一、项目整体需求规格
1.1 电源输入规格
- 输入1：220V 家用交流电市电输入
- 输入2：Type-C 接口 PD3.1 快充输入，最高28V/5A
- 逻辑：防多路电源同时接入，自动优先级切换
1.2 输出参数区分
220V市电输入模式
电压：0~60V连续可调，步进0.1V，精度±0.05V
电流：0~10A连续可调，步进0.01A，精度±0.01A
Type-C PD输入模式
电压：0~60V可调，步进0.1V，精度一致
电流：0~5A可调，步进0.01A，精度±0.01A
1.3 核心功能需求
- 恒压CV / 恒流CC 模式全自动切换，带指示灯提示
- 屏幕：2.4寸及以上 SPI/RGB 触摸彩屏，实时显示电压/电流/功率/设定值
- 操控：实体按键+旋转编码器快速调压调流，支持多组参数预设保存调用
- 智能功率约束：输出功率不大于输入功率，电压电流线性限流
- 全保护：过压、过流、过温、短路、防反接、防倒灌
1.4 结构与外观约束
- 整机外壳最大尺寸：88*39*120mm，极致紧凑轻量化
- 防护等级：防尘、防溅水、抗摔便携设计
- 散热：主动风扇+被动散热组合风道设计
- 开发优先级：性价比高、器件通用易采购、替换方便
1.5 项目开发时间规划
5月完成全部原理图设计 → 6月20日前完成PCB绘制、打板、贴片 → 7月完成全套固件程序调试与整机量产测试
二、核心主控与电源芯片选型
2.1 主控芯片：乐鑫 ESP32-S3
- 双核高主频，算力充足，同时处理PID稳压、采样、屏幕、蓝牙WiFi多任务
- 内置多路12位ADC，满足高精度电压电流采样需求
- 自带WiFi+BLE蓝牙，无需额外外设，直接实现远程控制
- 丰富SPI/I2C/GPIO，完美驱动彩屏、编码器、风扇、保护电路
- ESP-IDF生态成熟，开发速度快，固件升级便捷
2.2 功率主控芯片：屹晶微 EG1163S
- 高压大电流专用降压电源芯片，适配本项目0~60V大功率输出场景
- 支持宽压输入，适配市电整流高压与PD低压双输入场景
- 支持外部闭环反馈，可由ESP32精准调节输出电压电流
- 内置逐周期限流，硬件级别基础过流保护，搭配软件双重防护
- 市面货源稳定，性价比高，适合批量量产
三、整机硬件系统总架构
整体架构分为七大独立模块，模块化设计，故障易排查，开发分层清晰：
- 双路电源输入模块（220V AC整流 + Type-C PD协议诱骗）
- 输入智能切换+防互斥保护模块
- EG1163S核心DC-DC功率变换主回路
- 高精度电压、电流、温度采样反馈模块
- ESP32-S3主控逻辑控制单元
- 人机交互单元（彩屏+按键+编码器）
- 驱动执行单元（风扇驱动、保护切断、指示灯、通信外设）
控制逻辑：ESP32采集实时输出参数 → 运行双闭环PID算法 → 调节EG1163S反馈基准 → 稳定输出电压电流，同时实时判定工作模式与功率上限。
四、双路电源输入电路详细设计
4.1 220V交流市电输入支路
流程：220V市电 → EMI滤波电路 → 全桥整流桥 → 高压直流母线 → 预稳压电路 → 接入EG1163S主功率输入端
- 增加压敏电阻、TVS管，抑制电网浪涌冲击
- 整流后预留大容量电解电容储能，降低纹波
- 增加软上电电路，避免上电大电流冲击
4.2 Type-C PD3.1快充输入支路
- 采用PD协议诱骗芯片，自动握手5V/9V/12V/15V/20V/28V全档位
- 最高支持28V5A输入功率140W
- 输入端配置自恢复保险丝+ESD防护
- 支持识别E-Marker线缆，自动限制输入电流
4.3 双输入互斥防冲突电路
- 硬件二极管隔离 + ESP32逻辑检测双重防护
- 禁止220V与Type-C同时供电，杜绝倒灌烧毁电源
- 优先级设定：默认优先Type-C便携输入，功率不足自动切市电
