RP2040 di Avery Louie

May 14, 2023

L'ingegnere Avery Louie ha creato un pratico strumento per trasformare una connessione USB Power Delivery (USB-PD) in un alimentatore ad alta tensione per una varietà di usi, aumentando l'uscita fino a 300 V tramite un convertitore flyback.

"[È] un USB-PD che nessuno voleva o chiesto. Tuttavia, ne avevo bisogno", scherza Louie del suo progetto. "Quando dico alta tensione, non intendo 20 V, intendo circa 300 V, per esigenze di corrente continua ad alta tensione come l'elettroforesi o l'elettrowetting. Questo è un progetto gratuito e poco pratico, poiché è possibile acquistare un alimentatore per elettroforesi per circa $ 100. Tuttavia, volevo realizzare un progetto più [complicato] e avevo "bisogno" di un PCB di prova per la mia piastra di cottura, quindi ho realizzato questo."

La build, portata alla nostra attenzione da Adafruit, è progettata attorno allo standard USB Power Delivery (USB-PD), che consente un'uscita fino a 48 V fino a 5 W. Sebbene sia una discreta quantità di grinta per guidare qualcosa come un laptop, non è ancora sufficiente per gli scopi di Louie, il che significa che la scheda deve ospitare hardware aggiuntivo.

"Volevo utilizzare un convertitore flyback per sfruttare l'isolamento intrinseco del trasformatore", spiega Louie. "L'uscita da 300 V non ha riferimento a terra, il che la rende molto più sicura poiché è necessario toccare entrambi i fili per essere fulminati (questo farà male). Per mantenere l'isolamento, la tensione di uscita non può essere rilevata direttamente (con un conduttore). Per sicurezza , ho aggiunto un resistore di dispersione di valore elevato ai condensatori di uscita, in modo che si scarichino al di sotto della soglia di tensione pericolosa entro un minuto o due dalla disattivazione dell'alimentazione."

Il design della scheda finita include due porte USB e un connettore BNC. Una delle due porte USB si collega al controller USB-PD e fornisce l'alimentazione complessiva, mentre l'altra si collega a un microcontroller centrale Raspberry Pi RP2040 - lo stesso chip che guida il popolare Raspberry Pi Pico - per fornire la possibilità di configurare l'alimentazione e flashare il nuovo firmware. Il connettore BNC, nel frattempo, gestisce l'uscita ad alta tensione.

"Non ho mai usato [un RP2040] (o MicroPython) ma hanno una guida alla progettazione hardware piuttosto buona e sembrava abbastanza semplice da poter eseguire il progetto in un colpo solo", scrive Louie. "Sorprendentemente, la saldatura del QFN è avvenuta senza intoppi e il bootloader USB ha funzionato perfettamente, il che è un'esperienza insolita e assolutamente deliziosa.

"L'approccio con l'RP2040 è stato altrettanto piacevole: utilizzando REPL, è facile interrogare i dispositivi su I2C e assicurarsi che tutti i pulsanti ecc. siano collegati correttamente in pochi minuti. È stato anche facile scrivere script per prova l'alimentatore. Vedo molti motivi per utilizzarlo in futuro."

L'articolo completo sul progetto di Louie, comprese alcune note su come evitare abbassamenti di tensione e sovratensioni nello stadio di uscita, è disponibile sul suo blog; i file di progettazione del progetto sono stati pubblicati su GitHub con una licenza open source non specificata.