Alimentatore da banco alimentato tramite USB-C: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Un alimentatore da banco è uno strumento essenziale da avere quando si lavora con l'elettronica, essere in grado di impostare l'esatta tensione di cui il progetto ha bisogno e anche essere in grado di limitare la corrente per quando le cose vanno secondo i piani davvero utile. Questo è il mio portatile USB-C Powered Bench Power Supply, un alimentatore da banco sorprendentemente capace che viene alimentato tramite USB-C Power Delivery.

Questa è una build davvero semplice che dovrebbe richiedere solo un paio d'ore per essere realizzata e la parte migliore, costa meno di $ 12 inclusa la spedizione!

Forniture

• Modulo di alimentazione USB-C - Aliexpress
• Unità di alimentazione - Aliexpress
• Terminali per jack a banana - Aliexpress
• Interruttore di alimentazione - Aliexpress

Passaggio 1: guarda il video

Il video riprende le stesse informazioni che mostro in Instructables, ma potrebbe essere più facile vedere come appare e funziona l'alimentatore usando il video.

Passaggio 2: erogazione dell'alimentazione USB-C

Se non hai familiarità con l'alimentazione USB-C, ho pensato di dare una breve introduzione a cosa sia. (sentiti libero di saltare)

USB-C Power Delivery, o PD, è uno standard USB-C che può essere utilizzato per fornire fino a 100 W di potenza. Sempre più dispositivi sono alimentati da PD in questi giorni, come Nintendo Switch e Apple Macbook. Tuttavia, non tutti i caricabatterie che alimentano i dispositivi USB-C sono alimentatori PD, di solito indicano specificamente su di essi se supportano PD.

Penso che USB-C PD sia spesso frainteso. Sebbene supporti varie tensioni diverse, non è possibile impostare una tensione specifica con PD, è limitata a 5 diversi livelli di tensione:

• 5V
• 9V
• 12V (tecnicamente non fa più parte dello standard, ma alcune forniture lo supportano ancora)
• 15V
• 20V

Anche a questo non tutte le forniture possono fornire tutto questo. Ad esempio, i caricabatterie per Mac supportano solo 5, 9 e 20 V.

Il dispositivo alimentato da PD negozia con l'alimentatore per assumere il livello di tensione più adatto. Ma con un alimentatore da banco di solito vuoi avere il controllo esatto sulla tensione e vuoi anche essere in grado di limitare la corrente, cosa che non puoi fare con un alimentatore PD. Sebbene PD possa prendere in considerazione la capacità di corrente di un alimentatore quando si negozia con l'alimentatore, ma non limita in alcun modo la corrente, è un controllo che l'alimentatore sarà in grado di fornire la corrente di cui il dispositivo ha bisogno. Ma con questa build puoi ottenere la comodità di poter utilizzare una fonte di alimentazione PD, anche un banco di batterie compatibile, con le funzionalità che ti aspetteresti da un alimentatore più tipico, inclusa la possibilità di aumentare le tensioni più elevate che normalmente PD supporti.

Passaggio 3: componenti per la build

Modulo esca USB-C PD

La prima cosa di cui avrai bisogno per questa build è un modo di negoziare con un alimentatore USB-C PD. Come accennato in precedenza, il dispositivo che viene alimentato normalmente negozia con il caricabatterie per decidere quale tensione prendere dall'alimentatore, ciò di cui abbiamo bisogno è qualcosa che lo faccia per noi.

Ci sono diverse opzioni per farlo. Ho fatto un video guardando alcuni di loro se vuoi dare un'occhiata.

Ognuno ha i propri vantaggi, ma quello che ho scelto per questa build è questo basato sull'IC IP2721, che è lo stesso che uso sul mio TS100 Flex-C-Friend.

È una buona scelta perché:

• è economico, costa solo $2 consegnati.
• Il suo comportamento è adatto a questo progetto. L'IP2721 può essere configurato per assorbire efficacemente la tensione più alta offerta dall'alimentatore, il che è positivo per questo caso d'uso. (Assicurati solo di impostare il modulo su "HIGH")

Modulo di alimentazione

La parte principale di questo progetto è il modulo ZK-4KX Buck-Boost. Contiene il display ei comandi per l'utilizzo dell'alimentatore. Questo modulo ci consentirà di convertire la tensione che otteniamo dall'alimentazione PD in qualsiasi cosa richiediamo, comprese le tensioni più elevate.

Questi tipi di moduli non sono nuovi, ma sono più comunemente visti in progetti come la conversione di vecchi alimentatori per PC in alimentatori da banco.

Lo ZK-4KX è il più economico di questi tipi di moduli che ho incontrato, ho pagato solo $ 7,50 inclusa la consegna per il mio, e anche se sembra abbastanza economico, in realtà sono rimasto piuttosto sorpreso dalle funzionalità che aveva. Può erogare tra 0 e 30V (anche se l'ingresso è inferiore a 30V) e può fornire fino a 3A (4A con ventola). Esiste un limite di potenza complessivo di 35 W (50 W con una ventola) di cui parlerò in un passaggio successivo.

