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.



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.

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.

Jestem trochę zdezorientowany co do możliwej ceny...
Czy może źle oceniam ?

Widzę ze pomysł typu https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3769106.html nie jednemu chodzi po głowie
U mnie właśnie kończy się realizacja pierwszych modułów Między innymi zasilacz