Avery Louies RP2040

May 14, 2023

Der Ingenieur Avery Louie hat ein praktisches Werkzeug entwickelt, um eine USB-Power-Delivery-Verbindung (USB-PD) in eine Hochspannungsversorgung für verschiedene Zwecke umzuwandeln – indem er den Ausgang über einen Sperrwandler auf bis zu 300 V erhöht.

„[Es ist] ein USB-PD, den niemand wollte oder nach dem niemand gefragt hat. Ich brauchte jedoch einen“, scherzt Louie über sein Projekt. „Wenn ich Hochspannung sage, meine ich nicht 20 V, sondern etwa 300 V für Hochspannungs-Gleichstromanforderungen wie Elektrophorese oder Elektrobenetzung. Dies ist ein unnötiges und unpraktisches Projekt, da man ein Elektrophorese-Netzteil für etwa 100 US-Dollar kaufen kann.“ Allerdings wollte ich ein [komplizierteres] Design machen und „brauchte“ eine Testplatine für meine Kochplatte, also habe ich dieses gemacht.“

Der Aufbau, auf den uns Adafruit aufmerksam gemacht hat, basiert auf dem USB Power Delivery (USB-PD)-Standard – der einen Ausgang von bis zu 48 V bei bis zu 5 W ermöglicht. Das ist zwar eine ordentliche Leistung, um so etwas wie einen Laptop anzutreiben, reicht aber für Louies Zwecke immer noch nicht aus – das bedeutet, dass das Board zusätzliche Hardware beherbergen muss.

„Ich wollte einen Sperrwandler verwenden, um die inhärente Isolierung des Transformators zu nutzen“, erklärt Louie. „Der 300-V-Ausgang ist nicht massebezogen, was ihn viel sicherer macht, da man beide Drähte berühren muss, um ausgeschaltet zu werden (das wird weh tun). Um die Isolation aufrechtzuerhalten, kann die Ausgangsspannung nicht direkt (mit einem Leiter) erfasst werden. Aus Sicherheitsgründen „Ich habe den Ausgangskappen einen Ableitwiderstand mit hohem Wert hinzugefügt, sodass sie innerhalb von ein oder zwei Minuten nach der Unterbrechung der Versorgung unter den gefährlichen Spannungsschwellenwert entladen werden.“

Das fertige Board-Design umfasst zwei USB-Anschlüsse und einen BNC-Anschluss. Einer der beiden USB-Anschlüsse wird an den USB-PD-Controller angeschlossen und stellt die Gesamtstromversorgung bereit, während der andere an einen zentralen Raspberry Pi RP2040-Mikrocontroller angeschlossen wird – derselbe Chip, der auch den beliebten Raspberry Pi Pico antreibt –, um die Möglichkeit zur Konfiguration der Versorgung und Bereitstellung zu bieten Neue Firmware flashen. Der BNC-Stecker wiederum übernimmt den Hochspannungsausgang.

„Ich habe noch nie [ein RP2040] (oder MicroPython) verwendet, aber sie haben einen ziemlich guten Hardware-Design-Leitfaden und er sah einfach genug aus, um das Design in einer einzigen Aufnahme zu erstellen“, schreibt Louie. „Überraschenderweise verlief das Löten des QFN reibungslos und der USB-Bootloader funktionierte einwandfrei, was ein ungewöhnliches und absolut erfreuliches Erlebnis ist.“

„Die Einführung mit dem RP2040 war ähnlich erfreulich – mit der REPL ist es einfach, Geräte über I2C abzufragen und sicherzustellen, dass alle meine Tasten usw. in nur wenigen Minuten richtig angeschlossen sind. Es war auch einfach, Skripte zu schnell zu schreiben.“ Testen Sie das Netzteil. Ich sehe viele Gründe, dies in Zukunft zu verwenden.

Louies vollständiger Projektbericht, einschließlich einiger Hinweise zur Vermeidung von Spannungseinbrüchen und Überspannungen in der Ausgangsstufe, ist auf seinem Blog verfügbar; Die Projektentwurfsdateien wurden unter einer nicht näher bezeichneten Open-Source-Lizenz auf GitHub veröffentlicht.