Quelli più costosi hanno interfacce diverse e supportano anche una potenza maggiore, ma ricorda che sarai comunque limitato dalla quantità di energia che l'alimentatore PD può fornire.

Altre parti della struttura

Le ultime cose che ho usato sono state un paio di prese jack a banana, che in genere sono quelle utilizzate per l'alimentazione da banco, quindi funzionerà con cavi standard e infine un interruttore per poter togliere facilmente la tensione allo ZK- 4KX. Sia per le prese che per l'interruttore, assicurati di procurarti quelli che gestiscono la corrente che utilizzerai con questa alimentazione, alcuni di quelli più economici non saranno in grado di fare abbastanza. Avrai anche bisogno di filo, Stranded 22 AWG è quello che ho usato.

Altre parti richieste

Per utilizzare effettivamente l'alimentatore da banco avrai bisogno di alcune cose aggiuntive.

Un alimentatore USB-C compatibile con PD. Fondamentalmente qualsiasi alimentatore PD dovrebbe andare bene. Alcuni cavi per poter collegare l'alimentatore ai tuoi progetti.

Passaggio 4: allegato

Per un case per ospitare tutto, ho finito per modificarne uno che ho trovato su Thingiverse. Ho usato Tinkercad per adattarlo alle parti che avevo per la build e per aggiungere un po' di ventilazione per la base, e puoi trovare gli STL per questo qui.

Tuttavia, non è necessario utilizzare una stampante 3D, qualsiasi scatola abbastanza grande dovrebbe fare il lavoro.

Ci sono alcune cose che potresti fare per migliorare potenzialmente la build e ne parlerò in un passaggio successivo.

Passaggio 5: assemblaggio

Dopo aver stampato la custodia e aver verificato che tutto fosse a posto, è arrivato il momento del montaggio, che in realtà è davvero semplice.

L'uscita del modulo PSU va collegata direttamente alle due prese jack Banana

Collego Ground dal modulo IP2721 direttamente al terminale “IN -” del modulo PSU. Il VCC dell'IP2721 viene prima collegato allo switch, quindi l'altro pin dello switch viene collegato al terminale "IN +" del modulo PSU.

Ho usato strumenti di crimpatura per aggiungere boccole e connettori ai fili per una connessione sicura, ma immagino che potresti usare un po' di saldatura, ma fai solo attenzione a non fondere la plastica dei jack o dell'interruttore. Per il modulo IP2721 ho anche aggiunto un terminale a vite, è solo uno standard da 5 mm. Si consiglia inoltre di non saldare il filo prima di utilizzarli con un terminale a vite.

Ho usato della colla a caldo per tenere in posizione il modulo IP2721 e ho anche aggiunto un tocco allo ZK-4KX perché era un po' allentato. E questa è la build completata!

Passaggio 6: configurazione iniziale

Prima di iniziare a utilizzare l'alimentatore, ci sono alcune cose che dovresti configurare, ma queste verranno salvate sul modulo PSU, quindi dovrai eseguirle solo una volta.

Per accedere alla modalità di configurazione, fare clic e tenere premuto il pulsante "UI" finché lo schermo non cambia. Per navigare tra le opzioni del menu di configurazione, fai clic sul pulsante "SW". L'intera gamma di opzioni è elencata nella descrizione dei moduli, ma tratterò solo quelle che ritengo più importanti.

La prima cosa che consiglio di fare è cambiare il comportamento predefinito per quando lo accendi, inspiegabilmente abilita l'output automaticamente per impostazione predefinita, non riesco a capire perché qualcuno lo vorrebbe, ma per fortuna è configurabile.

Nell'opzione di configurazione "APRI", fai clic e tieni premuta la rotella dell'encoder fino a quando l'opzione non cambia in OFF.

Successivamente vogliamo impostare un limite di potenza complessivo per il modulo, questo è particolarmente utile se l'alimentatore PD ha un wattaggio inferiore in quanto impedirà al modulo PSU di assorbire più energia di quella fornita dall'alimentatore PD.

Sull'opzione "OPP" impostare la potenza di conseguenza utilizzando l'encoder rotativo. Premendo l'encoder cambierà la cifra che stai cambiando.

Una cosa davvero importante è che il limite di potenza che stai impostando sembra applicarsi alla potenza di uscita del modulo, non all'ingresso. Una certa quantità di potenza viene utilizzata dal modulo durante la conversione delle tensioni, questa in particolare dichiara di essere efficiente all'88%, il che significa che per fornire 10 W di potenza in uscita potrebbe essere necessario utilizzare fino a 11,5 W in ingresso. Non sono sicuro di quanto mi fiderei di quella cifra, quindi penso che faresti meglio a limitarlo all'80% di ciò di cui è capace la tua fornitura.

È anche menzionato nella pagina del prodotto che 35W è il massimo che il modulo può fare con "dissipazione naturale del calore", o in altre parole, senza ventola.

Dopodiché penso che valga la pena abbassare la temperatura a cui il modulo si interromperà, per impostazione predefinita è 110c, il che mi sembra un po' comodo. Sull'opzione "OTP" (sebbene la "t" mi assomigli più a una "r") puoi modificare qui il limite di temperatura utilizzando l'encoder rotativo. Ho impostato il mio a 80c, che è il minimo.