- 多路同时接入时蜂鸣器报警提示
五、EG1163S主功率回路设计
5.1 芯片外围基础电路
- 配置芯片使能引脚、频率设定引脚、基准电压引脚
- 预留频率可调点位，适配不同功率下效率优化
- 电源供电独立LDO稳压，避免功率纹波干扰控制端
5.2 同步整流功率管选型
- 耐压选型大于75V，预留安全余量
- 低内阻大电流MOS管，降低导通发热损耗
- 搭配续流功率电感+高低频组合滤波电容
- 输出端预留防反接大功率肖特基二极管
5.3 数控可调闭环反馈设计
传统固定反馈改为**ESP32数控可调基准反馈**：
- ESP32通过DAC/精密分压电路动态修改EG1163S FB反馈电压
- 实现0~60V无级精细调压，满足0.1V步进精度
- 电流采样信号送入主控，实现恒流限流闭环控制
六、高精度电压&电流采样系统
6.1 电压采样电路
- 采用低温漂高精度金属膜电阻分压，阻抗匹配优化
- RC二阶滤波滤除开关电源高频杂波
- 送入ESP32-S3 ADC采集，软件多点均值滤波
- 校准后精度稳定达到 ±0.05V 满足设计指标
6.2 大电流高精度采样电路
- 串联大功率毫欧级锰铜采样电阻，温漂极低
- 搭配精密差分运放放大微弱电流信号
- 消除共模干扰，满载10A下依旧保证0.01A步进与精度
- 采样信号同时用于硬件限流+软件限流双重判定
6.3 温度采样电路
- NTC热敏电阻紧贴功率MOS与EG1163S热源布局
- 实时采集内部温度，作为散热与过温保护依据
七、人机交互系统设计
7.1 显示屏幕配置
- 规格：2.4寸及以上 TFT 彩屏，支持SPI/RGB两种接口任选
- 选配触摸屏，支持点击菜单设置参数
- 界面布局：大字体实时电压、实时电流、实时功率、设定电压、设定电流、工作模式、输入源状态、温度状态
- 支持界面亮度调节、息屏省电
7.2 操控方式
- 旋转编码器：快速增减电压电流数值，调节顺滑
- 实体功能按键：菜单、确认、切换、预设调用
- 软件功能：支持存储多组常用输出参数，一键调取
7.3 状态指示灯
- CV恒压模式绿灯亮起
- CC恒流模式红灯亮起
- 故障保护状态双色灯闪烁报警
八、WiFi+蓝牙远程通信功能
- 依托ESP32-S3原生无线模块，无需额外加装模块
- BLE蓝牙：手机小程序/APP近距离无线改参数、读数据
- WiFi联网：局域网网页端远程控制、电脑上位机调试
- 支持OTA无线固件升级，后期功能迭代免拆壳
- 通信数据加密校验，防止误指令与干扰
九、整机全维度安全保护体系
| 保护类型 | 触发条件 | 执行动作 |
|---|---|---|
| 输出过压保护OVP | 输出电压超出设定阈值 | 立即关断输出，屏幕弹窗告警 |
| 输出过流保护OCP | 电流超过设定限流值 | 自动切入恒流模式，超限直接关停 |
| 短路保护SCP | 输出正负极直接短路 | 打嗝式间歇保护，防炸机 |
| 过温保护OTP | 内部热源温度超标 | 全速风扇散热，超温直接切断输出 |
| 输出防反接保护 | 负载正负极接反 | 硬件阻断，无电流输出 |
| 双输入互斥保护 | AC+Type-C同时插入 | 锁定单路输入，声光提示 |
十、智能功率线性限制算法（核心需求实现）
实现规则：输出总功率永远不超过当前输入最大可提供功率，电压与输出电流呈线性约束关系
- 示例1：输入24V/5A，总输入功率固定上限
- 设定输出10V时，允许最大输出电流自动放宽
- 设定输出20V时，自动压低最大允许输出电流
- 全局硬限制：无论任何工况，整机最大输出电流不超过20A（软件死限）
- 降压架构严格遵循：输出功率 ≤ 输入功率×转换效率
- 主控实时计算剩余功率余量，动态刷新最大可输出电流值
该逻辑完全由ESP32软件算法实现，无需改动硬件，后期可自由修改功率曲线参数。
