流（CC）模式：专为 <250 mA 小电流场景优化。
硬件恒流调节范围：250 mA – 3 A；数字调节最小步进：25 mA。
外壳与结构设计
外壳采用 1 mm 厚阳极氧化铝板激光雕刻加工：标识清晰、结构刚性优异，满足小批量量产要求。PCB 通过带集成导热垫片的铜柱固定。发现并解决一关键问题：阳极氧化层导致接地接触不良——需在对应区域局部打磨去除绝缘层以确保可靠接地。新增标准安装孔位，便于快速集成至通用测试治具。电源按键升级为带 LED 背光的触觉反馈式轻按开关。
核心结论
- 92.7% 效率实证：在无主动散热、真实高压高流压力工况下达成；
- 超高精度调控：电压分辨率达 1 mV，电流数字步进低至 25 mA；
- INA229 20 位工厂校准测量：开箱即用，免校准，数据可信度高；
- 全栈开源：开放全部硬件设计、固件源码与文档，支持自由定制与功能扩展；
- 硬件恒流起始点为 250 mA，更小电流可通过软件恒流模式精准控制。
后续开发计划
下一阶段重点任务：
- 温度冲击试验与电磁兼容性（EMC）认证测试；
- 动态响应特性深度优化；
- 面向超低电流（<250 mA）的鲁棒型软件恒流算法落地；
- 固件最终版本定型与开源发布；
- 面向大批量板级验证的专用测试治具设计。
PwrBlock 可无缝融入模块化测试平台，与其他开源硬件模块（如开源编程器、数据采集单元）协同工作。紧随其后的是 CmptBlock —— 基于树莓派计算模块（Compute Module）打造的高精度 I/O 与计量单元。
— Editorial Team
暂无评论。