Zasilacz warsztatowy z RPi Zero - CN0508 od Analog Devices - uruchomienie, test

W materiale sprawdzimy możliwości zasilacza warsztatowego 75W CN0508 Analog Devices. W innym artykule znajdziecie dokładny opis i tłumaczenie noty katalogowej. Urządzenie możemy zasilać napięciem do 40V, natomiast napięcie wyjściowe ustawimy w zakresie 0-27,5V, wydajność prądowa 3A. Parametry zasilacza są monitorowane przez Raspberry Pi Zero, a z wykorzystaniem aplikacji IIO Oscilloscope możliwe jest regulowanie napięcia wyjściowego poprzez DAC AD5683R. Na płytce zasilacza ADC AD7124-4 wykorzystywany jest do monitorowania napięć, prądu i temperatury. Niskie straty mocy zapewnia synchroniczna przetwornica obniżająca LT8612. Umieszczone na jej wyjściu liniowe stabilizatory LT3081 obniżają poziom szumów w napięciu wyjściowym oraz polepszają odpowiedź na skokowe zmiany prądu na wyjściu.

Przygotowanie karty micro SD dla Raspberry Pi Zero jest bardzo proste. Postępujemy zgodnie z instrukcją:
-pobieramy obraz dystrybucji ADI Kuiper 06 May 2020 release;
-z wykorzystaniem np. narzędzia win32 Disk Imager przygotowujemy kartę SD (minimum 16GB);
-na końcu pliku config.txt na karcie SD dopisujemy linijki:
-obserwujemy start RPi0 na podłączonym monitorze, z wykorzystaniem huba USB podłączamy klawiaturę i mysz, konfigurujemy połączenie WiFi;
-na komputerze podłączonym do tej samej sieci co RPi0 uruchamiamy aplikację IIO Oscilloscope, zdalnie monitorujemy i kontrolujemy parametry pracy zasilacza.

Więcej informacji znajdziecie w poniższym materiale wideo i materiale tekstowym.


Link


Pamiętajmy o wyłączaniu systemu operacyjnego na RPi0 przyciskiem na płytce zasilacza tak, aby Linux zatrzymał się w kontrolowany sposób. Komentarza wymaga sposób regulacji napięcia wyjściowego zasilacza. Możemy regulować jednocześnie potencjometrem na płytce i aplikacją IIO Oscilloscope, jednak zostanie wybrana niższa ustawiona wartość. Ustawienia oprogramowania mogą służyć jako ogranicznik napięcia wyjściowego regulowanego potencjometrem lub gałka potencjometru może służyć jako ogranicznik regulacji napięcia z poziomu aplikacji. Położenie zworki JP5 w położeniu 1-2 umożliwia równoległą regulację napięcia, przełączenie zworki JP5 w położenie 2-3 wyłącza możliwość regulacji z poziomu DAC pozostawiając regulację potencjometrem.

Poniżej na rysunku schemat blokowy zasilacza, do zasilania RPi0 zastosowana jest osobna przetwornica DC/DC.



Układ utrzymuje niski spadek napięcia na stabilizatorach liniowych, co ogranicza straty mocy. Wyraźnie widać miejsce zainstalowania stabilizatorów liniowych na zdjęciu termowizyjnym.



RPi0 dobrze sprawdza się w tej aplikacji, gdy oprogramowanie IIO Oscilloscope uruchomione jest na osobnym komputerze połączonym po IP z zasilaczem. Próba pracy bezpośrednio na RPi0 po podłączeniu monitora i klawiatury oraz uruchomieniu GUI IIO Oscilloscope na RPi0, wymaga cierpliwości ze względu na niewielką wydajność tego SBC. Poza monitorowaniem i kontrolowaniem pracy zasilacza, pobierane próbki z ADC w aplikacji możemy obserwować w dziedzinie czasu i częstotliwości.





Do zasilacza możemy podłączyć znacznie bardziej wydajny RPi3 poprzez 40 żyłową taśmę. Na RPi3 uruchomiłem także wersję RC Kuiper z 2021, która działała bezproblemowo.





Wyniki obserwacji oscyloskopem napięcia wyjściowego przy pracy jałowej i przy obciążeniu prądem 2.43A znajdziecie poniżej.





