エイブリー・ルイのRP2040

May 14, 2023

エンジニアの Avery Louie は、USB Power Delivery (USB-PD) 接続をさまざまな用途の高電圧電源に変換し、フライバック コンバーターを介して出力を最大 300 V に高める便利なツールを構築しました。

「誰も望んでいなかった、求めてもいなかった USB-PD です。しかし、私には必要でした」とルイは自分のプロジェクトについて冗談を言います。 「私が高電圧と言っているのは、20V のことではなく、電気泳動やエレクトロウェッティングなどの高電圧 DC ニーズに対応した約 300V のことです。電気泳動電源は約 100 ドルで購入できるため、これは無償かつ非現実的なプロジェクトです。しかし、もっと[複雑な]設計をしたかったので、ホットプレート用のテストPCBが「必要」だったので、これを作りました。」

Adafruit によって注目されたこのビルドは、USB Power Delivery (USB-PD) 規格に基づいて設計されており、最大 5W で最大 48V の出力が可能です。 これはラップトップのようなものを駆動するには十分な量ですが、Louie の目的にはまだ十分ではありません。つまり、ボードに追加のハードウェアを収容する必要があります。

「フライバック コンバータを使用して、トランス固有の絶縁機能を利用したかったのです」とルイ氏は説明します。 「300V 出力はグランド基準ではないため、ザッピングするには両方のワイヤに触れなければならないため、非常に安全です (これは怪我をします)。絶縁を維持するために、出力電圧は (導体を使用して) 直接検出できません。安全のため、出力コンデンサに高値のブリーダ抵抗を追加したので、電源をオフにしてから 1 ～ 2 分以内に危険な電圧しきい値を下回って放電します。

完成したボード設計には、2 つの USB ポートと BNC コネクタが含まれます。 2 つの USB ポートのうちの 1 つは USB-PD コントローラーに接続して全体の電力を供給し、もう 1 つは中央の Raspberry Pi RP2040 マイクロコントローラー (人気のある Raspberry Pi Pico を駆動するのと同じチップ) に接続して、電源と電力を構成する機能を提供します。新しいファームウェアをフラッシュします。 一方、BNC コネクタは高電圧出力を処理します。

「[RP2040] (または MicroPython) を使用したことはありませんが、非常に優れたハードウェア設計ガイドがあり、ワンショットで設計できるほど簡単に見えました」と Louie 氏は書いています。 「驚いたことに、QFN のはんだ付けはスムーズに進み、USB ブートローダーも問題なく動作しました。これは珍しく、とても楽しい経験です。

「RP2040 の導入も同様に楽しかったです。REPL を使用すると、I2C 経由でデバイスに簡単にクエリでき、すべてのボタンなどが正しく接続されていることをわずか数分で確認できます。また、スクリプトをすばやく作成するのも簡単でした」電源をテストしてください。将来的にこれを使用する理由はたくさんあります。」

出力段での電圧低下や過電圧の回避に関するいくつかのメモを含む、Louie の完全なプロジェクトの記事は、彼のブログで入手できます。 プロジェクト設計ファイルは、不特定のオープン ソース ライセンスに基づいて GitHub に公開されています。