十一、ESP32-S3 整套软件分层架构
1.底层驱动层
ADC采样驱动、DAC调压驱动、屏幕驱动、编码器按键驱动、风扇PWM驱动、温度读取驱动、PD检测驱动
2.设备驱动管理层
电源芯片EG1163S使能控制、输出使能开关、各路保护硬件触发检测
3.算法控制层
- 电压外环+电流内环 双闭环PID稳压稳流算法
- CV/CC模式自动判定与平滑切换算法
- 软启动缓升电压控制算法
- 输入功率匹配线性限流算法
4.业务逻辑层
参数存储读取、预设参数管理、故障码记录、输入源自动切换逻辑
5.人机界面层
基于LVGL轻量化图形界面，实现菜单滑动、参数修改、状态显示、触摸控制
6.无线通信层
蓝牙透传协议、WiFi串口协议、远程指令解析、上行数据打包上传
十二、散热风道+外壳结构整体设计
12.1 散热组合方案
- 被动散热：大功率MOS管、EG1163S紧贴小型铝制散热片，PCB大面积铺铜导热
- 主动散热：微型超薄静音风扇，温控启停
- 温控逻辑：低温停转节能，中温低速，高温满速
12.2 整机风道布局
- 底部进冷风，背部/顶部出热风，直吹核心发热器件
- 风道直线化设计，减小风阻提升散热效率
- 进出风口加装防尘网，兼顾防尘与通风
12.3 外壳结构设计
- 材质：高强度轻量化ABS塑胶，表面防滑磨砂
- 尺寸严格控制：88*39*120mm以内
- 结构加强筋设计，提升抗摔性能
- 接口开孔精准：市电插座、Type-C、输出接线柱、按键屏幕预留位
- 密封结构实现日常防泼溅、防尘
十三、正规电子产品完整开发设计流程
- 需求评审阶段：整理全部电气参数、结构尺寸、功能、成本、量产数量、认证需求
- 方案架构论证：拓扑选型、主控选型、电源芯片选型、整体框图确认
- 器件详细选型：BOM筛选、参数核对、货源交期确认、替代料备案
- 电路原理图设计：分模块绘制、规则检查、功能仿真验证
- PCB布局布线设计：功率区与数字区分区、强弱电分离、散热优化、阻抗匹配
- PCB评审与改版：EMC整改、散热整改、走线优化、结构开孔核对
- 样板打板+SMT贴片焊接
- 硬件单板调试：电源通路、采样电路、驱动电路、保护电路单独调试
- 底层驱动软件开发调试
- 核心控制算法移植与整定（PID/限流/模式切换）
- 人机界面+交互逻辑开发
- 无线通信功能联调
- 整机联调、全功能压力测试
- 精度校准、电压电流零点与满点校准
- 散热实测、高低温环境实测
- 可靠性测试：老化、短路冲击、长时间满载
- 结构外壳开模/定制外壳装配调试
- 量产资料整理：原理图、PCB、BOM、固件、调试手册、生产手册
- 小批量试产 → 问题整改 → 大批量量产
十四、项目BOM成本与供应链管控
成本设计原则
- 优先选用通用量产通用料，少用冷门专用芯片
- 功率器件预留替代型号，防止缺货断供
- 分层成本控制：主控、电源、屏幕、结构、外设分开管控
批量量产成本区间
整机不含外壳固件：百元级别低成本方案，性价比极高，创客/商用批量均可落地
供应链建议
- ESP32系列走乐鑫正规代理渠道，保障货源稳定
- EG1163S直接对接屹晶微授权经销商
- 阻容感、接插件、屏幕通用物料走一站式电子商城备货
- 建立2套以上备选器件方案，应对涨价与断货风险
十五、整机验收测试标准
电气精度测试
- 电压全段0~60V输出误差 ≤ ±0.05V
- 电流0~10A/0~5A输出误差 ≤ ±0.01A
- 调节步进响应流畅无卡顿
模式切换测试
满载轻载切换下CV/CC切换平稳，无电压电流跳变、无震荡
保护功能全测
短路、过流、过压、反接、过温全部触发正常，不误保护、不拒保护
长时间老化测试
满载连续工作4小时以上，温度正常、参数无漂移、无异常发热
通信与交互测试
屏幕触控灵敏、编码器调节顺畅、蓝牙WiFi连接稳定、预设参数保存不掉电丢失