Dla porównania poniżej oscylogram napięcia na wyjściu zasilacza impulsowego 5V (popularna "ładowarka" USB).





Kształt napięcia na wyjściu zasilacza CN0508 po załączeniu i wyłączeniu prądu wyjściowego 2.43A, 12V.





Zasilaczem możemy sterować z wykorzystaniem Pythona. Instalujemy komponenty LibIIO i PyADI-IIO zgodnie z instrukcją. Przykład kontroli napięcia wyjściowego oraz odczytu parametrów znajdziemy tutaj: cn508_production_test.py

Na podstawie tego przykładu łatwo jest przygotować swój kod, który kontroluje napięcie wyjściowe oraz odczytuje prąd i napięcie na wyjściu zasilacza. Dodając bibliotekę do rysowania wykresów pyplot wykorzystamy zasilacz do wykreślania charakterystyk prądowo-napięciowych elementów podłączonych do zacisków wyjściowych.
Przykładowy kod charakterografu w Python znajdziecie w załączniku:

Wyniki działania kodu dla podłączenia na wyjściu zasilacza: cn508_volt..._graph.zip Download (2.75 kB)













Zasilacz warsztatowy CN0508 ma dobre parametry i pracuje stabilnie, a możliwość kontrolowania i monitorowania parametrów zasilacza daje szerokie możliwości. Możemy uruchomić prosty charakterograf lub nawet przeprowadzać testy automatyczne podłączonych odbiorników. Jak zwykle apetyt rośnie w miarę jedzenia i zastanawiałem się, jak wykorzystać zasilacz do pomiaru zewnętrznych napięć i prądów. Takie rozszerzenie można by wykorzystać do automatycznych testów sprawności i stabilności podłączonych odbiorników.

Co myślicie o testowanym zasilaczu z RPi Zero na pokładzie?

Czy system operacyjny w zasilaczu to przesada, czy też pozytywne efekty rozwoju technologicznego?

Początkowo ciężko było mi się przestawić na myślenie o zasilaczu jako urządzeniu połączonym z aplikacją protokołem IP. Pamiętam konstrukcje zasilaczy stabilizowanych z ograniczeniem prądowym zawierających tranzystory czy też LM317. Ilość tranzystorów w RPi0 przekracza o rzędy wielkości ilość półprzewodników używanych w zasilaczach laboratoryjnych sprzed kilkunastu lat. Jednak podczas testów doceniłem wbudowanie w zasilacz możliwości sterowania programowego. Być może wśród czytelników tego materiału znajdą się osoby, które pamiętają swoje zajęcia na pracowniach szkolnych przy wyznaczaniu charakterystyk różnych elementów. To było sporo kręcenia gałkami i odczytywania wskazań przyrządów. Gdyby wtedy ktoś mnie zapytał, czy chcę zrobić to samo przy użyciu kilku linijek kodu - na pewno chciałbym spróbować.




Moduł zasilacza można kupić tutaj:
https://www.arrow.com/en/products/eval-cn0508-rpiz/analog-devices

Dołożyć jeden DAC i ewentualnie konwerter napięcie-prąd i można już robić charakterystyki tranzystorów na spokojnie.
Ja takowe zbudowałem, ale w pełni liniowe, na klasycznym 723, sterowane przez Rpi3.

A czy system operacyjny to przesada ? Pozwala na realizację programów pisanych w wysokim poziomie, więcej można zrobić, połączenie z siecią także mamy, pewne rzeczy możemy przesyłać w prosty sposób.

Czy RPI to dobry sprzęt to zostawię każdemu do oceny.
MI się nie sprawdzał w wersji trzeciej, ze względu na źle pracujące wyjście wideo analogowe.

Brakowało mi dodatkowego DAC do sterowania drugim wyjściem o nawet mniejszej wydajności prądowej (chociażby wspomniane charakterystyki tranzystorów), jednak jeszcze bardziej brakowało mi wolnych kanałów ADC aby wpiąć w badany układ pomiar napięcia w wybranych punktach.

Wykorzystanie Raspberry Pi daje duże możliwości i tu jest dylemat czy dałoby się wykorzystać np. ESP32 ograniczając nieco możliwości ale zachowując możliwość zdalnego sterowania i monitorowania, oraz mamy wtedy szybki start modułu i brak konieczności wyłączania linuxa.

