首先，我們需要設計和制作的是一個電源模塊，這個模塊通過電池的12V輸入為電動機提供電源，也同時為其它模塊提供電源。此外還需要提供兩路的電機驅動芯片和電源輸入輸出接口，也就是我們常常所說的插頭。我們希望這個電源的模塊功能如下圖：

輸入 ：電源模塊的輸入接口為12V直流電源，實際上是由3節18650鋰電池（3S）進行供電，由于鋰電池的電壓范圍為3.7v～4.2v，所以我們所采用的這個3S鋰電池電源電壓范圍是11.1V～12.6V，也就是說電源空電時電壓為11.1V，滿電電壓為12.6V。為了描述簡便，我們假定電源為12V的穩壓電源。后面我們會設計一個電源電壓采集功能來獲取當前電源的實際電壓，從而判斷電源電量是否充足。

機電輸出A/B ：電機輸出有兩個接口，分別是電機A和電機B，輸出電壓范圍是-12V～+12V。也就是說電壓為正數時電機正向轉動，而電壓為負的時候電機反轉轉動，由此來達到小車的前進、退后、左轉、右轉等功能。這兩個電機輸出接口所輸出的具體電壓值是根據兩個電機驅動來完成的。

12V轉5V電路 ：這個降壓電路是采用了LM2576電源芯片來完成的，這是一個系列的開關式電源芯片，我們選用它們家族中的LM2576-R5.0型號作為我們的電源芯片，這款芯片的電壓輸入范圍為7V～40V，輸出電壓為5V，最大輸出電流3A。所謂開關電源就是通過對輸入電源的對輸出進行控制周期性的一開一關，從而達到降壓的目的。例如：我們如果需要將12V的電源降壓為6V，芯片通過高速的周期性開關處理，接通時間比例為整個周期的50%，假如一個周期是100us，那么為了得到6V電壓，芯片將接通50us，之后斷開50us。同樣的原理，如果我們需要將12V的電源降壓為5V則需要將接通時間比例調整為41.67%，也就是說在一個100us的周期中，有41.67us的時間里是接通的，有58.33us的時間是斷開的，于是就得到了5V的電壓。這就是開關電源的工作原理。實際上只依靠LM2576-R5.0這一個芯片是不能將12V電源轉成5V的，我們還需要根據芯片手冊中所給出的標準應用原理圖來完成其外圍的電路，這方面我們在制作PCB原理圖時會進行相關介紹。

電機驅動A/B ：電機驅動我們采用的是全橋式電機驅動芯片PT5126A，其可輸入的電源電壓是2V～24V，最大輸出電流2.8A。從原理上講芯片內部是H橋電路通過三極管的H型電路組連接在一起，進而產生電壓輸出，完成對電機的控制。其輸出的電壓可以輸出負電壓，也就是控制電動機反向轉動。我們可以使用PWM信號對芯片進行控制，從而達到我們需要的電壓輸出結果。芯片有2個信號輸入引腳INA和INB，當INA為高電平，INB為低電平時，芯片的兩個輸出引腳從OUTA到OUTB之間的電壓為正；當INA為低電平，INB為高電平時芯片輸出OUTA到OUTB的電壓為負。而我們在使用它的時候可以向INA或INB輸出PWM信號，用于調解OUTA和OUTB之間的電壓差，PWM高電平的時長越長則輸出電壓越高，反之則越低。

控制模塊接口 ：此接口需要為控制主板提供一個5V電源和一個對總電源電壓的采集電源，由于我們的Cortex-M4芯片的電壓采集范圍為0～3.3V所以我們在電源模塊中需要將電源轉為3.3V以內的電壓再為控制主板提供采集電源電壓。此接口中除了輸出之外，還需要有Cortex-M4所提供的4路PWM信號和一路3.3V，用于電機驅動芯片的信號控制和電機驅動芯片PT5126A的邏輯供電。值得注意的是：電源模塊為控制主板提供的是5V電源，而在控制主板5V電源將分為兩部分，第一部分為我們的NanoPi供電，第二部分通過另一個降壓電路將5V降壓到3.3V為我們的嵌入式處理器Cortex-M4和其它器件供電。而這個3.3V再回傳到電源模塊中為電機驅動芯片進行邏輯供電。

接下來，我們開始針對電源模塊設計電路原理圖：

首先，我們需要加入一個間距為2.54mm的雙孔，用于電源輸入：

我們可以看到，電源插孔的引腳1為VIN電源輸入也就是3S鋰電池的正極，引腳2為GND也就是3S鋰電池的負極。此外我們加入了一個二極管，防止在后續使用過程中電池的正負極插反燒毀電路。有興趣的讀者還可以自行加入一些對輸出電源的保護器件，例如過壓保護器和保險絲等。這里我們為了方便講解只做防反插處理。

接下來，我們需要將這個VIN通過LM2576-R5.0轉為5V，其應用電路如下（參考芯片手冊）：

我們可以清楚的看到電源輸入VIN，接入到芯片LM2576的VIN引腳中，之后之后由OUTPUT引腳輸出到L1當中，L1為100uH的功率電感，D1為二極管，C1和C2為電解電容。最終我們就得到了電源降壓電路的輸出5V。

第三步，我們將電源VIN通過一個簡單的電阻分壓，得到Cortex-M4所能采集的電壓范圍：

我們將VIN經過兩個串聯的電阻R6和R5，得到PWR_ADC電壓的范圍為2.868V~3.256V，其計算方式很簡單，就是將3S鋰電池的最小電壓和最大電壓分別通過這兩個串聯電阻進行以下計算：

得到了降壓后的壓信號，我們就可以通過Cortex-M4的ADC引腳對這個PWR_ADC進行采集，如果其電壓值小于2.868V則表示鋰電池已經空電了，需要進行電池保護提示。如果大于2.868V則表示鋰電池還可繼續使用。采集到的電源電壓可以通過整個系統上傳至云端，以便進行相關的數據分析等操作。

之后，我們再來完成兩個電機的驅動電路，PT5126A芯片的電路如下（參考芯片手冊）：

其中，U1和U2它們的電路原理完全一樣，只不過是通過不同的信號來控制不同的電機，U1輸入信號為PWM0和PWM1，輸出為電機A（MOTOR_A）；而U4輸入信號為PWM2和PWM3，輸出為電機B（MOTOR_B）。PWM0、PWM1、PWM2和PWM3是通過控制模塊接口由控制主板輸入進來的，在這里都加入了10K的下拉電阻R1、R2、R3、R4，以防止在系統未啟動或非可控情況下信號浮空的問題。電機A和電機B則是分布于電源輸入插孔左右的電機輸出插孔。其中，兩個驅動芯片的邏輯供電為3.3V，來源于控制模塊接口。

最后，我們來完成控制模塊接口部分，這部分比較簡單是8個間距2.54mm的過孔：

這個控制模塊接口中的引腳1為5V電壓輸出；引腳2為GND；引腳3為3.3V的電壓輸入，給電機驅動芯片PT5126A邏輯供電；引腳4為電源電壓采集；引腳5～8為PWM信號輸入，用于電機控制芯片的PWM控制信號。

這樣，我們就完成了電源模塊的電路原理圖設計。我們將在下一節來講述此電源模塊的PCB布局和布線，從而完成電源模塊的設計開發工作。