开源 USB-PD 240W 可调电源

PCBA

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PD240W 是基于 RP2040 的全开源 USB-PD 3.1 EPR 大功率数控电源，最高支持 48V/5A、240W 输出，适配电机调试与实验室供电场景。项目完整开源 PCB、固件、3D 打印外壳，支持 PPS/AVS 多调压模式、硬件多重保护、实时波形显示与 17V 电机辅助控制输出，可拖拽 UF2 快速烧录，硬件非商用开源、固件可商用，适合电子 DIY 与小型设备测试使用。

一、项目核心定位

供电标准：兼容 USB-PD 3.1 EPR 协议，最高协商 48V 5A、总功率 240W；支持固定电压档、PPS 可编程、AVS 扩展电压模式。
主控平台：Raspberry Pi Pico RP2040 双核 MCU，固件基于 Pico SDK 2.2.0 C++ 开发。
核心用途：电机驱动器调试、实验室小型大功率可调电源、电子设备老化测试；额外带一路 17V 辅助降压输出，模拟电机驱动 STO/SBC 控制信号。

二、核心硬件架构

关键芯片清单

器件	型号	功能
主控 MCU	RP2040	整机逻辑、界面、外设控制
PD 协议控制器	TPS26750	USB-C PD 协商、EPR/AVS 协议处理
功率监测	INA228	高精度电压 / 电流 / 功率采样
功率开关驱动	LTC7004	输出 MOS 管驱动、硬件限流
显示屏幕	240×320 IPS 彩色 LCD	实时电压电流曲线、参数菜单
保护器件	TPD4S480	USB 口 ESD 浪涌防护
辅助降压	LM25116	17V 辅助输出

硬件配套文件（仓库 PCB 目录）

3D 模型：STEP 整机 PCB 模型、STL 外壳打印文件（旋钮、按键、LCD 支架）
生产文件：Gerber 光绘文件、BOM 物料清单、贴片坐标文件
系统框图：完整 I2C/SPI 总线连接图（MCU ↔ TPS26750 ↔ INA228 ↔ LCD）

硬件已知缺陷（Errata）

早期 PCB 存在 USB D+/D - 数据线序反转问题，会导致 RP2040 无法 USB 通信；修复方案：在 PCB 飞线交叉 D+、D-，串联 27Ω 电阻。

三、功能特性（Features）

1. PD 协议与功率输出

支持 PD 固定电压档、PPS 可编程、AVS 15–48V 扩展电压
硬件限流：10mA~5A 连续可调，内置过流、短路、过压硬件保护
闭环自动调压（Auto PPS Tuning）：实时检测输出压降，自动修正 PD 请求，补偿线材损耗

2. 人机交互

2.4 寸彩色 IPS 屏：实时电压 / 电流 / 功率波形、累计电量统计
单旋转编码器 + 2 个物理按键：菜单切换、参数调节、主输出 / 17V 辅助输出开关
可自定义：屏幕亮度、开机画面、自动息屏、输出自动关闭逻辑

3. 安全与监测

过流、过压、过温、短路多重硬件 + 软件双重保护
电量累计：记录上电后总输出能量，断电保存
远程 CLI 串口调试：通过 USB 虚拟串口读取 PD 协商日志、实时采样数据、批量设置参数
参数持久化：所有设置存入 EEPROM，CRC 校验防损坏，断电不丢失

4. 电机专属功能

独立 17V 降压输出，专门用于伺服 / 步进驱动器 STO 安全关断、SBC 使能控制信号模拟。

四、固件开发与烧录流程

环境依赖

工具链：Pico SDK 2.2.0、ARM GCC、CMake、Ninja 构建工具
子模块：INA228 驱动库（仓库递归拉取）

两种烧录方式

UF2 拖拽烧录（简易）
- 下载预编译 uf2 固件，按住 BOOTSEL 按键插入 USB，将 uf2 文件拖入 Pico 虚拟 U 盘
SWD 调试烧录（开发）
- 使用 OpenOCD 通过 SWD 接口烧录，支持在线调试
EEPROM 初始化关键步骤
首次烧录后必须在菜单执行 TPS26750 EEPROM 初始化，否则无法正常 PD 协商；仅标准 5V PD 充电器可供电完成初始化。

固件架构

非阻塞事件循环架构，并行处理：PD 协议协商、屏幕 UI 刷新、安全采样、按键输入、串口 CLI，无延时阻塞逻辑；代码分层：底层硬件驱动、PD 协议栈、UI 菜单、应用逻辑、电机辅助控制模块。

五、操作控制说明

整机仅 3 个输入部件：

旋转编码器：菜单上下切换、数值增减调节
编码器按下：确认 / 选中菜单
顶部按键 BTN1：主功率输出通断
底部按键 BTN2：17V 辅助输出开关（仅 Vbus>19V 时可用）

六、供电设备兼容要求

必须支持 USB-PD3.1 EPR 48V 档的快充适配器才能跑满 240W，仓库给出兼容参考：

型号	最大 PD 输出	电压档	参考售价
UGREEN Nexode 140W	140W	28V 5A	~60 欧元
Framework 180W GaN	180W	36V 5A	~90 欧元
HXY 240W GaN	240W	48V 5A	~120 欧元
UGREEN Nexode 300W	240W	48V 5A	~250 欧元

七、开源许可与使用限制

硬件（PCB/3D 外壳 / BOM）：CC-BY-NC-SA 4.0
- 允许修改、分发，禁止商用；二次分发必须保留原作者署名、相同开源协议
固件软件代码：MIT 协议
- 可商用、修改、分发，无强制开源约束，仅保留版权声明

八、计划迭代功能（Planned Features）

电池充放电模式，支持 CC/CV 充电曲线
优化 AVS 低压段（最低支持 9V 输出）
屏幕界面视觉改版、菜单交互优化

九、风险警告 ⚠️

固件 v2.0 虽内置 PD 协商保护、断电存储、故障处理，但 28–48V 高压输出兼容性高度依赖充电器与 USB 线材；使用前务必验证线材耐压、充电器 EPR 协议稳定性，避免高压损坏被测设备。

十、项目地址

https://github.com/theohg/PD240W