에이버리 루이의 RP2040

Aug 23, 2023

엔지니어 Avery Louie는 USB-PD(USB Power Delivery) 연결을 다양한 용도의 고전압 공급 장치로 전환하여 플라이백 컨버터를 통해 출력을 최대 300V까지 끌어올리는 편리한 도구를 만들었습니다.

"아무도 원하지 않거나 요구하지 않은 USB-PD입니다. 하지만 나에게는 USB-PD가 필요했습니다." Louie가 자신의 프로젝트에 대해 농담을 했습니다. "고전압이라고 하면 전기 영동이나 전기습윤과 같은 고전압 DC 요구 사항에 대해 20V가 아니라 약 300V를 의미합니다. 전기 영동 전원 공급 장치를 약 100달러에 구입할 수 있기 때문에 이는 불필요하고 비현실적인 프로젝트입니다. 하지만 좀 더 [복잡한] 디자인을 하고 싶었고, 핫플레이트용 테스트 PCB가 '필요'해서 이렇게 만들었습니다."

Adafruit가 주목한 이 빌드는 USB-PD(USB Power Delivery) 표준을 중심으로 설계되어 최대 5W에서 최대 48V 출력을 허용합니다. 노트북과 같은 장치를 구동하는 데에는 상당한 이점이 있지만 Louie의 목적에는 여전히 충분하지 않습니다. 즉, 보드에 추가 하드웨어를 수용해야 한다는 의미입니다.

“저는 플라이백 컨버터를 사용하여 변압기의 고유한 절연을 활용하고 싶었습니다.”라고 Louie는 설명합니다. "300V 출력은 접지 기준이 아니므로 충격을 받으려면 두 전선을 모두 접촉해야 하기 때문에 훨씬 더 안전합니다(이로 인해 손상될 수 있음). 절연을 유지하기 위해 출력 전압은 (도체를 사용하여) 직접 감지할 수 없습니다. 안전을 위해 , 출력 캡에 높은 값의 블리더 저항기를 추가하여 공급을 비활성화한 후 1~2분 이내에 위험한 전압 임계값 아래로 방전되도록 했습니다."

완성된 보드 디자인에는 USB 포트 2개와 BNC 커넥터가 포함됩니다. 두 개의 USB 포트 중 하나는 USB-PD 컨트롤러에 연결되어 전체 전력을 제공하고, 다른 하나는 중앙 Raspberry Pi RP2040 마이크로컨트롤러(인기 있는 Raspberry Pi Pico를 구동하는 것과 동일한 칩)에 연결되어 전원 공급 장치 및 전원을 구성하는 기능을 제공합니다. 새 펌웨어를 플래시합니다. 한편 BNC 커넥터는 고전압 출력을 처리합니다.

"저는 [RP2040](또는 MicroPython)을 사용해 본 적이 없지만 꽤 훌륭한 하드웨어 설계 가이드가 있고 설계를 한 번에 해결할 수 있을 만큼 간단해 보였습니다."라고 Louie는 썼습니다. "놀랍게도 QFN 납땜은 순조롭게 진행되었고 USB 부트로더는 완벽하게 작동했습니다. 이는 독특하고 완전히 즐거운 경험이었습니다.

"RP2040을 사용하는 것도 마찬가지로 즐거웠습니다. REPL을 사용하면 I2C를 통해 장치를 쉽게 쿼리하고 모든 버튼 등이 단 몇 분 만에 올바르게 연결되었는지 확인할 수 있습니다. 또한 빠르게 스크립트를 작성하는 것도 쉬웠습니다. 전원 공급 장치를 테스트해 보세요. 앞으로 이것을 사용해야 할 이유가 많이 보입니다."

출력 단계에서 전압 강하 및 과전압을 방지하는 방법에 대한 몇 가지 참고 사항을 포함하여 Louie의 전체 프로젝트 글은 그의 블로그에서 확인할 수 있습니다. 프로젝트 디자인 파일은 지정되지 않은 오픈 소스 라이선스에 따라 GitHub에 게시되었습니다.