Per uscire dal menu di configurazione, fai di nuovo clic e tieni premuto il pulsante dell'interfaccia utente.

Passaggio 7: operazioni di base

Quindi diamo un'occhiata a come usarlo. La cosa principale che vorrai fare con un alimentatore è impostare la tensione e il limite di corrente. Per fare ciò, premi una volta il pulsante "UI". La prima cosa che configuri è la tensione, che è lo stesso controllo con l'encoder rotativo di prima. Per passare all'impostazione della corrente, è sufficiente premere nuovamente il pulsante "UI" e utilizzare l'encoder rotativo come prima. Per uscire da questo menu premere nuovamente il pulsante “UI” o in alternativa scadrà dopo alcuni secondi.

Tornando al menu principale, per abilitare l'uscita, premere il codificatore rotante. Mentre l'uscita è abilitata, puoi apportare modifiche alla tensione ruotando l'encoder, ma lo userei solo per regolazioni minori in quanto è piuttosto lento.

Per modificare ciò che viene visualizzato sullo schermo, è possibile premere una volta il pulsante "SW" per modificare la riga inferiore in Ampere, Watt, Ampere ora o l'ora abilitata.

Per cambiare la riga superiore, devi tenere premuto il pulsante "SW" e puoi cambiare tra tensione in uscita, tensione in entrata e temperatura.

Passaggio 8: va bene?

Buona domanda!

È sicuramente meglio di quanto mi aspettassi inizialmente quando ho comprato le cose per questo. Abbinato a un power bank PD questa è una soluzione davvero compatta che puoi usare ovunque.

L'interfaccia è…. solo ok. Dato il tipo di display non sono sicuro di come potrebbe essere gestito, ma spesso dimentico quale pulsante fa cosa e il carattere lampeggiante che indica quale cifra stai cambiando lo fa sembrare abbastanza insensibile

La precisione della tensione è abbastanza buona, anche se scende leggermente sotto carichi più pesanti, niente di troppo folle, ma è peggio del mio alimentatore Tenma.

La protezione da sovracorrente si attiva quando ti aspetti, anche se emette una certa tensione in questo stato, cosa che non mi aspettavo, ma anche il Tenma fa questo.

Per quanto riguarda l'ondulazione, non preoccuparti, secondo l'elenco ha un'ondulazione bassa (…….. non ho un cannocchiale)

Passaggio 9: cosa migliorerei?

Se dovessi ricostruire questo progetto prenderei in considerazione alcune modifiche.

Innanzitutto, il caso 3d potrebbe essere decisamente migliorato. La versione modificata che ho realizzato è ok, ma non sono un designer 3d! T

il problema principale è il lavoro pigro che ho fatto per un posto dove mettere il modulo IP2721, non è nemmeno vicino a essere una buona misura, mi sono solo assicurato che fosse abbastanza grande da non essere un problema e ho lasciato che la colla a caldo risolvesse tutti i problemi da là.

Noterai anche che ho degli adesivi che indicano positivo e negativo, quando stavo modificando il case non pensavo di aver bisogno di quelle indicazioni perché pensavo che il colore dei jack sarebbe stato sufficiente, ma non è così, di più su questo in un minuto.

Inoltre, sarebbe bello se la base del case fosse inserita a pressione nel resto, il design attuale è per bulloni M2.5, ma non ne ho abbastanza a lungo. Attualmente rimane in posizione solo per attrito, ma potrebbe non essere lo stesso per tutte le stampanti.

I jack a banana che ho preso sono di buona qualità, ma penso che faresti meglio a prenderne uno simile nello stile a quelli del Tenma, perché se prendi un cavo avvolto come questi, devi svitare la plastica coperchio. Ed è per questo che devo segnare quale è quale!

Non sono sicuro che l'interruttore sia davvero così utile, il modulo IP2721 sarebbe comunque alimentato, il che non è un grosso problema, ma probabilmente ti limiterai a scollegare l'alimentazione da banco quando avrai finito comunque.

E infine, per aumentare la potenza che puoi trasferire al modulo, dovresti trovare un modo per integrare una ventola, sia nel design del case, sia trovare un modo per alimentarlo (forse un convertitore buck separato).

Passaggio 10: considerazioni finali

Penso che questo sia un dispositivo utile da avere, è stato economico acquistare le parti ed è stato veloce da assemblare, ignorando il tempo necessario per stampare la custodia, potresti facilmente averlo costruito in un'ora.

Quindi penso che se hai già una fonte di alimentazione PD e vuoi ottenere un alimentatore da banco economico, penso che questa sia in realtà una buona opzione.

Sarei interessato a sentire i pensieri di altre persone su di esso però. Un buon posto per farlo è sulla mia discordia, troverai molti utili creatori lì.

Vorrei anche ringraziare enormemente i miei sponsor Github per avermi aiutato a supportarmi e per le cose strane che mi piace costruire.

Grazie per aver letto!