Fonte de alimentação de bancada alimentada por USB-C: 10 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Uma fonte de alimentação de bancada é uma ferramenta essencial para se ter ao trabalhar com eletrônica, sendo capaz de definir a tensão exata de que seu projeto precisa e também ser capaz de limitar a corrente para quando as coisas correrem como planejadas realmente úteis. Este é o meu Portable USB-C Powered Fonte de alimentação de bancada, uma fonte de alimentação de bancada surpreendentemente capaz que é alimentada por USB-C Power Delivery.

Esta é uma construção realmente simples que deve levar apenas algumas horas para ser feita e a melhor parte, custou menos de $ 12 incluindo o frete!

Suprimentos

• Módulo de entrega de energia USB-C - Aliexpress
• Unidade PSU - Aliexpress
• Banana Jacks Terminals - Aliexpress
• Interruptor de força - Aliexpress

Etapa 1: Assistir ao vídeo

O vídeo apresenta as mesmas informações que mostro nos Instructables, mas pode ser mais fácil ver como a fonte de alimentação se parece e funciona usando o vídeo.

Etapa 2: fornecimento de energia USB-C

Se você não está familiarizado com o fornecimento de energia USB-C, pensei em fazer uma breve introdução sobre o que é. (sinta-se à vontade para pular)

USB-C Power Delivery, ou PD, é um padrão USB-C que pode ser usado para fornecer até 100W de energia. Mais e mais dispositivos são alimentados por PD atualmente, como um Nintendo Switch e Apple Macbooks. No entanto, nem todos os carregadores que alimentam dispositivos USB-C são fontes de alimentação PD, eles geralmente indicam especificamente se suportam PD.

Acho que USB-C PD é frequentemente mal interpretado. Embora suporte várias tensões diferentes, você não pode definir uma tensão específica com PD, ela é limitada a 5 níveis de tensão diferentes:

• 5V
• 9V
• 12V (tecnicamente não faz mais parte do padrão, mas alguns suprimentos ainda o suportam)
• 15V
• 20V

Mesmo assim, nem todos os suprimentos podem fornecer tudo isso. Por exemplo, carregadores Mac suportam apenas 5, 9 e 20V.

O dispositivo sendo alimentado por PD negocia com a fonte de alimentação para obter o nível de voltagem que melhor lhe convier. Mas, com uma fonte de alimentação de bancada, você geralmente deseja ter controle exato sobre a tensão e também deseja limitar a corrente, algo que não pode ser feito com uma fonte de PD. Embora o PD possa levar em consideração a capacidade de corrente de uma fonte de alimentação ao negociar com a fonte, mas não limita a corrente de nenhuma forma, é uma verificação de que a fonte será capaz de fornecer a corrente de que o dispositivo precisa. Mas com esta construção você pode obter a conveniência de poder usar uma fonte de alimentação PD, até mesmo um banco de bateria compatível, com os recursos que você esperaria de uma fonte de alimentação mais típica, incluindo a capacidade de aumentar para tensões mais altas que o PD normalmente apoia.

Etapa 3: Componentes para a construção

Módulo USB-C PD Decoy

A primeira coisa que você precisa para esta construção é uma forma de negociar com uma fonte de alimentação USB-C PD. Conforme mencionado anteriormente, o dispositivo que está sendo alimentado normalmente negocia com o carregador para decidir qual tensão tirar da PSU, o que precisamos é algo que faça isso por nós.

Existem várias opções para fazer isso. Fiz um vídeo olhando alguns deles se quiserem conferir.

Cada um tem suas próprias vantagens, mas o que escolhi para esta construção é baseado no IC IP2721, que é o mesmo que uso no meu TS100 Flex-C-Friend.

É uma boa escolha porque:

• é barato, custa apenas $ 2 para ser entregue.
• Seu comportamento é adequado para este projeto. O IP2721 pode ser configurado para usar efetivamente a tensão mais alta que a PSU oferece, o que é bom para este caso de uso. (Apenas certifique-se de mudar o módulo para “ALTO”)

Módulo de fonte de alimentação

A parte principal deste projeto é o módulo ZK-4KX Buck-Boost. Ele contém o visor e os controles para usar a fonte de alimentação. Este módulo nos permitirá converter a tensão que obtemos da fonte PD para o que precisarmos, mesmo incluindo tensões mais altas.

Esses tipos de módulos não são novos, mas são mais comumente vistos em projetos como a conversão de fontes de alimentação de PCs antigos em fontes de bancada.

O ZK-4KX é o mais barato desses tipos de módulos que encontrei, paguei apenas US $ 7,50 incluindo a entrega pelo meu e, embora pareça bastante barato, fiquei bastante surpreso com os recursos que ele tinha. Ele pode produzir entre 0 e 30 V (mesmo se a entrada for inferior a 30 V) e pode fornecer até 3 A (4 A com um ventilador). Há um limite de potência geral de 35W (50W com ventoinha), sobre o qual falarei posteriormente.

