电路分析

　　图1为直流负载的原理图，电流检测芯片为INA219 1，微控制器为ATMega328 2。

　　INA219 是一款有趣的电流读取芯片：“INA219 是一款具有 I2C 或 SMBUS 兼容接口的电流分流器和电源监视器。该设备可监视分流器压降和总线电源电压，并具有可编程转换时间和滤波功能。可编程校准值和内部乘法器可实现以安培为单位的直流电流读数。额外的乘法寄存器可计算以瓦特为单位的功率。I2C 或 SMBUS 兼容接口具有 16 个可编程地址。INA219 有两种等级：A 和 B。B 级版本具有更高的准确度和更高精度规格。INA219 可感应 0 至 26 V 范围内的总线分流器。该设备使用单个 3 至 5.5 V 电源，电源电流为 1 mA。INA219 的工作温度范围为 –40°C 至 125°C。”
　　USB 是一个 USB4135 连接器，可使用典型的 USB Type-C 电缆轻松为电路板供电。R2 和 R4 是下拉电阻，用于指示 USB 连接器位于“负载侧”，但由于电路的电流消耗较低，因此不安装这些电阻不会影响电路板的运行。FB（1206 铁氧体磁珠）和 C4 ... C6 可降低 USB-V 噪声。
　　R1 和 C3 构成低通滤波器，因为 CC 电路的参考输入电压应尽可能无噪声。REF 是 TLV431AI 分流稳压器芯片3，用于在工作温度范围内稳定 CC 电路的参考电压。此分流器的输出电压约为 1.25V。R3 调节 POT（1K 电位器）的电压，为 POT 提供更宽的转向过程，因为 POT 输入电压定义了 CC 电流（用于平滑电流调节）。
　　C7 和 C8 是 IC1 的去耦电容。IC1 是 GS8552 零漂移轨到轨输入输出 OPAMP 4，用于持续运行 CC 电路（IC1、Q1、R7、R8、C11、R11、R14、R16、R18）。根据其数据表，Q1 是 IRFP064 MOSFET5，可处理高达 70A 的电流（25C，Vgs=10V）。R11、R14、R16、R18 电阻的额定功率必须均为 3W。
　　IN 是电路板的输入端（25Vmax）。R9 和 R10 构成单个 6W 0.05R 分流电阻（两个 3W-0.1R 电阻并联）。这些电阻上的功耗为 1.25W，电流为 5A（0.05R * 5A*5A）。分流器的额定功率可以提高到 8W（2*0.1R-4W），但是这种电阻的成本会更高。R6、R12 和 C12 以不同的方式降低电压感应路径上的噪声和尖峰。IC2 是 INA219 零漂移双向 0.5% 误差电流感应芯片1，它读取电压和电流值并将数据发送到 U1。R15 和 R17 是 I2C 总线上的强制上拉电阻。R5、C9 和 C10 构成低通滤波器，以降低 IC2 的输入噪声。
　　U1 是 ATMega328 微控制器，它读取 I2C 数据并将值显示在 OLED（LCD 7Pin XH 连接器）上。OLED 显示器的控制芯片是 SSD1309，通信类型是 HW SPI。CS、DC 和 RST 引脚在代码中以编程方式定义。
　　C13 和 C14 是 U1 的去耦电容，X 是 3225 12MHz SMD 晶体，用于为微控制器提供时钟源。R13 是微控制器 RESET 引脚的上拉电阻，用于避免任何不必要的复位触发和不稳定。ISP 是一个 2.54mm 公针接头，为微控制器提供 AVR-ISP 编程接口（GND-RST-MISO-MOSI-SCK）。

　　PCB 布局

　　图 2 显示了该设计的 PCB 布局。这是一块双层 PCB 板，包含 SMD 和通孔元件。
　　图 2：5A 可调数字直流负载电路的 PCB 布局
　　PCB 的某些部分和一些 PCB 网络应承载高达 5A 的电流（输入端子、分流器、MOSFET 引脚）。这就是为什么这些高电流承载 PCB 网络采用 VIA-snitched 双层铜平面实现的原因。该技术显著降低了铜电阻，并允许铜在温度没有显著升高的情况下通过电流。
　　PCB 被划分为几个区域：Type-C 输入和电源、数字和微控制器、功率 MOSFET 和输入端子。这是所有 PCB 设计中重要的因素，从简单到复杂的混合信号。接地多边形平面和 VIA 可降低接地阻抗和接地路径长度，从而减少噪声并提高稳定性。将 VIA 放置在去耦电容器的接地引脚附近是一种很好的做法。
　　图 3 显示了 PCB 板的装配图。按照图 4 将负载连接到直流负载。图 5 显示了 Arduino IDE 和代码开发的屏幕截图。PCB 文件6和 MCU 代码7可从参考资料部分。
　　图3：PCB板装配图
　　　图 4：输入电源、负载和 CC DC 负载的接线图
　　　图 5：Arduino 代码