RP2040 de Avery Louie

May 14, 2023

O engenheiro Avery Louie construiu uma ferramenta útil para transformar uma conexão USB Power Delivery (USB-PD) em uma fonte de alimentação de alta tensão para uma variedade de usos - aumentando a saída para 300 V por meio de um conversor flyback.

"[É] um USB-PD que ninguém queria ou pediu. No entanto, eu precisava de um", brinca Louie sobre seu projeto. "Quando digo alta voltagem, não quero dizer 20V, quero dizer cerca de 300V, para necessidades de alta voltagem CC, como eletroforese ou eletromolhabilidade. Este é um projeto gratuito e impraticável, pois você pode comprar uma fonte de alimentação de eletroforese por cerca de US $ 100. No entanto, eu queria fazer um design mais [complicado] e 'precisava' de um PCB de teste para minha placa de aquecimento, então fiz isso."

A construção, trazida à nossa atenção pela Adafruit, é projetada em torno do padrão USB Power Delivery (USB-PD) - que permite uma saída de até 48V em até 5W. Embora seja uma quantidade decente de energia para dirigir algo como um laptop, ainda não é suficiente para os propósitos de Louie - o que significa que a placa precisa abrigar algum hardware adicional.

"Eu queria usar um conversor flyback para aproveitar o isolamento inerente do transformador", explica Louie. "A saída de 300 V não tem referência de aterramento, o que a torna muito mais segura, pois você precisa tocar os dois fios para ser eletrocutado (isso vai doer). Para manter o isolamento, a tensão de saída não pode ser detectada diretamente (com um condutor). Por segurança , adicionei um resistor de purga de alto valor às tampas de saída, para que eles descarreguem abaixo do limite de tensão perigosa dentro de um ou dois minutos após a desativação da alimentação."

O design da placa acabada inclui duas portas USB e um conector BNC. Uma das duas portas USB se conecta ao controlador USB-PD e fornece a energia geral, enquanto a outra se conecta a um microcontrolador Raspberry Pi RP2040 central - o mesmo chip que dirige o popular Raspberry Pi Pico - para fornecer a capacidade de configurar o fornecimento e flash novo firmware. O conector BNC, por sua vez, lida com a saída de alta tensão.

"Eu nunca usei [um RP2040] (ou MicroPython), mas eles têm um guia de design de hardware muito bom e parecia simples o suficiente para criar o design", escreve Louie. "Surpreendentemente, a soldagem do QFN correu bem e o bootloader USB funcionou perfeitamente, o que é uma experiência incomum e totalmente agradável.

"Criar o RP2040 foi igualmente agradável - usando o REPL, é fácil consultar dispositivos por I2C e garantir que todos os meus botões, etc., estejam conectados corretamente em apenas alguns minutos. Também foi fácil escrever scripts para rapidamente teste a fonte de alimentação. Vejo muitas razões para usar isso no futuro."

A redação completa do projeto de Louie, incluindo algumas notas sobre como evitar quedas de tensão e sobretensão no estágio de saída, está disponível em seu blog; os arquivos de design do projeto foram publicados no GitHub sob uma licença de código aberto não especificada.