Os mais caros têm interfaces diferentes e também suportam maior potência, mas lembre-se de que você ainda estará limitado pela quantidade de energia que sua fonte de alimentação pode fornecer.

Outras partes da construção

As coisas finais que usei foram alguns conectores Banana, que normalmente são usados para a fonte de alimentação de bancada, então funcionará com cabos padrão e, finalmente, um interruptor para poder desligar facilmente a tensão do ZK- 4KX. Para os soquetes e o switch, certifique-se de obter aqueles que suportam a corrente que você usará com esta fonte, alguns dos mais baratos não serão capazes de fazer o suficiente. Você também vai precisar de fio, Stranded 22 AWG é o que eu usei.

Outras peças necessárias

Para realmente usar a fonte de alimentação de bancada, você precisará de algumas coisas adicionais.

Uma fonte de alimentação USB-C com capacidade para PD. Basicamente, qualquer fonte de PD deve servir. Alguns cabos para poder conectar a fonte de alimentação aos seus projetos.

Etapa 4: Gabinete

Para um caso para abrigar tudo, acabei modificando um que encontrei no Thingiverse. Usei o Tinkercad para modificar para se adequar às peças que eu tinha para a construção e adicionar um pouco de ventilação para a base, e você pode encontrar os STLs para ele aqui.

Você não precisa usar uma impressora 3D, porém, qualquer caixa grande o suficiente deve fazer o trabalho.

Existem algumas coisas que você pode fazer para melhorar potencialmente a construção, e falarei sobre elas em uma etapa posterior.

Etapa 5: Montagem

Depois de imprimir o case e ter certeza de que tudo se encaixou bem, agora era a hora de montar, que na verdade é bem simples.

A saída do módulo PSU deve ser conectada diretamente aos dois conectores Banana

Eu conecto o aterramento do módulo IP2721 diretamente ao terminal “IN -” do módulo PSU. O VCC do IP2721 é conectado primeiro ao switch e, em seguida, o outro pino do switch é conectado ao terminal “IN +” do módulo PSU.

Usei ferramentas de crimpagem para adicionar terminais e conectores aos fios para uma conexão segura, mas acho que você poderia usar um pouco de solda, mas tome cuidado para não derreter nenhum plástico dos conectores ou do interruptor. Para o Módulo IP2721, também adicionei um terminal de parafuso, é apenas um padrão de 5 mm. Também é recomendado que você não solde os fios antes de usá-los com um terminal de parafuso.

Usei um pouco de cola quente para segurar o módulo IP2721 no lugar e também adicionei um toque no ZK-4KX, pois estava um pouco solto. E essa é a compilação concluída!

Etapa 6: configuração inicial

Antes de começar a usar o suprimento, há algumas coisas que você deve configurar, mas elas serão salvas no módulo PSU, então você terá que fazer apenas uma vez.

Para entrar no modo de configuração, clique e segure o botão “UI” até que a tela mude. Para navegar pelas opções do menu de configuração, você clica no botão “SW”. A gama completa de opções está listada na descrição dos módulos, mas irei abordar apenas as que considero mais importantes.

A primeira coisa que recomendo fazer é alterar o comportamento padrão para quando você liga, ele inexplicavelmente ativa a saída automaticamente por padrão, não consigo ver por que alguém iria querer isso, mas felizmente é configurável.

Na opção de configuração “ABRIR”, clique e segure a roda do codificador até que a opção mude para DESLIGADA.

Em seguida, queremos definir um limite de energia geral para o módulo, isso é especialmente útil se sua fonte PD for de menor potência, pois isso impedirá que o módulo PSU consuma mais energia do que a fonte PD possui.

Na opção “OPP”, defina a potência de acordo com o codificador rotativo. Pressionar o codificador mudará o dígito que você está alterando.

Uma coisa realmente importante sobre isso é que o limite de potência que você está configurando parece se aplicar à potência de saída do módulo, não à entrada. Uma certa quantidade de energia é usada pelo módulo na conversão das tensões, este em particular afirma ser 88% eficiente, ou seja, para fornecer 10W de energia na saída pode ser necessário usar até 11,5W na entrada. Não tenho certeza do quanto eu confiaria nessa figura, então acho que seria melhor limitar isso a 80% do que o seu estoque é capaz.

Também é mencionado na página do produto que 35W é o máximo que o módulo pode fazer com “dissipação natural de calor”, ou seja, sem ventoinha.

Depois disso, acho que vale a pena baixar a temperatura na qual o módulo será desligado, por padrão é 110c, o que parece um pouco aconchegante para mim. Na opção “OTP” (embora o "t" pareça mais com um "r" para mim), você pode alterar o limite de temperatura aqui usando o codificador rotativo. Defini o meu para 80c, que é o mínimo.