Nie do końca rozumiem sens tego układu - jeśli ktoś będzie chciał zrobić z niego zasilacz laboratoryjny, to będzie mu brakować wyświetlania napięcia i prądu. Kręcenie gałkami i patrzenie w monitor to trochę uciążliwe. Z drugiej strony jeśli ktoś chce urządzenie sterowane z zewnątrz, to po co mu potencjometry? Sposób doprowadzenia zasilania też dziwny - dlaczego nie złącze śrubowe tylko wtyk jak w urządzeniach zewnętrznych? Do tego cena (w przeliczeniu 480 zł) za moduł, który nie ma oszałamiających parametrów - niecałe 30V i 3A i wymaga dodatkowo: zasilacza, obudowy, Pi i ewentualnie jakiegoś wyświetlacza.

Doprowadzenie zasilania może być zarówno przez złącze zaciskowe jak i wtyk DC. Wyświetlacz można dołączyć podobnie jak dodatkowe przyciski, być może powinno być to w standardzie? Gdyby na ESP32 udało się zachować standard sterowania to powinno być dodatkowe złącze na taki moduł.

Dodatkowe kanały ADC są ważne z także innego powodu, nie zawsze chcemy mierzyć napięcie wyjściowe zasilacza, czasem wygodniej mierzyć sobie napięcie na elemencie, który posiada rezystor wpięty w szeregu.

Dla kreślenia charakterystyk elementów o małej mocy, jest to rzecz praktycznie nie do ominięcia, bo typowy krok napięcia wyjściowego w takim typowym zasilaczu mocy jest zbyt duży i krzywa ma niższą dokładność.
Oczywiście, ja stosowałem przetwornik 8 bitowy, to miałem ten problem bardziej uwydatniony.
Przy okazji pomiar przez rezystor oznacza, że wszelkie tętnienia napięcia też będą na elemencie mniejsze.

To jest tylko płytka rozwojowa a nie gotowy zasilacz.
Już samo zastosowanie potencjometrów i sterowania cyfrowego jednocześnie wprowadza problemy w regulacji napięcia. Do tego brak sterowania prądem z poziomu oprogramowania.
AD stać na pewno na więcej, ale i tak można znaleźć w tym zasilaczu nieszablonowe rozwiązania.

Cena jest zaporowa.
Nie warto nad tym się rozwodzić.

Ja taki zasilacz zbudowałem uzywając własnorecznie zaprojektowanej płytki i sterowania napięcie/prąd za pomocą DAC'ów a sterowanie
za pomocą atmega32.

Biorąc pod uwagę, ze efektywność tego zasilacza jest ~90%, dzieki czemu tracimy mało ciepła, jest to ciekawa propozycja jako domowy zasilacz laboratoryjny. Molziwość regulacji napięcia od 0. Przy DAC'u o roozdzielczości 12 bitów, regulacja jest bardzo dokładna.

Niewątpliwie wolne wejścia ADC by się przydały, z regulowanym wzmocnieniem a najlepiej jeden kanał izolowany, tylko że tak patrzę i widzę, że robimy z zasilacza system do testów automatycznych... Na początku też miałem wrażenie, że zasilacz jest "przeinżynierowany" jednak praktyczne próby oraz uruchomienie charakterografu U-I zmieniło moje myślenie. Komunikacja ze sprzętem warsztatowym i jego sterowanie oraz monitorowanie dużo wnosi. Tak jak piszecie ADI na pewno stać na jeszcze więcej i chętnie bym zobaczył płytkę w wersji v2.0 byłoby super gdyby zostały wykorzystane pomysły z tego tematu. Mnie cały czas kusi zastąpienie RPi na rzecz ESP32.

@maciek.mr czy chciałbyś zaprezentować swój zasilacz w DIY ?

@TechEkspert ,tak, szykuję się do tego.

Daj znać jak umieścisz, jeżeli wyjdzie dobry materiał to pogadaj z @gulson może będzie szansa na pakiet motywacyjny
Gdybyś chciał sprawdzić materiał przed umieszczeniem to napisz do mnie na PW przeczytam.
Warto zadbać o zdjęcia, schematy, grafiki i zdjęcie tytułowe (wyrównane do lewej), które pojawi się na stronie głównej.