alema/usbc_soldering_iron
1
0
Fork 0
Code Issues Pull requests Projects Releases Packages Wiki Activity Actions

more work on report

Browse source
This commit is contained in:
Alessandro Mauri 2026-02-19 17:08:29 +01:00
parent a61c535e52
commit ab9119c8d2
7 changed files with 73 additions and 68 deletions
Download patch file Download diff file Expand all files Collapse all files

71
doc/report/POWER_ELECTRONICS.md
View file

@ -13,7 +13,78 @@ La maggior parte dei saldatori commerciali USB non hanno nessun tipo di filtragg
3. Limitano la tensione di ingresso per rimanere sotto al limite di corrente, limitando anche la potenza.
4. Se ne fregano il cazzo e sperano che l'alimentatore se ne freghi anch'esso.
## Monitoring della Potenza di Uscita
Tocca leggere sia la tensione che la corrente, per la lettura della tensione basta un partitore resistivo:
![vbus_monitor.png](./media/vbus_monitor.png)
Mentre per la lettura della corrente conviene usare un monitor high-side, in modo da non disturbare la trensione di terra e quindi le misure della termocoppia. Questi amplificatori devono essere fatti apposta per sopportare la tensione a modo comune alta, pari alla tensione di alimentazione.
![high_side_current.png](./media/high_side_current.png)
Questo tipo di monitoring si può fare in diversi modi:
1. Con un amplificatore operazionale discreto, ma questo porta il numero di componenti ad almeno 5, contando condensatore di bypass e resistenza di uscita sono 7.
2. Con un integrato con uscita di corrente come lo [ZXCT1109](https://www.diodes.com/part/view/ZXCT1109), che però ha una uscita in corrente che per essere letta correttamente dovrebbe essere bufferata.
3. Con un integrato con uscita in tensione come lo [TPA191](https://static.3peak.com/res/doc/ds/Datasheet_TPA191.pdf), in questo caso non serve resistenza di gain e basta attaccarlo al pin di ADC del micro.
4. Usar un integrato con uscita digitale come lo [INA230](https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina230.pdf) o l'[INA226](https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina226.pdf), che integra sia il monitoring di tensione che quello di corrente, però il costo è molto più alto.
Analisi costo/area:
- INA226: 0.61 EUR, solo area di un MSOP-10, non poca ma tutto in uno.
- TPA191 + 1k.1% + 10k.1% + Zener: 0.57 EUR, area 3x0603+SOD-323+SOT-23-6, leggermente maggiore ma migliore flessibilità sul piazzamento.
Per evitare di comprare altri componenti e aumentare inutilmente il costo dell'ordine è meglio usare il [INA226](https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina226.pdf) o il suo equivalente [TPA626](https://www.lcsc.com/product-detail/C5761471.html). Inoltre questi integrati permettono di impostare alert per la sovraccorrente o sovratensione.
![tpa226.png](./media/tpa226.png)
## Mosfet e Filtro Pi
![power_sim.png](./media/power_sim.png)
Quello che importa è avere una corrente costante dal lato di ingresso, siccome la punta è un carico resistivo mi importa poco se riceve picchi di tensione e corrente. Per questo motivo il modo più semplice di smussare la corrente al lato di ingresso è di usare un [filtro PI](https://resources.altium.com/it/p/pi-filter-designs-power-supplies):
![pi_filter.png](media/pi_filter.png)
La frequenza di taglio del filtro PI è la solita di un filtro LC:
$$
f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{L\ 2C}}
$$
Allora per ottenere il comportamento desiderato la frequenza di switching della punta deve essere almeno una decade sopra questo valore.
$$
L=2.2\mu \text{H},\ C=44\mu \text{F} \\ f_0 = 11.4\text{kHz}
$$
La frequenza di switching va anche valutata in base alle perdite di switching sul mosfet.
A differenza di [altre soluzioni](#altre-soluzioni), un filtro di questo tipo è di bassissima complessità e non richiede un particolare controllo, l'importante è usare la giusta frequenza di switching e limitare la potenza alla punta per garantire che la corrente rimanga nel limite.
### Scelta dell'Induttore
Le specifiche principali dell'induttore per questa applicazione sono:
- Dimensione, la scheda è in alcune sezioni di 10mm di larghezza, quindi sarebbe meglio tenersi sotto i 6x6mm.
- ESR (Equivalent Series Resistance), ci dice quanto dissiperà l'induttore, inversamente proporzionale a dimensione e all'induttanza.
- Corrente di saturazione, la corrente per la quale il core dell'induttore satura, superare questa corrente riduce l'induttanza effettiva e scalda il core.
- Corrente di riscaldamento, la corrente per cui l'induttore comincia a scaldarsi sopra una certa temperatura se l'aria è a 25 gradi, ci dice la resistenza termica del package.
Alcuni induttori considerati, in **bold** quelli buoni:
| **MODELLO** | **VALORE** | **DCR** | **PACKAGE** |
| --- | --- | --- | --- |
| [XAL6060-103MEC](https://www.lcsc.com/product-detail/C5329540.html) | 10u | 27m | 6.6x6.4 |
| [XRFWHP0660A-100M](https://www.lcsc.com/product-detail/C51913009.html) | 10u | 30m | 6.6x6.4 |
| [AAPS0660M100F](https://www.lcsc.com/product-detail/C49261494.html) | 10u | 30m | 6.6x6.4 |
| [XRFWHP0660A-4R7M](https://www.lcsc.com/product-detail/C51913007.html) | 4.7u | 15m | 6.6x6.4 |
| [APH0660C-4R7M-TCD5](https://www.lcsc.com/product-detail/C50326286.html) | 4.7u | 15m | 6.6x6.4 |
| [AAPS0660M4R7F](https://www.lcsc.com/product-detail/C49261490.html) | 4.7u | 15m | 6.6x6.4 |
| [APS0660M4R7F](https://www.lcsc.com/product-detail/C49261301.html) | 4.7u | 15m | 6.6x6.4 |
| **[FC-ALX 4030D-2R2MT](https://www.lcsc.com/product-detail/C5370906.html)** | **2.2u** | **11m** | **4.2x4.2** |
| [MTQH404030S2R2MBT](https://www.lcsc.com/product-detail/C50345893.html) | 2.2u | 23m | 4.2x4.2 |
| [PSTMAA4030-2R2MG](https://www.lcsc.com/product-detail/C45385247.html) | 2.2u | 22m | 4.2x4.2 |
| [XRIM404030S2R2MGCA](https://www.lcsc.com/product-detail/C39846868.html) | 2.2u | 19m | 4.2x4.2 |
| [FC-ALX 5030D-3R3MT](https://www.lcsc.com/product-detail/C5370911.html) | 3.3u | 17m | 5.3x5.1 |
| [FC-ALX 5030D-2R2MT](https://www.lcsc.com/product-detail/C5370910.html) | 2.2u | 12m | 5.3x5.1 |
### Scelta dei Condensatori
### Corrente di Inrush
### MOSFET e Driver
## Altre Soluzioni
## Altri Saldatori
È comodo confrontare altri saldatori USB-C e vedere come funzionano.
### Pinecil V2