Para sair do menu de configuração, clique e segure o botão UI novamente.

Etapa 7: Operação Básica

A seguir, vamos dar uma olhada em como usá-lo. A principal coisa que você deseja fazer com uma fonte de alimentação é definir a tensão e o limite de corrente. Para fazer isso, você pressiona o botão “UI” uma vez. A primeira coisa que você configura é a tensão, que é os mesmos controles com o codificador rotativo de antes. Para passar à configuração da corrente, basta pressionar o botão “UI” novamente e usar o codificador rotativo como antes. Para sair deste menu, pressione o botão “UI” novamente ou, alternativamente, o tempo esgotará após alguns segundos.

De volta ao menu principal, para habilitar a saída, pressione no codificador rotativo. Enquanto a saída está habilitada, você pode fazer ajustes na tensão girando o codificador, mas eu usaria isso apenas para pequenos ajustes, pois é muito lento.

Para alterar o que é exibido na tela, você pode pressionar o botão “SW” para alterar a linha inferior para Amps, Watts, Amp-hora ou o tempo habilitado.

Para alterar a linha superior, você deve pressionar e segurar o botão “SW” e você pode alternar entre a saída de tensão, a entrada de tensão e a temperatura.

Etapa 8: Isso é bom?

Boa pergunta!

Certamente é melhor do que eu esperava inicialmente quando comprei o material para ele. Emparelhado com um banco de potência PD, esta é uma solução realmente compacta que você pode usar em qualquer lugar.

A interface é…. esta certo. Dado o tipo de tela, não tenho certeza de como poderia ser manuseado, mas muitas vezes me esqueço de qual botão faz o quê e o caractere piscando indicando qual dígito você está mudando faz com que pareça bastante sem resposta

A precisão da tensão é muito boa, embora caia um pouco sob cargas mais pesadas, nada muito louco, mas é pior do que minha fonte de alimentação Tenma.

A proteção contra sobrecarga de corrente entra em ação quando você espera, embora ela produza alguma tensão neste estado, o que eu não esperava, mas o Tenma faz isso também.

Quanto à ondulação, não se preocupe, de acordo com a listagem, ela tem uma ondulação baixa (…….. Eu não tenho um escopo)

Etapa 9: O que eu melhoraria?

Se eu estivesse construindo este projeto novamente, consideraria algumas mudanças.

Primeiro, o case 3d definitivamente poderia ser melhorado. A versão modificada que fiz está ok, mas não sou um designer 3D! T

O principal problema é o trabalho preguiçoso que fiz para colocar o módulo IP2721, não está nem perto de ser um bom ajuste, apenas me certifiquei de que era grande o suficiente para não ser um problema e deixei a cola quente corrigir todos os problemas de lá.

Você também notará que tenho adesivos indicando positivo e negativo, quando estava modificando o case achei que não precisaria dessas indicações porque achei que a cor dos conectores seria suficiente, mas não é o caso, mais sobre isso em um minuto.

Além disso, seria bom se a base do case fosse encaixada por pressão no resto, o design atual é para parafusos M2.5, mas não tenho nenhum comprido o suficiente. No momento, ele permanece no lugar por causa do atrito, mas pode não ser o mesmo para todas as impressoras.

Os conectores banana que comprei são de boa qualidade, mas acho que seria melhor você escolher alguns semelhantes em estilo aos do Tenma, porque se você receber um cabo envolto como esses, você tem que desaparafusar o plástico cobrir. E é por isso que preciso marcar qual é qual!

Não tenho certeza se o switch é realmente útil, o módulo IP2721 ainda estaria ligado, o que não é um grande negócio, mas você provavelmente desligará a alimentação da bancada quando terminar de usá-lo de qualquer maneira.

E, finalmente, para aumentar a potência que você pode colocar através do módulo, você teria que encontrar uma maneira de integrar uma ventoinha, tanto no design do gabinete quanto de alimentá-la (talvez um conversor de buck separado).

Etapa 10: Reflexões Finais

Eu acho que este é um dispositivo útil de se ter, foi barato comprar as peças e rápido de montar, ignorando o tempo que leva para imprimir o case, você poderia facilmente ter feito isso em uma hora.

Então eu acho que se você já tem uma fonte de alimentação PD e deseja obter uma fonte de alimentação de bancada barata, acho que esta é realmente uma boa opção.

Eu estaria interessado em ouvir a opinião de outras pessoas sobre isso. Um bom lugar para fazer isso está na minha discórdia, você encontrará muitos fabricantes úteis lá.

Também gostaria de agradecer imensamente aos meus patrocinadores do Github por ajudarem a me apoiar e às coisas estranhas que gosto de construir.

Obrigado por ler!