# Fifth Lichuang Electronic Design Competition# Portable Experimental Adjustable Power Supply

Note: * is required.

[Please fill in during the registration stage↓]   1. Self/team introduction   2. Brief introduction to the project

1. Project details

本项目秉承以往设计原则，均全部开源。其中带有部分指导内容，以帮助大家都能够制作出来，由于时间匆忙，闲暇时刻补充文档，定有不足之处，希望大家指正。
本项目预定采取两款单片机，一款是极为流行的Arduino atmega328，适合编程能力适中的伙伴采用。
另一款预计采用GD32VF103CBT6，程序也将全部开源。项目中采用润石科技的Rs358以及风华电阻电容（若商城中无相应值电阻电容则替换）。

Project parameters:

2. Challenges faced by the project and problems solved

2.1 Frequently Asked Questions about Power Supply

1. The power supply has large volume and mass, and is suitable for fixed use in laboratories and other places.

2. The ripple of switching power supply is much larger than that of linear power supply.

3. Generally, experimental power supplies cannot output small current and constant current.

4. The price is slightly higher

综上所述：如何设计一款价格实惠，且性能较好同时具有便携性的自用线性电源是本设计的重点。
需要提出的是，由于成本的降低和本人能力有限，其中一些保护电路会舍弃，但是本设计尽可能提供保护。

2.2 Trampling on pitfalls of op amp - input common mode voltage range

为尽可能压缩成本，选择国产LM358一块仅需0.2元，挺香的。但是遇到一个小问题，虽然很快就解决了，但有必要记录一下。
问题描述： 项目中通过LM358搭建电压跟随器，目的是避免对差分放大器的干扰，但是却降低1.5V（仿真中）。实际测试降低1.35V。具体情况如下图所示：
知识点：
1、VICM（共模电压） = （VIN（+） + VIN（-））/2 注：跟随器通常假设VIN(+)=VIN(-)=VICM
2、VICMR（输入共模范围）定义了运放器件正确运行所需的共模输入电压的范围,并描述输入与每个电源轨的接近程度。
另一种描述方法： VICMR = VICMR_MAX - VICMR_MIN
VICMR_MIN = VCC(运放电源） -  电源轨限制
VICMR_MAX =   VCC + 电源轨限制

由以上所述，LM358从数据手册中可以得出，正好输入共模电压范围为V-1.5跟仿真结果一致。
解决办法：将运放替换为润石科技的Rs358，这是一款轨道轨的运放，成功解决以上问题。

2.3 QC3.0 protocol deception

为方便使用充电宝，手机充电器等外部供电，本设计支持QC3.0协议。实际理论如下：

3. Key points of project hardware and software (mainly theoretical description of power supply design)

3.1 PWM_DAC

附件中带有Multisim14仿真文件，可以下载供参考
主要技术路线： 积分电路
PWM（Pulse Width Modulation）是频率固定、占空比变化的数字信号，PWM 信号波形可以被分解为一个直流分量加上一个相同占空比，但平均幅度为零的新的方波。

3.2 Voltage feedback part

3.3 Current feedback part

小明提问：第一部分为什么并联10个10欧姆电阻，在这里起什么作用？
作者解答：若采用单个1欧姆的电阻，需要采用功率电阻，功率电阻体积大且价格比较贵，所以该项目采用并联10个电阻以增加功率的同时降低项目成本。

小王提问：在差分放大器前端为什么需要用一个放大器作缓冲？
作者解答：为防止电流灌入差分放大器，引起不必要的误差，故采用放大器输出低电流（基本可以忽略）的特性，提高差分放大电路精度。

小周提问：第二部分差分放大器用来干嘛的？
作者解答：差分放大器主要用于计算电阻两端电压差，而根据欧姆定律可知，I = U/R当R=1欧姆时，电压差则对应输出电流。

3.4 Microcurrent detection part

该部分若需要极高的精度，例如需达到nA级别的电流测量，可以参考第四届立创电子设计大赛的作品。
项目地址：https://diy.szlcsc.com/p/xacker/dong-tai-dian-liu-jian-ce-she-bei
由于此次项目精度要求不高，故采用INA219替代，本项目中，此部分还作为微小电流控制的软件反馈，以增加实验中，弱电流充电的稳定性。

3.5 Pre-boost part

该部分采用数字电位器和升压芯片组成，升压模块和稳压芯片之间配合极为关键。因为LT3080对跨度较大的电压会导致其需要更大的散热器。而升压模块则可以保证在输出电压低于输入电压时，通过升压芯片11使能口停止工作。此时电压则通过L1和D3（实际测试具有0.5v左右压降）。若输出电压高于输入电压，若输出15V，则升压至17V或18V这样既能够保证LT3080的温度上的稳定性，还可以添加高于输入电压的输出。
其中的主要计算公式如图中的VOut所示：

升压计算公式如下：

3.6 Digital potentiometer program

void MCP4017::setResistance(double Rout)
{

    uint8_t tempsteps = (int)((_maxSteps * (Rout - WIPEROHMS)) / _maxOhm);
    setSteps(tempsteps);

}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/*!
    just in case you need it, a way to calculate the resistance
    since most of these potentiometers loss settings at power down (or they simply loose power)
    they generally default to their midrange
*/
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

float MCP4017::calcResistance()
{
    //float Rout;
    //Rout = ((_currentStep / _maxSteps) * _maxOhm) + WIPEROHMS;
    return _currentRout;
}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/*!
    Here is our actual method where we send the steps over to the Digital Potentiometer!
*/
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void MCP4017::I2CSendSteps(uint8_t steps)
{

    Wire.beginTransmission(I2CADCAddress);
    Wire.write(steps); //
    Wire.endTransmission();
}

4. Project material list

5. Project display

5.1 First version display

6. Open source documents

7. References

`` 1. https://www.ti.com.cn/general/cn/docs/gencontent.tsp?contentId=143727